La capa física de OSI proporciona los medios de transporte de los bits que conforman una trama de la capa de enlace de datos a través de los medios de red.
En la actualidad, Ethernet es la tecnología LAN predominante en el mundo. Ethernet funciona en la capa de enlace de datos y en la capa física. Los estándares del protocolo Ethernet definen muchos aspectos de la comunicación de red, incluidos el formato y el tamaño de la trama, la temporización y la codificación. Cuando se envían mensajes entre hosts a través de una red Ethernet, los hosts asignan un formato a los mensajes según la configuración de trama que especifican los estándares. Las tramas también se conocen como unidades de datos de protocolo (PDU).
Dado que Ethernet se compone de estándares en estas capas inferiores, es probable que sea más sencillo de entender con referencia al modelo OSI. El modelo OSI separa las funcionalidades de direccionamiento, entramado y acceso a los medios de la capa de enlace de datos de los estándares de la capa física de los medios. Los estándares de Ethernet definen los protocolos de Capa 2 y las tecnologías de Capa 1. Si bien las especificaciones de Ethernet admiten diferentes medios, anchos de banda y otras variaciones de Capa 1 y 2, el formato de trama básico y el esquema de direcciones son los mismos para todas las variedades de Ethernet.
Este capítulo analiza las características y el funcionamiento de la Ethernet en términos de su evolución desde una tecnología de medios compartidos de comunicación de datos basada en contenciones hasta convertirse en la actual tecnología full-duplex de gran ancho de banda.
1. Subcapas LLC y MAC
Ethernet es la tecnología LAN más ampliamente utilizada en la actualidad.
Ethernet funciona en la capa de enlace de datos y en la capa física. Se trata de una familia de tecnologías de red que se definen en los estándares IEEE 802.2 y 802.3. Ethernet admite los anchos de banda de datos siguientes:
- 10 Mb/s
- 100 Mb/s
- 1000 Mb/s (1 Gb/s)
- 10.000 Mb/s (10 Gb/s)
- 40.000 Mb/s (40 Gb/s)
- 100.000 Mb/s (100 Gb/s)
Como se muestra en la figura 1, los estándares de Ethernet definen tanto los protocolos de capa 2 como las tecnologías de capa 1. En lo que respecta a los protocolos de capa 2, al igual que sucede con todos los estándares IEEE 802, Ethernet depende de las dos subcapas separadas de la capa de enlace de datos para funcionar: la subcapa de control de enlace lógico (LLC) y la subcapa MAC.
Subcapa LLC
La subcapa LLC de Ethernet se ocupa de la comunicación entre las capas superiores y las capas inferiores. Generalmente, esta comunicación se produce entre el software de red y el hardware del dispositivo. La subcapa LLC toma los datos del protocolo de la red, que generalmente son un paquete IPv4, y agrega información de control para ayudar a entregar el paquete al nodo de destino. El LLC se utiliza para comunicarse con las capas superiores de la aplicación y para la transición del paquete a las capas inferiores para su entrega.
El LLC se implementa en software, y su implementación no depende del hardware. En una PC, el LLC se puede considerar el controlador de la NIC. El controlador de la NIC es un programa que interactúa directamente con el hardware de la NIC para transmitir los datos entre la subcapa MAC y los medios físicos.
Subcapa MAC
La MAC constituye la subcapa inferior de la capa de enlace de datos. La MAC se implementa mediante hardware, por lo general, en la NIC de la PC. Los detalles se especifican en los estándares IEEE 802.3. En la figura 2, se enumeran los estándares IEEE de Ethernet comunes.
Figura 1
Figura 2
2. Subcapa MAC
Como se muestra en la ilustración, la subcapa MAC de Ethernet tiene dos responsabilidades principales:
- Encapsulación de datos
- Control de acceso al medio
Encapsulación de datos
El proceso de encapsulación de datos incluye el armado de la trama antes de la transmisión y el desarmado de la trama en el momento en que se la recibe. Cuando se forma la trama, la capa MAC agrega un encabezado y un tráiler a la PDU de la capa de red.
La encapsulación de datos proporciona tres funciones principales:
- Delimitación de tramas: el proceso de entramado proporciona delimitadores importantes que se utilizan para identificar un grupo de bits que componen una trama. Este proceso ofrece una sincronización entre los nodos transmisores y receptores.
- Direccionamiento: el proceso de encapsulación también proporciona direccionamiento de la capa de enlace de datos. Cada encabezado Ethernet agregado a la trama contiene la dirección física (dirección MAC) que permite que la trama se envíe a un nodo de destino.
- Detección de errores: cada trama de Ethernet contiene un tráiler con una comprobación de redundancia cíclica (CRC) del contenido de la trama. Una vez que se recibe una trama, el nodo receptor crea una CRC para compararla con la de la trama. Si estos dos cálculos de CRC coinciden, puede asumirse que la trama se recibió sin errores.
Control de acceso al medio
La segunda responsabilidad de la subcapa MAC es el control de acceso al medio. El control de acceso al medio es responsable de la ubicación y la remoción de tramas en los medios.
Como su nombre lo indica, controla el acceso a los medios. Esta subcapa se comunica directamente con la capa física.
La topología lógica subyacente de Ethernet es de bus de multiacceso; por lo tanto, todos los nodos (dispositivos) en un mismo segmento de red comparten el medio. Ethernet es un método de red de contienda. Recuerde que en un método por contienda, o método no determinista, cualquier dispositivo puede intentar transmitir datos a través del medio compartido siempre que tenga datos para enviar. Sin embargo, tal como sucede si dos personas intentan hablar al mismo tiempo, si hay varios dispositivos en un único medio que intentan reenviar datos simultáneamente, los datos colisionan, lo que provoca que estos se dañen y no se puedan utilizar. Por este motivo, Ethernet proporciona un método para controlar la forma en que los nodos comparten el acceso mediante el uso de una tecnología de acceso múltiple por detección de portadora (CSMA).
Espero haber ayudado en algo. Hasta la próxima oportunidad!
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