En la lección anterior vimos la pila de protocolos a vista de pájaro; ahora aterrizamos en la familia que resuelve el problema más básico y cercano: cómo se comunican dos equipos que están en el mismo segmento de red local — conectados al mismo switch, a la misma Wi-Fi, "a un cable de distancia". Cuando el PC de Marta guarda un documento en el servidor de ficheros de Valencia, los datos no salen a Internet ni cruzan la VPN: viajan por el switch de la oficina, y quienes hacen posible ese viaje son los protocolos de enlace de datos. En esta lección estudiaremos Ethernet (el rey del cable), Wi-Fi/802.11 (su equivalente inalámbrico), las direcciones MAC en acción, ARP (el pegamento imprescindible entre direcciones MAC e IP) y el papel del switch, además de dos conceptos que explican por qué las redes modernas rinden tan bien: los dominios de colisión y de difusión.

1. La misión del enlace de datos: comunicar vecinos
2. Ethernet: el protocolo de la red cableada
3. La trama Ethernet por dentro
4. CSMA/CD: la historia de las colisiones
5. Wi-Fi (802.11): cuando el medio es el aire
6. ARP: el pegamento entre IP y MAC
7. El switch por dentro: la tabla de direcciones MAC
8. Dominios de colisión y de difusión

Los protocolos de enlace de datos tienen una misión deliberadamente limitada: entregar datos entre dispositivos conectados al mismo medio local, el mismo "vecindario" de red. Su alcance termina donde empieza el router: llevar datos entre redes distintas es trabajo de los protocolos de red, que veremos en la lección 02-03.

Para cumplir esa misión resuelven tres tareas:

• Identificar a los vecinos: cada tarjeta de red tiene una dirección MAC (la conocimos de forma intuitiva en la lección 01-01): 48 bits, escritos como 6 pares hexadecimales, por ejemplo A4:5E:60:D2:1B:07. Viene grabada de fábrica y los 3 primeros pares identifican al fabricante.
• Empaquetar los datos en tramas: la trama es la unidad de datos del enlace (recuerda la encapsulación de 02-01: la trama es el sobre más externo).
• Regular el acceso al medio: si varios equipos comparten el mismo medio (el mismo cable antiguo, o el aire en Wi-Fi), hace falta una regla que decida quién transmite y cuándo, o los mensajes chocarían.

Una comparación útil: si los protocolos de red (02-03) son el servicio postal entre ciudades, los de enlace son el reparto dentro del barrio: conocen cada portal (dirección MAC) y entregan puerta a puerta, pero no saben nada del mundo más allá del barrio.

Ethernet (estándar IEEE 802.3) es el protocolo de enlace dominante en redes cableadas desde hace más de 40 años. Todos los puestos fijos de Meridiano, el servidor de ficheros, las impresoras y los enlaces switch-router funcionan con Ethernet. Ha sobrevivido a todas las modas porque ha ido multiplicando su velocidad manteniendo el mismo formato de trama:

Que el formato de trama no haya cambiado es una lección de diseño magnífica: Meridiano pasó sus puestos de 100 Mbps a 1 Gbps cambiando switches y tarjetas, sin tocar absolutamente nada del software ni del resto de protocolos. La sustituibilidad de la que hablamos en 02-01, en acción.

Apliquemos el análisis de sintaxis que aprendimos en la lección anterior. Esta es la estructura (simplificada) de una trama Ethernet:

Cada campo tiene su semántica bien definida:

• MAC destino va primero por una razón práctica: así el receptor (y el switch) puede decidir cuanto antes si la trama le interesa, sin leerla entera.
• El campo Tipo es la pieza que engancha esta lección con la siguiente: le dice al receptor a qué protocolo superior entregar el contenido tras desencapsular (casi siempre, IP).
• El FCS (Frame Check Sequence) es un valor calculado a partir de todos los bits de la trama. El receptor rehace el cálculo al recibirla: si no coincide, la trama se dañó por el camino (interferencias, cable defectuoso) y se descarta en silencio. Ethernet detecta errores, pero no reenvía: la recuperación, si hace falta, es trabajo del transporte (lección 02-04).
• Existe además una MAC de difusión (broadcast): FF:FF:FF:FF:FF:FF. Una trama enviada a esa dirección la procesan todos los equipos del segmento. La usaremos dentro de un momento con ARP.

