Ethernet

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Ethernet ( inglés  Ethernet [ˈiːθəˌnɛt] de ether  [ˈiːθə] " éter " + red "red, circuito") es una familia de tecnologías para la transferencia de paquetes de datos entre dispositivos para computadoras y redes industriales .

Los estándares de Ethernet definen las conexiones por cable y las señales eléctricas en la capa física , el formato de trama y los protocolos de control de acceso a los medios en la capa de enlace de datos del modelo OSI . Ethernet se describe principalmente por los estándares del grupo IEEE 802.3 . Ethernet se convirtió en una de las tecnologías LAN más comunes a mediados de la década de 1990 , reemplazando tecnologías heredadas como Token Ring , FDDI y ARCNET .

El nombre "Ethernet" (literalmente "red terrestre" o "entorno de red") refleja el principio original de esta tecnología: todo lo que transmite un nodo es recibido simultáneamente por todos los demás (es decir, existe cierta similitud con la transmisión ). En la actualidad, casi siempre la conexión ocurre a través de conmutadores (switch) , de modo que las tramas enviadas por un nodo llegan solo al destino (la excepción son las transmisiones a la dirección de transmisión ), lo que aumenta la velocidad y la seguridad de la red.

Historia

La tecnología Ethernet se desarrolló junto con muchos de los primeros proyectos de Xerox PARC Corporation . En general, se acepta que Ethernet se inventó el 22 de mayo de 1973 , cuando Robert Metcalfe escribió un memorando al director de PARC sobre el potencial de la tecnología Ethernet [2] . Pero Metcalfe obtuvo el derecho legal a la tecnología unos años más tarde. En 1976, él y su asistente David Boggs publicaron un folleto llamado Ethernet: Conmutación distribuida de paquetes para redes informáticas locales [3] .

Metcalfe dejó Xerox en 1979 y fundó 3Com para promover computadoras y redes de área local (LAN) . Pudo convencer a DEC , Intel y Xerox de trabajar juntos y desarrollar el estándar Ethernet (DIX). Esta norma se publicó por primera vez el 30 de septiembre de 1980 . Comenzó una rivalidad con dos grandes tecnologías propietarias, Token Ring y ARCNET , que pronto fueron aplastadas por las olas de productos Ethernet que se aproximaban. En el proceso de lucha, 3Com se ha convertido en una de las principales empresas de esta industria.

Tecnología

El estándar de las primeras versiones (Ethernet v1.0 y Ethernet v2.0) establece que se usa cable coaxial como medio de transmisión , más tarde se hizo posible usar par trenzado y cable óptico .

Beneficios de usar par trenzado sobre cable coaxial:

La razón para cambiar a cable óptico fue la necesidad de aumentar la longitud del segmento sin repetidores.

Método de control de acceso (para una red en un cable coaxial): acceso múltiple con detección de portadora y detección de colisión (CSMA / CD, acceso múltiple con detección de portadora con detección de colisión), velocidad de datos de 10 Mbps, tamaño de trama de 64 a 1518 bytes [4 ] , se describen métodos de codificación de datos. El modo de operación es semidúplex, es decir, el nodo no puede transmitir y recibir información simultáneamente. La cantidad de nodos en un segmento de red compartida está limitada a un límite de 1024 estaciones de trabajo (las especificaciones de la capa física pueden establecer restricciones más estrictas, por ejemplo, no más de 30 estaciones de trabajo pueden conectarse a un segmento coaxial delgado , y a un segmento coaxial grueso, no más de 100). Sin embargo, una red construida sobre un único segmento compartido se vuelve ineficiente mucho antes de llegar al límite del número de nodos, principalmente debido al modo de operación semidúplex.

En 1995, se adoptó el estándar IEEE 802.3u Fast Ethernet a una velocidad de 100 Mbps y se hizo posible trabajar en modo dúplex completo . En 1997, se adoptó el estándar IEEE 802.3z Gigabit Ethernet a 1000 Mbps para transmisión por fibra óptica y dos años más tarde para transmisión por par trenzado.

Formato de fotograma

Hay varios formatos de trama Ethernet.

