LA RED LAN Y EL PROTOCOLO ETHERNET
Una LAN (Local Area Network) es una red de pequeño tamaño que permite que los dispositivos conectados puedan comunicarse entre ellos. También facilita que todos accedan a Internet a través del mismo router. Todos los hogares con acceso a Internet tienen una LAN en casa, la cual permite la conexión mediante cable Ethernet de ordenadores de sobremesa, ordenadores portátiles, televisiones, etc.
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La red local del hogar es fundamental cuando tenemos más de un ordenador conectado. Nos permite acceder a los archivos que se encuentran en uno directamente desde el otro, aunque previamente hay que configurar este acceso en cada PC. Si quieres saber cómo hacerlo, haz clic en el siguiente link:
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Cómo compartir archivos de dos PC | El manitas del PC
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Este artículo consta de los siguientes apartados, donde te explico todo lo que debes saber sobre la red cableada del hogar:
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1. Tipos de redes
2. El protocolo Ethernet
3. El protocolo CSMA/CD
4. Cableado de la red LAN-Ethernet
5. La dirección MAC o dirección física
6. Hardware de la red LAN-Ethernet
7. Formato de la trama Ethernet
8. Redes cableadas vs redes wifi
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1. TIPOS DE REDES
1.1 WPAN (WIRELESS PERSONAL AREA NETWORK)
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Una WPAN es una red que interconecta dispositivos muy próximos al punto de acceso. El ejemplo más claro lo tenemos en los equipos compatibles con el protocolo bluetooth (auriculares, altavoces, móviles, etc.). La extensión de estas redes es de unos pocos metros y para uso personal. Para informarte bien sobre el protocolo bluetooth, haz clic aquí:
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La conexión bluetooth, equipos y codecs
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1.2 WLAN (WIRELESS LOCAL AREA NETWORK)
Una WLAN, más conocida como red wifi, es una LAN sin cables, la cual también tenemos en casa. Como su nombre indica, los equipos se conectan mediante radiofrecuencia, evitando el uso de cables. Algunos equipos son capaces de conectarse a la LAN o la WLAN indistintamente (un ordenador portátil) y otros sólo a la WLAN (un móvil). Para saber más sobre las redes wifi o WLAN, clica aquí:
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Qué es una red wifi | El manitas del PC
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1.3 MAN (METROPOLITAN AREA NETWORK)
Una MAN interconecta las distintas LAN de una gran ciudad o área metropolitana. Puede extenderse hasta unos 100 km.
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1.4 WAN (WIDE AREA NETWORK)
Una WAN interconecta varias LAN o MAN, independientemente de la distancia a la que se encuentren. Puede llegar a cubrir estados enteros. Internet se considera como la unión de multitud de redes WAN.
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Una vez conocemos los tipos de redes que existen, vamos a ver cómo funciona la red de área local o LAN que podemos encontrar en los hogares con conexión a Internet.
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2. EL PROTOCOLO ETHERNET
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La red de casa basa su funcionamiento en el protocolo Ethernet, o lo que es lo mismo, en el estándar IEEE 802.3. Esta norma contiene toda la información, detalles y criterios necesarios para lograr que una red Ethernet funcione. Indica las características que debe tener el cableado, los conectores y los equipos, el formato de los paquetes de datos, etc.
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Ethernet es un protocolo que permite el intercambio de datos entre equipos conectados a una LAN cableada. Por ejemplo, cuando mandamos un documento a una impresora conectada en red, se produce un intercambio de datos entre el PC y la impresora. Esta comunicación se realiza según las reglas establecidas en el protocolo Ethernet.
Para centrarnos un poco, veamos rápidamente cómo ha evolucionado el protocolo desde su creación hasta nuestros días de forma muy resumida:
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- En 1972, con las primeras versiones experimentales de Ethernet, la velocidad máxima de transmisión de la información era de 2,85 Mbps.
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- En 1982 la velocidad máxima subió a 10 Mbps mediante el uso de un coaxial fino.
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- En 1990 (versión 802.3i) se introdujo el uso del par trenzado UTP (Unshielded Twisted Pair). Este cable da más robustez a las comunicaciones al reducir la influencia de las interferencias electromagnéticas en el cable.
