Estàndards de xarxa

L’arquitectura d’una xarxa es fonamenta en la seva topologia física i lògica i en els protocols de comunicacions. Els protocols de comunicació són conjunts de normes i procediments emprats per fer una comunicació. Controlen tots els aspectes de la comunicació de dades:

• Com es construeix la xarxa física.
• Com es connecten els ordinadors a la xarxa.
• Com es dóna format a les dades per transmetre-les.
• Com es controlen els errors.
• Etc.

Els protocols són conjunts de regles i convencions que regeixen la manera en què els dispositius d’una xarxa intercanvien informació. Classifiquem els protocols en els tipus següents:

• Protocols d’alt nivell, que defineixen com es comuniquen els hosts.
• Protocols de nivell intermedi, que estableixen i mantenen sessions de comunicacions.
• Protocols de baix nivell, que defineixen com es transmeten els senyals per cable.

L’organització ISO (International Organization for Standarization, Organització Internacional per a l’Estandardització), per tal de solucionar els problemes d’incompatibilitat i incapacitat de comunicació entre xarxes, deguts a les diferents especificacions i implementacions dels diferents sistemes, va fer als anys vuitanta del segle passat un estudi de l’esquema dels sistemes de xarxes existents, com ara DECnet (digital equipment corporation), SNA (system networks architecture) i TCP/IP, per tal de trobar un conjunt de normes comunes. Com a resultat de l’estudi, l’ISO va crear un model de xarxa que podia ajudar els fabricants a crear xarxes que fossin compatibles i operables entre si i amb altres xarxes.

El model de referència OSI defineix les funcions de xarxa de cada capa i configura l’esquelet que ajuda a entendre com viatja i es comporta la informació per la xarxa. A més, ajuda a visualitzar com la informació i els paquets de dades viatgen des de les aplicacions origen (fulls de càlcul, documents…) pels dispositius i els medis de xarxa fins a un altre sistema ubicat en la xarxa que els utilitza, encara que aquest altre sistema tingui diferents tipus de medis d’accés a la xarxa.

El model de referència OSI es defineix en set capes numerades, i cada una defineix una funció especifica de la xarxa (figura):

• Capa 7: capa d’aplicació.
• Capa 6: capa de presentació.
• Capa 5: capa de sessió.
• Capa 4: capa de transport.
• Capa 3: capa de xarxa.
• Capa 2: capa d’enllaç de dades.
• Capa 1: capa física.

El fet de dividir en capes proporciona els avantatges següents:

• Divideix la comunicació en parts més petites i senzilles.
• Facilita la normalització dels components de la xarxa, amb la qual cosa permet el desenvolupament i el suport de diferents fabricants.
• Permet que diferents tipus de maquinari (hardware) i programari (software) es comuniquin entre ells.
• Impedeix que els canvis en una capa afectin les altres, cosa que permet un desenvolupament més accelerat.
• Divideix la comunicació de la xarxa en parts més petites i en fa més fàcil la comprensió.

En la taula es fa una breu descripció de la tasca que fa cada capa.

A continuació definirem cada capa amb les seves funcions:

• Capa 7. Aplicació. La capa d’aplicació és la capa del model OSI més pròxima a l’usuari, ja que proveeix de serveis de xarxa les seves aplicacions. És l’única capa que no proporciona serveis a cap altra capa OSI, sinó només a aplicacions que es troben fora del model OSI. Són exemples d’aplicacions els programes de client de correu, navegador web, client FTP, aplicacions de videoconferència, etc.
• Capa 6. Presentació. La capa de presentació garanteix que la informació que envia la capa d’aplicació d’un sistema la pugui llegir la capa d’aplicació d’un altre. La capa de presentació també pot traduir entre diversos formats de dades, utilitzant un format comú.
• Capa 5. Sessió. Les missions principals de la capa de sessió són:
  • Iniciar, administrar i finalitzar les sessions entre dos ordinadors que es comuniquen.
  • Proporcionar els seus serveis a la capa de presentació.
  • Sincronitzar el diàleg entre les capes de presentació dels dos ordinadors.
  • Regular la sessió.
• Capa 4. Transport. La capa de transport segmenta les dades originals en l’ordinador emissor i les assembla dins del sistema de l’ordinador receptor.
• Capa 3. Xarxa. La capa de xarxa proporciona connectivitat i selecció de ruta entre dos sistemes d’ordinadors, que poden estar ubicats en xarxes geogràficament diferents.
• Capa 2. Enllaç. La capa d’enllaç de dades proporciona trànsit de dades de confiança a través d’un enllaç físic. Aquesta capa s’ocupa de l’encaminament físic, la topologia de xarxa, l’accés a la xarxa, la notificació d’errors, el lliurament ordenat de trames i el control de flux.
• Capa 1. Física. La capa física defineix les especificacions elèctriques, mecàniques, de procediment i funcionals per activar, mantenir i desactivar l’enllaç físic entre sistemes finals.

Les comunicacions d’una xarxa parteixen d’un emissor, i s’envien a un receptor. La informació que s’envia a través d’una xarxa es denominen dades o paquet de dades. Si un ordinador envia dades a un altre, s’hauran d’empaquetar mitjançant un procés denominat encapsulació de dades.

L’encapsulació embolcalla les dades amb la informació de protocol necessària abans que circuli per la xarxa. A mesura que les dades es desplacen a través de les capes del model OSI, reben diferents tipus d’informació complementària.

Les xarxes han de fer cinc passos de conversió a fi d’encapsular les dades (com es representa en la figura).

• Crear les dades.
• Empaquetar les dades per transportar-les d’extrem a extrem.
• Agregar l’adreça de xarxa a l’encapçalament.
• Agregar l’adreça local a l’encapçalament d’enllaç de dades.
• Fer la conversió a bits per transmetre’ls.

Segons aquest model, al conjunt de dades generat per l’equip terminal que actua d’emissor, s’hi va afegint, per mitjà dels diferents protocols de capa, la informació necessària per permetre el processament del protocol en l’equip que actuarà com a receptor (procés d’encapsulació, representat a la figura)

Cada conjunt de dades o informació afegida es denomina encapçalament, i s’hi van afegint a mesura que es passa d’una capa a una altra fins a arribar a la capa física, capa que finalment procedirà a la transmissió de bits cap a un altre terminal.

El conjunt d’informació composta per l’encapçalament més les dades rep noms diferents segons el nivell on està situada:

• En la capa de transport es denomina segment.
• En el nivell de capa de xarxa es denomina paquet.
• En el nivell de capa d’enllaç, trama.
• En el nivell de capa física, bit.

El model OSI defineix dos tipus de serveis:

1. Serveis orientats a la connexió. L’usuari estableix inicialment la connexió, intercanviant la informació i finalment, en acabar, allibera el circuit. Un exemple d’aquest servei és la xarxa telefònica i la comunicació de dades per mitjà de l’RTC.

2. Serveis sense connexió. No cal establir cap circuit abans d’enviar la informació. Cada paquet porta informació de l’adreça de destinació i segueix la millor ruta, els paquets poden arribar en ordre diferent i és necessari reorganitzar-los. Hi ha diversos tipus de serveis sense connexió:

• Servei de datagrama sense confirmació. L’emissor no necessita que el receptor li confirmi que els paquets de dades li arriben correctament com en el protocol IP (Internet protocol).
• Servei de datagrama amb confirmació. El receptor envia confirmacions a l’emissor. Per exemple, el correu electrònic amb acusament de recepció.
• Servei de petició i resposta. És un servei propi de la gestió interactiva, en què a cada petició segueix una resposta. Per exemple, en fer una petició a una base de dades, la segueix un missatge de resposta que conté les dades sol·licitades.

