10. Ethernet

10.2. Ethernet Tradicional

Las redes LAN de alta velocidad más utilizadas en la actualidad se basan en Ethernet y fueron desarrolladas por el comité de estándares IEEE 802.3. Al igual que con otros estándares LAN, existe una capa de control de acceso al medio y una capa física, que se analizan a continuación.

IEEE 802.3 Control de Acceso al Medio

Precursores: ALOHA y ALOHA ranurado
Estas técnicas pueden denominarse técnicas de acceso aleatorio (random access) al medio. Las estaciones no estaban ordenadas y no había una forma de predecir o programar cuándo una estación iba a transmitir. Cualquiera podía transmitir en cualquier momento.

Procedimiento:

  • Cuando una estación transmitía una trama, luego debía escuchar durante un tiempo igual al máximo posible de retardo de propagación de ida y vuelta en la red (el doble del tiempo que lleva enviar una trama entre las dos estaciones más separadas) más un pequeño incremento de tiempo fijo. 
  • Si la estación escucha un acuse de recibo (ACK) durante ese tiempo, está bien; de lo contrario, vuelve a enviar la trama. Si la estación no recibe un ACK después de repetidas transmisiones, se da por vencida. 
  • Una estación receptora determina si la trama entrante es correcta examinando un campo de secuencia de verificación de trama, como en HDLC. Si la trama es válida y si la dirección de destino en el encabezado de la trama coincide con la dirección del receptor, la estación envía inmediatamente un ACK. La trama puede no llegar correctamente debido al ruido en el canal o porque otra estación transmitió una trama aproximadamente al mismo tiempo. En el último caso, las dos tramas pueden interferir entre sí en el receptor de modo que ninguna de ellas pueda pasar; esto se conoce como una colisión. Si se determina que una trama recibida no es correcta, la estación receptora simplemente la ignora.

Debido a que el número de colisiones aumenta rápidamente con el aumento de la carga, la utilización máxima del canal era solo del 18 % aproximadamente. Para mejorar la eficiencia, se desarrolló una modificación de ALOHA, conocida como ALOHA ranurada. En este esquema, el tiempo en el canal se organiza en ranuras uniformes cuyo tamaño es igual al tiempo de transmisión de la trama. Se necesitaba algún reloj central u otra técnica para sincronizar todas las estaciones. Se permite que la transmisión comience solo en un límite de ranura. Por lo tanto, las tramas que se superpongan lo harán totalmente. Esto aumenta la utilización máxima del sistema a aproximadamente el 37 %.

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Además estas técnicas tienen el problema de que si el tiempo de propagación de estación a estación es grande en comparación con el tiempo de transmisión de tramas, después de que una estación envía una trama, pasa mucho tiempo hasta que las otras se enteren. Durante ese tiempo, otra estación puede transmitir una trama y generar una interferencia. Sin embargo, si el tiempo de propagación es pequeño en comparación con el tiempo de transmisión de tramas, cuando una estación envíe una trama, las demás lo sabrían casi inmediatamente. En ese caso las colisiones serían raras porque ocurrirían solo cuando dos estaciones comenzaran a transmitir simultáneamente.

CSMA

Estas observaciones llevaron al desarrollo del Acceso Múltiple con Detección de Portadora (CSMA). Una estación que desee transmitir debe escuchar al medio y obedecer las siguientes reglas:

  1. Si el medio está inactivo, transmitir.
  2. Si el medio está ocupado, esperar una cantidad de tiempo pre-establecida y repetir el paso 1.
CSMA/CD
CSMA, aunque es más eficiente que ALOHA o ALOHA ranurado, aún tiene una ineficiencia evidente. Cuando dos tramas colisionan, el medio permanece inutilizable durante la transmisión de ambas tramas dañadas. Para tramas largas, en comparación con el tiempo de propagación, la cantidad de capacidad desperdiciada puede ser considerable. Este desperdicio se puede reducir si una estación continúa escuchando el medio mientras transmite. Esto lleva a las siguientes reglas para CSMA/CD:
  1. Si el medio está inactivo, transmitir.
  2. Si el medio está ocupado, continuar escuchando hasta que el canal esté inactivo, luego transmitir inmediatamente.
  3. Si se detecta una colisión durante la transmisión, transmitir una breve señal de interferencia para avisar a todas las estaciones y luego detener la transmisión.
  4. Después de transmitir la señal de interferencia, esperar una cantidad de tiempo (backoff) para intentar transmitir nuevamente.
Una regla importante seguida en la mayoría de los sistemas CSMA/CD, incluido el estándar IEEE, es que los frames deben ser lo suficientemente largos para permitir la detección de colisiones antes del final de la transmisión.