Trama Ethernet: de­fi­ni­ción, es­tru­c­tu­ra y variantes

En una red Ethernet los di­s­po­si­ti­vos se in­te­r­ca­m­bian paquetes de datos entre sí, los llamados paquetes Ethernet. En su contenido se incluye la trama Ethernet (a menudo de­no­mi­na­da también trama de datos), que a su vez se divide en varios conjuntos de datos. Estos registros consisten en código binario que pro­po­r­cio­na in­fo­r­ma­ción im­po­r­ta­n­te, in­clu­ye­n­do di­re­c­cio­nes, in­fo­r­ma­ción de control, datos de uso y sumas de co­m­pro­ba­ción.

De­pe­n­die­n­do del estándar Ethernet, las tramas Ethernet se es­tru­c­tu­ran de forma diferente y pueden contener más o menos campos de datos, de­pe­n­die­n­do del protocolo de red.

En el modelo OSI, la trama se encuentra en la capa de enlace re­s­po­n­sa­ble de la tra­n­s­mi­sión y separa el flujo de datos de bits en bloques o tramas. La primera versión de Ethernet (Ethernet I) todavía estaba basada en campos de datos de 16 bits sin bytes definidos. Las tramas Ethernet modernas se uti­li­za­ron por primera vez en la llamada es­tru­c­tu­ra Ethernet II antes de que el IEEE (Institute of Ele­c­tri­cal and Ele­c­tro­ni­cs Engineers) de­sa­rro­lla­ra Ethernet en 1983 en el protocolo estándar IEEE 802.3 (primer IEEE 802.3raw).

En el tra­n­s­cu­r­so del progreso técnico, la es­tru­c­tu­ra se adaptó varias veces para que las tramas pudieran tra­n­s­po­r­tar datos in­fo­r­ma­ti­vos más definidos. En formato IEEE 802.3, se crearon la trama MAC básica y la trama SNAP para el proceso de mu­l­ti­ple­xa­ción y para los datos de ide­n­ti­fi­ca­ción re­la­cio­na­dos con el fa­bri­ca­n­te. Para el de­sa­rro­llo de la VLAN, la trama Ethernet II y la trama Ethernet IEEE 802.3 se de­sa­rro­lla­ron como variantes eti­que­ta­das y contienen datos de control que pueden asignar la trama a una VLAN es­pe­cí­fi­ca.

Una trama Ethernet debe tener al menos 64 bytes para que funcione la detección de co­li­sio­nes y puede tener un máximo de 1518 bytes. El paquete comienza con un preámbulo, que controla la si­n­cro­ni­za­ción entre el emisor y el receptor, y un SFD (Start Frame Delimiter), que define la trama. Ambos valores son se­cue­n­cias de bits en el formato "10101010 ....". La trama en sí contiene in­fo­r­ma­ción sobre las di­re­c­cio­nes de origen y destino (formato MAC), in­fo­r­ma­ción de control (en el caso de Ethernet II el campo de tipo, una es­pe­ci­fi­ca­ción de longitud), seguida por el registro de datos que se envía (Data). Una secuencia de co­m­pro­ba­ción de trama (FCS) es un código de detección de errores que cierra la trama (si no se cuenta al preámbulo y al SFD). El paquete se completa con una Inter Frame Gap, que define una pausa de tra­n­s­mi­sión de 9.6 μs.

Ethernet II utiliza la es­tru­c­tu­ra de trama clásica con un campo de tipo (Type) que define varios pro­to­co­los en la capa de red. En el modelo OSI, la capa de red es im­po­r­ta­n­te para conectar y pro­po­r­cio­nar di­re­c­cio­nes de red. El campo tipo fue re­em­pla­za­do por una es­pe­ci­fi­ca­ción de longitud en formatos de trama po­s­te­rio­res.

La trama Ethernet II se definió en 1982 y ha co­n­s­ti­tui­do la base de todos los de­sa­rro­llos po­s­te­rio­res de tramas. Sin embargo, el formato sigue gozando de gran po­pu­la­ri­dad, sobre todo porque ofrece al campo de datos una gran cantidad de espacio (hasta 1 500 bytes).

Esta aparente versión en bruto del paquete 802.3 fue lanzada por Novell con el nombre de Ethernet 802.3 antes del es­ta­ble­ci­mie­n­to ge­ne­ra­li­za­do de los es­tá­n­da­res 802.3 de la IEEE y del popular protocolo IPX/SPX, lo que la­me­n­ta­ble­me­n­te lleva a fre­cue­n­tes co­n­fu­sio­nes con el estándar de la IEEE. Para evitar estas co­n­fu­sio­nes, Novell añadió "raw" al nombre. A di­fe­re­n­cia del modelo clásico de Ethernet II, esta trama define un final exacto para la secuencia de bits para el SFD. De esta forma el receptor ide­n­ti­fi­ca el paquete de datos como estándar 802.3. Las tramas 802.3 raw no contienen un ide­n­ti­fi­ca­dor de protocolo, ya que Novell solo solo las puede utilizar para IPX. Además, los datos a tra­n­s­mi­tir siempre van pre­ce­di­dos de 2 bytes, que siempre están formados por “1”. Esta es la única manera de di­s­ti­n­guir un marco "raw" de otros marcos de la familia 802.3.

