¿Qué es Ethernet (IEEE 802.3)?

Ethernet es una tecnología para redes de datos por cable que vincula software y/o hardware entre sí. Esto se realiza a través de cables de redes LAN, de ahí que Ethernet sea concebido habitualmente como una tecnología LAN. Así, Ethernet permite el intercambio de datos entre terminales como, por ejemplo, ordenadores, impresoras, servidores, distribuidores, etc. Conectados en una red local, estos dispositivos establecen conexiones mediante el protocolo Ethernet y pueden intercambiar paquetes de datos entre sí. El protocolo actual y más extendido para ello es IEEE 802.3.

Ethernet fue desarrollado a principios de los 1970, época en la que solo se utilizaba como sistema interno de red en la empresa Xerox, y no fue hasta principios de los ochenta que Ethernet se convirtió en un producto estandarizado. Con todo, aún habría que esperar hasta mediados de la década para que empezara a utilizarse más ampliamente. Fue cuando los fabricantes comenzaron a trabajar con Ethernet y con productos relacionados. Así, dicha tecnologíacontribuyó de manera significativa a que los ordenadores personales revolucionaran el mundo laboral. El estándar IEEE 802.3 tan popular actualmente se utiliza, por ejemplo, en oficinas, viviendas particulares, contenedores y portadores (carrier).

Mientras que la primera versión de esta tecnología solo tenía una velocidad de 3 Mbit/s, los protocolos Ethernet actuales permiten alcanzar velocidades de hasta 1 000 megabits por segundo. Por otro lado, los estándares Ethernet antiguos se restringían a un solo edificio, mientras que hoy en día pueden alcanzar hasta los 10 km gracias a la utilización de la fibra de vidrio. En el transcurso de su desarrollo, Ethernet ha tenido el rol dominante entre las tecnologías LAN y ha destacado entre sus numerosos competidores. La conocida como Ethernet en tiempo real es en la actualidad un estándar industrial para aplicaciones de comunicación.

Definición

Ethernet designa a una tecnología que permite que los dispositivos de redes de datos conectados por cable se comuniquen entre sí. Así, en una red Ethernet los dispositivos pueden constituir una red e intercambiar paquetes de datos. De esta manera, una red local (LAN) se crea mediante conexiones Ethernet.

¿Cómo funciona Ethernet?: pasado y presente

En una red Ethernet a cada dispositivo se le asigna una dirección propia denominada dirección MAC (48 bits). Los miembros de esta red conjunta pueden transmitir mensajes con alta frecuencia, para lo que el estándar emplea el método de banda base y el de multiplexación. Por otro lado, para la comunicación mutua se utiliza el algoritmo CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection; en español, acceso múltiple con escucha de portadora y detección de colisiones). La topología de red de Ethernet es lógica, es decir, puede estructurarse como bus o como estrella.

La comunicación con este algoritmo es similar a una mesa redonda en la que cada participante deja que el otro se exprese. Si dos mensajes colisionan, los participantes intentarán realizar una nueva transmisión en intervalos aleatorios. Debido a que una comunicación eficaz requiere tanto que se envíe como que se reciba, no debe darse lugar a que haya una obstrucción de datos, por ejemplo, en caso de que un mensaje transmitido resulte muy grande para una potencia de recepción débil, pues de ser así, puede perderse información. La velocidad de la señal y la tasa de transmisión regulan la comunicación fluida definiendo reglas para los marcos de datos.

Para evitar una colisión de datos, la correspondiente señal de interferencia debe llegar al receptor antes que el paquete de datos. Dado que hoy en día la mayoría de redes funcionan en modo dúplex completo, este problema es algo inusual. Sin embargo, sí fue fundamental para el desarrollo temprano de la tecnología Ethernet.

Originariamente, cualquier mensaje enviado en una red se distribuía a todos los terminales. Tras ello, estos tenían que filtrar los datos recibidos y decidir si eran relevantes o no. Como consecuencia, este bus común no solo daba cabida a mensajes de difusión, sino que también protocolizaba todo el tráfico de datos para cada uno de los miembros, lo que constituía una brecha de seguridad del antiguo Ethernet. Así, los datos podían cifrarse, pero el tráfico de datos, sin embargo, no podía controlarse individualmente. Por su parte, los hubs no pueden cerrar estas brechas de seguridad, algo que sí puede remediarse en las redes modernas con puentes de red (bridges) y conmutadores (switches), con cuya ayuda es posible segmentar Ethernet.

No obstante, estas técnicas no solucionan todos los problemas, sino que el uso indebido, por ejemplo, mediante MAC Flooding y MAC Spoofing, es un riesgo para la estabilidad de la red y la seguridad de los paquetes de datos comunicados. El trabajo seguro en una red Ethernet requiere, por lo tanto, el uso serio de todos los sistemas conectados y de los análisis de datos habituales (por ejemplo, análisis LAN) para revelar posibles usos indebidos y averías.

Mientras que el conjunto de datos no sobrecargue la red, Ethernet funcionará bien. En los casos en los que se supere el 50 %, puede que haya un bloqueo de los datos. En el transcurso del desarrollo técnico de los ordenadores personales y con el crecimiento constante del volumen de datos, las redes Ethernet también tuvieron que evolucionar para seguir el ritmo del progreso tecnológico. Los conmutadores se ocupan de una distribución más eficiente de los paquetes de datos y reducen el riesgo de colisiones. Por su parte, las tecnologías por cable modernas como el cable de par trenzado (twisted pair) y la fibra de vidrio tienen tasas de transmisión más elevadas que se corresponden con las necesidades actuales de la red.