Opcionalmente, una trama Ethernet puede contener una etiqueta IEEE 802.1Q para identificar la VLAN a la que se dirige y dentro de ella una etiqueta IEEE 802.1p para indicar la prioridad.

Los diferentes tipos de marcos tienen diferentes formatos y valores de MTU .

Direcciones MAC

Al diseñar el estándar Ethernet, se proporcionó que cada tarjeta de red (así como la interfaz de red integrada) debe tener un número único de seis bytes ( dirección MAC ) cosido durante la fabricación. Este número se usa para identificar al remitente y al receptor de la trama, y ​​se supone que cuando aparece una nueva computadora (u otro dispositivo capaz de conectarse en red) en la red, el administrador de la red no tendrá que configurar la dirección MAC.

La singularidad de las direcciones MAC se logra por el hecho de que cada fabricante recibe un rango de dieciséis millones ( 224 ) de direcciones del comité directivo de la Autoridad de registro de IEEE y, a medida que se agotan las direcciones asignadas, puede solicitar un nuevo rango. Por lo tanto, el fabricante se puede determinar a partir de los tres bytes más significativos de la dirección MAC. Hay tablas que le permiten determinar el fabricante por dirección MAC; en particular, se incluyen en programas como arpalert .

La dirección MAC se lee una vez desde la ROM cuando se inicializa la tarjeta de red, y luego el sistema operativo genera todos los marcos. Todos los sistemas operativos modernos le permiten cambiarlo. Para Windows, desde al menos Windows 98, ha cambiado en el registro. Algunos controladores de tarjetas de red permitieron cambiarlo en la configuración, pero el cambio funciona absolutamente para cualquier tarjeta.

Hace algún tiempo, cuando los controladores de la tarjeta de red no permitían cambiar la dirección MAC y no se conocían demasiado las posibilidades alternativas, algunos proveedores de Internet lo usaban para identificar una máquina en una red al contabilizar el tráfico. Los programas de Microsoft Office desde Office 97 han escrito la dirección MAC de la NIC en el documento que se está editando como parte de un GUID único [5] .

Variedades de Ethernet

Dependiendo de la tasa de datos y el medio de transmisión, existen varias opciones tecnológicas. Independientemente del método de transmisión, la pila de protocolos de red y los programas funcionan de la misma manera en casi todas las opciones a continuación.

Esta sección ofrece una breve descripción de todas las variedades oficialmente existentes. Por alguna razón, además del estándar principal, muchos fabricantes recomiendan usar otros medios patentados; por ejemplo, el cable de fibra óptica se usa para aumentar la distancia entre los puntos de la red .

La mayoría de las tarjetas Ethernet y otros dispositivos admiten múltiples velocidades de datos, utilizando la negociación automática de velocidad y dúplex para lograr la mejor conexión posible entre dos dispositivos. Si la detección automática no funciona, la velocidad se ajusta al asociado y se activa el modo de transmisión semidúplex. Por ejemplo, la presencia de un puerto Ethernet 10/100 en el dispositivo indica que puede funcionar a través de tecnologías 10BASE-T y 100BASE-TX, y el puerto Ethernet 10/100/1000 admite 10BASE-T, 100BASE-TX y 1000BASE- t

Primeras modificaciones de Ethernet

Ethernet de 10 Mbps

A pesar de que teóricamente es posible conectar más de dos dispositivos que funcionan en modo simplex a un cable (segmento) de un par trenzado , este esquema nunca se usa para Ethernet, a diferencia de trabajar con cable coaxial. Por lo tanto, todas las redes de par trenzado utilizan una topología en estrella, mientras que las redes de cable coaxial utilizan una topología de bus. Los terminadores de par trenzado están integrados en cada dispositivo y no es necesario utilizar terminadores externos adicionales en la línea.

