Historia de la Tecnología: Red Aloha

Hace 40 años, con ARPANET recién nacida, seguramente nadie podía imaginar la importancia que iban a tener, hoy en día, las comunicaciones de datos. Uno de los estándares más utilizados hoy en día es el al IEEE 802.3, también conocido como Ethernet, un estándar de comunicación para redes de área local que se basa en un protocolo que se comenzó a gestarse en Hawaii mientras se diseñaba una de las primeras redes inalámbricas de la historia: la Red Aloha.

El Estado de Hawaii está situado en el océano Pacífico central y, entre otros atractivos, es una zona en la que hay gran afición al surf. Precisamente, atraído por el surf, Norman Abramson, un profesor de ingeniería que había ejercido la docencia en Stanford (1955–1965) y en la Universidad de Berlkeley (1966), decidió trasladarse a Hawaii a disfrutar de su deporte favorito. Tras decidir que quería fijar su residencia en este enclave contactó con la Universidad de Hawaii para solicitar un puesto de profesor y allí ejercería la docencia desde 1968 hasta 1984 impartiendo clases de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación.

En 1970, ARPANET estaba ya en funcionamiento y conectaba sus cuatro primeros nodos dispersos en 4 centros de investigación y universidades estadounidenses. ARPANET marcó un hito en la historia de las comunicaciones puesto que unía, mediante una red de conmutación de circuitos, cuatro ubicaciones distantes y permitía la comunicación entre los cuatro nodos. La Universidad de Hawaii se planteó un problema similar con sus centros de investigación puesto que algunos estaban situados en distintas islas del archipiélago (Kauai, Maui, Hawaii y Oahu) y no era posible el intercambio de datos salvo que se tendiesen circuitos dedicados usando cables submarinos.

Para solventar este problema, y gracias a la financiación de DARPA, la Universidad de Hawaii puso a Norman Abramson a dirigir este proyecto con el que se perseguía conectar cuatro islas de Hawaii utilizando una comunicación vía radio, la Red Aloha.

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 islas por lo que tuvieron que pensar en un sistema que permitiese a todos transmitir y recibir datos de manera ordenada para lo cual implementaron un protocolo de control de acceso al medio.

¿Por qué era necesario un control de acceso al medio? Porque si dos o más equipos enviaban datos a la vez, ambas señales se pisarían y, cara al receptor, se tomarían como si fuesen ruido y los datos se perderían. Para evitar que ésto sucediese, cada uno de los equipos dividiría el conjunto de datos a enviar en paquetes pequeños (para evitar un monopolio en la transmisión) que se enviarían de uno en uno dejando entre cada uno de estos envío un tiempo de guarda (para dar la oportunidad a otro nodo a enviar datos). Para comprobar que la transmisión había sido correcta, el equipo receptor devolvería a la red el mismo paquete recibido para que el emisor detectase que éste había sido recibido correctamente y, en el caso de no recibirlo, se asumiría que éste fue incorrecto y se volvería a enviar.

Si bien el planteamiento era correcto y se evitaban las colisiones y las pérdidas de paquetes de datos, cuando la red estaba saturada se podía dar el caso de un aumento excesivo de las colisiones y, por tanto, del número de reenvíos, haciendo que fuese imposible transmitir.

Para mejorar el sistema, el equipo de la Red Aloha introdujo un cambio en el protocolo de comunicación (Aloha ranurado) en el que se introdujo una señal de reloj que marcaba cuándo se podía iniciar una comunicación. Cuando se recibía esa señal, las estaciones podían transmitir y si solamente era una la que debía hacerlo, lo haría dentro de dicho intervalo pero si eran dos, colisionarían dentro de él pero para el siguiente intervalo, dado que cada una espera un tiempo aleatorio, no coincidirían y se retomaría la comunicación.

La Red Aloha emitía en dos canales de 100 KHz de ancho de banda, uno a 413’475 MHz que era utilizado para enviar los datos y el otro, a 407’350 MHz, que era el utilizado para indicar a las estaciones el inicio de un intervalo de transmisión.

A finales de 1970, la Aloha comenzó a utilizarse en la Universidad de Hawaii y sentó las bases del protocolo CSMA/CD (Acceso Múltiple con Detección de Portadora y Detección de Colisiones) que se utiliza en Ethernet y también fundamentó el protocolo de comunicaciones de las comunicaciones vía satélite Inmarsat. Precisamente, el CSMA/CD de Ethernet proviene de una mejora introducida por Robert Metcalfe al sistema Aloha.

En 1971, Robert Metcalfe, que acaba de terminar sus estudios en el MIT, comenzó a trabajar en su tesis doctoral y pensó que podía mejorar el sistema ideado por Norman Abramson. Pensó que era posible mejorar el sistema si se introducía un mecanismo de control para que las estaciones detectasen que el canal estaba en uso y, así, evitar el inicio de una comunicación que iba a terminar colisionando con la que estaba en curso. En 1972, Metcalfe se incorporó al Xerox PARC para trabajar en un sistema de impresión en red que debía ser rápido y permitir la impresión de documentos desde diversas computadoras Xerox Alto, así que siguió mejorando el sistema de Aloha hasta desarrollar el Alto Aloha Network que se terminaría convirtiendo en la primera implementación de Ethernet, que usaba CSMA/CD como mecanismo de control de acceso al medio.

Aloha fue la primera red de conmutación de paquetes inalámbrica del mundo y gracias a un IMP que consiguió la Universidad de Hawaii en 1972, Aloha se conectó a ARPANET, siendo también la primera red que se conectaba ARPANET a otra red.