Title: Ethernet Switching
Course: 2025 - LISI - Curso de Ejemplo > Section: Unidad III. Tecnologías de Redes

Encapsulamiento de Ethernet

Este módulo comienza con una discusión de la tecnología Ethernet incluyendo una explicación de la subcapa MAC y los campos de trama Ethernet.

Ethernet es una de las dos tecnologías LAN utilizadas hoy en día, siendo la otra LAN inalámbricas (WLAN). Ethernet utiliza comunicaciones por cable, incluyendo pares trenzados, enlaces de fibra óptica y cables coaxiales.

Ethernet funciona en la capa de enlace de datos y en la capa física. Es una familia de tecnologías de red definidas en los estándares IEEE 802.2 y 802.3. Ethernet soporta los siguientes anchos de banda de datos:

- 10 Mbps
- 100 Mbps
- 1000 Mbps (1 Gbps)
- 10.000 Mbps (10 Gbps)
- 40,000 Mbps (40 Gbps)
- 100,000 Mbps (100 Gbps)

Como se muestra en la figura, los estándares de Ethernet definen tanto los protocolos de Capa 2 como las tecnologías de Capa 1.

Ethernet y el modelo OSI

Subcapas de enlace de datos

Los protocolos IEEE 802 LAN/MAN, incluyendo Ethernet, utilizan las dos subcapas independientes siguientes de la capa de enlace de datos para operar. Son el Control de enlace lógico (LLC) y el Control de acceso a medios (MAC), como se muestra en la figura.

Recuerde que LLC y MAC tienen los siguientes roles en la capa de enlace de datos:

- Subcapa LLC - Esta subcapa IEEE 802.2 se comunica entre el software de red en las capas superiores y el hardware del dispositivo en las capas inferiores. Coloca en la trama información que identifica qué protocolo de capa de red se utiliza para la trama. Esta información permite que múltiples protocolos de Capa 3, como IPv4 e IPv6, utilicen la misma interfaz de red y medios.
- Subcapa MAC - Esta subcapa (IEEE 802.3, 802.11 o 802.15, por ejemplo) se implementa en hardware y es responsable de la encapsulación de datos y control de acceso a medios. Proporciona direccionamiento de capa de enlace de datos y está integrado con varias tecnologías de capa física.

El diagrama muestra la red OSI, el vínculo de datos y las capas físicas. También muestra las subcapas de capa de enlace de datos LLC y MAC y varios protocolos LAN/WAN. En la parte superior del diagrama se encuentra la capa de red y el protocolo de capa de red. Debajo de eso está la capa de enlace de datos y sus subcapas. La subcapa superior es la subcapa LLC como se especifica en IEEE 802.2. A continuación se muestra la subcapa MAC con tres columnas que representan diferentes tipos de tecnologías de red. La primera columna es Ethernet IEEE 802.3 en la parte superior de la subcapa MAC. Debajo de esto hay varios estándares Ethernet para Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, etc. que abarcan la parte inferior de la subcapa MAC y toda la capa física OSI. La siguiente columna es WLAN IEEE 802.11 en la parte superior de la subcapa MAC. Debajo de esto se encuentran los diversos estándares WLAN para diferentes tipos de comunicaciones inalámbricas que abarcan la parte inferior de la subcapa MAC y toda la capa física OSI. La última columna es WPAN IEEE 802.15 en la parte superior de la subcapa MAC. Debajo de esto hay varios estándares WPAN para Bluetooth, RFID, etc. que abarcan la parte inferior de la subcapa MAC y toda la capa física OSI.

Subcapa MAC

La subcapa MAC es responsable de la encapsulación de datos y el acceso a los medios.

Encapsulación de datos

La encapsulación de datos IEEE 802.3 incluye lo siguiente:

- Trama de Ethernet - Esta es la estructura interna de la trama Ethernet.
- Direccionamiento Ethernet - la trama Ethernet incluye una dirección MAC de origen y destino para entregar la trama Ethernet de NIC Ethernet a NIC Ethernet en la misma LAN.
- Detección de errores Ethernet - La trama Ethernet incluye un avance de secuencia de verificación de trama (FCS) utilizado para la detección de errores.

Accediendo a los medios

Como se muestra en la figura, la subcapa MAC IEEE 802.3 incluye las especificaciones para diferentes estándares de comunicaciones Ethernet sobre varios tipos de medios, incluyendo cobre y fibra.

El diagrama muestra varios estándares Ethernet en la subcapa MAC. En la parte superior del diagrama se encuentra la capa de red y el protocolo de capa de red . Debajo de eso está la capa de enlace de datos y sus subcapas. La subcapa superior es la subcapa IEEE 802.2 LLC. La siguiente es la subcapa MAC Ethernet IEEE 802.3. Debajo hay cinco columnas con varios estándares Ethernet y tipos de medios que abarcan la parte inferior de la subcapa MAC y toda la capa física OSI. De izquierda a derecha, las columnas son: IEEE 802.3u Fast Ethernet; IEEE 802.3z Gigabit Ethernet sobre fibra; IEEE 802.ab Gigabit Ethernet sobre cobre; IEEE 802.3ae 10 Gigabit Ethernet sobre fibra; y Etc.

