Network interface

Introducción#

Dentro del ordenador, un bit es un voltaje en una pista de cobre de tres centímetros.

Fuera, tiene que recorrer cien metros de cable o atravesar dos paredes por el aire.

Nada de lo que hace la CPU sirve para esto, y por eso hay una pieza dedicada a hacerlo: la tarjeta de red o NIC (Network Interface Controller).

Es un módulo de entrada y salida como los que ya conoces, con sus registros y su DMA.

Lo que la hace especial es lo que hay al otro lado.

Dónde está#

Raramente es una tarjeta.

En un ordenador de sobremesa o un portátil, la NIC cableada es un chip soldado a la placa base, conectado al chipset, con el conector RJ-45 en el panel posterior.

La inalámbrica suele ser un módulo M.2 pequeño, con dos o tres cables finos que van a las antenas escondidas en la carcasa o en la pantalla.

Todavía existe la tarjeta PCIe de verdad, y se usa donde hace falta lo que la placa no da: 10 Gbit/s o más, varios puertos, fibra óptica, o funciones avanzadas que un chip integrado no lleva.

Y está la variante USB, que es la forma habitual de poner Ethernet a un portátil que no lo trae.

Qué hace#

La NIC hace dos trabajos, y corresponden a los dos niveles más bajos del modelo de capas de red.

La capa física#

Es la que convierte bits en señales y al revés.

Por un cable de cobre, esto significa generar las tensiones con la codificación y la temporización exactas que exige el estándar, y en el otro extremo recuperar los bits de una señal que ha llegado deformada y debilitada.

Por radio, significa modular una portadora, amplificarla y enviarla a la antena.

Este trabajo es analógico y es el que decide hasta qué distancia llega la señal y a qué velocidad.

También es la que negocia la velocidad con el otro extremo: cuando conectas un cable, ambos lados se ponen de acuerdo en la velocidad más alta que los dos admiten — la autonegociación.

La capa de enlace de datos#

Es la que agrupa los bits en tramas y decide quién habla y cuándo.

Una trama lleva la dirección de quien la envía, la de quien debe recibirla, los datos, y una comprobación de errores al final, el CRC.

Si la comprobación no cuadra, la NIC descarta la trama sin molestar a la CPU: una trama corrupta nunca llega al sistema operativo.

Y es esta capa la que usa la dirección MAC.

La dirección MAC#

Cada interfaz de red del mundo tiene una dirección de 48 bits grabada de fábrica.

Se escribe en hexadecimal, seis pares separados por dos puntos:

b8:27:eb:4a:1f:c3

Los tres primeros bytes identifican al fabricante: es el OUI (Organizationally Unique Identifier), y lo asigna el IEEE. Los tres últimos los pone el fabricante, y debe garantizar que no repite ninguno.

Con esta división, la dirección es única en todo el planeta sin que nadie tenga que llevar un registro central de cada tarjeta.

Hay una dirección especial que debes conocer: ff:ff:ff:ff:ff:ff, la difusión (broadcast).

Una trama enviada a esta dirección la reciben todas las interfaces del segmento de red.