Fast Ethernet ( Fast Ethernet , 100 Mbps)

Gigabit Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Gbps)

Variantes de 2,5 y 5 Gigabits (NBASE-T, MGBASE-T)

En 2014 aparecieron las iniciativas privadas NBASE-T (Cisco) y MGBASE-T (Broadcom) [14] [15] para crear estándares Ethernet con velocidades entre 1 y 10 Gbps. El nuevo estándar debe utilizar la infraestructura de cable de Categoría 5e existente para distancias de hasta 100 metros, proporcionando velocidades de 2,5 o, con menor probabilidad, 5 Gbps. Entre las razones del surgimiento de iniciativas está la proliferación de enrutadores Wi-Fi que soportan velocidades de más de 1 gigabit (802.11ac Wave 2, 802.11ad, 802.11ax, LiFi), y la imposibilidad de utilizar estándares Ethernet de 10 Gb/s. sobre cables largos 5e- y 6th categorías [16] [17] . Anteriormente, el grupo IEEE 802 señaló que un estándar 2500BASE-T hipotético podría tener un costo cercano al de las soluciones 1000BASE-T [18] .

El estándar para Ethernet de 2,5 y 5 Gbps sobre cables Cat 5e y Cat 6 se adoptó en el otoño de 2016 como IEEE 802.3bz [19] [20] .

10 Gigabit Ethernet (10G Ethernet, 10 Gbps)

El estándar 10 Gigabit Ethernet incluye siete estándares de medios físicos para LAN , MAN y WAN . Actualmente está descrito por la enmienda IEEE 802.3ae y debería incluirse en la próxima revisión del estándar IEEE 802.3 .

40 Gigabit y 100 Gigabit Ethernet

De acuerdo con las observaciones del Grupo 802.3ba [22] , los requisitos de ancho de banda para las tareas informáticas y las aplicaciones centrales de la red crecen a ritmos diferentes, lo que determina la necesidad de dos estándares correspondientes para las próximas generaciones de Ethernet: 40 Gigabit Ethernet (o 40 GbE) y 100 Gigabit Ethernet (o 100 GbE). Actualmente, los servidores , clústeres HPC , sistemas blade , SAN y NAS utilizan tecnologías de 1 GbE y 10 GbE, mientras que en 2007 y 2008. hubo un aumento significativo en este último. Es más probable que los sistemas modernos (2022) utilicen 40 GbE o más.

Perspectivas

Terabit Ethernet (así es como se llama simplemente a la tecnología Ethernet con una tasa de transferencia de 1 Tbps) se dio a conocer en 2008 a partir de una declaración del creador de Ethernet Robert Metcalfe en la conferencia OFC [23] , quien sugirió que la tecnología sería desarrollada por 2015 , aunque sin expresarlo con cierta confianza, pues para ello hay que resolver muchos problemas. Sin embargo, en su opinión, la tecnología clave que puede servir para un mayor crecimiento del tráfico será una de las desarrolladas en la década anterior: DWDM .

“Para implementar Ethernet de 1 Tbps, se deben superar muchas limitaciones, incluidos los láseres de 1550 nm y la modulación de 15 GHz. La red futura necesita nuevos esquemas de modulación, así como nueva fibra, nuevos láseres, básicamente, todo es nuevo”, dijo Metcalfe. - Tampoco está claro qué arquitectura de red se requerirá para soportarlo. Quizás las redes ópticas del futuro necesiten utilizar fibra con núcleo de vacío o fibras de carbono en lugar de sílice . Los operadores deberán implementar más dispositivos totalmente ópticos y ópticas de espacio libre (sin fibra). Bob Metcalfe" [24] .

