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Red Aloha, el origen de Ethernet | Think Big
Aunque para muchos usuarios sea algo transparente que utilizan de manera natural, los routers que dan acceso a sus ordenadores y tabletas hacia Internet incluyen, además de la conectividad vía Wi-Fi, varios puertos para conectar nuestros ordenadores o nuestra Smart TV mediante un cable de red; de hecho, este tipo de conexiones cableadas son algo bastante común en las oficinas de todo el mundo y nos hemos acostumbrado, más o menos rápido, a ver esta imagen.
La conexión de múltiples equipos, por ejemplo, a nuestro router no es otra cosa que implementar lo que se denomina una red de área local (LAN) y, entre los múltiples estándares existentes, Ethernet (IEEE 802.3) es, quizás, uno de los más utilizados y conocidos por los usuarios, puesto que es lo que implementan la gran mayoría de dispositivos de red que podemos tener en casa o en nuestra oficina. Ethernet es un estándar que se fundamenta en un canal de comunicación compartido, por el cual compiten los dispositivos transmisores; un mecanismo de comunicación que usamos a diario y que, curiosamente, tiene mucho que ver con el surf, las islas de Hawái y la falta de presupuesto para realizar el tendido de un cable submarino.
Norman Abramson y Hawái
Llama la atención que un estándar tan extendido y tan importante como Ethernet tenga su origen en una decisión relacionada con las playas de Hawái y las ganas de hacer surf de un ingeniero llamado Norman Abramson.
Abramson era un ingeniero que había ejercido de profesor en la Universidad de Stanford durante 10 años (de 1955 a 1965) y, durante un año, en la Universidad de Berkeley. Sin embargo, a pesar de que su trabajo le gustaba, el surf le gustaba mucho más y decidió marcharse a Hawái a disfrutar de su deporte favorito, puesto que las playas de Hawái son el referente para los surfistas de todo el mundo.
Al llegar a Hawái, Abramson decidió quedarse a vivir en este Estado y, por tanto, fijar su residencia allí además de buscar trabajo. Teniendo en cuenta su experiencia como docente universitario, decidió contactar con la Universidad de Hawái para ver si podía impartir clases y terminaría vinculado a esta institución desde 1964 hasta 1984 como profesor de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación.
El problema
En el año 1969, el Departamento de Defensa de Estados Unidos puso en marcha la red ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network), que marcó un hito en la historia de las telecomunicaciones al unir, mediante una red de circuitos, 4 nodos dispersos geográficamente (uniendo 4 universidades del país) que podían comunicarse entre sí. Con los años, ARPANET sería el germen del Internet que conocemos hoy en día.
Viendo que era posible establecer una red de comunicaciones que uniese sedes dispersas geográficamente, la Universidad de Hawái decidió transponer el escenario que planteaba ARPANET a una de las problemáticas de la institución: sus centros de investigación estaban repartidos en distintas islas del archipiélago (Kauai, Maui, Hawái y Oahu).
Aunque el problema parecía similar al de ARPANET, la Universidad de Hawái tenía una restricción adicional que no era nada fácil de salvar puesto que, aunque pudiera parecer que los circuitos dedicados mediante cables submarinos eran una buena opción, la Universidad no podía asumir esta solución, a pesar de contar con financiación de DARPA para solventar este problema.
La Universidad eligió a Norman Abramson como director del proyecto y éste pensó en utilizar enlaces radio para cumplir con los objetivos que le habían sido encomendados y formar así una red de radioenlaces que se conocería como la red Aloha.
La solución: la red Aloha
Aloha es una palabra hawaiana que se utiliza para saludar y bendecir a los visitantes y, dado que el proyecto se estaba desarrollando en Hawái, decidieron adoptar esta palabra para dotar de nombre al proyecto. Como escenario de partida, Abramson se planteó unir los centros de investigación de Kauai, Maui y Hawái con un computador central situado en el centro de investigación de Honolulú (en la Isla de Oahu).
Para complicar aún más el escenario, la comunicación entre los centros de investigación y el computador central debía ser bidireccional, es decir, en los dos sentidos (por lo que quedaba desacartado situar un emisor en Honolulú y receptores en el resto de islas). Para poder establecer una comunicación bidireccional, es necesario seguir un flujo ordenado que evite que dos de los nodos “se pisen entre sí” al intentar transmitir a la vez, un problema que el equipo de Abramson resolvería diseñando el protocolo “control de acceso al medio” o CSMA.