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- En 1995 llegó Fast Ethernet (versión 802.3u), que alcanzaba los 100 Mbps.
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- En 1997 se introdujo la comunicación full duplex (transmisión y recepción simultáneos) y el control de flujo. Gracias a esto, la transmisión de datos se detiene temporalmente para evitar la pérdida de datos y se logra una mayor eficiencia.
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- En 1999 se implementó el uso de Gigabit Ethernet (versión 802.3ab), que llega hasta los 1000 Mbps. Esta es la versión que existen en la mayoría de hogares.
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- En el 2003 se introduce Ethernet a 10 Gbps (versión 802.3ae). Con esta versión el propio cable de red puede proveer de alimentación eléctrica al equipo (versión 802.3af, PoE, Power Over Ethernet).
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3. EL PROTOCOLO CSMA/CD
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Hasta 1997 las redes LAN-Ethernet funcionaban en modo half-dúplex o semidúplex, según acabamos de ver. Esto implica que los equipos no podían emitir y recibir al mismo tiempo. El canal de comunicación entre dos equipos se asemejaba a una carretera de un único carril: hasta que no termina de pasar un coche en una dirección no puede circular nada en la dirección contraria. Si lo intentan dos coches a la vez (dos paquetes de información) colisionarán y la comunicación fracasará.
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Para evitar esto, se utiliza el protocolo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection), el cual regula y organiza el uso compartido del medio de transporte de la información, minimizando y gestionando las colisiones de datos.
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El protocolo gestiona el uso del canal de forma similar a como lo haría un grupo de personas que conversan en una habitación de manera respetuosa. Es decir, cuando una persona está hablando, el resto sólo escucha. Cuando la persona deja de hablar el siguiente interlocutor empieza a conversar una vez está seguro de que nadie más necesita hacerlo. Si por accidente dos personas empiezan a hablar al mismo tiempo, ambas dejan de intentarlo inmediatamente y esperan un tiempo antes de reintentarlo.
El protocolo CSMA/CD se basa en la misma filosofía. El equipo examina el medio antes de transmitir para comprobar si está ocupado. Si está libre, el equipo envía un paquete y continúa atento para ver si otro dispositivo emite algún paquete antes de que el suyo llegue al destino. Si ningún otro equipo intenta transmitir datos durante el tiempo que el paquete necesita para llegar al receptor, la comunicación habrá tenido éxito. Si algún equipo intenta transmitir antes de que el paquete llegue a su destino, se producirá una colisión. La estación que la detecta envía una señal a todas las demás (señal JAM) para que lo sepan inmediatamente y de esta forma, los equipos que enviaron los paquetes que colisionaron y se perdieron lo vuelvan a intentar.
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Este protocolo sólo tiene sentido en las comunicaciones half-dúplex como ya hemos comentado antes. En la inmensa mayoría de redes LAN‑Ethernet actuales la comunicación es full-dúplex, por lo que no hay colisiones. En estos casos, el protocolo CSMA/CD es meramente testimonial.
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4. CABLEADO DE LA RED ETHERNET
Inicialmente, las redes Ethernet se restringían a una casa o edificio como máximo. En la actualidad las redes Ethernet pueden alcanzar un radio de más de 5 km. Estas velocidades y distancias máximas están relacionadas con el tipo de cable utilizado, los cuáles te cito a continuación de forma muy breve para que conozcas su existencia y las velocidades permitidas por cada uno. La velocidad máxima de los cables va aumentando según aumenta la categoría.
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CABLES DE CATEGORÍA 5 (CAT 5)
Estos cables permiten velocidades de hasta 100 Mbps sobre una longitud máxima de 100 m. Están prácticamente obsoletos.
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CABLE DE CATEGORÍA 5E (CAT 5e)
Estos cables permiten las siguientes velocidades:
- 350 Mbps sobre 100 m
- 1000 Mbps sobre una longitud máxima de 50 m.
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CABLES DE CATEGORÍA 6 (CAT 6)
Estos cables permiten las siguientes velocidades:
- 1000 Mbps sobre 100 m
- 10 Gbps sobre una longitud máxima de 37-55 m.
