Qué es un protocolo Ethernet: funcionamiento y sus aplicaciones

Sabemos que el modelo OSI de un sistema de red consta de siete capas, como física, enlace de datos, red, transporte, sesión, presentación y aplicaciones, y cada capa tiene protocolos. Entonces, las dos primeras capas del modelo OSI, como la capa física y la capa de enlace de datos, tienen un conjunto muy popular de protocolos Ethernet. Protocolo Ethernet está disponible a nuestro alrededor en varias formas, pero la Ethernet actual se puede definir a través del estándar IEEE 802.3. Por lo tanto, este artículo presenta una descripción general de los conceptos básicos, los tipos y el funcionamiento del protocolo Ethernet.

¿Qué es un protocolo Ethernet?

Definición del protocolo Ethernet: La tecnología LAN más popular y antigua es el protocolo Ethernet, por lo que se usa con más frecuencia en entornos LAN que se usan en casi todas las redes, como oficinas, hogares, lugares públicos, empresas y universidades. Ethernet ha ganado una enorme popularidad debido a sus velocidades máximas en distancias más largas utilizando medios ópticos.

El protocolo Ethernet utiliza una topología en estrella o un bus lineal que es la base del estándar IEEE 802.3. La principal razón para utilizar ampliamente Ethernet es que es fácil de entender, mantener, implementar, proporciona flexibilidad y permite la implementación de la red a un costo menor.

Arquitectura del protocolo Ethernet

En el modelo de red OSI, el protocolo Ethernet funciona en las dos primeras capas, como las capas física y de enlace de datos, pero Ethernet separa la capa de enlace de datos en dos capas diferentes llamadas capa de control de enlace lógico y acceso de soporte de capa de control.

La capa física de la red se centra principalmente en elementos de hardware como repetidores, cables y tarjetas de interfaz de red (NIC). Por ejemplo, una red Ethernet como 100BaseTX o 10BaseT indica el tipo de cables que se pueden usar, las longitudes de los cables y la topología óptima.

La capa de enlace de datos en el sistema de red se ocupa principalmente de cómo se transmiten los paquetes de datos de un tipo de nodo a otro. Ethernet utiliza un método de acceso denominado CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection). Este es un sistema donde cada computadora escucha el cable antes de transmitir algo a través de la red.

Las dos capas del diagrama de bloques del protocolo Ethernet anterior se ocupan de la estructura de la red física en la que los dispositivos de red pueden transmitir datos de un dispositivo a otro a través de una red. El conjunto de protocolos más popular utilizado tanto para la capa física como para la de enlace de datos se conoce como Ethernet. Ethernet está disponible en diferentes formas donde la Ethernet actual se puede definir a través del estándar IEEE 802.3.

Los protocolos de Ethernet vienen en diferentes sabores y funcionan a diferentes velocidades utilizando diferentes tipos de medios. Pero todas las versiones de Ethernet se combinan bien entre sí. Estas versiones se pueden mezclar y combinar en una red similar utilizando diferentes dispositivos de red, como concentradores, conmutadores, puentes para conectar segmentos de red que utilizan diferentes tipos de medios.

La velocidad de transmisión real del protocolo Ethernet se puede medir en Mbps (millones de bits por segundo). Las versiones de velocidad de Ethernet vienen en tres tipos diferentes de 10 Mbps, llamados Ethernet estándar; 100 Mbps llamado Fast Ethernet y 1000 Mbps llamado Gigabit Ethernet. La velocidad de transmisión de la red es la velocidad máxima que se puede lograr en la red en condiciones ideales. La salida de la red Ethernet rara vez alcanza esta velocidad máxima.

¿Cómo funciona el protocolo Ethernet?

El protocolo Ethernet funciona principalmente en las dos primeras capas del modelo de red OSI como enlace de datos y física. Ethernet de capa 1 utiliza señales, flujos de bits que se mueven a través del medio, componentes físicos que ubican las señales en el medio y diferentes topologías.

Ethernet juega un papel clave en la Capa 1 en la comunicación que ocurre entre diferentes dispositivos, sin embargo, cada función tiene ciertas limitaciones.

Las bases de Data Link ponen gran énfasis en la compatibilidad tecnológica y las comunicaciones informáticas. La subcapa MAC está relacionada con los componentes físicos que se utilizarán para intercambiar información y organizar datos para la comunicación a través de los medios. La subcapa de control de enlace lógico permanecerá independiente del equipo físico que se utilizará para el proceso de comunicación.

El protocolo Ethernet simplemente divide las funciones de la capa de enlace de datos en dos subcapas distintas, como la subcapa de control de enlace lógico y la subcapa de control de acceso al medio.

Las funciones de la capa de enlace de datos en el modelo OSI se asignan a las dos subcapas, como LLC y MAC. Para el protocolo Ethernet, el estándar IEEE 802.2 simplemente explica las funciones de la subcapa LLC y el estándar 802.3 explica las funciones de MAC y la capa física.

