Exploration network chapter9-ethernet

Ethernet

Aspectos básicos de networking: Capítulo 9

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Objetivos
 Identificar las características básicas de los medios de red
utilizados en Ethernet.
 Describir las funciones físicas y de enlace de datos de Ethernet.
 Describir la función y las características del método de control
de acceso al medio utilizado por el protocolo Ethernet.
 Explicar la importancia del direccionamiento de capa 2 utilizado
para la transmisión de datos y determinar cómo los diferentes
tipos de direccionamiento afectan el funcionamiento y el
rendimiento de la red.
 Indicar las similitudes y diferencias de la aplicación y las
ventajas de utilizar switches Ethernet en una LAN en lugar
de utilizar hubs.
 Explicar el proceso ARP.


Estándares e implementación (Capa1 y 2)
Control de Enlace Lógico: Conexión a las capas superiores
MAC: Envió de datos a los medios
Implementaciones Físicas

DESCRIPCIÓN GENERAL DE
ETHERNET


Estándares e Implementación (Capa
1 y 2) En 1985, el comité de estándares para Redes
Metropolitanas y Locales del Instituto de Ingenieros
Eléctricos y Electrónicos (IEEE) publicó los estándares
para las LAN. Estos estándares comienzan con el
número 802.

Ethernet en la Capa 1 implica señales, streams de
bits que se transportan en los medios,
componentes físicos que transmiten las señales a
los medios y distintas topologías.

Las subcapas de enlace de datos contribuyen
significativamente a la compatibilidad de
tecnología y la comunicación con la computadora.


Control de Enlace Lógico (LLC):
Conexión a las capas superiores
 Para Ethernet, el estándar IEEE 802.2
describe las funciones de la subcapa.

 La subcapa LLC toma los datos del protocolo
de la red, que generalmente son un paquete
IPv4, y agrega información de control para
ayudar a entregar el paquete al nodo de
destino.

 El LLC se implementa en el software y su
implementación depende del equipo físico.
 En una computadora, el LLC puede
considerarse como el controlador de la
Tarjeta de interfaz de red (NIC).
 El controlador de la NIC (Tarjeta de interfaz
de red) es un programa que interactúa
directamente con el hardware en la NIC para
o Identifica el protocolo de capa de red pasar los datos entre los medios y la
o Establece conexión con capas superiores subcapa de Control de Acceso al medio
o Resguarda protocolos de capa de red de cambios en (MAC).
equipamiento físico


El estándar 802.3 describe las funciones de la subcapa MAC y de la capa física.
Encapsulación de datos
 Cuando forma una trama, la capa MAC agrega un encabezado y un tráiler a la PDU de Capa 3.
 El proceso de entramado ofrece una sincronización entre los nodos transmisores y receptores.
 El proceso de encapsulación permite que la trama se envíe a un nodo de destino (cada encabezado Ethernet agregado a la
trama contiene la dirección física (dirección MAC).
 En la detección de errores cada trama de Ethernet contiene un tráiler con una comprobación cíclica de redundancia (CRC) de
los contenidos de la trama.
Control de acceso al medio
 La subcapa MAC controla la colocación de tramas en los medios y el retiro de tramas de los medios.
 Ethernet ofrece un método para determinar cómo comparten los nodos el acceso al medio. El método de control de acceso a
los medios para Ethernet clásica es el Acceso múltiple con detección de portadora con detección de colisiónes (CSMA/CD).

El éxito de Ethernet se debe a los siguientes factores:
 Simplicidad y facilidad de mantenimiento
 Capacidad para incorporar nuevas tecnologías
 Confiabilidad
 Bajo costo de instalación y de actualización

La introducción de Gigabit Ethernet ha extendido la
tecnología LAN original a un estándar de Red de área
metropolitana (MAN) y de WAN (Red de área
extensa).

Ethernet especifica e implementa los esquemas de
codificación y decodificación que permiten el
transporte de los bits de trama como señales a través
de los medios.

La Ethernet utiliza cables de cobre UTP y fibra óptica
para interconectar dispositivos de red a través de
dispositivos intermediarios como hubs y switches.