Per estudiar el model OSI, el podem dividir en tres parts: les capes orientades a la xarxa, les capes orientades al transport i les capes orientades a l’aplicació.

El primer grup, que comprèn les tres primeres capes –física, enllaç i xarxa– es denomina entorn de la xarxa o subxarxa de comunicacions, perquè aquestes capes són les que interactuen amb les xarxes de comunicacions, o amb la part de la xarxa que té la finalitat de transmetre la informació fins a l’equip receptor.

1. Capa 1: física. La capa física és la capa que defineix les especificacions elèctriques, mecàniques, de procediment i funcionals per activar, mantenir i desactivar l’enllaç físic i per transmetre bits entre sistemes finals (taula).

La missió bàsica d’aquesta capa és transmetre bits per un canal de comunicació, de manera que quan l’emissor n’enviï arribin sense canvis al receptor.

Aquest nivell inclou cables, connectors, els medis de transmissió, ordinadors i equips de comunicacions. Per tant, cal definir:

• El tipus de sistema de cables que utilitzarà la xarxa.
• Si hi ha procés de modulació o no.
• Tipus de connectors, característiques i funcions de cadascun.
• Tipus de transmissió.

2. Capa 2: enllaç de dades. La funció principal d’aquest nivell és vetllar per la transmissió de dades d’un node a un altre. La seva missió és establir una línia de comunicació lliure d’errors que pugui ser utilitzada per la capa immediatament superior, la capa de xarxa (taula).

La capa d’enllaç de dades administra la notificació d’errors, la topologia de xarxa i el control de flux.

Amb el nivell físic opera amb bits, sense comprovar-ne el significat. Aquests bits viatgen en forma de blocs de dades, trames. Els protocols s’encarreguen del format de les trames, dels codis d’adreça de la detecció i recuperació d’errors i de l’ordre de transmissió de les dades.

Aquestes trames s’envien per la línia de transmissió de manera seqüencial a través dels serveis que ofereix el nivell físic, mentre que la resta de nivells superiors treballen sense tenir en compte el tipus de medi físic.

Aquest nivell es divideix en dos subnivells:

• Control d’accés al medi (MAC, media access control)
• Control d’enllaç lògic (LLC, logical link control)

3. Capa 3: xarxa. La capa de xarxa és la que permet encaminar el trànsit de paquets des de l’emissor fins al receptor. Mitjançant mecanismes de commutació, estableix el camí que han de seguir els paquets (taula).

La capa de xarxa controla la de subxarxa, la funció principal de la qual és triar la ruta millor perquè el paquet arribi a la seva destinació.

Una altra funció d’aquesta capa és el tractament de la saturació del trànsit: si hi ha molts paquets a la xarxa, uns obstrueixen el pas a altres i es generen embussos als punts més crítics.

Aquesta capa és també l’encarregada d’ajustar la mida dels paquets i la velocitat de transmissió perquè compleixi els requisits de la xarxa de recepció. A més a més, com que és la responsable de les funcions de commutació i encaminament de la informació –proporciona els procediments precisos i necessaris per a l’intercanvi de dades entre l’emissor i el receptor–, ha de conèixer la topologia de la xarxa per determinar la ruta més adequada.

La capa de transport és la primera capa que comunica els equips terminals de punt a punt i actua com a enllaç de les capes orientades a la xarxa (capes física, d’enllaç i xarxa) i les capes orientades a l’aplicació (capes de sessió, presentació i aplicació)(taula).

Aquesta capa fa de pont entre les capes 1, 2 i 3, que treballen en xarxa, i les capes 5, 6 i 7, que treballen les aplicacions per a l’usuari. Accepta les dades de la capa de sessió i les parteix a bocins que siguin comprensibles per a la capa de xarxa i les inferiors, i s’assegura que arribin correctament a la capa de transport de l’ordinador receptor, encara que el receptor no sigui a la mateixa xarxa.

La capa de transport fa les comunicacions entre ordinadors d’igual a igual (peer to peer) en la qual un programa emissor pot conversar amb un programa receptor. En les capes inferiors això no existeix.

La finalitat de la capa 4 és optimitzar els serveis del nivell de xarxa i corregir les possibles deficiències en la qualitat del servei amb l’ajuda de mecanismes de recuperació.

Aquest nivell o capa està molt relacionat amb la qualitat del servei ofert per la capa de xarxa, ja que és l’encarregat d’establir el pont entre les mancances de la xarxa i les necessitats de l’usuari.

Un encaminador pot decidir de manera intel·ligent quina és la millor ruta per al lliurament de dades a través d’una xarxa, cosa que es basa en un esquema d’encaminament de capa 3 o capa de xarxa. L’encaminador usa aquesta informació per prendre decisions de tramesa. Una vegada que els paquets de dades passen a través de la capa de xarxa, la capa de transport –la capa 4– dóna per fet que pot usar la xarxa per enviar paquets de dades des de l’origen cap a la destinació.

Grup format per les capes de sessió, presentació i transport, que rep el nom genèric d’entorn de l’aplicació, perquè aquestes tres capes es processen en els equips terminals que intervenen en la comunicació.

Un ordinador pot executar múltiples aplicacions simultànies que sol·liciten serveis de comunicació a la capa de transport. Al seu torn, la capa de transport sol·licita serveis a l’entorn de xarxa amb la finalitat de triar la millor ruta i el fraccionament de dades adequat. Moltes comunicacions d’alt nivell poden ser executades per múltiples transmissions de baix nivell, però hi ha un nivell comú –ja que l’emissor i el receptor són únics– en què el transport es realça d’extrem a extrem: aquest nivell és la capa de transport.

Les capes situades per damunt del nivell de transport estan orientades a les aplicacions, i especialitzades en funcions d’aplicació.

1. Capa 5: sessió. Quan els paquets arriben a la capa de sessió, són transformats en sessions pel protocol de capa 5 o capa de sessió del model OSI, cosa que s’aconsegueix implementant diversos mecanismes de control (taula). La capa de sessió coordina les peticions i les respostes de servei quan les aplicacions es comuniquen entre diferents ordinadors.

La capa de sessió millora el servei de la capa de transport. La capa de sessió s’encarrega de resincronitzar una transferència tallada, de manera que en la connexió següent es transmetin les dades a partir de l’últim bloc transmès sense error.

En l’establiment d’una sessió es distingeixen dues fases:

• Establiment de la sessió i creació d’un espai on s’emmagatzemaran els missatges de la capa de transport i de l’entorn de xarxa.
• Intercanvi de dades entre els espais creats per l’emissor i el receptor seguint unes regles per al control del diàleg.

2. Capa 6: presentació. Aquesta capa és generalment un protocol de transferència de la informació des de capes adjacents. Permet la comunicació entre aplicacions en diversos sistemes informàtics, de tal manera que siguin transparents per a les aplicacions.

La capa de presentació s’ocupa del format i de la representació de dades. Aquesta capa pot servir d’intermediari entre diferents formats de dades.

