Formato de trama Ethernet e IEEE 802.3
El estándar Ethernet y su versión normalizada por IEEE como IEEE 802.3 definen cómo se estructuran las tramas que se envían por la red. En Ethernet, cada dispositivo utiliza una dirección física única de 48 bits (dirección MAC), y todas las comunicaciones se envían encapsuladas en tramas, que incluyen tanto los datos como la información necesaria para que lleguen correctamente a su destino.
Antes de transmitir, cada estación escucha el medio para comprobar que no esté ocupado, y sigue escuchando durante la transmisión. Si se detecta una interferencia o colisión, la trama deberá reenviarse cuando el medio quede libre. Por ello, Ethernet se considera un servicio no confiable, ya que no incorpora confirmaciones de recepción dentro de las tramas.
El tamaño total de una trama Ethernet (sin incluir el preámbulo) debe estar entre 64 y 1518 bytes; cualquier trama fuera de este rango se considera inválida. El estándar IEEE 802.3 define una trama formada por siete campos principales, cada uno con una función específica.
Campos de la trama Ethernet / IEEE 802.3
1. Preámbulo (7 bytes)
Es una secuencia de bits alternados (101010…) que permite al receptor sincronizar su reloj con la señal entrante. Su misión es preparar al dispositivo antes del inicio real de la trama.
2. SFD – Delimitador de inicio de trama (1 byte)
El patrón 10101011 indica el final del preámbulo y el comienzo de la información útil. A partir de aquí, todo lo recibido pertenece a la trama.
3. Dirección destino (6 bytes)
Contiene la dirección MAC del dispositivo que debe recibir la trama.
Si la trama debe atravesar varias redes, esta dirección corresponde al siguiente salto (por ejemplo, un router).
4. Dirección origen (6 bytes)
Indica la dirección MAC del dispositivo que envía la trama o el último equipo que la ha reenviado.
5. Longitud/Tipo (2 bytes)
Este campo puede interpretarse de dos formas:
Longitud de los datos si el valor es menor a 05EEh (formato IEEE 802.3).
Tipo de protocolo superior si el valor es mayor (formato Ethernet II).
Ejemplo: 0x0800 para IPv4, 0x0806 para ARP.
6. Datos (46 a 1500 bytes)
Es la información que se transporta, normalmente un paquete de nivel superior.
Si el contenido es menor a 46 bytes, se añaden bytes de relleno (padding) para cumplir el tamaño mínimo de trama.
7. FCS – Secuencia de verificación de trama (4 bytes)
Campo de comprobación (CRC-32) que permite detectar errores producidos durante la transmisión.
Si el receptor detecta un error, descarta la trama.
Desarrollo del apartado 5. ETHERNET e IEEE 802.3
Ethernet es una de las tecnologías de red de área local (LAN) más utilizadas en el mundo. Su origen se remonta a principios de los años 70, cuando Xerox, Intel y Digital Equipment Corporation desarrollaron un método que permitiera a varios equipos compartir un mismo medio físico sin interferencias. Para ello, se inspiraron en el sistema de comunicación inalámbrica Aloha, desarrollado en la Universidad de Hawái, que introdujo el concepto de acceso múltiple por contienda.
Ethernet se diseñó inicialmente como una red de 10 Mbps, con topología en bus y un método de acceso al medio basado en CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). En este método, cada estación escucha el canal antes y durante la transmisión para evitar colisiones; si ocurren, se detiene la transmisión y se reintenta más tarde. Esta técnica permitió que múltiples dispositivos compartieran un medio único de forma relativamente eficiente.
Dado su éxito, Ethernet se convirtió pronto en un estándar ampliamente adoptado por la industria. Para lograr plena compatibilidad entre fabricantes, el IEEE tomó la especificación original y desarrolló el estándar IEEE 802.3, que formaliza los aspectos del nivel físico y del nivel de enlace (subnivel MAC) relacionados con Ethernet. Aunque ambos conceptos —Ethernet y IEEE 802.3— son prácticamente equivalentes, existen ligeras diferencias en el formato de las tramas, especialmente en el campo Longitud/Tipo.
Ethernet proporciona especificaciones tanto del nivel físico como del nivel de enlace del modelo OSI. Originalmente utilizaba cable coaxial, pero posteriormente se adaptó a medios como el par trenzado y la fibra óptica, manteniendo siempre el concepto de «bus lógico»: aunque físicamente la red pueda estar en estrella mediante hubs, lógicamente todos los equipos comparten el mismo medio.
El estándar IEEE 802.3 define también diversos parámetros importantes, como la longitud máxima del cable (500 metros por segmento en el caso del coaxial original), así como el uso de repetidores para ampliar la distancia total hasta 2,5 km. El uso de repetidores está limitado para garantizar que las colisiones puedan detectarse adecuadamente, debido a los tiempos de propagación del medio.
Además, el IEEE 802.3 clasifica las implementaciones Ethernet en banda base y banda ancha. La banda base utiliza señales digitales, mientras que la banda ancha usa señales analógicas. Las diferentes variantes de Ethernet se identifican mediante una notación como 10Base5, 10Base2, 10BaseT o 100Base-T, donde el número indica la velocidad en Mbps, «Base» se refiere a banda base y la letra o número final indica la longitud o tipo de cable utilizado.
Con el paso del tiempo, Ethernet evolucionó desde 10 Mbps hasta 100 Mbps (Fast Ethernet), 1 Gbps (Gigabit Ethernet) e incluso 10 Gbps y superiores. Aunque estas versiones introducen cambios en el nivel físico y en la codificación, mantienen la estructura básica del estándar 802.3 y el concepto de trama Ethernet, lo que ha favorecido su continuidad y compatibilidad.
Ethernet se ha consolidado como la tecnología dominante en redes LAN por varias razones: su simplicidad, su bajo coste, su escalabilidad y la enorme cantidad de hardware y software desarrollado para ella. Además, su estandarización por el IEEE ha permitido que diferentes fabricantes creen dispositivos interoperables, lo que la convierte en un estándar “de facto” en la industria de las redes.