Estándares Ethernet en la subcapa MAC

Recuerde que Ethernet heredado utiliza una topología de bus o hubs, es un medio compartido, medio dúplex. Ethernet a través de un medio medio dúplex utiliza un método de acceso basado en contencion, detección de accesos múltiples/detección de colisiones (CSMA/CD) Esto garantiza que sólo un dispositivo esté transmitiendo a la vez. CSMA/CD permite que varios dispositivos compartan el mismo medio medio dúplex, detectando una colisión cuando más de un dispositivo intenta transmitir simultáneamente. También proporciona un algoritmo de retroceso para la retransmisión.

Las LAN Ethernet de hoy utilizan switches que funcionan en dúplex completo. Las comunicaciones dúplex completo con switches Ethernet no requieren control de acceso a través de CSMA/CD.

Campos de trama de Ethernet

El tamaño mínimo de trama de Ethernet es de 64 bytes, y el máximo es de 1518 bytes. Esto incluye todos los bytes del campo de dirección MAC de destino a través del campo de secuencia de verificación de trama (FCS). El campo preámbulo no se incluye al describir el tamaño de una trama.

Cualquier trama de menos de 64 bytes de longitud se considera un fragmento de colisión o una trama corta, y es descartada automáticamente por las estaciones receptoras. Las tramas de más de 1500 bytes de datos se consideran “jumbos” o tramas bebés gigantes.

Si el tamaño de una trama transmitida es menor que el mínimo o mayor que el máximo, el dispositivo receptor descarta la trama. Es posible que las tramas descartadas se originen en colisiones u otras señales no deseadas. Ellas se consideran inválidas Las tramas jumbo suelen ser compatibles con la mayoría de los switches y NIC Fast Ethernet y Gigabit Ethernet.

La figura muestra cada campo en la trama Ethernet. Consulte la tabla para obtener más información sobre la función de cada campo.

El diagrama muestra los campos de una trama Ethernet. De izquierda a derecha, los campos y su longitud son: Preámbulo y SFD, 8 bytes; Dirección MAC de destino, 6 bytes; Dirección MAC de origen, 6 bytes; Tipo/longitud, 2 bytes; datos, 45 - 1500 bytes; y FCS, 4 bytes. Excluyendo el primer campo, el número total de bytes en los campos restantes está entre 64 y 1518.

Campos de trama en internet

Ethernet Frame Fields Detail

Título de la tabla
Campo | Descripción
Campos Preámbulo y Delimitador de inicio de trama | El Preámbulo (7 bytes) y el Delimitador de tramas de inicio (SFD), también llamado Inicio de Trama (1 byte), los campos se utilizan para la sincronización entre el envío y recepción de dispositivos. Estos primeros ocho bytes de trama son utilizados para llamar la atención de los nodos receptores. Esencialmente, los primeros cuantos bytes le dicen a los receptores que se preparen para recibir una nueva trama.
Campo Dirección MAC de destino | Este campo de 6 bytes es el identificador del destinatario deseado. Como usted recordará, esta dirección es utilizada por la capa 2 para ayudar a los dispositivos en determinar si una trama está dirigido a ellos. La dirección en la trama es comparada con la dirección MAC en el dispositivo. Si hay una coincidencia, el acepta la trama. Puede ser unicast, multicast o broadcast dirección.
Campo Dirección MAC de origen | Este campo de 6 bytes identifica la NIC o la interfaz de origen de la trama
Tipo/Longitud | Este campo de 2 bytes identifica el protocolo de capa superior encapsulado en la trama de Ethernet Los valores comunes son, en hexadecimal, 0x800 para IPv4, 0x86DD para IPv6 y 0x806 para ARP. Nota: También puede ver este campo denominado como EtherType, Type o Length.
Campo de datos | Este campo (46 - 1500 bytes) contiene los datos encapsulados de una capa superior, que es una PDU genérica de Capa 3, o más comúnmente, un IPv4 paquete. Todas las tramas deben tener, al menos, 64 bytes de longitud. Si un paquete pequeño es encapsulado, bits adicionales llamados pad se utilizan para aumentar el tamaño de la trama a este tamaño mínimo.
Campo Secuencia de verificación de trama | El campo Secuencia de verificación de trama (FCS) (4 bytes) se usa para detectar errores en una trama. Utiliza una comprobación cíclica de redundancia (CRC). El dispositivo de envío incluye los resultados de un CRC en el campo FCS de la trama. El dispositivo receptor recibe la trama y genera una CRC para buscar por errores. Si los cálculos coinciden, significa que no se produjo ningún error. Cálculos que no coinciden son una indicación de que los datos han cambiado; por lo tanto, la trama se descarta. Un cambio en los datos podría ser el resultado de una interrupción de las señales eléctricas que representan los bits.