Ethernet

Ethernet es un conjunto de protocolos y tecnologías que definen cómo se organiza la transmisión de datos en redes locales (LAN). Describe las reglas según las cuales los dispositivos conectados a la red intercambian datos, así como el formato de los tramas y los métodos de acceso al medio de transmisión.

Historia del desarrollo del protocolo Ethernet

Ethernet fue desarrollado en 1973 en los laboratorios de Xerox por Robert Metcalfe y su equipo. La versión inicial de Ethernet soportaba una velocidad de transmisión de 2.94 Mbps y utilizaba cables coaxiales. En 1980 se publicó el estándar Ethernet 1.0.

En 1995, apareció el Fast Ethernet (100BASE-TX), que aumentó la velocidad a 100 Mbps. En 1998 se desarrolló el Gigabit Ethernet (1000BASE-T), que proporciona una velocidad de 1 Gbps. Posteriormente, con el aumento de las necesidades de ancho de banda, aparecieron versiones como 10 Gigabit Ethernet y 40/100 Gigabit Ethernet, que se utilizan en centros de datos.

Hoy en día, Ethernet sigue siendo la base de las redes locales, soportando velocidades de hasta 400 Gbps o más. La tecnología continúa desarrollándose, incluyendo soluciones para redes industriales y sistemas autónomos, como el Time Sensitive Networking (TSN).

Características clave de Ethernet

1. Protocolo de nivel de enlace (Capa 2 del modelo OSI): Ethernet opera en el nivel de enlace del modelo OSI, lo que significa que gestiona la transmisión de datos entre nodos vecinos en una red local.
2. Formato de trama Ethernet: Ethernet transmite datos en forma de tramas que contienen:
   • Direcciones MAC de origen y destino — identificadores únicos de los dispositivos.
   • Tipo de protocolo — indica qué protocolo de nivel superior (por ejemplo, IPv4 o IPv6) se utiliza para transmitir los datos.
   • Campo de datos — carga útil, como paquetes IP.
   • Chequeo de redundancia cíclica (CRC) — se utiliza para la detección de errores.
3. Tipos de transmisión:
   • Unicast — transmisión a un único receptor.
   • Broadcast — transmisión a todos los nodos en la red.
   • Multicast — transmisión a un grupo de dispositivos.
4. Métodos de acceso al medio (CSMA/CD): Ethernet inicialmente utilizó el método CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Los dispositivos escuchan la línea para asegurarse de que el canal está libre y envían los datos. Si ocurre una colisión (superposición de paquetes), los nodos esperan un tiempo aleatorio y reintentan la transmisión. Este método es relevante para redes basadas en cables coaxiales, pero las redes Ethernet modernas suelen usar conmutadores, lo que reduce la probabilidad de colisiones.

Normas clave de Ethernet

• 10BASE-T (10 Mbps): La primera versión de Ethernet sobre par trenzado con una velocidad máxima de 10 Mbps.
• Fast Ethernet (100BASE-TX) (100 Mbps): Velocidad aumentada para soportar nuevas aplicaciones y flujos de datos.
• Gigabit Ethernet (1000BASE-T) (1 Gbps): Se convirtió en el estándar para las LAN modernas.
• 10 Gigabit Ethernet (10GBASE-T): Soporta una velocidad de 10 Gbps para soluciones de red exigentes.
• Ethernet sobre fibra óptica (1000BASE-SX, 1000BASE-LX): Ethernet sobre líneas de fibra óptica para conexiones de mayor distancia y mayor fiabilidad.

Tipos de cables y medios de transmisión

• Cable coaxial (versiones anteriores): utilizado en redes Ethernet antiguas.
• Par trenzado (Cat5, Cat6, Cat7): estándar para las LAN modernas.
• Fibra óptica: utilizada en redes de alta velocidad a largas distancias.

Ethernet y conmutación

Las redes Ethernet modernas se construyen utilizando conmutadores (switches), que permiten que cada dispositivo tenga un canal de comunicación dedicado. Esto elimina las colisiones y aumenta el ancho de banda de la red. A diferencia de los concentradores (hubs), los conmutadores analizan las direcciones MAC y dirigen los datos solo al receptor adecuado.

Ethernet en arquitecturas de red

Ethernet soporta diversas topologías, incluyendo:

• Estrella: todos los dispositivos están conectados a un único conmutador.
• Anillo: utilizado en redes industriales.
• Bus: históricamente utilizado en Ethernet basado en coaxial, pero hoy en día casi no se usa.

Ventajas de Ethernet

• Alta velocidad de transmisión de datos: soporte para velocidades de hasta 400 Gbps en las versiones más recientes.
• Facilidad de configuración: Ethernet es fácil de escalar y soporta la detección automática de velocidades.
• Versatilidad: funciona tanto sobre par trenzado como sobre fibra óptica.
• Compatibilidad: Ethernet está estandarizado y es compatible con todos los dispositivos de red.

Ventajas adicionales de Ethernet en 2024

• Soporte para centros de datos modernos
• Compatibilidad con las tecnologías de red más recientes
• Preparado para la implementación de inteligencia artificial
• Optimización para computación en la nube

Desventajas de Ethernet

• Alcance limitado: El par trenzado tiene un límite de 100 metros, pero esto se soluciona usando fibra óptica.
• Falta de priorización de tráfico en la versión básica: Aunque las versiones modernas de Ethernet (por ejemplo, IEEE 802.1p) soportan la priorización, esto no estaba contemplado originalmente.
• Susceptibilidad a interferencias: El par trenzado puede verse afectado por interferencias electromagnéticas, aunque los cables apantallados resuelven este problema.

Futuro de Ethernet

Con el avance de las tecnologías, Ethernet continúa adaptándose:

• 400 Gigabit Ethernet (400G Ethernet): utilizado en centros de datos.
• 1 Terabit Ethernet: está en desarrollo y será el siguiente paso en la evolución de las tecnologías de red.
• Ethernet para redes industriales (TSN — Time Sensitive Networking): proporciona transmisión de datos con baja latencia para aplicaciones críticas, como la automatización industrial y el transporte autónomo.

Ethernet sigue siendo la tecnología principal para construir redes locales gracias a su fiabilidad, simplicidad y velocidad. Continúa evolucionando, proporcionando velocidades cada vez mayores y más capacidades, manteniéndose como la base para soluciones de red actuales y futuras.