Ejemplo con datos de Meridiano: cuando el PC de Marta (A4:5E:60:D2:1B:07) envía datos al servidor de ficheros (00:1B:44:11:3A:B7), la trama sale así:

En la Ethernet original todos los equipos compartían un único cable coaxial (la topología de bus que vimos en 01-03): si dos transmitían a la vez, sus señales eléctricas se mezclaban y ambas tramas quedaban inservibles. A eso se le llama colisión, y Ethernet la gestionaba con el método CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection):

1. Escucha antes de hablar (Carrier Sense): si el cable está ocupado, espera.
2. Cualquiera puede hablar (Multiple Access): no hay turnos asignados.
3. Detecta las colisiones (Collision Detection): si mientras transmite detecta que otro también lo hace, ambos paran, esperan un tiempo aleatorio (para no volver a chocar) y reintentan.

Es exactamente lo que hacemos en una reunión sin moderador: esperar a que haya silencio, hablar, y si dos personas empiezan a la vez, ambas callan y una lo reintenta un instante después.

¿Por qué lo contamos en pasado? Porque en una red moderna como la de Meridiano ya no hay colisiones: cada equipo tiene su propio cable dedicado hasta el switch, y los enlaces son full-duplex (pueden enviar y recibir a la vez). CSMA/CD sigue en el estándar, pero dormido. Aun así conviene conocerlo por dos motivos: explica muchos términos que siguen usándose (lo veremos con los dominios de colisión) y, sobre todo, su primo CSMA/CA sigue plenamente vivo en Wi-Fi.

El Wi-Fi (familia de estándares IEEE 802.11) es el protocolo de enlace de las redes inalámbricas: es lo que usan los portátiles y móviles de Valencia cuando se conectan al punto de acceso de la oficina. Conceptualmente hace lo mismo que Ethernet (tramas, direcciones MAC), pero el aire es un medio mucho más hostil que un cable, y eso obliga a diferencias importantes:

La diferencia estrella es CSMA/CA (Collision Avoidance, evitación en lugar de detección). En el aire, un equipo no puede detectar una colisión mientras transmite (su propia señal lo "ensordece": es como intentar oír un susurro mientras gritas). Como no puede detectarlas, se dedica a evitarlas:

1. Escucha el canal; si está ocupado, espera.
2. Cuando queda libre, espera además un tiempo aleatorio adicional antes de transmitir (así, si varios estaban esperando, no arrancan todos a la vez).
3. Tras transmitir, espera un ACK del receptor. Si no llega, asume que hubo colisión o interferencia y reenvía.

Consecuencia práctica que todo profesional debe saber explicar: el Wi-Fi es un medio compartido. Los 8 portátiles conectados al punto de acceso de Valencia se reparten el canal por turnos; cuantos más equipos (y más interferencias), menor rendimiento por equipo. Por eso el servidor de ficheros y los puestos fijos de Meridiano van por cable: para el tráfico pesado y constante, el cable sigue siendo insustituible.

Ahora, la pieza que lo une todo. Las aplicaciones y los protocolos de red trabajan con direcciones IP (lógicas, configurables), pero acabamos de ver que las tramas del segmento local se entregan por dirección MAC (física, de fábrica). Cuando el PC de Marta (192.168.10.21) quiere enviar un paquete al servidor de ficheros (192.168.10.10), conoce su IP... pero para construir la trama Ethernet necesita su MAC. ¿Cómo la averigua?

Con el ARP (Address Resolution Protocol), un protocolo minúsculo y omnipresente que funciona a gritos y susurros:

• La pregunta (ARP request) va en difusión (broadcast) porque no se sabe quién es el destinatario: la reciben todos los equipos del segmento.
• La respuesta (ARP reply) va directa al que preguntó.
• El resultado se guarda en la tabla ARP (o caché ARP) durante unos minutos, para no preguntar a gritos por cada trama.