Otra de las innovaciones recibe el nombre de “Ethernet Flow Control”, mecanismo con el que se puede detener totalmente y de forma temporal la transmisión de datos para agilizar el flujo de datos en otras partes. Esto resulta especialmente práctico en el modo de dúplex completo cuando una red maneja muchos dispositivos terminales. Tras ello, el mecanismo Flow Control detiene a determinados miembros de la red para optimizar la eficacia de la misma. No obstante, pueden producirse pérdidas de velocidad que pueden atajarse con otros mecanismos como el protocolo de control de transmisión (Transmission Control Protocol, TCP).

En el pasado, Ethernet solía utilizar cables coaxiales tradicionales. En la actualidad, los cables de cobre de par trenzado y los cables de fibra óptica son el estándar industrial y permiten tasas de transmisión mucho más rápidas y un mayor alcance. Otra ventaja es que los cables de cobre pueden abastecer de electricidad a los dispositivos conectados. Este procedimiento, también llamado “Power over Ethernet” (PoE), permite crear redes con una mayor eficiencia energética y viene especificado en IEEE 802.3af.

La historia de Ethernet

Ethernet se desarrolló a partir del sistema ALOHAnet, una red de la Universidad de Hawai basada en la radio. En el centro de investigación de Palo Alto (Xerox Palo Alto Research Center), el visionario Robert Metcalfe ya trabajó a principios de los 1970 en una versión inicial del protocolo de Ethernet con cable, que simplificaría el trabajo en el marco interno de las empresas y que se probaría de forma activa. La fase de prueba culminó en 1976 en un proyecto científico publicado por Metcalfe y David Boggs que hablaba de las redes locales de los ordenadores personales vinculados.

En 1979 Metcalfe fundó su propia empresa, 3com, para impulsar el desarrollo de ordenadores y redes LAN y para establecer Ethernet como estándar. El gran avance se produjo, sin embargo, en 1980 con el lanzamiento de Ethernet 1.0, desarrollado por el Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Este proceso dio lugar a la concepción de nuevas tecnologías, entre ellas el protocolo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection), denominado posteriormente como IEEE 802.3, y los innovadores protocolos Token Bus (802.4) y Token Ring (802.5).

Entre 1983 y 1986 tuvieron lugar las innovaciones Cheapernet, Ethernet on Broadband y StarLAN antes de que el estándar Ethernet recibiera más atención por parte de muchos fabricantes. Como consecuencia, algunas empresas de pequeña envergadura empezaron a utilizar redes Ethernet en el lugar de trabajo, pero a través de medios de transmisión de cuatro hilos con base telefónica, y no fue hasta principios de 1990 cuando se desarrollaron las conexiones Ethernet a través de cables de par trenzado y de cables de fibra óptica, lo que culminó en 1995 con la adopción del estándar de 100 Mbit/s para Ethernet IEEE 80.2.u. Simultáneamente, también se aprobó un estándar para redes WLAN (802.11), por lo que el año 1995 es considerado como el año de nacimiento del Internet moderno.

Tabla comparativa: tecnologías y conceptos de Ethernet

Tecnología/término Explicación
LAN (Local Area Network) Red informática que vincula a varios sistemas entre sí a nivel local
Switching (conmutación) La conmutación regula la ruta de un paquete de datos en la red; la entrada y salida de paquetes se define según el emisor y el receptor
Ethernet Flow Control La transmisión de datos en Ethernet se detiene temporalmente; el objetivo es lograr una menor pérdida de datos y una mayor eficiencia
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) Proceso de acceso a los medios que determina qué sistemas en una red pueden acceder a un medio de transmisión; evita colisiones
Marco de Ethernet/marco de datos Unidad de protocolo que contiene información importante para la transmisión de datos como, por ejemplo, la dirección MAC
Dirección MAC/dirección del dispositivo Dirección única asignada a un dispositivo en la red informática
PoE (Power over Ethernet) El cable de Ethernet puede proveer de alimentación eléctrica al dispositivo de destino
Cable coaxial Cable bipolar de hasta 10 Mbit/s (tecnología anticuada)
Cable de par trenzado Cable con pares de núcleos trenzados, permite PoE hasta 10 Gbit/s
Cable de fibra óptica Fibra óptica, alcance elevado, posibilidad de lograr enormes tasas de transmisión (en teoría hasta aprox. 70 terabit/s)
Modo de semidúplex La comunicación solo es posible alternativamente en una única dirección (tecnología anticuada)
Modo de dúplex completo La comunicación es posible simultáneamente en ambas direcciones

Tabla comparativa: estándares de Ethernet

Estándar de Ethernet Denominación Velocidad de datos Tecnología de cables Año de publicación
802.3 10Base5 10 MB/s Cable coaxial 1983
802.3a 10Base2 10 MB/s Cable coaxial 1988
802.3i 10Base-T 10 MB/s Cable de par trenzado 1990
802.3j 10Base-FL 10 MB/s Cable de fibra óptica 1992
802.3u 100Base-TX100Base-FX100Base-SX 100 MB/s Cable de par trenzado, cable de fibra óptica 1995
802.3z 1000Base-SX1000Base-LX 1 GB/s Cable de fibra óptica 1998
802.3ab 1000Base-T 1 GB/s Cable de par trenzado 1999
802.3ae 10GBase-SR, 10GBase-SW, 10GBase-LR, 10GBase-LW, 10GBase-ER, 10GBase-EW, 10GBase-LX4 10 GB/s Cable de fibra óptica 2002
802.an 10GBase-T 10 GB/s Cable de par trenzado 2006

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