La red Aloha permitía que los centros de Kauai, Maui y Hawaii pudiesen enviar datos a un computador central situado en la ciudad de Honolulú (Isla de Oahu). Teniendo en cuenta que la comunicación iba a ser bidireccional, no era posible instalar un transmisor en Honolulú y situar receptores en el resto de las islas, por lo que tuvieron que pensar en un sistema que permitiese a todos transmitir y recibir datos de manera ordenada. Para ello, implementaron un protocolo de control de acceso al medio.
Imaginemos que dos de las estaciones de radio enviaban sus datos al nodo central. Si lo hacían a la vez (o mientras la otra había iniciado su transmisión), en el receptor ambas señales se interferirían mutuamente y se perderían los datos porque usar varias frecuencias no era solución viable al requerirse un par de receptores y transmisores por cada frecuencia a utilizar. Con la idea de no monopolizar el recurso compartido (la transmisión a través del aire), los datos se dividirían en paquetes más pequeños que se enviarían de uno en uno, dejando entre ellos un período de guardia para así darle a otra estación la oportunidad de enviar sus datos. Con el fin de comprobar que un dato se había recibido correctamente, el receptor lo volvería a transmitir para que el emisor comparase los datos recibidos con los enviados y verificase que la transmisión había sido correcta; y si no se recibía nada, entonces, el dato se volvía a enviar asumiendo que habían existido fallos.
Aunque este protocolo, llamado CSMA, era correcto y evitaba las colisiones entre estaciones, cuando el flujo de datos a enviar era grande (con varias estaciones intentando transmitir), se podían dar situaciones de saturación por múltiples colisiones, aumentando los reenvíos y saturando aún más la red hasta el punto de que fuese imposible transmitir datos.
Para solventar esto, se introdujo un cambio en el protocolo de comunicación (que se conocería como Aloha ranurado), en el que se usó una señal de reloj para marcar cuándo se podía iniciar una comunicación. Dicho de otra forma, una estación solamente podía transmitir si la señal de reloj se lo permitía pero, si eran dos las estaciones que debían transmitir, se produciría una colisión y ambas estaciones tendrían que esperar un tiempo aleatorio para volver a retomar la comunicación por lo que la probabilidad de que volvieran a coincidir sería muy baja.
Desde el punto de vista técnico, la red Aloha, que por cierto es una de las primeras redes inalámbricas de la historia, utilizaba dos canales de 100 KHz de ancho de banda (uno en la banda de 413’475 MHz para enviar los datos y el otro, en la banda de 407’350 MHz, como señal de reloj).
El impacto de Aloha y el origen de Ethernet
A finales de 1970, la red Aloha comenzaría a funcionar con un notable éxito. El trabajo de Norman Abramson sirvió como fundamento para definir el protocolo de comunicaciones vía satélite Inmarsat (Abramson asesoró a la ONU en comunicaciones vía satélite entre 1972 y 1985). Además, Aloha se convertiría en la primera red de conmutación de paquetes realizada mediante tecnologías inalámbricas y, en 1972, sería la primera red en conectarse a ARPANET, al instalarse un nodo en las instalaciones de la Universidad de Hawái.
¿Y qué tiene que ver Aloha con Ethernet? La respuesta a esta pregunta comienza a materializarse en el año 1971, gracias a Robert Metcalfe, por aquel entonces un joven graduado del MIT que preparaba su tesis doctoral sobre redes de conmutación de paquetes y que, con el paso de los años, fundaría la empresa 3Com.
Dentro de la documentación que manejó Metcalfe para preparar su tesis, siguió el trabajo de Abramson con la red Aloha y pensó que era posible mejorar el desempeño de esta red si las estaciones eran capaces de detectar que el canal estaba ya en uso (minimizando aún más las colisiones). Estas mejoras del CSMA formularían la base del CSMA/CD (Acceso Múltiple con Detección de Portadora y Detección de Colisiones), el protocolo sobre el que se desarrolla Ethernet.
Tras obtener su doctorado, Metcalfe ingresaría en 1972 en uno de los centros de investigación tecnológica más importantes del mundo, el Xerox PARC. Dentro de Xerox PARC, Metcalfe se unió al grupo que trabajaba en el Xerox Alto y, concretamente, en el equipo que diseñaba el sistema de impresión en red. Para realizar su trabajo siguió apoyándose en el sistema Aloha y lo evolucionó hasta desarrollar el Alto Aloha Network, es decir, la primera implementación de Ethernet.
Imágenes: Sam Howzit, Computer History Museum, ALT1040 y PARC
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