Puedes ver la tabla ARP de tu propio equipo ahora mismo. En Windows (en Linux, ip neigh muestra lo equivalente):

Salida en el PC de Marta:

Cada línea dinámico es una resolución ARP reciente: la prueba de con quién ha hablado ese PC en su red local en los últimos minutos. Fíjate en que aparece el router (192.168.10.1): cuando Marta habla con Bilbao o con Internet, su PC no resuelve la MAC del destino final (está en otra red, ARP no llega hasta allí), sino la MAC del router, que es su puerta de salida. Ese matiz —a quién se entrega la trama cuando el destino está fuera— es justo la frontera con la próxima lección.

En el módulo 1 dijimos que el switch "envía cada trama solo a su destinatario". Ya podemos explicar cómo lo consigue: mantiene una tabla de direcciones MAC que asocia cada MAC con el puerto físico donde está conectada, y la construye él solo, aprendiendo de las tramas que le atraviesan:

1. Aprende del origen: cuando llega una trama por el puerto 3 con MAC origen A4:5E:60:D2:1B:07, el switch anota: "esa MAC vive en el puerto 3".
2. Decide por el destino: busca la MAC destino en su tabla. Si la conoce, reenvía la trama solo por ese puerto. Si no la conoce (todavía), la reenvía por todos los puertos menos el de entrada (flooding), como haría un hub; la respuesta del destinatario le permitirá aprender dónde está.
3. Las difusiones, a todos: una trama a FF:FF:FF:FF:FF:FF (como un ARP request) se reenvía siempre por todos los puertos.

Tabla del switch de Valencia tras unos minutos de actividad:

Observa que el switch no sabe nada de direcciones IP: vive por completo en el mundo del enlace de datos. Es rápido precisamente por eso: mirar una MAC en una tabla es una operación trivial que hace a velocidad de cable.

Dos conceptos de vocabulario profesional que resumen todo lo anterior:

• Dominio de colisión: conjunto de equipos cuyas transmisiones pueden chocar entre sí. En la época del bus y de los hubs, toda la red era un único dominio de colisión (de ahí CSMA/CD). Cada puerto de un switch es su propio dominio de colisión, y con full-duplex las colisiones desaparecen en el cable. En Wi-Fi, en cambio, todos los equipos de un mismo punto de acceso comparten dominio de colisión: por eso existe CSMA/CA.
• Dominio de difusión: conjunto de equipos que reciben las tramas de broadcast (como los ARP request). El switch no lo limita (reenvía las difusiones a todos): toda la LAN de Valencia es un único dominio de difusión, y la de Bilbao otro. La frontera del dominio de difusión es el router: los broadcasts de Valencia jamás cruzan a Bilbao, ni siquiera por la VPN.

Esta tabla explica por qué la pregunta de Marta "¿quién tiene 192.168.10.10?" la oye toda Valencia pero nadie en Bilbao — y por qué para hablar con Bilbao hace falta algo más que enlace de datos.

• Creer que la MAC del destino final viaja en la trama cuando el destino está en otra red. No: la trama siempre lleva la MAC del siguiente salto local (el router, si el destino está fuera). Las MAC nunca salen del segmento; las IP sí viajan de extremo a extremo. Confundir esto es el error número uno al empezar.
• Pensar que el switch "sabe" qué equipos hay conectados. Solo conoce pares MAC-puerto que ha aprendido observando tráfico, y los olvida a los pocos minutos de inactividad. Si un equipo lleva horas en silencio, su primera trama entrante se difundirá por todos los puertos.
• Culpar al cable cuando el Wi-Fi va lento. El Wi-Fi es un medio compartido con CSMA/CA: más usuarios y más interferencias significan más esperas y reintentos. Antes de abrir incidencia, pregunta cuántos equipos cuelgan del mismo punto de acceso.
• Ignorar la tabla ARP al diagnosticar. Si un PC no alcanza al servidor estando en la misma red, arp -a es de las primeras comprobaciones útiles: si no aparece la entrada del servidor (o aparece incompleto), la resolución ARP está fallando y el problema es local (cable, switch, el propio servidor caído).
• Consejo: memoriza la pareja de reglas "switch = separa colisiones, router = separa difusiones". Aparece en exámenes de certificación, en entrevistas y, sobre todo, en el diseño de redes reales.

