Ethernet Networking

Ethernet es un método de acceso al medio que permite que muchos hosts en una red puedan compartir el mismo ancho de banda de un enlace. Y entre sus características podemos contar que es fácilmente integrable a nuevas tecnologías de red, como FastEthernet, y Gigabit Ethernet; además es fácil de implementar y de resolver sus problemas si fuera el caso.
Ethernet abarca dos capas del modelo OSI para trabajar, el Data Link Layer y el Physical Layer, y entre sus definiciones describe las características necesarias del medio para poder transmitir, más no habla de configuraciones de cableado o algo similar, es importante recordar esto.

Ethernet usa un protocolo llamado Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) para poder compartir el medio entre los diferentes dispositivos sin que ocurra que dos hosts quieran transmitir al mismo tiempo sobre el medio de red y fue creado precisamente con este propósito, ya que es vital evitar las colisiones en el medio para asegurar que los mensajes que se intercambian entre los nodos lleguen de manera íntegra, y se logra ya que todos los hosts conectados reciben los mensajes y los examinan, ya que se encuentran en el mismo dominio de colisión, y sabemos que un switch, un bridge, un router, pueden cambiar ésto, pero hablamos de hosts conectados a un bus, que es como se desarrolló Ethernet.

La manera en la que funciona este protocolo es la siguiente:

Data Link Layer, el hardware.

En la capa de enlace de datos operan los switches y los bridges, y son hardware de aplicación específica ya que usan procesadores y circuitos que son diseñados únicamente para esta tarea. (application-specific integrated cirtuit), y es lo que permite que los switches alcancen velocidades de proceso de Gigabits con latencias muy bajas.

Menciono brevemente los dispositivos en una entrada previa:

https://ipref.wordpress.com/2008/06/05/dispositivos-de-red-capa-de-enlace-de-datos/

El proceso es el siguiente:

El switch recibe un frame y lee su encabezado, determina su origen y lo pone en su tabla para recordar de que puerto provino; entonces, busca el destino en esa misma tabla y envía el frame hacia el puerto asociado a esa dirección MAC; en caso de desconocer el destino, el frame es enviado a todos los puertos excepto al de origen, y cuando reciba un nuevo frame con esa dirección MAC de origen, sabrá de que puerto proviene, y la agregará a su tabla, por lo que conocerá donde está ubicado ese host. Así van formando su tabla de MAC addresses que ayuda a disminuir el tráfico en la red y a formar un mapa de la misma. Todos los dispositivos que reciben este mensaje están en un dominio de Broadcast, y si tenemos muchos mensajes de broadcast, afectarán el desempeño de la red.

La Capa de Enlace de Datos

La capa de enlace de datos (data link layer) provee la transmisión física de los datos y se encarga de detectar errores, de la topología de la red y del control de flujo; es decir, se encarga de que los mensajes lleguen a sus destinatarios usando la dirección física (MAC address) y traduce los mensajes de la capa de red en bits que la capa física transmitirá.

Los mensajes son divididos en fragmentos que se llaman marco de datos (data frames) y yo me referiré a ellos por su nombre en inglés, ya que considero que parte de entender una materia es conocer su lenguaje técnico. Cada frame, al igual que las unidades de datos de capas superiores (PDU o packet data unit) contienen un encabezado, al que se le agrega la información del destino y el origen (en direcciones MAC, no IP), pero en este caso, tenemos un elemento de empaquetamiento al final, que sirve para detectar errores y es el Cyclic Redundancy Check (CRC revisión de redundancia cíclica) y que es un número que se calcula a través del valor de los bits contenidos dentro del mensaje; en caso de que al recibir el frame y recalcular el CRC, éste no coincida con el enviado, se notificará para que sea transmitido nuevamente.

La Capa de Aplicación

Application Layer, OSI layer 7

La capa de aplicación es donde ocurre toda la interacción del usuario con la computadora, y por ejemplo, cualquier browser funciona aún sin el stack de TCP/IP instalado, sin embargo, el browser (google chrome, mozilla firefox, internet explorer, opera) no es parte de la capa de aplicación, sino que es el programa que se comunica con dicha capa.
Por ejemplo, al hacer la consulta de un documento local de html con el browser no hay comunicación hacia el exterior, sin embargo, al hacer la consulta de un documento remoto se hace uso del protocolo http (hyper text transfer protocol); o podemos transferir archivos por medio de FTP (file transfer protocol) o por medio de TFTP (trivial file transfer protocol). Cada vez que solicitamos una comunicación de ese tipo, el browser interactúa con la capa de aplicación que a su vez sirve de interfase entre las aplicaciones del usuario y el stack de protocolos que le va a proveer la comunicación con ayuda de las capas inferiores.

La capa de Red (network layer)

La Capa de Red maneja el direccionamiento, da seguimiento de la ubicación de los dispositivos en la red y determina la mejor manera de mover datos; es decir, la capa de red maneja la comunicación entre dispositivos que no están conectados directamente. Los routers trabajan en la capa de red específicamente.

network layer

Interfase o interfaz (interface), es la puerta de salida de un paquete hacia una red específica.

Métrica (metric), es la distancia a una red remota y diferentes protocolos de ruteo usan diferentes métodos para calcular esta distancia; algunos cuentan los saltos, otros usan una mezcla del acho de banda, la latencia o hasta un reloj. Un salto es un router que un paquete cruza para llegar a su destino.

Dirección de Red (network address); direcciones de red específicas por protocolo. Un router debe mantener direcciones de red para protocolos individuales debido a que cada protocolo de ruteo da seguimiento a la red con un esquema de direcionamiento distinto (IP, IPv6 e IPX por ejemplo).

Los paquetes de datos (data packets) transportan datos de los usuarios a través de toda la red y se hace mediante protocolos de soporte, llamados protocolos ruteables (routed protocols); por ejemplo, IPX, IP e IPv6.

Los paquetes de actualización de rutas (route update packets) se usan para que entre routers vecinos se notifiquen entre si las redes que tienen directamente conectadas o que conocen a través de algún destino y sirven para que los routers construyan y mantengan las tablas de ruteo. Los protocolos que usan la actualización de rutas se llaman protocolos de ruteo (routing protocols) y entre los más comunes tenemos a RIP, RIPv2, EIGRP y OSPF.