La capa de presentació proporciona el format i la conversió de codis, que s’utilitza per assegurar-se que les aplicacions tenen informació comprensible per processar. La capa 6 també abraça les estructures de dades que utilitzen les aplicacions i és responsable del xifratge de dades que protegeix la informació durant la transmissió.

Les transaccions financeres (per exemple, les dades de les targetes de crèdit) utilitzen el xifratge per protegir la informació confidencial que s’envia a través d’Internet. S’utilitza una clau de xifratge per xifrar les dades al lloc d’origen i després desxifrar-les al lloc de destinació.

La capa de presentació també s’ocupa de la compressió dels arxius (taula).

4. Capa 7: aplicació. La capa d’aplicació és la capa més pròxima a l’usuari: és la que funciona quan interactua amb aplicacions de programari, com per exemple, enviar i rebre correu electrònic a través d’una xarxa.

La seva funció és proporcionar els procediments necessaris que permetin als usuaris executar les ordres relatives a les seves aplicacions pròpies. Els processos de les aplicacions es comuniquen internament per mitjà d’aplicacions controlades per protocols d’aplicació i utilitzant els serveis del nivell de presentació (taula).

La precursora de moltes de les xarxes que s’usen avui dia és la xarxa ARPANET, que és una xarxa de caràcter militar creada pel Departament de Defensa dels Estats Units al final dels anys seixanta del segle passat, i que va acabar connectant moltes universitats i instal·lacions governamentals utilitzant línies telefòniques convencionals. Més endavant, quan es van afegir enllaços per satèl·lit o ràdio, els sistemes van començar a tenir problemes per interactuar amb aquestes noves xarxes. Es va fer palès que calia una nova arquitectura de referència per poder connectar diferents models de xarxes. Aquesta arquitectura es va popularitzar com el model de referència TCP/IP (inicials dels seus dos principals protocols), que és el model d’Internet.

La xarxa Internet va començar l’1 de gener de 1983, amb la primera xarxa de llarg abast WAN basada en tecnologia TCP/IP, posada en marxa per l’NSF (National Science Foundation) dels Estats Units. Internet es va obrir públicament als interessos comercials l’any 1995.

De manera similar al model OSI, el model TCP/IP està dividit en capes, com es veu a la figura.

Cal observar, però, que algunes capes tenen el mateix nom que les capes OSI; en canvi, encara que la majoria tenen les mateixes funcions en un model i l’altre, en altres no és així.

La capa d’aplicació és la capa que els programes utilitzen per comunicar-se a través de la xarxa amb altres programes.

Alguns programes que proporcionen serveis que treballen directament amb les aplicacions d’usuari i els seus corresponents protocols de la capa d’aplicació són, per exemple, HTTP (hypertext transfer protocol), FTP (file transfer protocol), SMTP (simple mail transfer protocol), SSH (secure shell), entre d’altres.

Els protocols de la capa de transport solucionen problemes com la fiabilitat i la seguretat que les dades arriben a la destinació i ho fan en l’ordre correcte. Hi ha dos protocols bàsics en la capa de transport:

• TCP. És un protocol fiable orientat a la connexió, que fa que un flux de bytes de l’aplicació de la màquina origen sigui lliurat sense errors a l’aplicació de qualsevol màquina destinació de la xarxa. Aquest protocol fragmenta el flux procedent de la capa d’aplicació en missatges més petits i després d’encapsular-los els transmet a la capa d’interxarxa. En la màquina destinació, el procés que els rep els reassembla per obtenir el flux original que envia cap a la capa d’aplicació.
• UDP. És un protocol no fiable, sense connexió, per a aplicacions que no necessiten ni l’assignació d’una seqüència ni el control de flux de TCP, o que volen utilitzar els seus mitjans de control propis. Aquest protocol és molt utilitzat en consultes de petició i resposta d’un sol cop i en aplicacions en què la rapidesa del lliurament és més important que l’exactitud de les dades, com per exemple en la transmissions de veu o de vídeo.

La missió fonamental d’aquesta capa és fer que els nodes implicats en la comunicació enviïn els paquets per qualsevol xarxa i els facin viatjar independentment cap a la seva destinació. Els paquets fins i tot podrien arribar a la seva destinació cada un per un camí diferent, i fins i tot en diferent ordre de com van sortir de l’emissor. En qualsevol cas, la seva reorganització correspon a la capa de transport.

La capa d’Internet defineix el protocol IP (Internet Protocol, ‘protocol d’Internet’). La feina encarregada a la capa d’Internet és fer que els paquets arribin a la seva destinació. La consideració més important d’aquesta capa és, doncs, l’encaminament dels paquets.

En el model TCP/IP només s’indica que el node s’ha de connectar a la xarxa fent ús dels protocols que hi ha a la xarxa física en qüestió, de manera que es puguin enviar paquets IP. Aquests protocols varien segons quines siguin les tecnologies de transmissió i els medis de xarxa que s’utilitzin.

El propòsit de la capa física és transportar un corrent de bits en brut d’una màquina a una altra.

La capa física és la capa més baixa de la jerarquia de comunicacions. En la capa física hi ha definits els senyals i els medis utilitzats per transmetre aquests senyals.

Hi ha diferents tipus de medis físics per fer aquest transport, cada un en el seu ambient propi en termes d’amplada de banda, retard, cost, facilitat d’instal·lació o manteniment.

En cada capa actua una sèrie de protocol, com per exemple els que són representats a la figura.

Actualment, la connexió a Internet ha esdevingut un element més dins de qualsevol llar. És més, des del principi del segle, està legislat que tots els edificis de nova construcció (o de reforma integral) tinguin preses d’accés de banda ampla a la xarxa d’Internet. És aquí on té un important paper la tecnologia Ethernet, atès que gran part del tràfic d’Internet s’origina i finalitza en connexions d’Ethernet.

De fet, la tecnologia Ethernet ha esdevingut la tecnologia XAL (xarxes d’àrea local) amb més presència arreu del món. Per explicar l’èxit de la tecnologia Ethernet s’han de citar els principals factors d’influència:

• La seva senzillesa i facilitat de manteniment.
• La capacitat per incorporar noves tecnologies.
• L’alt grau de confiança que proporciona.
• El baix cost d’instal·lació i actualització.

Com a anècdota, cal destacar que la tecnologia té el seu origen en el sistema Alohanet que permetia que diverses estacions de les illes de Hawaii tinguessin accés de manera ordenada a la banda de radiofreqüència compartida de l’atmosfera.

L’any 1973, fou en Robert Metcalfe qui, durant la seva feina en el disseny de l’oficina del futur en el centre de recerca Xerox PARC (Xerox Palo Alto Research Center), va elaborar l’estàndard Ethernet. De fet, l’estudi de l’oficina considerava la presència de diferents ordinadors que compartirien arxius i impressores. Com que la informació que s’havia d’enviar a les impressores havia de ser molt elevada, la velocitat de transferència havia de ser, com a mínim, de l’ordre de megabits per segon. Aquest fou, doncs, l’origen de la norma Ethernet.

Amb tot, va ser el consorci format per les empreses Digital Equipment Company, Intel i Xerox (DIX) qui va presentar la norma Ethernet com un estàndard obert i va dissenyar la primera xarxa d’àrea local a partir d’aquesta tecnologia.

