Fundamentos de Redes LAN: Ethernet, Wi-Fi y Componentes Clave

Redes de Área Local (LAN)

Las Redes de Área Local (LAN) tienen como función principal utilizar conexiones de alta velocidad con una tasa baja de errores, proporcionando la interconexión de diversos dispositivos. En la actualidad, las tecnologías más comunes utilizadas en las redes LAN son Ethernet y Wi-Fi.

En las redes LAN, el nivel de enlace se subdivide en dos componentes clave:

• LLC (Control de Enlace Lógico)
• MAC (Control de Acceso al Medio)

Tecnologías Ethernet

Ethernet con Cable de Par Trenzado

Inicialmente, el Ethernet con cable de par trenzado presentaba algunos inconvenientes:

• Requería una inversión inicial alta.
• El mantenimiento suponía muchos problemas.
• Las rupturas de cables eran difíciles de detectar.

Sin embargo, la adopción de la topología en estrella mejoró significativamente su mantenimiento, convirtiéndola en la configuración más popular y fácil de gestionar. Sus características principales son:

• Se utiliza cable de par trenzado sin apantallar (UTP).
• Estos cables son de 4 pares con conectores RJ45 en los extremos.
• La velocidad de transmisión estándar es de 10 Mb/s (10BASE-T).
• Todas las operaciones se centralizan en un hub.
• La longitud máxima entre el cable y el hub es de 100 metros.

Método de Acceso al Medio: CSMA/CD

El CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) es un mecanismo fundamental para la coordinación del tráfico y la gestión de las colisiones en redes Ethernet compartidas. Sus características son:

• Si el canal está libre, la estación transmite la trama.
• Si el canal está ocupado, la estación espera hasta que esté libre y luego transmite la trama.
• Mientras se transmite la trama, la estación comprueba si se produce alguna colisión.
• Si se detecta una colisión, la estación deja de transmitir la trama, espera un tiempo aleatorio y vuelve a intentar el envío.

Ventana de Colisión

La ventana de colisión es el tiempo de propagación de ida y vuelta de los datos en la red. La transmisión de una trama debe durar como mínimo la ventana de colisión para poder detectar eficazmente una colisión.

Fast Ethernet

Fast Ethernet representa una evolución significativa, aumentando la velocidad de transferencia a 100 Mb/s. Utiliza la especificación 100BASE-T y mantiene la topología en estrella. Se sigue empleando CSMA/CD como método de acceso al medio y el formato de la trama se mantiene compatible con Ethernet estándar.

Comunicación Full-Duplex

En el modo Full-Duplex, el elemento central de la red es un switch en lugar de un hub. Un switch posee múltiples puertos de entrada de tipo RJ45 y es capaz de leer las tramas que se reciben por cualquier puerto, analizar la dirección física de destino y reenviar la trama únicamente al puerto donde se encuentra esa dirección. La comunicación Full-Duplex no utiliza CSMA/CD, ya que se comporta como una línea punto a punto dedicada, permitiendo la transmisión y recepción simultánea de datos.

Gigabit Ethernet (1000BASE-T)

Gigabit Ethernet (1000BASE-T) fue un avance crucial para alcanzar velocidades de 1000 Mb/s. Aunque los cables de categoría 5 tradicionales solo soportaban hasta 100 MHz, para lograr los 1000 Mb/s se implementaron técnicas avanzadas como el uso de los cuatro pares del cable y la utilización de técnicas de cancelación de eco. Sus características incluyen:

• Cable de cobre de par trenzado de categoría 5e o superior.
• Velocidad de transmisión: 1000 Mb/s.
• Longitud máxima del cable: 100 metros.
• Soporta transmisión Half-duplex y Full-duplex.

Modos de Operación Wi-Fi

Las redes Wi-Fi se conectan a través de dos modos principales:

• Modo Ad Hoc

  Es la forma más sencilla de conexión Wi-Fi y no requiere de un dispositivo central. Permite la comunicación directa entre un máximo de 10 dispositivos conectados, siendo ideal para configuraciones rápidas y temporales.

• Modo Infraestructura

  En este modo, existe un elemento centralizador llamado Punto de Acceso (AP). Este modo permite un mayor alcance Wi-Fi, comunicaciones más seguras y ofrece más opciones de configuración y gestión de la red.

Dispositivos de Red: Switches

Un switch realiza una función similar a la de un puente de red. Cuando recibe una trama y su dirección de destino no está en su tabla de encaminamiento (o tabla MAC), el switch la reenvía a todos los puertos excepto por el que la ha recibido. Simultáneamente, añade la dirección MAC de origen de la trama a su tabla, asociándola al puerto por el que la recibió, aprendiendo así la ubicación de los dispositivos en la red.

Existen diferentes tipos de switches, adaptados a diversas necesidades y entornos:

• Switches de Escritorio (Desktop)
• Switches de Departamento
• Switches Empresariales (Enterprise)