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CABLES DE CATEGORÍA 6a (CAT 6a)
Estos cables permiten las siguientes velocidades:
- 10 Gbps sobre una longitud máxima de 100 m.
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CABLES DE CATEGORÍA 7 (CAT 7)
Estos cables permiten las siguientes velocidades:
- 10 Gbps sobre una longitud máxima de 100 m.
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CABLES DE CATEGORÍA 8 (CAT 8)
Estos cables permiten las siguientes velocidades:
- 25-40 Gbps sobre una longitud máxima de 30 m.
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5. LA DIRECCIÓN MAC O DIRECCIÓN FÍSICA
En una red Ethernet los dispositivos conectados se identifican mediante su dirección MAC (Media Access Control Adress), que es como una "matrícula" única que los fabricantes asignan al equipo.
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La dirección MAC también se conoce como dirección física y está formada por 48 bits, representados por dígitos hexadecimales, agrupados en 6 parejas. Las primeras tres se refieren al fabricante y las últimas tres al modelo del equipo en concreto.
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Si tienes curiosidad y quieres saber la dirección MAC de tu tarjeta de red, no tienes más que teclear el comando ipconfig/all en la ventana de comandos de Windows 10 y localizar los dígitos que aparecen junto al texto “Dirección física”:
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La dirección MAC de mi tarjeta de red empieza por 00-D8-61, referidas al fabricante seguida de 3 pares más referidos al modelo de la tarjeta.
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6. HARDWARE DE LA RED LAN-ETHERNET
El hardware de la red del hogar se puede dividir en dos grupos bien diferenciados. En el primer grupo están los DTE (Data terminal equipment) que son los PC e impresoras. En el segundo grupo tenemos los DCE (Data communication equipment) que son los dispositivos de red que reciben y retransmiten las tramas o paquetes de información dentro de la red. Estos equipos son la tarjeta de red, los switches o conmutadores y el router. A continuación, te resumo al máximo las características principales de estos últimos.
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6.1 LA TARJETA DE INTERFAZ DE RED
También conocida como NIC (Network Interface Card), tarjeta Ethernet, tarjeta LAN o simplemente adaptador de red. Permite al PC acceder a la red y suele venir integrada en la placa base del mismo, aunque también se pueden adquirir por separado, como la de la imagen.
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Esta tarjeta dispone de una dirección MAC según hemos visto anteriormente. Esta dirección le sirve para identificarse en la red local, del mismo modo que la dirección IP nos sirve para identificarnos cuando estamos conectados a Internet. Si no tienes claro qué es una dirección IP, clica en el siguiente link:
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Que es la dirección IP | El manitas del PC
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6.2 El SWITCH O CONMUTADOR
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Un switch o conmutador permite que los equipos conectados en la red del hogar se comuniquen entre ellos, enviando y recibiendo paquetes de datos sin ayuda de ningún otro equipo.
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Es importante remarcar que un switch sólo opera a nivel local. Esto quiere decir que es incapaz de conectarnos a Internet o cualquier otra red que no sea la propia LAN en la que se encuentra instalado. Para conectarnos con otras redes y salir a Internet hace falta un router. En la imagen inferior tienes un switch de 8 puertos.
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6.3 EL ROUTER
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El router, también llamado, enrutador, direccionador o encaminador, es el equipo que permite el acceso a Internet de nuestro PC y del resto de dispositivos conectados a la red local.
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Cualquier dato que enviemos o recibamos de la red global pasará necesariamente por el router. Por este motivo se le considera nuestra puerta única de entrada/salida a Internet.
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En la mayoría de casas podemos encontrar un router “3 en 1”, con las siguientes funciones:
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-Un router con conector WAN para acceso a Internet (conector azul en la foto anterior). Esta es la función más importante y la que todos conocemos.
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-Un switch, normalmente de 4 puertos (conectores amarillos). Se trata de un switch integrado en el router.
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-Un punto de acceso inalámbrico para la WLAN o wifi, que se puede activar o desactivar (botón ON-OFF). Gracias a esta función podemos conectar a Internet el móvil o la tablet.
