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.