Véase también

Notas

  1. Erróneamente llamado RJ-45 .
  2. La tecnología Ethernet celebra su 40 aniversario y mejora (enlace no disponible) . mail.ru._ _ Consultado el 25 de mayo de 2013. Archivado desde el original el 11 de agosto de 2014. 
  3. R. M. Metcalfe y D. R. Boggs . Ethernet: Conmutación de paquetes distribuidos para redes informáticas locales. // ACM Communications, 19(5):395-404, julio de 1976. Archivado desde el original el 11 de diciembre de 2004.  (Inglés)
  4. RFC 2544 , § 9.1
  5. MS Office: características ocultas . Fecha de acceso: 19 de julio de 2010. Archivado desde el original el 25 de julio de 2012.
  6. 1 2 3 Categoría 6 Estándar Gigabit Ethernet Aprobado Archivado el 30 de junio de 2015 en Wayback Machine Enero de 2002
  7. Cómo funciona 1000BASE-T Archivado el 15 de enero de 2018 en Wayback Machine // Geoff Thompson, IEEE802.3 Plenary, 13 de noviembre de 1997
  8. ¿Qué es el estándar 1000BASE-T? Archivado el 4 de junio de 2015 en Wayback Machine , 2008
  9. "Especificación de Ethernet de dúplex completo para 1000 Mbit/s (1000BASE-TX) que funciona con cableado de par trenzado equilibrado de categoría 6 (ANSI/TIA/EIA-854-2001)"
  10. Gigabit Ethernet Archivado el 7 de marzo de 2015 en Wayback Machine // Enciclopedia PCMag : "1000Base-TX... requiere un cableado de categoría 6 más costoso. No tuvo tanto éxito debido al mayor costo del cable".
  11. Sanjaya Maniktala, "1000BASE‑TX"&hl=en& Power Over Ethernet Interoperability Guide Archivado el 6 de marzo de 2016 en Wayback Machine , 2013, ISBN 978-0-07-179826-6 . página 18 "1000Base-TX ahora se considera un fracaso comercial y efectivamente obsoleto".
  12. Redes de área local de alta velocidad Archivado el 27 de abril de 2016 en Wayback Machine  - Sams, 2000, ISBN 978-1-57870-113-1  - Capítulo 9, página 193
  13. Variedades de Ethernet Archivado el 8 de junio de 2010 en Wayback Machine , 31 de mayo de  2008
  14. Conozca MGBASE-T: el nuevo estándar Ethernet de 2,5/5 Gbps facilita las redes inalámbricas empresariales con cuello de botella Archivado el 20 de enero de 2015 en Wayback Machine 2014-12-01
  15. Cómo Wi-Fi está paralizando el estándar Ethernet Archivado el 13 de marzo de 2016 en Wayback Machine , 26 de diciembre de 2014
  16. Por qué 2,5 y 5 Gbps son las próximas velocidades de Ethernet. La nueva Alianza NBASE-T impulsa los estándares Ethernet intermedios de 2,5 Gbps y 5 Gbps. Archivado el 9 de diciembre de 2014 en Wayback Machine el 30 de octubre de 2014
  17. Cisco, otros impulsan 2.5G, 5G Ethernet. Las empresas buscan llenar el vacío entre 1G y 10G en el cobre existente . Fecha de acceso: 25 de enero de 2015. Archivado desde el original el 15 de febrero de 2015.
  18. Informe CFI 2.5G Archivado el 24 de septiembre de 2015 en Wayback Machine , IEEE 802
  19. IEEE 802.3bz adoptado: Ethernet de 5 Gbps sin cambios de cable Archivado el 29 de septiembre de 2016 en Wayback Machine - 3dnews  , 28/09/2016
  20. Se adoptó la especificación IEEE 802.3bz: velocidades de Ethernet de 2,5 Gbps y 5 Gbps estandarizadas . Archivado el 30 de septiembre de 2016 en Wayback Machine - ixbt  , 27 de septiembre de 2016
  21. 1 2 Olifer V. G. , Olifer N. A. Capítulo 13. Redes Ethernet conmutadas // Redes informáticas. Principios, tecnologías, protocolos. - 4ª ed. - San Petersburgo: Piter, 2010. - S. 438. - 4500 ejemplares.  - ISBN 978-5-49807-389-7 .
  22. Normas finalizadas en junio de 2010 como IEEE 802.3ba-2010 (enlace no disponible) (21 de junio de 2010). Archivado desde el original el 24 de agosto de 2011. 
  23. ( ing.  Conferencia y Exposición de Comunicación por Fibra Óptica ; Conferencias y exposiciones dedicadas a las comunicaciones por fibra óptica). Sitio web de la conferencia Archivado el 9 de noviembre de 2012 en Wayback Machine .
  24. "On the way to Terabit Ethernet" Copia de archivo del 1 de junio de 2010 en Wayback Machine , Leonid Barash, revista Computer Review

Enlaces