Ethernet: Funcionamiento y Características

Introducción a Ethernet

Ethernet es el estándar de facto para redes de área local (LAN).
📌 Utiliza transmisión broadcast y acceso al medio compartido.

Historia

• 1973: Creado por Xerox PARC.

• 1980: Se establece el estándar Ethernet I.

• 1982: Aparece Ethernet II, base del IEEE 802.3.

• 1983: Primera versión de IEEE 802.3.

• 1995: Surge Fast Ethernet (100 Mbps).

• 1998: Se introduce Gigabit Ethernet (1000 Mbps).

• 2010+: Ethernet alcanza 10 Gbps y más.

🖼️ Imagen sugerida: Evolución de Ethernet en una línea de tiempo

Características Técnicas

Topología

• Física: Estrella o bus.

• Lógica: Bus compartido.

🖼️ Diagrama sugerido: Diferencias entre topología física y lógica en Ethernet

Método de Acceso: CSMA/CD

• Carrier Sense (CS): Detecta actividad en el medio antes de transmitir.

• Multiple Access (MA): Todos los nodos pueden transmitir.

• Collision Detection (CD): Si dos nodos transmiten simultáneamente, se detecta una colisión.

• Backoff exponencial: Tras una colisión, los nodos esperan un tiempo aleatorio antes de retransmitir.

🖼️ Diagrama sugerido: Funcionamiento de CSMA/CD con detección de colisiones

Tamaños de Trama Ethernet

📏 Mínimo: 64 bytes (evita colisiones tardías).
📏 Máximo: 1518 bytes.

Estructura de la Trama Ethernet

🖼️ Diagrama sugerido: Representación gráfica de la estructura de la trama Ethernet

Tipos de Ethernet

Ethernet Clásico (10 Mbps)

• Cable coaxial grueso o delgado.

• Distancia máxima: 500 m por segmento.

Fast Ethernet (100 Mbps)

• Basado en UTP categoría 5 o fibra óptica.

• Utiliza CSMA/CD con control de flujo.

Gigabit Ethernet (1000 Mbps)

• Soporta UTP categoría 5e o superior.

• Mayor eficiencia en transmisión de datos.

10 Gigabit Ethernet (10 Gbps)

• Solo sobre fibra óptica o cables de cobre especiales.

🖼️ Tabla comparativa de los diferentes tipos de Ethernet con sus velocidades y características

Equipos de Red en Ethernet

Hubs

• Dispositivos de capa física (OSI 1).

• Replican señales eléctricas a todos los puertos.

• No mejoran el tráfico ni evitan colisiones.

Switches

• Dispositivos de capa de enlace (OSI 2).

• Aprenden direcciones MAC y conmutan tramas selectivamente.

• Mejoran el rendimiento reduciendo colisiones.

Routers

• Dispositivos de capa de red (OSI 3).

• Conectan redes distintas y dirigen tráfico IP.

🖼️ Diagrama de conexión entre Hubs, Switches y Routers en una red Ethernet

Ventajas de Ethernet

✅ Bajo costo y fácil implementación.
✅ Compatibilidad con múltiples tecnologías.
✅ Escalabilidad desde 10 Mbps hasta 400 Gbps.

Desventajas de Ethernet

⚠️ No ofrece calidad de servicio (QoS) nativa.
⚠️ Redes grandes pueden sufrir congestión sin switches adecuados.
⚠️ Vulnerabilidad a ataques como ARP spoofing.

Prácticas Sugeridas

📌 Configuración de VLANs en switches para segmentación.
📌 Captura de tráfico Ethernet con Wireshark.
📌 Configuración de direccionamiento IPv4 y IPv6 en redes Ethernet.

🔜 Próximo tema: Protocolo IP y su integración con Ethernet

Comparación entre las redes LAN Ethernet (IEEE 802.3) y las LAN WiFi (IEEE 802.11) en función de varios criterios clave:

En resumen:

• Ethernet es ideal para redes de alta velocidad y confiabilidad, especialmente en entornos fijos con necesidades de baja latencia, como servidores y estaciones de trabajo.

• WiFi es más flexible y permite movilidad, pero tiene menor confiabilidad y seguridad en comparación con Ethernet.

Principio de Funcionamiento de WiFi IEEE 802.11

WiFi, basado en el estándar IEEE 802.11, es una tecnología de comunicación inalámbrica que permite la transmisión de datos en redes locales sin necesidad de cables. Funciona utilizando ondas de radiofrecuencia en bandas específicas del espectro electromagnético, siguiendo protocolos de acceso al medio para evitar colisiones y maximizar la eficiencia.

1. Principales Características

• Modos de Operación: Infraestructura (AP-Cliente) y Ad-hoc (P2P).

• Bandas de Frecuencia: 2.4 GHz, 5 GHz y 6 GHz.

• Canales Disponibles: Dependen de la banda utilizada y del país.

• Método de Acceso: CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance).

• Tipos de Tramas: Gestión, control y datos.

2. Funcionamiento Básico de la Red WiFi

1. Asignación de Frecuencia: WiFi opera en las bandas 2.4 GHz, 5 GHz y 6 GHz, dividiéndolas en canales específicos.

2. Selección del Canal: Un dispositivo WiFi elige un canal dentro de la banda disponible para comunicarse con el punto de acceso (AP).

3. Acceso al Medio: Se utiliza CSMA/CA para minimizar colisiones, donde los dispositivos escuchan antes de transmitir.

4. Autenticación y Asociación: Un dispositivo debe autenticarse y asociarse con el AP antes de comenzar a transmitir datos.

5. Intercambio de Datos: Se usan tramas de control y datos encapsulados en paquetes IP.

3. Canales en WiFi y su Organización

Bandas de Frecuencia y Canales Disponibles

Importancia de los Canales No Superpuestos

En la banda de 2.4 GHz, los canales se solapan. Para evitar interferencias, se usan canales no solapados, como 1, 6 y 11 en la mayoría de las configuraciones.

En 5 GHz y 6 GHz, los canales están más separados, reduciendo la interferencia y permitiendo el uso de anchos de canal más grandes para mayor velocidad.

4. Métodos de Acceso al Medio (CSMA/CA)

WiFi usa Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) para gestionar el acceso al medio sin colisiones.

1. Carrier Sense (Escucha del Canal): Antes de transmitir, el dispositivo verifica si el canal está ocupado.

2. Backoff (Espera Aleatoria): Si el canal está ocupado, el dispositivo espera un tiempo aleatorio antes de volver a intentarlo.

3. RTS/CTS (Request to Send / Clear to Send, opcional): Para evitar colisiones ocultas, algunos dispositivos solicitan permiso antes de transmitir.

4. Transmisión y Confirmación (ACK): Los datos se envían y el receptor responde con una confirmación (ACK) para indicar recepción exitosa.

5. Tipos de Tramas en WiFi 802.11

WiFi usa tres tipos de tramas para su funcionamiento:

1. Tramas de Gestión: Asociación, autenticación y anuncios de la red.

2. Tramas de Control: RTS/CTS, ACK y control del acceso al medio.

3. Tramas de Datos: Contienen la información transmitida entre dispositivos.

6. Mecanismos de Seguridad en WiFi

Para evitar accesos no autorizados y proteger los datos transmitidos, WiFi implementa varios protocolos de seguridad:

• WEP (obsoleto): Algoritmo de cifrado débil.

• WPA (mejorado): Usa TKIP para mejorar la seguridad.

• WPA2 (actual estándar): Cifra datos con AES y autenticación robusta.

• WPA3 (última versión): Protecciones avanzadas contra ataques de diccionario y mejoras en redes abiertas.