Ethernet Histórica
Administración de colisiones en Ethernet
Cambio a 1Gbps y más

ETHERNET: COMUNICACIÓN
A TRAVÉS DE LAN


Ethernet Histórica

Los cimientos de la tecnología Ethernet se fijaron por primera vez en 1970 mediante un programa llamado
Alohanet. Alohanet era una red de radio digital diseñada para transmitir información por una frecuencia de radio
compartida entre las Islas de Hawai.
Alohanet obligaba a todas las estaciones a seguir un protocolo según el cual una transmisión no reconocida
requería una retransmisión después de un período de espera breve.
La Ethernet se diseñó para aceptar múltiples computadoras que se interconectaban en una topología de bus
compartida.
La primera versión de Ethernet incorporaba un método de acceso al medio conocido como Acceso múltiple por
detección de portadora y detección de colisiones (CSMA/CD). El CSMA/CD administraba los problemas que se
originaban cuando múltiples dispositivos intentaban comunicarse en un medio físico compartido.

Ethernet Histórica

• Surge 1980(Digital Equipment Corporation, Intel y
xerox (DIX))

• 1985 IEEE publica estándar

 Las primeras versiones de Ethernet [Thicknet (10BASE5) y Thinnet (10BASE2)] utilizaban cable coaxial (grueso y fino) para
conectar computadoras en una topología de bus que permitía lograr distancias de cableado de hasta 500 y 185 metros
respectivamente.

 Los medios físicos originales de cable coaxial grueso y fino se reemplazaron por categorías iniciales de cables UTP. En
comparación con los cables coaxiales, los cables UTP eran más fáciles de utilizar, más livianos y menos costosos.

 La topología física también se cambió por una topología en estrella utilizando hubs. La utilización del hub en esta topología
de bus aumentó la confiabilidad de la red, ya que permite que cualquier cable falle sin provocar una interrupción en toda la
red.


Ethernet antigua
 En redes 10BASE-T, el punto central del segmento de red era generalmente un hub. Esto creaba un medio compartido. Debido
a que el medio era compartido, sólo una estación a la vez podía realizar una transmisión de manera exitosa. Este tipo de
conexión se describe como comunicación half-duplex.
 A medida que la cantidad de dispositivos y el consiguiente tráfico de datos aumenta, el incremento de las colisiones puede
producir un impacto significativo en la experiencia del usuario.


Ethernet actual
 Los switches pueden controlar el flujo de datos mediante el aislamiento de cada uno de los puertos y el envío de una trama sólo
al destino correspondiente (en caso de que se lo conozca) en vez del envío de todas las tramas a todos los dispositivos.
 El switch reduce la cantidad de dispositivos que recibe cada trama, lo que a su vez disminuye o minimiza la posibilidad de
colisiones.
 Esto, junto con la posterior introducción de las comunicaciones full-duplex (que tienen una conexión que puede transportar
señales transmitidas y recibidas al mismo tiempo), permitió el desarrollo de Ethernet de 1 Gbps y más.


Cambio a 1Gbps y más
 Las aplicaciones que atraviesan enlaces de
red a diario ponen a prueba incluso a las
redes más sólidas. Por ejemplo, el uso cada
vez mayor de servicios de Voz sobre IP
(VoIP) y multimedia requiere conexiones más
rápidas que Ethernet de 100 Mbps.

 Gigabit Ethernet se utiliza para describir las
implementaciones de Ethernet que ofrecen
un ancho de banda de 1000 Mbps (1 Gbps) o
más.

 Esta capacidad se creó sobre la base de la
capacidad full-duplex y las tecnologías de
medios UTP y de fibra óptica de versiones
anteriores de Ethernet.

 El aumento del rendimiento de la red es
significativo cuando la velocidad de
transmisión (throughput) potencial aumenta
de 100 Mbps a 1 Gbps y más.

La trama: Encapsulación del paquete
La dirección MAC de Ethernet
Numeración hexadecimal y direccionamiento
Otra capa de direccionamiento
Ethernet unicast, multicast y broadcast

LA TRAMA ETHERNET


La trama: Encapsulación del paquete
Tamaño de la trama de Ethernet
 Ethernet: 64 bytes<=trama <=1518 bytes (o se descarta) se aumento a 1522 para soportar VLANS
 Si el tamaño de una trama transmitida es menor que el mínimo o mayor que el máximo, el dispositivo
receptor descarta la trama.
 Es posible que las tramas descartadas se originen en colisiones u otras señales no deseadas y, por lo
tanto, se consideran no válidas.


La dirección MAC de Ethernet
 El Control de acceso al medio (MAC)
permitió determinar las direcciones de origen
y destino dentro de una red Ethernet.