El control de enlace lógico (LLC) gestiona la comunicación entre las capas superiores y las capas inferiores. La capa LLC usa datos de protocolo de red como el paquete IPv4 y agrega datos de control para ayudar a entregar el paquete al nodo de destino. La segunda capa (Capa 2) interactúa a través de las capas superiores mediante LLC, que se puede implementar en el software y su implementación es independiente de los dispositivos físicos.

En un sistema informático, el control de enlace lógico puede considerarse como el software controlador de la tarjeta de red o la tarjeta de interfaz de red. Por lo tanto, el software del controlador de la tarjeta de red es un programa que se comunica directamente a través del hardware de la tarjeta de interfaz de red para transmitir datos entre las dos capas de MAC y multimedia.

Estructura de la trama del protocolo Ethernet

Generalmente, la estructura de la trama de Ethernet se define en el estándar IEEE 802.3. Pero se utilizan muchos formatos de trama opcionales para que Ethernet amplíe la capacidad del protocolo. Las primeras versiones de trama eran muy lentas, pero las versiones posteriores de Ethernet funcionan a 10 Gigabits/seg. Por lo tanto, es la versión Ethernet más rápida.

La estructura de la trama en la capa de enlace de datos en el modelo OSI es casi la misma para todas las velocidades de Ethernet. La estructura de la trama simplemente agrega encabezados y tráileres en la región PDU (Unidad de datos de protocolo) de Capa 3 para resumir el mensaje. La estructura de trama de Ethernet se muestra a continuación y comienza con el preámbulo que funciona en la capa física

El encabezado de Ethernet incluye la dirección MAC de origen y de destino, después de lo cual está presente la carga útil de la trama. El campo final es Comprobación de redundancia cíclica, que se utiliza para detectar el error. El siguiente diagrama muestra la estructura de marco y campo.

Preámbulo

El primer patrón de la trama del protocolo Ethernet es de 7 bytes de preámbulo donde alternar 0 y 1 en esta trama indica el inicio de la trama y permite que el remitente y el receptor configuren la sincronización bit a bit. Al principio, se introdujo un preámbulo en el cuadro anterior para permitir que se perdieran algunos bits debido a los retrasos de la señal.

Sin embargo, la Ethernet de alta velocidad actual no requiere un preámbulo para proteger los bits de trama. El preámbulo le dice al receptor que la trama está llegando y le permite bloquear el flujo de datos antes de que comience la trama auténtica.

delimitador de inicio de cuadro

El Start of Frame Delimiter (SFD) es un campo de 1 byte con valores 10101011 que indica que los bits por venir son el inicio de la trama, que es la dirección de destino. El comienzo del delimitador de marco está diseñado principalmente para dividir el patrón del bit de preámbulo y señalar el inicio de la trama.

A veces, el delimitador de inicio de trama se considera la parte principal del preámbulo, por lo que esta es la razón principal por la que el preámbulo se expresa en 8 bytes en varios lugares. El SFD notifica a las estaciones que esta es la última oportunidad de sincronización.

Dirección de destino

El campo de dirección de destino es un campo de 6 bytes en la trama Ethernet anterior. Se comparan la dirección en el marco y la dirección MAC del dispositivo. Si las dos direcciones coinciden, el dispositivo simplemente permite el marco. Esta dirección MAC es unidifusión, multidifusión o difusión.

Dirección de la fuente

La dirección de origen es un campo de 6 bytes, incluida la dirección MAC de la máquina de origen. Una vez que la dirección de origen sea siempre una dirección individual o de unidifusión, el LSB de un byte inicial siempre lo será.

Longitud

Este campo de tamaño tiene una longitud de 2 bytes y especifica la longitud total de la trama Ethernet. El valor de longitud que contiene el campo de 16 bits está entre 0 y 65534; sin embargo, la longitud no puede ser superior a 1500 debido a algunas limitaciones inherentes de Ethernet.

Campo de datos

El campo de datos es donde se pueden agregar los datos reales y también se denomina carga útil. Aquí se insertarán los datos y el encabezado de IP si se utiliza IP a través de Ethernet. Entonces, los datos más altos disponibles pueden ser 1500 bytes. Si la longitud de los datos es menor que la longitud mínima de 46 bytes, se pueden incluir ceros de relleno para lograr la longitud mínima alcanzable.

campo CRC

El CRC en el marco es el último patrón con 4 bytes. Este campo consta de 32 bits de código hash de datos, que se produce en el campo de datos de dirección de origen, dirección de destino, longitud y protocolo Ethernet. Si la suma de verificación se calcula a través de un destino que no es similar al valor de suma de verificación enviado, los datos recibidos pueden dañarse.

Aquí, el tamaño de trama para el estándar Ethernet IEEE 802.3 cambia de 64 bytes a 1518 bytes con 46 a 1500 bytes de longitud de datos.

