Funcionamiento de Ethernet - Borrador 1

De forma resumida la función de Ethernet en una red es la transmisión de paquetes en el medio, permitiendo a un conjunto de dispositivos compartir un único medio a la vez que busca optimizar el uso del medio al prevenir las colisiones de paquetes de datos.

Para esto el procedimiento que realiza Ethernet es el siguiente:

1. Recibir de la capa de red los paquetes a transmitir.
2. Verificar en la tabla ARP a que dirección física corresponde la IP destino, esa dirección no se tiene en la tabla, envía una solicitud a la red preguntando la dirección
3. Ya que tiene la dirección separa los paquetes en tramas de un tamaño adecuado les agrega una cabecera, direcciones de origen y destino y una suma de verificación al final.
4. Escucha el medio de transferencia para detectar si esta en uso, en ese caso espera
5. Envía los paquetes y escucha el canal
6. Si se detecta una colisión se espera un numero aleatorio de ms antes de reenviar
7. Espera recibir la confirmación del destino

Notara que hay varios términos con los que posiblemente no sea familiar, como los son las direcciones físicas y ARP , por eso se tomara un poco de tiempo para explicarlas de la manera mas concisa y clara posible.

Direcciones Físicas.
La dirección física, también conocida como dirección de Control de Acceso al Medio (MAC por sus siglas en ingles) es el identificador único asignado a cada tarjeta de red.
Este identificador se compone de 48 bits normalmente escrito como seis grupos de dos dígitos hexadecimales separados por dos puntos o un guión.

Podría presentarse por que se manejan dos tipos de direcciones en una red, esto es para proporcionar una capa de abstracción entre el hardware y el software de modo que puedan cambiarse las tarjetas y equipos de red sin necesitar de reconfigurar el software de la red y simultáneamente cambiar libremente la configuración de la red sin necesidad de tocar el hardware.

ARP

El protocolo de Resolución de Direcciones tiene la función de relacionar las direcciones IP utilizadas por los protocolos de la capa de red y superiores con las direcciones MAC físicas usadas por Ethernet.

Para lograr, esto al momento de transmitir, la tarjeta Ethernet busca si conoce la dirección MAC que corresponde a la IP destino, si es así realiza la transmisión, en el caso que no la conozca envía un paquete a toda la red preguntando si alguien la conoce, solo si recibe una respuesta realizara la emisión.

Tramas

Para emitir un paquete de datos atravez de Ethernet es necesario “envolverlo” con la información adicional necesaria, siendo esta las direcciones de origen y destino, información para sincronización y datos de verificación, esto se muestra en la siguiente lista.

Las diferentes secciones de las tramas se detallan a continuación.

• Preámbulo: Siete octetos conteniendo son usados para sincronizar la frecuencia de reloj del receptor con la del emisor.
  
• Delimitador de Inicio: Parte del estándar IEEE 802.3, marca el inicio de los datos de la trama.
  
• Dirección MAC destino: los 48 bits de la dirección a la que esta dirigida la trama.
  
• Dirección MAC origen: los 48 bits que conforman la dirección de donde proviene la trama.
  
• Etiqueta 802.1G: Para redes locales virtuales
  
• Tipo o Longitud: Menor que 1500 indica la longitud de los datos, mayor indica que es una trama de control.
  
• Contenido: Los datos transmitidos la longitud minima es de 46 octetos, la maxima es de 1500
  
• Secuencia de Revisión: Contiene el la secuencia CRC de la trama, si la CRC de la trama recibida no coincide con esta la trama se considera dañada y se descarta
  
• Tiempo de espera: Entre cada trama enviada el transmisor debe de esperar un tiempo determinado antes de enviar otra trama, este periodo es definido como el tiempo que toma transmitir 12 octetos o 96 bits.
  

Colisiones
Uno de los principales problemas de las redes con múltiples usuarios son las colisiones de paquetes de datos, estas son situaciones en las que dos o mas usuarios desean hacer uso del canal simultáneamente, cuando esto se presenta los paquetes se hacen interferencia mutuamente lo que causa daños
Para mitigar el efecto de las colisiones en el rendimiento del canal Ethernet utiliza las siguientes estrategias.

Escuchar el canal antes de iniciar la transmisión, si se detecta actividad en el canal se espera un tiempo aleatorio antes de escuchar de nuevo, una vez que el canal este libre se inicia la transmisión.

Escuchar el canal durante la transferencia, si la señal en el canal no corresponde a la transmitida eso significa una colisión, en este caso se detiene la transferencia y se espera un tiempo aleatorio antes de intentar de nuevo, si de nuevo hay una colisión el tiempo aleatorio se duplica.

Notara que ambas estrategias hacen referencia a tiempos de espera aleatorios, esto es necesario pues es imposible predecir el comportamiento de los usuarios de red.

Referencias

Andrew S Tanenbaum – Computer Networks 4ª edicion