Fundamentos Esenciales de la Capa de Enlace: MAC, ARP y Switching

Conceptos Fundamentales de Direccionamiento MAC

La dirección MAC (Media Access Control) es un identificador único asignado a la interfaz de red de un dispositivo. A continuación, se detallan sus componentes y tipos:

OUI (Organizationally Unique Identifier)

Son los primeros 24 bits de una dirección MAC. Estos bits indican la marca o el fabricante del ensamblador del dispositivo.

BIA (Burned-In Address)

Es un término alternativo utilizado para referirse a la dirección MAC grabada de fábrica.

Dirección MAC Administrada Localmente (Locally Administered MAC Address)

Una dirección MAC que se configura manualmente, sobrescribiendo la dirección grabada de fábrica.

Dirección MAC de Difusión (Broadcast MAC Address)

Es aquella que tiene los 48 bits establecidos a 1, siendo el número más alto posible. En notación hexadecimal, se representa como FF:FF:FF:FF:FF:FF (doce F's).

Protocolo de Resolución de Direcciones (ARP)

ARP (Address Resolution Protocol) es un protocolo de comunicaciones de la Capa de Enlace (Capa 2) responsable de encontrar la dirección de hardware (MAC de Ethernet) que corresponde a una determinada dirección IP. Se utiliza para mapear direcciones MAC con direcciones IP.

Funcionamiento y Caché ARP

La caché ARP es un registro propio de este protocolo que se almacena en el nodo y se rellena progresivamente con el uso y el paso del tiempo.

Cuando un nodo necesita enviar una trama a un equipo cuya MAC aún no está registrada en la caché ARP (y, por lo tanto, no está asociada a su IP), se inicia el siguiente proceso:

1. Se envía un paquete llamado ARP Request en modo difusión (broadcast) a toda la red.
2. Este paquete llega a todos los demás nodos.
3. Solo el nodo que posee la dirección IP de destino reenviará un paquete ARP Reply en modo unicast, contestando al nodo de origen.
4. De esta manera, el protocolo asigna la nueva MAC a la IP correspondiente en la caché ARP del nodo de origen.

Mecanismos de Switching en la Capa 2

Los switches utilizan varios mecanismos para gestionar el tráfico de tramas:

Aprendizaje (Switch Learning)

Es el acto de asignar las direcciones MAC a sus puertos y guardarlas en la tabla de direcciones MAC del switch (memoria interna). Esta memoria es volátil y se actualiza continuamente con el uso y el paso del tiempo.

Inundación (Flooding)

Se da cuando una trama tiene como destino una dirección MAC que aún no se encuentra en la tabla MAC del switch (no tiene puerto asignado). La trama es enviada a todos los puertos activos, excepto al puerto de origen, esperando la respuesta de la MAC de destino para poder asignarle un puerto.

Reenvío Selectivo (Forwarding)

Ocurre cuando la dirección MAC de destino ya tiene un puerto asignado en la tabla MAC. La trama es enviada directa y únicamente al puerto del nodo en cuestión cuya MAC se encuentra previamente registrada.

Dispositivos y Componentes de la Capa de Enlace

Tipos de Dispositivos de Red

• Nodos: Son aquellos dispositivos direccionables a nivel de la Capa de Red (Capa 3).
• Dispositivos de Acceso al Medio: Son aquellos dispositivos que operan únicamente a nivel de las Capas de Enlace (Capa 2) y/o Física (Capa 1), cuya finalidad es ofrecer un punto de acceso a un medio de transmisión.

Tipos de Enlaces

Un Enlace es el canal de transmisión que une varios nodos adyacentes entre sí.

• Enlaces Punto a Punto: Aquellos en los que el canal es exclusivo para dos únicos nodos.
• Enlaces de Difusión (Broadcast): Aquellos en los que el canal es o puede ser compartido por más de dos nodos.

Enlace Lógico

Es un enlace virtual que se establece mediante elementos lógicos y que contiene la información necesaria para gestionar las transmisiones entre los distintos nodos a través del enlace físico que los alberga.