El reconeixement a escala mundial de la norma Ethernet va arribar l’any 1985 quan el Comitè de Normalització per les Xarxes Locals i Metropolitanes de l’Institut d’Enginyers Elèctrics i Electrònics (IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers) va publicar i estandarditzar la norma.

L’acrònim IEEE correspon a l’Institut d’Enginyers Elèctrics i Electrònics, això és, una associació tècnica de caire professional a escala mundial dedicada a l’estandardització. Es tracta de l’associació internacional més gran sense ànims de lucre formada per professionals de les noves tecnologies, com enginyers de telecomunicacions, enginyers electrònics, enginyers en informàtica, etc.

La seva creació es remunta a l’any 1884 i entre els seus fundadors hi ha personalitats tant reconegudes com Thomas Alva Edison, Alexander Graham Bell i Franklin Leonard Pope.

Cal destacar que les normes IEEE per les xarxes d’àrea local tenien com a nomenclatura el número 802. A les normes basades en l’Ethernet se’ls va assignar la nomenclatura 802.3.

Quan citem el terme Ethernet ens estem referint a tota una família de tecnologies de xarxa que inclouen l’Ethernet: el Fast Ethernet (o Ethernet ràpid), el Gigabit Ethernet (o Gig-E) i l’Ethernet a 10 GB (o 10G).

Arribats a aquest punt, és important destacar el volum d’informació que proporciona la nomenclatura de les diferents tipologies de l’Ethernet. Per exemple, prenent com a base la nomenclatura de l’Ethernet original (10BASE-T), podem veure tota la informació que proporciona. En aquest cas, la paraula BASE fa referència a la modulació del senyal utilitzat (banda base) i la lletra indica el tipus de medi utilitzat, en què T vol dir cable de parell trenat sense pantalla protectora i el valor numèric 10 indica la velocitat de transferència, 10 Mbps (10 megabits per segon).

Tal com mostra l’exemple de la figura, les diferents tipologies de l’Ethernet tenen una doble nomenclatura, això és, una de descriptiva i una altra que és assignada per part de l’IEEE (quan l’Ethernet necessita expandir-se per afegir un nou medi o capacitat, l’IEEE llença un nou suplement per a la norma 802.3).

Cal destacar que les diferents tipologies d’Ethernet ajuden a entendre la capacitat d’adaptabilitat d’aquesta tecnologia, atès que s’adapta força bé als canvis en la quantitat d’ordinadors, en els medis físics i en l’amplada de banda. Així per exemple, un paquet d’informació Ethernet pot sortir des d’una targeta d’interfície de xarxa (NIC, network interface card) de 10 Mbps de cable coaxial d’un ordinador, accedir a un enllaç de fibra òptica de 10 Gbps i acabar passant per un cable parell trenat i arribar a una targeta d’interfície de xarxa de 100 Mbps.

Tot i que l’Ethernet i l’IEEE 802.3 són estàndards que defineixen un mètode d’accés per una xarxa d’àrea local, no són idèntics. De fet, tal com mostra la figura, grups de nodes utilitzant aquests dos estàndards poden conviure en el mateix medi físic a diferència del medi físic de treball. De fet, en els inicis de l’aplicació i utilització de l’estàndard Ethernet, aquest s’utilitzava exclusivament en el cable coaxial. En canvi, l’IEEE 802.3 fou dissenyat amb la intenció que pogués utilitzar qualsevol medi, això és, ràdio, cable coaxial, parell trenat, fibra òptica, etc.

Des d’un punt de vista tècnic, la metodologia que utilitzen tant l’Ethernet com l’IEEE 802.3 per transmetre la informació és l’accés múltiple amb detecció de portadora i detecció de col·lisions (CSMA/CD, carrier sense multiple access/collision detect). A grans trets, podem afirmar que el CSMA/CD s’adreça a sistemes de comunicacions per al transport de dades digitals per diferents xarxes d’àrea local en què tots els nodes connectats comparteixen un mateix canal de comunicacions passiu, això és, l’èter (ether). Cal destacar que aquesta és una forma literària de definir l’acció de compartir un mateix medi, és a dir, un mateix cable.

En aquest tipus de xarxes (tant les Ethernet com les IEEE 802.3) no hi ha un control centralitzat del trànsit, atès que cadascuna de les estacions té la responsabilitat de conèixer els seus paquets propis i d’extreure’n les dades corresponents. A més, cadascuna de les estacions ha de ser capaç d’accedir al medi per transmetre en el moment en què sigui requerida.

El model de referència d’interconnexió de sistemes oberts (OSI, Open System Interconnection) defineix una arquitectura de comunicació fonamentada en set nivells verticals, en què cadascun dels nivells executa un ventall de funcions que permeten establir la comunicació amb un altre sistema. Val a dir que cada nivell fonamenta les seves tasques en el serveis que ofereix el nivell que hi ha per sota seu i, alhora, ofereix els seus serveis al nivell que està per sobre seu.

Des del punt de vista dels estàndards Ethernet i IEEE 802.3, podem destacar que tots dos protocols formen part de la zona inferior del model de referència OSI, això és, en la capa física i en la meitat inferior de la capa d’enllaç de dades (figura). Aquesta situació privilegiada envers el model de referència OSI els permet comunicar-se amb qualsevol tipus de protocol superior.

Tant en l’Ethernet com en l’IEEE 802.3 la capa d’enllaç de dades del model de referència OSI es divideix en dues subcapes:

• Control d’accés al medi (MAC, media access control). Aquesta capa defineix el mode en què es transmeten les trames pel fil físic. Manipula l’adreçament físic associat a cadascun dels dispositius, la definició de la topologia de la xarxa i la disciplina de la línia.
• Control d’enllaç lògic (LLC, logical link control). Defineix el mode en què les dades són transferides pel medi físic i proporciona serveis a les capes superiors. Aquesta subcapa s’encarrega del control d’errors, el control de flux i com s’encapsula la informació.

Per permetre la distribució local de trames a l’Ethernet, hi ha d’haver un sistema d’adreçament, això és, una modalitat per anomenar els ordinadors i les interfícies. De fet, cadascun dels ordinadors té un únic mode d’identificar-se i, pel que fa a la xarxa, té una adreça física. És important, doncs, recordar que en l’àmbit de la xarxa no hi pot haver dues adreces físiques iguals. De fet, l’adreça física s’ubica en la targeta d’interfície de xarxa (NIC, network interface card) amb el nom control d’accés al medi (MAC, media access control).

L’Ethernet utilitza les adreces MAC per identificar únicament els dispositius a títol individual. De fet, cadascun dels dispositius presents en una xarxa d’àrea local amb una targeta d’interfície de xarxa (NIC, network interface card) ha de tenir assignada una adreça MAC. En cas contrari, els altres dispositius no es podrien comunicar amb aquests dispositius.

Si ens centrem en l’estructura de l’adreça MAC (figura), veurem que té una longitud de 48 bits, on els sis primers dígits estan administrats per l’IEEE, això identifica el fabricant i distribuïdor i s’anomena identificador únic de l’organització (OUI, organizationally unique identifier). La resta dels dígits comprenen el número de sèrie de la interfície o bé qualsevol altre valor administratiu d’un distribuïdor específic. A grans trets, podem identificar l’adreça MAC com el número de bastidor present en un cotxe. Amb tot, cal destacar que l’adreça MAC és única a tot el món, per tant, prenent com a base l’exemple, podríem dir que la modalitat de nomenclatura del bastidor seria única per a tot el món.