La trama IEEE 802.3 raw solo se puede utilizar para el protocolo IPX, ya que falta el ID de protocolo del campo tipo. El nombre "IEEE 802.3 raw" también es li­ge­ra­me­n­te engañoso, ya que Novell utilizó el nombre del protocolo sin in­vo­lu­crar al IEEE en el de­sa­rro­llo de la trama. El uso de este marco supone un trabajo extra para el usuario, ya que pueden surgir problemas de co­m­pa­ti­bi­li­dad entre los di­s­po­si­ti­vos. A partir de 1993, la propia Novell recomendó el estándar "Ethernet 802.2", que utilizaba el marco IEEE 802.3 para evitar el riesgo de confusión con el marco "raw".

Esta versión es­ta­n­da­ri­za­da de la trama Ethernet 802.3 puede definir hasta 256 pro­to­co­los co­m­pa­ti­bles, con in­fo­r­ma­ción de protocolo im­po­r­ta­n­te integrada en el campo de datos. Además, se incluyen el "Punto de acceso al servicio de destino" (DSAP) y el "Punto de acceso al servicio de origen" (SSAP). El nuevo campo de control define el "Logical Link" (LLC) del protocolo. Este punto garantiza la tra­n­s­pa­re­n­cia de los pro­ce­di­mie­n­tos de co­m­pa­r­ti­ción de medios y puede controlar el flujo de datos.

Ethernet IEEE 802.3 es la es­tru­c­tu­ra de trama LAN más popular y am­plia­me­n­te utilizada en la ac­tua­li­dad. Sin embargo, algunas redes y pro­to­co­los requieren más espacio para in­fo­r­ma­ción es­pe­cí­fi­ca. Por este motivo, existen variantes de la trama Ethernet IEEE 802.3 que pro­po­r­cio­nan bloques de datos adi­cio­na­les para in­fo­r­ma­ción es­pe­cí­fi­ca, entre ellos la extensión SNAP y la etiqueta VLAN.

El campo SNAP ("Sub Network Access Protocol") es útil para definir más de 256 pro­to­co­los. Para ello, se ponen a di­s­po­si­ción 2 bytes para el número de protocolo. Además, el fa­bri­ca­n­te puede integrar un ide­n­ti­fi­ca­dor único (3 bytes). A di­fe­re­n­cia de sus pre­de­ce­so­res, SNAP también garantiza la co­m­pa­ti­bi­li­dad inversa con Ethernet II. DSAP, SSAP y Control son fijos.

Con el espacio re­cie­n­te­me­n­te añadido para la in­fo­r­ma­ción de protocolo, IEEE 802.3 SNAP es ex­tre­ma­da­me­n­te versátil y hace posible la co­m­pa­ti­bi­li­dad entre numerosos pro­to­co­los di­fe­re­n­tes en una red. Sin embargo, el espacio para los datos reales es li­ge­ra­me­n­te menor.

Los marcos eti­que­ta­dos contienen una etiqueta VLAN para poder ser asignados a una red de área local virtual (VLAN) que separa la es­tru­c­tu­ra de la red en niveles físicos y lógicos. Esto significa que, con la ayuda de las VLAN, las subredes pueden im­ple­me­n­tar­se sin necesidad de instalar ningún hardware. De este modo, la subred es virtual y no se realiza fí­si­ca­me­n­te. La ide­n­ti­fi­ca­ción de tramas Ethernet dentro de una VLAN requiere el campo "Tag". A nivel físico, las VLAN funcionan a través de co­n­mu­ta­do­res.

En el modelo OSI, una VLAN trabaja en la capa de enlace de datos (capa 2) y controla el control del flujo de datos. Con VLAN, las redes pueden ser más efi­cie­n­tes si se dividen en subredes. De la in­fo­r­ma­ción que maneja el in­te­rru­p­tor son re­s­po­n­sa­bles los marcos eti­que­ta­dos. En la trama Ethernet II, el campo "Tag" se im­ple­me­n­ta antes del campo "Type" y utiliza 4 bytes. Esto aumenta el tamaño mínimo de las tramas Ethernet II en 4 bytes.

Las etiquetas VLAN también se pueden instalar en el formato de trama IEEE 802.3, la más popular en la ac­tua­li­dad. Dentro de este marco, el campo "Tag" utiliza 4 bytes y se im­ple­me­n­ta antes de la es­pe­ci­fi­ca­ción de longitud. El tamaño mínimo de la trama se in­cre­me­n­ta ahora de 4 bytes a 68 bytes.