Tecnologías Ethernet: Estándares, Switches, VLAN y PoE para Redes Modernas

Estándares Ethernet Clásicos

Las especificaciones de las tarjetas de red han evolucionado significativamente. A continuación, se detallan algunos de los estándares iniciales:

10Base5

• Topología: Bus físico.
• Cableado: Cable coaxial grueso.
• Velocidad de Transmisión: 10 Mbps.
• Longitud Máxima: 2500 metros (500 por segmento), con una separación mínima de 2.5 metros entre transceptores.
• Dispositivos: Utiliza transceptores o MAU (Media Attachment Unit).

10Base2

• Cableado: Cable coaxial fino.
• Topología: Bus físico.
• Velocidad de Transmisión: 10 Mbps.
• Longitud Máxima: 185 metros.

10BaseT

• Topología: Física de estrella y lógica de bus.
• Cableado: Cable UTP (Unshielded Twisted Pair) de ocho pares.
• Velocidad de Transmisión: 10 Mbps.
• Operaciones: Todas las operaciones se centralizan en un hub.
• Longitud Máxima: 100 metros.
• Funcionamiento del Hub: El hub retransmite las tramas recibidas por uno de sus puertos a todos los demás.

Fast Ethernet: 100 Mbps

Fast Ethernet representó un salto importante en la velocidad de las redes.

100Base-TX

• Velocidad de Transmisión: 100 Mbps.
• Topología: Física de estrella y lógica de bus.
• Dispositivos: Requiere un hub.
• Cableado: Cable UTP de hasta 100 metros con conectores RJ45.

100Base-FX

• Cableado: Fibra óptica multimodo.
• Conectores: SC.
• Distancia: Hasta 2000 metros.
• Modo de Operación: Soporta full-duplex.

Mejorando el Rendimiento de Ethernet con Switches

La mejora en el rendimiento de Ethernet se logra principalmente mediante el uso de switches. A diferencia de un hub, un switch envía la trama solo al puerto de destino, lo que permite más conexiones simultáneas, aumenta la velocidad (10/100 Mbps) y el ancho de banda disponible.

Gigabit Ethernet: 1 Gbps

Gigabit Ethernet multiplicó por diez la velocidad de Fast Ethernet.

1000Base-T

• Cableado: Cable UTP.
• Velocidad de Transmisión: 1 Gbps.
• Longitud Máxima: 100 metros.
• Modo de Operación: Soporta full-duplex.

1000Base-X

• Cableado: Fibra óptica multimodo.
• Distancia Máxima: 275 metros.

10 Gigabit Ethernet: 10 Gbps

Los estándares de 10 Gigabit Ethernet ofrecen velocidades aún mayores, ideales para centros de datos y redes troncales.

10GBASE-SR

• Cableado: Fibra multimodo.
• Distancia Máxima: 300 metros.

10GBASE-LR

• Cableado: Fibra monomodo.
• Distancia Máxima: 10 kilómetros.

10GBASE-LX4 y 10GBASE-ER

• Distancia Máxima: 30 kilómetros.

Dispositivos de Interconexión de Red

Para construir y gestionar redes, se utilizan diversos dispositivos de interconexión.

Hub

El hub fue el primer elemento de interconexión de red. Opera en el nivel físico (capa 1 del modelo OSI) y simplemente retransmite cualquier señal recibida por un puerto a todos los demás, sin inteligencia sobre el destino.

Bridge

Un bridge (puente) opera en el nivel físico y de enlace (capa 1 y 2 del modelo OSI). Su función principal es dividir una red grande en segmentos más pequeños, mejorando el rendimiento y la seguridad. Puede ser un puente simple (configuración manual) o transparente (similar a un switch, aprende las direcciones MAC automáticamente).

Switch

El switch es un elemento de interconexión fundamental en redes Ethernet que permite la conmutación de tramas. Opera principalmente en el nivel 2 (enlace de datos) del modelo OSI, aunque también interactúa con el nivel 1 (físico).

• A diferencia de un hub, que retransmite a todos los puertos, un switch envía la trama únicamente al puerto de destino específico, basándose en la dirección MAC.
• Si el puerto de destino no está registrado en su tabla MAC, el switch reenvía la trama a todos los demás puertos (comportamiento similar a un hub en este caso).
• Si el puerto de destino está ocupado, la trama se almacena temporalmente en un búfer.
• Las velocidades de los switches varían, desde 10/100 Mbps hasta 10/100/1000 Mbps (Gigabit Ethernet).
• Aunque el protocolo CSMA/CD obliga a una conexión half-duplex en Ethernet tradicional, un switch permite la operación full-duplex, duplicando la velocidad efectiva y el ancho de banda.

Buffers en Switches

Los buffers son elementos clave en los switches para llevar a cabo el proceso de conmutación. Son zonas de memoria RAM donde las tramas se almacenan temporalmente antes de ser enviadas al puerto correspondiente.

Técnicas de Conmutación

• Reenvío Directo (Cut-Through): El switch comienza a reenviar la trama tan pronto como recibe la dirección MAC de destino, sin esperar a que la trama esté completa. Esto reduce la latencia, pero no permite la detección de errores en la trama.
• Almacenamiento y Reenvío (Store-and-Forward): El switch recibe la trama completa, la almacena en un búfer, verifica su integridad (mediante la comprobación de redundancia cíclica o CRC) y luego la reenvía al puerto de destino. Esta técnica asegura la entrega de tramas sin errores, pero introduce una mayor latencia.

Control de Bucles: Spanning Tree Protocol (STP)

El Spanning Tree Protocol (STP) se utiliza para prevenir la aparición de bucles de información en la red, los cuales podrían causar que las tramas no lleguen a su destino o generen tormentas de broadcast. STP crea una topología lógica sin bucles, bloqueando enlaces redundantes.

VLAN (Virtual LAN)

Las VLAN (Redes de Área Local Virtuales) permiten agrupar dispositivos conectados a uno o varios switches en subredes lógicas, independientemente de su ubicación física. Cada VLAN funciona como una red independiente y, por defecto, no puede comunicarse con otras VLAN. Para permitir la comunicación entre diferentes VLAN, es necesario un router (un dispositivo de interconexión de nivel 3).

PoE (Power over Ethernet)

Power over Ethernet (PoE) es una tecnología que permite el envío de alimentación eléctrica a través del mismo cableado Ethernet que transporta los datos. Esto elimina la necesidad de fuentes de alimentación separadas para dispositivos de red, simplificando la instalación y reduciendo costos. Es ampliamente utilizada en dispositivos como puntos de acceso Wi-Fi, teléfonos VoIP y cámaras IP.