S’ha de destacar la importància del paper que tenen les adreces MAC, atès que, en el cas que no existissin, les xarxes d’àrea local esdevindrien un conjunt d’ordinadors sense identificar i per on no podria circular cap paquet d’informació ja que no se sabria a qui va adreçat ni qui l’envia. De fet, les xarxes d’àrea local tipus Ethernet i 802.3 són xarxes basades en la difusió, és a dir, totes les estacions veuen (i examinen) cadascun dels paquets d’informació que circulen, i esbrinen a quina estació s’adrecen.

Arribats a aquest punt, és inevitable que ens preguntem quina necessitat tenen els diferents dispositius presents en una xarxa d’avaluar cadascun dels paquets d’informació que hi circulen. De fet, quan un dispositiu present dins d’una xarxa Ethernet vol enviar informació a un altre dispositiu, pot obrir una via de comunicació mitjançant la seva adreça MAC, és a dir, afegint l’adreça MAC del dispositiu de destinació a la informació que s’envia.

Mentre els paquets d’informació circulen per la xarxa, les targetes d’interfície de xarxa (NIC, network interface card) verifiquen si l’adreça MAC inserida en la trama d’informació es correspon amb la seva adreça MAC.

En cas que es doni aquesta coincidència, la NIC verifica l’adreça de destinació present en la capçalera de la trama i decideix si accepta o no aquesta trama.

Quan les dades són lliurades al destinatari, la NIC corresponent treu les dades de “l’embolcall” i les lliura a l’ordinador perquè les processi mitjançant els protocols de capa superior com, per exemple, l’IP i el TCP.

Tot i que l’existència d’un flux d’informació en forma de bits codificats transmesos per un medi físic ha esdevingut, per ell mateix, un gran avenç tecnològic, s’han de complir certes condicions. De fet, aquests condicionants es fonamenten en la necessitat de proporcionar cert ordre i coherència a la informació que es transmet, per exemple, organitzar la informació en seqüències de dades amb forma de trama.

L’acció d’embolcallar la informació per transmetre en trames es basa en la inclusió d’un ventall d’afegits que ajuden a reafirmar els paràmetres de seguretat i d’integritat necessaris per a la comunicació. Aquest ventall d’afegits proporciona informació tan rellevant com el reconeixement dels errors apareguts durant la comunicació, on estan situades les dades dins de la trama o bé quins són els dispositius que s’estan comunicant.

El concepte de trama com a seqüència d’informació implica imaginar una llarga cadena de dígits en què cadascun d’aquests dígits té una funció preestablerta. Val a dir que aquestes funcions s’assignen a grups predefinits de bytes dins de la trama en seccions seqüencials anomenades camps (figura).

Per al funcionament correcte de la transmissió dels paquets d’informació, cadascun dels camps que formen la trama té una funció concreta que l’ordinador emissor sap com definir i que el receptor sap com interpretar. Un canvi en el contingut d’aquests camps pot variar completament la funció final del paquet d’informació.

• Camp d’inici de trama (A). Quan els ordinadors estan connectats a un medi físic necessiten un mecanisme que els ajudi a difondre els seus missatges o, a grans trets, avisar de l’enviament d’una trama. És per això que, prenent el símil de les banderes que hi ha en el frontal d’un cotxe diplomàtic, totes les trames tenen una seqüència inicial de bytes de senyalització que avisa de la seva arribada.
• Camp d’adreça (B). Totes les trames contenen informació que permet identificar-les, com, per exemple, l’adreça de l’ordinador que envia la informació, això és, l’adreça MAC i l’adreça MAC de l’ordinador de destinació.
• Camps de longitud i tipologia (C). Les trames tenen camps especialitzats amb diferents finalitats en funció de la tecnologia utilitzada. Per exemple, aquest camp es pot utilitzar per indicar quin protocol de la capa 3 del model de referència OSI s’ha utilitzat o bé per especificar-hi la longitud exacta de la trama.
• Camp de dades (D). El principal motiu pel qual s’envien trames és per obtenir les dades de la capa superior, això és, les dades de l’aplicació de l’usuari i enviar-les d’un ordinador a un altre. Com si d’una carta es tractés, dins del sobre, en aquest cas l’embolcall que ha esdevingut la trama, hi ha el missatge que es vol enviar (les dades).
• Camp de seqüència de verificació de trama (FCS, frame check sequence) (E). Considerant en quin grau són susceptibles als errors les trames i els camps continguts, és necessari establir un paràmetre que verifiqui la integritat de la trama. De fet, el camp de seqüència de verificació de trama conté un número que és el resultat d’un càlcul realitzat per l’ordinador que envia la trama. Quan l’ordinador destinatari rep la trama, torna a calcular el número FCS i el compara amb el número FCS inserit dins de la trama. En cas que ambdós números no coincideixin, s’assumeix l’error i la trama és descartada.

És important tractar el tipus de trama que hi ha en les xarxes Ethernet actuals, això és, la trama bàsica Ethernet IEEE 802.3. A diferència d’una trama genèrica, la trama bàsica Ethernet IEEE 802.3 presenta un nombre de camps distribuïts més elevat, en aquest cas, en octets (figura).

Els diferents camps que formen la trama bàsica Ethernet IEEE 802.3 tenen una missió definida per part de l’ordinador emissor perquè siguin interpretats per l’ordinador receptor. Qualsevol canvi en el contingut d’aquests camps pot variar la interpretació correcta de la trama.

1. Preàmbul. Amb la intenció de presentar tot tipus de compatibilitat, aquest camp conté un patró de set octets de longitud on s’alternen l’1 i el 0 per indicar l’inici de la trama.
2. Delimitador de trama d’inici (SFD). Aquest camp marca el punt final de la informació de sincronització de temps.
3. Adreça de destinació. Aquest camp conté els sis octets de l’adreça MAC destinació. En aquest cas, és important destacar que hi ha tres tipus d’adreces, això és, d’unidifusió (per enviar d’un punt a un altre punt), multidifusió (per enviar d’un punt a grups de punts) i, per últim, adreça de difusió (d’un punt a tots els altres).
4. Adreça d’origen. Aquest camp conté els sis octets de l’adreça MAC d’origen.
5. Longitud/tipus. En cas que el valor inserit sigui més petit que el valor decimal 1536, el valor fa referència a la longitud. En cas contrari, el valor especifica el protocol de la capa superior que rep les dades un cop que s’hagi completat el processament Ethernet.
6. Dades i farcit. Aquest camp pot esdevenir de qualsevol longitud que no provoqui que la trama excedeixi la seva grandària màxima. De fet, la unitat màxima de transmissió (MTU, maximum transmission unit) per l’Ethernet és de 1.500 octets, és a dir, la grandària que no poden excedir les dades. De fet, en cas de necessitat, s’acostuma a aplicar la tècnica del farcit de bits (bit stuffing) quan no hi ha prou dades de l’usuari perquè la trama assoleixi la seva longitud màxima.
7. Seqüència de verificació (FCS, frame check sequence). Aquesta seqüència conté el codi de redundància cíclica (CRC, cyclic redundancy check), això és, el valor resultant d’un càlcul per la detecció d’errors en la trama realitzat per part del dispositiu emissor. És en el moment de la recepció quan el dispositiu receptor torna a fer aquest càlcul de verificació per comprovar la integritat de la trama i la inexistència de possibles errors. En el cas que el càlcul realitzat coincideixi amb el valor inserit en la trama, la trama seria acceptada. En cas contrari, el dispositiu receptor la rebutjaria.

