Ethernet

Ethernet nació como producto antes de ser norma, y de ahí viene una duplicidad que se pregunta mucho. Existen dos formatos de trama, casi idénticos, que solo se diferencian en el significado de un campo de dos bytes situado tras las direcciones.

Los dos formatos conviven en el mismo cable y se distinguen por el valor de ese campo: si el número es pequeño se interpreta como una longitud, y si supera el valor del tamaño máximo de datos se interpreta como un identificador de protocolo. Por lo demás, la trama es la misma: preámbulo y delimitador de comienzo para sincronizar, dirección MAC de destino, dirección MAC de origen, el campo discutido, los datos y la secuencia de verificación que cierra y permite descartar tramas corrompidas.

La pregunta clásica es de qué trama es el campo ethertype. Es de Ethernet II, y sustituye al campo longitud de la 802.3. La 802.3 pura no puede identificar por sí sola el protocolo que transporta.

El tamaño de una trama Ethernet no es libre: tiene un suelo y un techo, y los dos tienen explicación. El suelo son 64 bytes, contados desde la dirección de destino hasta la secuencia de verificación, sin incluir el preámbulo. Ese mínimo existe por la detección de colisiones: la trama tiene que durar lo suficiente para que la emisora siga transmitiendo cuando le llegue el eco de un choque desde el punto más lejano de la red. Si los datos no llegan a esa cifra, se rellenan.

El techo estándar son 1500 bytes de datos, lo que deja la trama en 1518 bytes. Una trama gigante, o jumbo frame, amplía esos datos hasta unos 9000 bytes. No es un tamaño normalizado por el IEEE, sino una extensión que admiten los equipos, y su interés es reducir la proporción de cabeceras y el número de interrupciones por megabyte transferido, algo que se nota en redes de almacenamiento y en enlaces entre servidores. Para usarla tienen que admitirla todos los equipos del camino.

Cuidado con una confusión muy extendida: la runt frame no es la trama de 64 bytes. Es la que NO llega a 64 bytes, o sea, una trama inválida. Si un contador del conmutador sube en runts, la red tiene un problema, no está funcionando bien.

La dirección MAC identifica una interfaz de red y ocupa 6 octetos, es decir, 48 bits, que se escriben en hexadecimal separados por dos puntos o por guiones. Los tres primeros octetos forman el identificador único de organización, que el IEEE asigna a cada fabricante; los tres últimos los reparte el propio fabricante entre sus interfaces. De ahí que por los tres primeros pares se pueda saber quién construyó una tarjeta.

Dentro del primer octeto hay dos bits con significado propio, y son los que se preguntan. El último bit indica el tipo de destinatario: a cero, la trama va a una sola interfaz; a uno, va a un grupo, es decir, es multidifusión o difusión. El penúltimo indica el origen de la dirección: a cero, es la dirección universal que grabó el fabricante; a uno, es una dirección local, administrada por software, que es lo que ocurre con las interfaces virtuales de hipervisores y contenedores.

La multidifusión de IPv4 tiene además una correspondencia fija: las direcciones de grupo del rango que empieza en 224 se traducen a direcciones MAC que empiezan por 01:00:5E. Un conmutador puede aprender qué puertos tienen interesados en cada grupo y entregar la multidifusión solo por ellos, en lugar de inundar toda la red.

Los dos bits van en el primer octeto y no en el último, y se leen por su posición dentro del octeto, no por el orden de escritura de la dirección. El bit de grupo es el menos significativo; el de dirección local, el siguiente.

Los nombres de las especificaciones físicas de Ethernet no son arbitrarios: se leen por partes y describen la especificación entera. Sabiendo la regla no hace falta memorizar la lista.

Sobre la codificación, 10BASE-T emplea codificación Manchester, en la que cada bit se representa por una transición en mitad del intervalo. Al garantizar un cambio de nivel en cada bit, el receptor puede recuperar el reloj aunque lleguen cadenas largas de ceros o de unos, que es lo que haría perder el sincronismo con una codificación sin transiciones.