Ejercicio 1. El PC de Marta (192.168.10.21) acaba de arrancar (tabla ARP vacía) y quiere imprimir en la impresora de red de Valencia (192.168.10.40). Describe paso a paso qué protocolos de enlace intervienen y qué tramas se envían antes de que salga la primera trama con datos de impresión, indicando cuáles van en difusión y cuáles en unicast.

Ejercicio 2. En la tabla de MAC del switch de Valencia de esta lección, la trama origen=a4:5e:60:d2:1b:07, destino=00:1b:44:11:3a:b7 llega por el puerto 3. ¿Por qué puertos la reenvía el switch? ¿Y si el destino fuera ff:ff:ff:ff:ff:ff? ¿Y si fuera la MAC b2:11:70:0d:55:e1, que no está en la tabla?

Ejercicio 3. Un compañero propone ahorrar cableado en la nueva planta de Valencia conectando los 10 puestos por Wi-Fi, "total, el Wi-Fi de mi casa va perfecto". Da dos argumentos técnicos de esta lección para defender el cable en puestos fijos de trabajo.

Solución 1:

1. El PC comprueba que 192.168.10.40 está en su misma red local, así que necesita su MAC.
2. Consulta su tabla ARP: vacía. Envía un ARP request en difusión (FF:FF:FF:FF:FF:FF): "¿quién tiene 192.168.10.40?". El switch lo reenvía por todos los puertos; lo reciben el servidor, el router, el AP y la impresora.
3. Solo la impresora responde, con un ARP reply en unicast directo al PC de Marta: "soy yo, mi MAC es f8:d0:27:33:9c:02".
4. El PC guarda el par IP-MAC en su tabla ARP y ya puede construir la trama Ethernet de datos: destino=f8:d0:27:33:9c:02, origen=a4:5e:60:d2:1b:07, tipo=0x0800, [datos de impresión], FCS, que el switch entrega solo por el puerto 5.

Solución 2:

• Destino 00:1b:44:11:3a:b7: está en la tabla (puerto 2) → la reenvía solo por el puerto 2. De paso refresca el aprendizaje de la MAC origen en el puerto 3.
• Destino ff:ff:ff:ff:ff:ff (difusión): la reenvía por todos los puertos excepto el 3 (el de entrada).
• Destino b2:11:70:0d:55:e1 (desconocida): hace flooding, todos los puertos excepto el 3, igual que la difusión; cuando ese equipo responda, el switch aprenderá su puerto y las siguientes tramas ya irán dirigidas.

Solución 3: Primero, el Wi-Fi es un medio compartido con CSMA/CA: los 10 puestos se repartirían el canal por turnos, con esperas aleatorias y ACK por trama, y el rendimiento por puesto caería en cuanto varios trabajaran a la vez contra el servidor de ficheros (justo el patrón de tráfico de una consultora). Segundo, el cable ofrece rendimiento estable y sin colisiones (enlace dedicado full-duplex a 1 Gbps por puesto gracias al switch), inmune a interferencias y paredes. El Wi-Fi de casa "va perfecto" porque lo usan 2 o 3 dispositivos con tráfico ligero; 10 puestos profesionales simultáneos son otro escenario. El Wi-Fi queda para portátiles y móviles, como ya hace Meridiano.

Ya dominamos el vecindario. Los protocolos de enlace de datos entregan tramas entre equipos del mismo segmento: Ethernet en el cable (con su trama de MAC destino, MAC origen, tipo, datos y FCS, y su histórico CSMA/CD hoy jubilado por los switches full-duplex) y Wi-Fi/802.11 en el aire (donde CSMA/CA sigue arbitrando un medio compartido que obliga a confirmar cada trama). Hemos visto el pegamento que une el mundo lógico con el físico —ARP, que traduce IP a MAC preguntando a gritos y respondiendo al oído, con su tabla consultable vía arp -a— y hemos abierto el switch para descubrir su tabla de direcciones MAC y las dos fronteras que delimitan este mundo: el dominio de colisión (que el switch trocea) y el dominio de difusión (que solo el router detiene). Y ahí está el límite: cuando Marta guarda un fichero en el servidor de Valencia, el enlace de datos basta; pero cuando envía algo a Bilbao, su trama muere en el router y alguien tiene que hacerse cargo del viaje entre redes. Ese alguien es el protocolo IP y su corte de acompañantes, protagonistas de la próxima lección: Protocolos de Red.