Con el rápido crecimiento en poder de procesamiento en servidores y estaciones de trabajo, la proliferación de aplicaciones que demandan gran ancho de banda, y el crecimiento explosivo en redes de área local, provoca que muchos gestores de red se planteen urgentemente la necesidad de más ancho de banda. La necesidad de ancho de banda es un tema común, workgroup en grandes LAN’s con cientos de usuarios enviando mails y ejecutando aplicaciones de productividad en la oficina, LANs que necesitan ancho de banda para videoconferencia, aplicaciones multimedia, acceso a WWW, pequeños grupos de usuarios ejecutando aplicaciones CAD y gráficas, o incluso varias oficinas remotas compartiendo datos con una o mas servidores.

Según la consultora IDC más del 80% de las redes locales utilizan la tecnología Ethernet, por su facilidad de configuración, gestión, precio y por el magnífico soporte ofrecido por todas las grandes compañías del Networking como Cisco, 3Com, Bay Network, Nortell, LanTronix, … por citar algunas.

El objetivo de este artículo es ofrecer una idea clara, pero sin perder una buena base teórica, de las tecnologías Ethernet desde un punto de vista evolutivo, es decir, comenzando por la Ethernet Compartida, Segmentada, Fast Ethernet, Conmutación y acabando en su último estadio llamada Gigabit Ethernet. En este paseo veremos también la evolución de los elementos de una red Hub, Bridges, Routers, Switchers,… no siendo la intención del mismo profundizar en estos dispositivos.

Durante la última decada las redes locales se han basado en una tecnología de acceso compartido. Esto significa que todos los equipos conectados a la LAN comparten un único medio de comunicación, normalmente coaxial, par trenzado o fibra óptica.

El estándar Ethernet fue definido por el IEEE en una norma conocida como 802.3, que cubre las reglas para configurar las redes Ethernet, los tipos de medios que se pueden utilizar y cómo los elementos de la red deberían interactuar, como el método de acceso, la velocidad, … esta norma fija la velocidad a 10 Mbps.

Existen dos topologías básicas de una red ethernet, en Bus y en Estrella. Observemos la topología en Bus que nos servirá como referencia para la siguiente explicación:

Figura 1. Topología Bus

La norma IEEE 802.3 se utiliza en las redes tipo LAN con el protocolo de acceso al medio denominado 1-persistente CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection : Acceso Múltiple Sensible a la Portadora con Detección de Colisiones). Revisemos esta idea: cuando una estación desea transmitir, escucha la información que fluye a través del cable. Si el cable se encuentra ocupado, la estación espera hasta que esté en estado inactivo, en caso contrario transmite de inmediato. Si dos o más estaciones, de forma simultánea, comienzan a transmitir a través de un cable inactivo, generarán una colisión. Estas estaciones al detectar que lo que circula por el cable no es lo mismo que envían (detectan la colisión), terminarán su transmisión, esperarán un tiempo aleatorio y repetirán de nuevo todo el proceso completo. Podemos decir que es una técnica de acceso de competición.

La norma IEEE establece que el transmisor debe detectar una colisión si la señal a través del cable en la toma de conexión excede el valor máximo que puede ser producido por el transmisor de forma aislada. Debido a que la señal se atenúa la norma restringe la longitud máxima del cable a 500 m para 10Base5, a 200 metros para 10Base2,… En una topología en estrella la detección se realiza mediante niveles lógicos, detectando que existe actividad en más de una entrada al concentrador, generando una señal de aviso, o jam, para que paren de emitir las estaciones.

Ethernet divide la información que se desea transmitir en tramas. Estas tramas contienen un preámbulo de sincronismo, la dirección MAC de destino, la dirección MAC de origen, longitud del campo de datos, el campo de datos y 4 bytes de control de errores, … El tamaño de las tramas es variable y puede ir desde los 64 Bytes a los 1514 Bytes.

La norma IEEE 802.3 define diferentes alternativas para el medio de transmisión:

Las topologías de una red Ethernet pueden ser dos: en bus o en estrella. Cuando la red contiene pocos ordenadores la solución más barata, pero menos flexible, es montar una red en bus con cable coaxial. Esta configuración es muy poco flexible ya que obliga a cortar el cable coaxial, cualquier cambio de disposición de los ordenadores provoca grandes problemas y es díficil poder ampliar la red a nuevos usuarios. La alternativa es la utilización de un Hub o concentrador en una configuración tipo estrella, siendo el medio de transmisión más utilizado el par trenzado. Esta configuración es muy flexible y escalable, siendo su topología típica la mostrada en la figura:

Figura 2. Topología en Estrella. Utilización de un concentrador o Hub.

El Hub es un equipo que dispone de un cierto número de puertos en los que se conectan estaciones de trabajo y servidores. Todos los equipos conectados comparten el medio de transmisión y por lo tanto todos comparten los 10 Mbps disponibles en el medio. En esta configuración se dice que todos los dispositivos de la red se encuentran en un mismo dominio de colisión por lo que el ancho de banda efectivo es muy inferior a los 10 Mbps, ocurriendo colisiones de forma continua. Al aumentar el nº de estaciones aumenta la probabilidad de colisiones y por lo tanto disminuye el ancho de banda efectivo. Recordando el método de acceso al medio y ya que el medio es compartido, al enviar o recibir paquetes un usuario el resto debe esperar.

Cuando la red sufre picos de demanda de capacidad por encima de los 10 Mbps es necesario emigrar hacia el concepto de Fast Ethernet. Fast Ethernet o Ethernet de alta velocidad es un conjunto de especificaciones desarrolladas por el comité IEEE 802.3 con el fin de proporcionar una red LAN de bajo coste compatible con Ethernet y funcionando a 100 Mbps. La designación global para estas normalizaciones es 100Base-T. El incremento de velocidad se basa en la técnica de codificación multinivel.

La siguiente tabla resume las características más importantes de las opciones 100BASE-T:

	100 BASE-TX		100BASE-FX	100BASE-T4
Medio de Transmisión	2 pares STP	2 pares UTP de clase 5	2 fibras ópticas	4 pares UTP de clase 3, 4 o 5
Técnica de señalización	4B 5B,NRZI	4B 5B,NRZI	4B 5B,NRZI	8B6T,NRZ
Tasa de datos	100 Mbps	100 Mbps	100 Mbps	100 Mbps
Longitud Máxima de segmento	100 m	100 m	100 m-2 Km	100 m
Expansión de red	200 m	200 m	200 m	200 m