A l’hora de parlar del control d’accés al medi (MAC, media access control) és important citar les dues categories existents, això és, les deterministes (per torns) i les no deterministes (a grans trets, “el primer que arriba esdevé el primer a ser servit”).

Els protocols MAC deterministes utilitzen una modalitat basada en la creació de torns. Un exemple d’aquests torns es fonamenta en la transmissió de testimonis (tokens).

Hi ha un protocol d’enllaç de dades, que rep el nom d’anell de testimoni (token ring), en què els ordinadors que estan connectats a la xarxa es distribueixen en forma d’anell (figura). És per aquest anell per on circula un testimoni (token) de dades especials que és pres temporalment per l’ordinador que vol transmetre dades. Un cop ha finalitzat la transmissió de dades, l’ordinador deixa lliure el testimoni perquè torni a circular per l’anell i pugui ser pres per un altre ordinador.

Els protocols MAC no deterministes utilitzen la premissa “el primer que arriba esdevé el primer a ser servit” (FCFS, first-come, first-served) com, per exemple, l’accés múltiple amb detecció de portadora i detecció de col·lisions (CSMA/CD, carrier sense multiple access/collision detect).

Aquest tipus de protocol és el que fa servir Ethernet, atès que permet que els dispositius de xarxa esdevinguin els responsables d’administrar el seu dret a transmetre. De fet, la mecànica es fonamenta en el fet que les estacions d’una xarxa CSMA/CD escoltin quin és el millor moment per transmetre. Malgrat tot, en cas que dues estacions transmetin alhora es produeix una col·lisió i cap de les transmissions de les estacions té éxit.

En el moment en què les estacions de la xarxa senten que hi ha hagut una col·lisió, esperen en silenci, és a dir, a partir d’una ordre per torns, les estacions transmissores esperen un període de temps aleatori abans de transmetre. Aquesta espera per part de les estacions permet que no hi hagi una segona col·lisió.

L’Ethernet és una tecnologia de difusió basada en la compartició del medi en què el mètode d’accés utilitzat és l’accés múltiple amb detecció de portadora i detecció de col·lisions (CSMA/CD, carrier sense multiple access/collision detect). Val a dir que aquesta tecnologia de difusió du a terme tres funcions fonamentals:

1. Transmetre i rebre paquets de dades.
2. Descodificar paquets de dades i comprovar la validesa de les adreces abans de passar-los a les capes superiors del model de referència OSI.
3. Detectar els errors que hi puguin haver en la xarxa o en els mateixos paquets que es transmeten.

En el mètode d’accés múltiple amb detecció de portadora i detecció de col·lisions (CSMA/CD, carrier sense multiple access/collision detect), els dispositius de la xarxa treballen “escoltant abans de transmetre” (CS, carrier sense), és a dir, quan un dispositiu vol enviar dades, en primer lloc comprova si el medi està ocupat. En cas que estigui lliure, el dispositiu comença a transmetre les dades, tot i que mentrestant el dispositiu continua escoltant per confirmar que cap altra estació també estigui transmetent dades. En cas que es doni aquesta situació, es podria produir una col·lisió. En cas contrari, el dispositiu finalitza la transmissió i torna a la modalitat d’oient (figura).

Ara bé, en cas que es produeixi una col·lisió durant la transmissió, se suspèn immediatament la transmissió del paquet d’informació i es genera una breu senyal, que indica l’existència d’una col·lisió. Amb tot, després d’indicar que hi ha hagut una col·lisió, es fa una pausa durant un temps aleatori per, un cop finalitzat, provar de fer la transmissió altre cop.

Dins del gran ventall d’especificacions pròpies de l’Ethernet és força interessant centrar l’atenció (i descriure) les tipologies més rellevants. A mode introductiu, cal destacar que la popularitat de l’Ethernet va començar mitjançant el cable coaxial gruixut (10Base5), tot i que, davant les dificultats a l’hora de manipular-lo, es va tendir a treballar amb el cable coaxial prim (10Base2), atès que la seva manipulació era molt més senzilla (figura).

Aprofitant aquesta tendència cap a la senzillesa d’instal·lació i manipulació (sense oblidar la reducció corresponent de les despeses econòmiques), es va acabar introduint el 10BaseT basat en els cables parells trenats sense apantallar (UTP, unshielded twisted pair).

La potència, la versatilitat i el baix cost del 10BaseT va coincidir amb una explosió en el nombre d’usuaris de xarxa i d’Internet, i en la complexitat de les aplicacions. De fet, l’augment de la sol·licitud d’amples de banda més grans es va traduir en l’aparició de l’Ethernet ràpid (Fast Ethernet), això és, un conjunt d’estàndards de l’IEEE per a xarxes Ethernet de 100 Mbps.

Les implementacions 10Base5, 10Base2 i 10BaseT de l’Ethernet es poden considerar implementacions heretades de l’Ethernet. De fet, malgrat aquesta evolució, cal destacar que hi ha algunes coses que no han variat, com ara les següents:

• Els paràmetres de temporització.
• El format de la trama.
• El procés de transmissió.
• Una regla de disseny bàsica.

El format de la trama és comú en les tres tipologies (10Base5, 10Base2 i 10BaseT) i, a més, el procés de transmissió Ethernet és idèntic fins a la part inferior de la capa física del model de referència OSI (open system interconnection).

L’Ethernet ràpid o d’alta velocitat és el nom que s’atorga a una sèrie d’estàndards de l’IEEE de les xarxes Ethernet a 100 Mbps. Aquesta tecnologia va sorgir davant la necessitat de tenir una velocitat més elevada en les xarxes, atès que la important grandària dels arxius transmesos provocava importants problemes de retràs en les xarxes.

Alguns dels factors que van esdevenir bàsics a l’hora d’implementar l’Ethernet ràpid van ser els següents:

• L’increment de les velocitats dels processadors.
• L’important augment dels usuaris de les xarxes.
• La necessitat de tenir alts nivells d’amplada de banda per part de les noves aplicacions.

Tot i que la tecnologia Ethernet ràpid va esdevenir una de les millores més importants de la tecnologia Ethernet, va haver-hi una important progressió amb la instauració de la tecnologia Gigabit Ethernet. De fet, la Gigaethernet és la principal representant dels avenços de l’enginyeria i de la capacitat del mercat, atès que és una xarxa 100 vegades més ràpida que, per exemple, una xarxa basada en la tecnologia 10BaseT.

Cal destacar que la tecnologia Gigaethernet és deu vegades més ràpida que la tecnologia ràpida, això és l’Ethernet ràpid (Fast Ethernet). Amb tot, aquest increment de la velocitat implica una sèrie de requeriments com, per exemple, la duració més curta del temps d’enviament dels bits (1 na nosegon) i una major vigilància davant la seva alta susceptibilitat envers el soroll.