BASE no significa «básico»: significa banda base. Es la respuesta esperada cuando la pregunta descompone el nombre de una especificación.

Ethernet empezó como producto de Xerox y se normalizó como IEEE 802.3. Desde entonces cada salto de velocidad ha sido una letra añadida a la norma, y esas letras son material de examen puro. Conviene aprenderlas por parejas de velocidad y medio.

La pareja que más se confunde es 802.3z y 802.3ab: las dos son de 1 Gbps y lo único que las separa es el medio. La regla mnemotécnica que funciona es que la que lleva la letra final del alfabeto, la z, es la de la fibra, y la que lleva dos letras iniciales, ab, es la del par trenzado, que llegó después porque conseguir un gigabit sobre cobre fue más difícil.

Junto a la familia 802.3, el resto de la serie 802 completa el mapa de las redes de difusión: 802.1 reúne los aspectos de puente, redes virtuales, árbol de expansión y control de acceso por puerto; 802.2 es el control del enlace lógico; 802.4 y 802.5 son las tecnologías de testigo; 802.6 es la red metropolitana DQDB; 802.11 es la red inalámbrica local; 802.15 la personal, con Bluetooth en 802.15.1 y ZigBee en 802.15.4; y 802.16 es WiMAX, inalámbrica de ámbito metropolitano.

Dentro de 802.1 conviene retener cuatro: 802.1Q para las redes virtuales, 802.1D para el árbol de expansión, y 802.1X para el control de acceso a la red basado en puerto. Son las que aparecen una y otra vez en el resto del tema.

La alimentación por Ethernet permite que el mismo cable de red que lleva los datos lleve también la corriente que alimenta al aparato conectado. Es lo que hace posible instalar un punto de acceso inalámbrico en un techo, una cámara en una fachada o un teléfono en una mesa sin llevar hasta allí una toma eléctrica, y que todo eso siga funcionando si el conmutador está protegido por un sistema de alimentación ininterrumpida.

Las cifras son la potencia que entrega el equipo alimentador en la boca; al otro extremo del cable llega algo menos, porque el cobre disipa parte por el camino. La potencia disponible en el conmutador es limitada y se reparte entre las bocas, así que en un armario con muchos dispositivos alimentados hay que sumar el consumo antes de contarlas todas.

El orden af, at, bt sigue el orden alfabético y también el de potencia creciente. Si en el examen aparece una potencia de 30 W, la norma es 802.3at.

La Ethernet original era un medio compartido: un solo cable, todas las estaciones encima, semidúplex y CSMA/CD arbitrando. En esa red la capacidad se reparte entre todos, y cuantas más estaciones haya, más colisiones y peor rendimiento, hasta el punto de que a partir de cierta ocupación la red pasa más tiempo resolviendo choques que transmitiendo datos.

La conmutación cambió las dos cosas a la vez. El conmutador da a cada boca su propio enlace, de modo que en ese enlace solo hay dos participantes, y al haber pares de hilos separados para transmitir y para recibir, los dos pueden hablar simultáneamente. Con un solo interlocutor y camino propio en cada sentido, ya no hay nada con lo que colisionar: el mecanismo de detección de colisión simplemente se desactiva.

• Cada puerto del conmutador es un dominio de colisión propio, así que segmentar deja de ser una obra y pasa a ser lo que ocurre por defecto.
• Cuando en cada dominio de colisión queda un único equipo, se habla de microsegmentación, que es la situación normal de cualquier red actual.
• El enlace pasa a dúplex, con lo que la velocidad nominal se dispone en los dos sentidos a la vez.
• El ancho de banda deja de repartirse: cada boca dispone de su velocidad, a diferencia del concentrador, que divide la suya entre todos los puertos.

CSMA/CD no se ha eliminado de Ethernet por decreto: se ha quedado sin trabajo. En una red conmutada y dúplex ya no existen las condiciones que lo hacían necesario, y las normas modernas de alta velocidad ni siquiera definen ya el modo semidúplex.