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7. FORMATO DE LA TRAMA ETHERNET
Hasta el momento hemos hablado del envío de paquetes de información entre equipos mediante los cables de la LAN. También hemos comentado que cada equipo se identifica con su dirección MAC. Luego hemos hablado de que existen equipos DTE (la información empieza y termina en ellos) y equipos DCE (redirigen las tramas de datos). Ahora hablaremos del “aspecto” que tienen los paquetes de datos que los equipos se envían a través de la LAN. Estos paquetes están formados por tramas de datos compuestas de unos y ceros. A continuación te explico cómo se organiza la información contenida por cada trama. Empecemos con una imagen que vale más que mil palabras:
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Cada paquete de datos se compone de los grupos de bytes de la imagen anterior. El contenido de cada grupo es el siguiente:
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7.1 Preamble o preámbulo + SFD
Sirve para advertir al dispositivo receptor que llega una nueva trama. Es una manera de darle tiempo a prepararse (sincronizarse). El preámbulo termina con el SFD (Start Frame Delimiter), que indica el inicio inminente de la trama.
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7.2 Destination Address o dirección destino
Es la dirección MAC a la que va dirigida la trama o paquete.
7.3 Source Address o dirección origen
Es la dirección MAC del dispositivo que emite el paquete.
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7.4 VLAN Tag
Campo opcional que indica la pertenencia a una VLAN.
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7.5 Type
Indica qué protocolo se ha utilizado para confeccionar el campo siguiente User data.
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7.6 User Data
Contiene los datos transmitidos, la información de utilidad que se está enviando.
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7.7 CRC
Es un Control de Redundancia Cíclica, calculado por el emisor del mensaje en función de los bits de la trama y recalculado por el receptor. Si el valor calculado por ambos coincide, el receptor considera la trama como válida.
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7.8 GAP
Aunque no aparece en la imagen, al final de cada trama se introducen 12 bytes vacíos para espaciar una trama de la siguiente.
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8. REDES CABLEADAS VS REDES WIFI
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La única diferencia entre la red cableada del hogar (LAN) y la red Wifi (WLAN) consiste en que la primera hace uso del cable como medio de transporte de la información y la segunda utiliza el aire para el envío de datos.
Veamos cuales son las ventajas e inconvenientes de ambas.
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8.1 ESTABILIDAD DE LA SEÑAL
La información que viaja a través del cable está protegida contra interferencias externas, por lo que es muy fiable. El cable es un par trenzado que evita en gran medida que se induzcan corrientes parásitas, logrando así una señal muy estable. La velocidad de la conexión es constante, sin subidas ni bajadas ni pérdidas de conexión inesperadas. La conexión por cable es ideal para jugar a Call of Duty o Fortnite, en los que un bajón momentáneo de velocidad puede hacernos perder la partida.
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Las señales de radio que viajan por el aire para darnos cobertura wifi están mucho más expuestas y son sensibles a interferencias electromagnéticas externas, como el microondas o la wifi del vecino. Además, las paredes son un obstáculo importante, que reduce la cobertura de la señal y limita la velocidad a la que nos podemos conectar en según qué habitación.
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8.2 SEGURIDAD
Resulta mucho más fácil piratear una señal de radiofrecuencia que una comunicación que viaja por cable, ya que la información es interceptable por cualquiera que se encuentre en las cercanías. En cambio, la información que viaja a través del cable está a salvo de terceros.
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8.3 COSTE E INFRAESTRUCTURA
Una red cableada es más cara que una inalámbrica y más complicada de instalar. Cuantos más puntos de acceso se quieran instalar en casa, más metros de cable hay que tirar, lo que incrementa el coste rápidamente.
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8.4 TAMAÑO DEL PUERTO RJ-45
Algunos dispositivos como smartphones, tablets, lectores electrónicos, consolas de juegos portátiles y los ordenadores portátiles más finos no disponen de espacio físico para incorporar un conector RJ-45 como el de la imagen, por lo que siempre se conectarán a la WLAN y nunca a la LAN. Es por esto que la conectividad wifi es indispensable en cualquier hogar, acompañando a la red cableada y dando soporte a todas las necesidades de conexión que se nos puedan presentar.
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