Davant la necessitat que té un ordinador d’escoltar si les trames Ethernet que ha anat enviant han patit algun tipus de col·lisió abans de finalitzar la transmissió, es van establir uns límits de grandària per a les xarxes Ethernet a 10 Mbps. Per dictar els principals paràmetres d’aquesta limitació es va establir una regla que els englobés tots, això és, la regla 5-4-3.

Bàsicament, la regla 5-4-3 limita la utilització dels repetidors mitjançant l’establiment de la premissa “entre dos equips de xarxa no hi pot haver més de quatre repetidors i cinc segments de cable”. Amb tot, solament tres segments poden tenir connectats dispositius que no siguin aquests repetidors mateixos, és a dir, solament dos dels cinc segments utilitzats es poden dedicar a la interconnexió entre repetidors. De fet, tal com mostra la figura, un dels camins traçats des dels ordinadors menys allunyats passa per tres segments de cable i dos repetidors i, per tant, compleix la regla 5-4-3.

Un exemple de xarxa mal dissenyada és la que es mostra en la figura, on trobem cinc repetidors que actuen com a concentradors connectats amb una topologia d’arbre. De fet, en la figura es mostra com una de les rutes traçades entre els dos ordinadors més allunyats passa per cinc repetidors i sis segments de cable. Aquesta xarxa, però, no funcionaria de manera adient, ja que el retard introduït per part dels repetidors seria massa alt.

Prenent l’exemple de la transmissió de la ràdio o la televisió, és possible comprendre la modalitat de transmissió de dades símplex en què les dades solament viatgen en un únic sentit.

En el cas de la modalitat de transmissió de dades semidúplex, el tràfic de dades pot viatjar en tots dos sentits, però complint la condició que les transmissions no es facin alhora. En aquest cas, un exemple molt clar per explicar aquesta modalitat de transmissió són els transceptors de ràdio portàtils, és a dir, els transceptors portàtils.

La modalitat de transmissió de dades dúplex es fonamenta en la possibilitat de transmetre el trànsit de dades en tots dos sentits i al mateix temps.

Des del punt de vista de l’Ethernet dúplex, no hi ha cap mena de col·lisió, atès que la tecnologia de commutació crea un circuit virtual de dues estacions punt a punt, o bé mitjançant petits segments quan dos dispositius s’han de comunicar. A tall d’exemple, podem destacar la comunicació mitjançant el telèfon com un clar exemple d’una transmissió de dades en modalitat dúplex.

Els nodes Ethernet que estan connectats mitjançant un cable de parell trenat negocien la seva velocitat i modalitat de transmissió abans de l’establiment de l’enllaç. Aquest procés s’anomena autonegociació i es fa mitjançant el que es coneix com a polsos d’enllaç.

Hi ha dos tipus de polsos d’enllaç. Aquestes dues versions de pols d’enllaç s’anomenen pols d’enllaç normal (NLP, normal link pulse) i pols d’enllaç ràpid (FLP, fast link pulse) (figura).

Des del punt de vista tècnic, un dels dos tipus de senyal de pols d’enllaç s’utilitza per informar un dels socis d’enllaç de l’existència d’una nova estació connectada que busca establir una connexió.

El pols d’enllaç 10BASE-T (NLP, normal link pulse) consisteix en un pols de mitja ona transmès vuit vegades per segon per un dels dos fils del parell trenat (sempre que no s’enviïn dades). Amb el desenvolupament de l’Ethernet ràpid els responsables dels estàndards van buscar el manteniment de la compatibilitat amb les versions anteriors. Per aconseguir-ho, van seleccionar el mecanisme més senzill per negociar el sistema de senyalització física i la configuració més adient per ser utilitzat.

De fet, les ràfegues del pols d’enllaç ràpid (FLP, fast link pulse) s’implementen utilitzant un pols d’enllaç normal (NLP, normal link pulse), però com una ràfega de polsos que conté tota la informació referent a la velocitat i les funcions de transmissió en dos sentits (dúplex) del dispositiu que es connecta.

La presència d’un pols de dades a manera de pols d’enllaç ràpid (FLP, fast link pulse) indica un 1 binari, mentre que l’absència indica un 0 binari. Els polsos de dades apareixen entre polsos sincronitzats en què, des d’un punt de vista genèric, hi ha 17 polsos sincronitzats i la possibilitat de 16 polsos de dades. Per tant, un pols d’enllaç ràpid (FLP, fast link pulse) pot tenir entre 17 i 33 polsos (figura).

Les xarxes poden ser molt senzilles o increïblement complexes. La complexitat prové del cablejat i dels dispositius de xarxa. Els dispositius de xarxa cada vegada són més importants en el funcionament de la xarxa i com que són molt diferents, cada vegada són més difícils d’usar i configurar. És important conèixer les funcions i limitacions de cada dispositiu i escollir-ne els que més s’adeqüen a les necessitats de la nostra xarxa.

La targeta de xarxa porta gravats els protocols de comunicacions necessaris per comunicar les capes física, d’enllaç de dades i de xarxa.

La connexió de la targeta o placa a l’ordinador es fa per una ranura d’expansió clavada a la placa base de l’ordinador. Aquestes ranures poden ser ISA, PCI o PCMCIA, encara que actualment hi ha plaques base que ja porten incorporada la placa de xarxa.

Les funcions d’una targeta per transmetre informació al medi són:

• Mirar la configuració del sistema, per saber la velocitat de transmissió, i la grandària de la memòria intermèdia (buffer).
• Convertir el flux de bits que li arriba en paral·lel del bus de l’ordinador en una seqüència sèrie.
• Codificar la seqüència de bits en sèrie en un senyal elèctric adequat.

La instal·lació i configuració d’una placa de xarxa depèn del sistema operatiu. És un dispositiu de capa 2 –enllaç de dades–, ja que fa un control d’accés al medi. Per poder enviar localment trames en una Ethernet, hi ha un sistema d’adreçament que identificarà les plaques de xarxa i els ordinadors de manera única.

Els sis dígits hexadecimals següents representen i identifiquen de manera única la targeta: és un número de sèrie que posa el fabricant de la xarxa. Aquesta adreça, que és única a tot el món, està gravada a la ROM de la targeta, però es copia a la RAM quan posem en marxa l’ordinador i s’inicialitza la placa.

Repartiment de bits en una MAC

Per saber la MAC del vostre ordenador podeu executar des d’MS-DOS:

ipconfig /all.

Hi ha diversos tipus de targetes, depenent del tipus de xarxa on la volem instal·lar i el tipus de cablatge que emprarem. Normalment no són compatibles les targetes per a xarxes Ethernet i les targetes per a xarxes en anell de testimoni.

Veurem les característiques bàsiques d’algunes xarxes Ethernet:

• Targetes 10 base 5: utilitzen cable coaxial gruixut. També es denomina Thick Ethernet.
• Targetes 10 base 2: utilitzen cable coaxial fi, normalment l’R6-58 o R6-59.
• Targetes 10 Broad 36: utilitzen cable coaxial de banda ampla.
• Targetes 10 base T: accepten l’RJ-45 a 10. Cable de quatre parell de fils. Configura l’Ethernet com una estrella.
• Targetes 100 base T: arriben als 100 Mb, i utilitzen també l’RJ-45 i UTP categoria 5.
• Targetes 1000 base T: per arribar a 1.000 Mbps necessiten cables superiors als de categoria 5, per exemple els de categoria 5 millorada (categoria 5e). A més, les distancies de cables han de ser molt més reduïdes. És la base de la tecnologia Gigabit Ethernet.
• 1000 Base LX: la velocitat és de 1.000 Mbps, però utilitza la fibra òptica com a medi de transmissió. Quan la fibra és multimode es pot arribar fins als 550 m, però amb fibra monomode s’aconsegueix arribar fins als 2 km i, si la instal·lació és bona, es pot superar aquesta distància fins als 10 km.

