Ethernet Networking

Ethernet es un método de acceso al medio que permite que muchos hosts en una red puedan compartir el mismo ancho de banda de un enlace. Y entre sus características podemos contar que es fácilmente integrable a nuevas tecnologías de red, como FastEthernet, y Gigabit Ethernet; además es fácil de implementar y de resolver sus problemas si fuera el caso.
Ethernet abarca dos capas del modelo OSI para trabajar, el Data Link Layer y el Physical Layer, y entre sus definiciones describe las características necesarias del medio para poder transmitir, más no habla de configuraciones de cableado o algo similar, es importante recordar esto.

Ethernet usa un protocolo llamado Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) para poder compartir el medio entre los diferentes dispositivos sin que ocurra que dos hosts quieran transmitir al mismo tiempo sobre el medio de red y fue creado precisamente con este propósito, ya que es vital evitar las colisiones en el medio para asegurar que los mensajes que se intercambian entre los nodos lleguen de manera íntegra, y se logra ya que todos los hosts conectados reciben los mensajes y los examinan, ya que se encuentran en el mismo dominio de colisión, y sabemos que un switch, un bridge, un router, pueden cambiar ésto, pero hablamos de hosts conectados a un bus, que es como se desarrolló Ethernet.

La manera en la que funciona este protocolo es la siguiente:



Cuando un host quiere transmitir en el medio, primero revisa que no haya presencia de señal en el medio; en caso de que no sea así, envía su frame; pero constantemente se está revisando el medio para detectar transmisiones de otro nodo (Carrier Sense Multiple Access). Si el host detecta otra señal en el cable, enviará una señal de congestión (jam signal) que hará que todos los nodos dejen de transmitir y esperarán un tiempo aleatorio para volver a intentar enviar mensajes al medio.

Ese tiempo aleatorio se determina con un algoritmo llamado de Backoff, y si la colisión se repite 15 veces, los nodos tendrán un timeout, es decir, su oportunidad de acceder al medio se ha terminado y deben esperar nuevamente su oportunidad.

Ahora bien, ¿qué pasa cuando una colisión ocurre?

• Se envía una jam signal a todos para informar la colisión


• Se invoca el algoritmo de Backoff en los nodos y dejan de transmitir.


• Todos los nodos tienen la misma prioridad para entrar al medio cuando el tiempo de Backoff termina.


• Debido a los timers de backoff, se crea un retardo (delay)


• Baja el throughput (capacidad del enlace o link)


• Se ocasiona una congestión.

2. Bases de Internetworking

Para solucionar el problema de tráfico en la red debido a los mensajes de broadcast, existe algo llamado Segmentación, y se trata de dividir una red LAN en fragmentos más pequeños por medio de routers, switches o bridges; así cada segmento de la red es un collision domain separado,pero sigue siendo un dominio de broadcast, sin embargo resuelve problemas como:

• tormentas de Broadcast


• ancho de banda bajo


• demasiados hosts en un dominio de colisión


• multicasting


• agregar repetidores a la red


• disminuye el tráfico de ARP

Como podemos ver, el hub, que es un dispositivo capa 1 (posteriormente explicaré ésto) se encarga de transmitir paquetes dentro de un segmento de colisión, pero un Switch (capa 2) se encarga de segmentar ese dominio de colisión para evitar congestionamientos de tráfico, y a su vez, un router (capa 3) se encarga de romper los segmentos de broadcast e interconectar redes, así como de mandar los paquetes de datos de una red a otra.

Un router (Switch capa 3) divide una dominio de broadcast, creando varias redes y conectándolas entre si. Los routers utilizan direccionamiento lógico (por ejemplo IP) y efectúan las siguientes funciones:

• Packet Switching


• Filtrado de paquetes con ACL (Access Lists)


• Usan direccionamiento lógico (IP, IPv6, IPX, etc), esto es el llamado Internetwork.


• Usan tablas de ruteo, con ellas efectúan la selección de una trayectoria para reenviar paquetes a redes remotas.

En cambio un switch agrega funcionalidad a la red, ese es su propósito principal, hacer que una red funcione de mejor manera, proveyendo mayor ancho de banda a los usuarios, sólo funciona de manera local y no envía tramas (frames) a redes remotas.

Otra de las funciones de un switch es segmentar un dominio de colisión, evitando que cuando un paquete de broadcast es enviado, todos los hosts tengan que procesarlo; además, en un hub, todos los hosts en todos los puertos compiten por acceso al medio, mientras que en un switch cada puerto es un dominio de colisión, resultando en una comunicación más eficiente y mayor disponibilidad. Como referencia, un bridge efectúa la misma función que un switch, sólo que ya no son vendidos, aunque un switch podríamos decir que es un Bridge multipuerto evolucionado.

Como recomendación, cuando sea posible no usaremos HUBS en una red.

En la ilustración anterior podemos ver una red con 9 dominios de colisión:

1. A y B unidos por hubs, un dominio de colisión


2. Hub con host E conectado al Bridge.


3. Hub con host F conectado al Bridge.


4. Router conectado al Bridge


5. Router conectado al Switch


6. Switch principal conectado al switch del host C


7. Switch principal conectado al switch del host D


8. Switch conectado al switch del host C


9. Switch conectado al switch del host C

El Bridge rompe los dominios de colisión, y tenemos 3 puertos diferentes que crean 3 dominios de colisión, y cada puerto de switch es un dominio de colisión diferente.