Trama Ethernet extendida

En lo anterior, la trama Ethernet estándar se describe en detalle. Ahora hablemos del marco Ethernet extendido con el que podemos lograr una carga útil incluso mayor a 1500 bytes.

• La dirección DA o MAC de destino es de 6 bytes.
• SA o la dirección MAC de origen es de 6 bytes.
• Pegar [0x8870 (Ethertype)] es de 2 bytes.
• DSAP o punto de acceso al servicio de destino 802.2 es de 1 byte.
• SSAP o el punto de acceso al servicio de origen 802.2 es de 1 byte.
• El campo de control Ctrl o 802.2 es de 1 byte.
• Los datos o datos de protocolo superan los 46 bytes.
• FCS o Frame Checksum es de 4 bytes.

Tabla de estándares de Ethernet

Un estándar de Ethernet explica principalmente las funciones, las propiedades y la implementación específica del tipo de medio. Hay diferentes tipos de medios disponibles que pueden proporcionar diferentes velocidades de transmisión en diferentes tipos de implementación. Estos estándares están simplemente definidos por el IEEE. La terminología utilizada para expresar los estándares de Ethernet es tipo de transmisión, velocidad y tipo o longitud de cableado.

Analizador de protocolos Ethernet

Este analizador de protocolos es una herramienta de software que se utiliza principalmente para capturar y analizar el tráfico de datos dentro de una red. Estos analizadores también pueden construir el mapa gráfico de la red y generar alarmas una vez que la cantidad de paquetes aumenta a un nivel específico, de lo contrario, una vez que detecta tipos particulares de paquetes dentro de la red.

Los desarrolladores suelen utilizar estos analizadores de protocolos para capturar y analizar el tráfico de datos de sus aplicaciones. El número de funciones depende principalmente de la complejidad del analizador. Sin embargo, todos los analizadores deben poder capturar y analizar paquetes de red y filtrar datos. Algunas de las funciones del analizador de protocolos incluyen las siguientes.

• Creación de mapas de red.
• Captura paquetes de adaptadores WiFi y LAN
• Filtrado avanzado
• Copia de seguridad de datos en disco
• Creación de mapas de red.
• Visualización de tasas de error
• Alertas programables
• Decodificación de paquetes SSL
• Analizador de protocolo HTTP integrado

Un ejemplo de un analizador de protocolo es depurador HTTP para Windows que captura todo el tráfico de la red en un nivel específico y puede decodificar el tráfico SSL. La mayoría de los analizadores de protocolos decodifican casi trescientos protocolos diferentes. Entonces, cuando el analizador presente más información, el trabajo manual será menor.

Ventajas

Las ventajas del protocolo Ethernet son las siguientes.

• Seguridad, rapidez, eficacia y fiabilidad.
• Gigabit Ethernet ofrece una velocidad muy rápida como 1 Gbps. Su velocidad varía principalmente en más de 10 veces en comparación con Fast Ethernet.
• Menos costos.
• No necesita concentradores ni conmutadores.
• Mantenimiento simplificado
• Es muy fuerte con el ruido.
• La transferencia de datos no se degrada.
• La calidad de la transferencia de datos es buena.

Desventajas

Las desventajas del protocolo Ethernet son las siguientes.

• Proporciona un servicio no determinista.
• Ofrece comunicación sin conexión a través de la red.
• El receptor no puede transmitir información después de recibir los paquetes.
• Si hay una dificultad en Ethernet, es muy difícil solucionar el nodo de red o el cable que causa el problema.
• La comunicación dúplex completa no es compatible con 100Base-T4.
• Los datos son muy pequeños en una aplicación interactiva.
• En el protocolo Ethernet, el tamaño de la trama está limitado a 46B. Por lo tanto, no es una opción abierta, especialmente para aplicaciones interactivas.
• No se aplica a aplicaciones de alto tráfico.
• La tasa de tráfico en Ethernet aumenta, por lo que la eficiencia disminuirá.

Aplicaciones

Las aplicaciones del protocolo Ethernet incluyen lo siguiente.

• El es simplemente se usa para conectar varios dispositivos dentro de una red entre sí.
• También se utiliza para conectar un router Wi-Fi al puerto de entrada de una línea telefónica o de Internet.
• También se puede usar para conectar de forma inalámbrica dispositivos que necesitan una red o Internet para funcionar, como computadoras portátiles, televisores, dispositivos electrónicos, etc.
• Estos se utilizan en diferentes organizaciones como hospitales. Empresas, escuelas, etc.
• Estos son muy famosos por su seguridad, confiabilidad y velocidad.

Así, se trata de una descripción general de un protocolo ethernet y su funcionamiento. Ethernet es un tipo de protocolo de comunicación, que se utiliza para conectar computadoras en una LAN y WAN donde LAN y WAN conectan múltiples dispositivos como impresoras, computadoras portátiles en edificios, casas, etc. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuáles son los otros tipos diferentes de protocolos de Internet disponibles?