En algunes instal·lacions d’alt rendiment ja s’està instal·lant Ethernet 10G, que seria la xarxa amb tecnologia Ethernet a 10 Gbps, majoritàriament sobre fibra, encara que hi ha alguns intents amb èxit utilitzant cablatge de coure.

Les targetes de xarxes, un cop instal·lades, cal configurar-les. La majoria de targetes utilitzen tecnologia d’integració automàtica o plug and play (el sistema operatiu les detecta i ja funcionen). Si no queden correctament instal·lades, o no tenen aquesta tecnologia, cal instal·lar-les manualment amb els programes de control –controladors– específics de la targeta que facilita el fabricant de la xarxa.

Elements d'una targeta de xarxa

Els repetidors (figura) són dispositius de xarxa de capa 1 –física– en el model de referència OSI.

Quan les dades es transmeten pel mitjà, s’anomenen senyals i poden ser elèctriques, polsos de llum o microones. A mesura que avancen pel medi, es deterioren i es debiliten, i el repetidor regenera i reenvia els senyals de xarxa a nivell de bits amb la finalitat de recórrer distàncies més llargues. Normalment només tenen dos ports (connexions per al cablatge).

Quan els concentradors –hubs– o repetidors multiport reben un senyal en un port, es copia a tots el ports del concentrador, de manera que tots els elements de la xarxa reben els senyals. Regeneren i reenvien els senyals de xarxa com un repetidor, són el punt de connexió per als diversos elements de la xarxa. Són elements de capa 1 (física). Normalment tenen vuit, setze o vint-i-quatre ports.

Símbols del concentrador

Un concentrador pot portar endollats elements de xarxa (ordinadors, impressores, etc.) i altres concentradors, dels quals penjaran ordinadors i més concentradors.

Com que tots els elements de la xarxa estan connectats al mateix medi físic, i els senyals que envia un element arriben a tots els altres, de vegades es produeixen col·lisions. Una col·lisió es produeix quan dos bits es propaguen al mateix temps per la mateixa xarxa. L’àrea de la xarxa en què es produeix la col·lisió s’anomena domini de col·lisió o domini d’amplada de banda. Si tenim una xarxa formada per ordinadors, concentradors i repetidors, tots els elements són al mateix domini de col·lisió.

Aquests dispositius no reconeixen informació als senyals, ni adreces ni dades.

Quan tenim una xarxa sense fils, el perifèric que fa les funcions de concentrador s’anomena punt d’accés.

El punt d’accés actua com un concentrador en transmetre la informació rebuda a tots els dispositius sense fils i al troncal –backbone– de la xarxa.

Es pot instal·lar més d’un punt d’accés en una àrea on hi ha més traspàs de dades, o per cobrir zones més àmplies. Un punt d’accés pot transmetre i rebre senyals en un radi de cent a tres-cents metres dins d’un edifici segons els model, i fins a 9,6 km utilitzant antenes externes amb una línia directa de visió.

Un pont Ethernet sense fils pot ubicar lliurement qualsevol recurs a la xarxa, pràcticament en qualsevol lloc.

Quan la distància entre dos concentradors és massa gran, o volem evitar dominis de col·lisió, es pot instal·lar un pont (bridge).

Un pont és un dispositiu de capa 2 –enllaç de dades– que crea dos segments de xarxa. Cada segment tindrà un domini de col·lisions diferents, cosa que fa que s’aprofiti més l’amplada de banda.

Els ponts també s’utilitzen per interconnectar xarxes de diferents topologies i diferents protocols a escala de MAC, per exemple una Ethernet i una xarxa en anell de testimoni: en aquest cas, el pont tindrà connectors diferents a cada costat de la xarxa. El pont controla quines adreces MAC pertanyen a cada segment de xarxa i crea unes taules d’adreces MAC, a partir de les quals pren decisions. La figura mostra dos segments de xarxa interconnectats per un pont.

La funció principal d’un pont és filtrar les trames de capa 2, sense haver-se d’ocupar dels protocols de xarxa, fent els passos següents:

• Quan li arriben les dades compara l’adreça MAC de destinació amb les adreces MAC de la seves taules.
• Si decideix que l’adreça MAC de destinació és del mateix segment de xarxa, no envia les dades a la resta de segments, procés que s’anomena filtratge. Així es redueix el trànsit entre la resta de segments.
• Si decideix que l’adreça MAC és d’un altre segment, l’envia al segment al qual pertany.
• Si decideix que és desconeguda, l’envia i la difon a tots els segments, procés que s’anomena inundació –flooding.

Una difusió és un paquet enviat a tots els elements dels diferents segments de la xarxa. Són al mateix domini de difusió els elements de la xarxa al voltant d’un pont que reben el paquet.

La commutació es fa al maquinari, com si fes un pont entre els dos ports commutats, de manera que aprofita tota l’amplada de banda. Això s’anomena microsegmentació.

Els commutadors amb tecnologia dúplex (full-duplex) no tenen col·lisions, però tots els elements són al mateix domini de difusió. Actualment hi ha commutadors de gamma alta que funcionen amb mode multicapa i són capaços d’executar funcions de capa 3.

Els encaminadors són uns dispositius de capa 3 –xarxa– que s’utilitzen per interconnectar xarxes que treballen en xarxes diferents. Els protocols de comunicació de les diferents xarxes han de ser iguals i compatibles; a les capes superiors, els nivells inferiors 1 i 2 poden diferir sense afectar l’encaminament.

La seva funció bàsica és dirigir els paquets que rep fins a la seva destinació després d’haver trobat la millor ruta. Quan rep un paquet, extreu l’adreça del destinari i decideix la millor ruta a partir de l’algorisme i la taula d’encaminament que utilitzi. Un encaminador disposa de les seves adreces pròpies a escala de xarxa.

La tecnologia cada vegada ofereix més prestacions i serveis, és per això que el mercat té nous dispositius per instal·lar als ordinadors o a la xarxa. Tot seguit en veurem algun:

• Veu: telefonia sobre IP. Els telèfons es connecten a la xarxa, i es poden comunicar entre ells i amb l’exterior per mitjà d’una operadora. La comunicació entre els telèfons de la xarxa és de cost zero.
• Mòdem cable: s’utilitza per connectar l’equip a les xarxes de cable coaxial. Es pot tractar també d’un dispositiu que funciona com a pont o encaminador.
• Mòdem: és un dispositiu que permet a un ordinador enviar i rebre informació per mitjà de la xarxa telefònica commutada, que transmet senyals analògics. Un mòdem pot ser intern –connectat a les ranures d’expansió de la placa base– o extern –connectat per mitjà del port en sèrie o USB. Per a la transmissió de la informació a través de mòdem, hi ha gran quantitat d’estàndards, a causa dels avenços que han permès l’augment de la velocitat de transmissió.