 Una dirección MAC de Ethernet es un valor
binario de 48 bits expresado como 12 dígitos
hexadecimales.

 IEEE asigna a cada proveedor u código de 3
bytes (OUI)

 La dirección MAC o dirección grabada (BIA)
esta grabada en la ROM de la NIC

 La MAC se graba en la RAM en cuanto se
inicia el equipo


Numeración hexadecimal y direccionamiento


Ethernet unicast, multicast y broadcast
 La dirección de capa de red permite el envío del paquete a su destino.
 La dirección de capa de enlace de datos permite el transporte del paquete utilizando los medios locales a
través de cada segmento.

Destino
IP 201.7.1.45/24

No se utiliza la MAC del switch

Origen

MAC de la puerta de enlace
00-60-2F-3A-07-BC


Ethernet unicast


Ethernet broadcast


Ethernet multicast


Control de acceso al medio Ethernet
CSMA/CD: El proceso
Temporización de Ethernet
Espacio entre tramas

CONTROL DE ACCESO AL
MEDIO DE ETHERNET


Control de acceso al medio Ethernet

 Debido a que todas las computadoras que utilizan Ethernet envían sus mensajes en el mismo medio, se
utiliza un esquema de coordinación distribuida (CSMA) para detectar la actividad eléctrica en el cable.

 Entonces, un dispositivo puede determinar cuándo puede transmitir.

 Cuando un dispositivo detecta que ninguna otra computadora está enviando una trama o una señal
portadora, el dispositivo transmitirá en caso de que tenga algo para enviar.


CSMA/CD: El proceso


Temporización de Ethernet
 Cada elemento de red en la ruta
aumenta latencia

 Este retardo acumulado aumenta la
probabilidad de colisiones.


Espacio entre tramas y postergación
Ethernet establece:
Espacio mínimo entre dos tramas que no hayan sufrido colisión (Esto da tiempo
al medio antes de retransmitir y da tiempo a los Dispositivos lentos para
procesar la trama).


Descripción general
Ethernet de 10 y 100 Mbps
Ethernet de 1000 Mbps
Opciones futuras

CAPA FÍSICA DE ETHERNET


Descripción General
Las diferencias que existen entre Ethernet estándar, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet y 10 Gigabit Ethernet
tienen lugar en la capa física, generalmente denominada Ethernet PHY.


Las principales implementaciones de 10
Mbps de Ethernet incluyen:
10BASE5 con cable coaxial Thicknet
10BASE2 con cable coaxial Thinnet
10BASE-T con cable de par trenzado
no blindado Cat3/Cat5

Ethernet de 10 Mbps - 10BASE-T
La Ethernet de 10 Mbps se considera
como la Ethernet clásica y utiliza una
topología en estrella física.
Los enlaces de Ethernet 10BASE-T
pueden tener hasta 100 metros de
longitud antes de que requieran un hub
o repetidor.

100 Mbps - Fast Ethernet
Puede implementarse utilizando medios
de fibra (100BASE-FX)o de cable de
cobre de par trenzado (100BASE-TX)



100BASE-TX
Diseñada para admitir la transmisión a través de dos hilos de fibra óptica o de dos pares de cable de cobre
UTP de Categoría 5. Requiere UTP de Categoría 5 o superior. La codificación 4B/5B se utiliza para la Ethernet
100BASE-T.
Al igual que con la 10BASE-TX, la 100BASE-TX se conecta como estrella física.

100BASE-FX
El estándar 100BASE-FX utiliza el mismo procedimiento de señalización que la 100BASE-TX, pero lo hace en
medios de fibra óptica en vez de cobre UTP.
La 100BASE-FX utiliza conectores de interfaz de fibra de bajo costo (generalmente llamados conectores SC
duplex).


Ethernet de 1000 Mbps
1000 Mbps - Gigabit Ethernet
El desarrollo de los estándares de Gigabit Ethernet dio como resultado especificaciones para cobre UTP, fibra
monomodo y fibra multimodo a 100 metros de distancia en la NIC o la interfaz de recepción.
La Gigabit Ethernet utiliza dos distintos pasos de codificación. La transmisión de datos es más eficiente cuando se
utilizan códigos para representar el stream binario de bits. La codificación de datos permite la sincronización, el uso
eficiente del ancho de banda y características mejoradas de relación entre señal y ruido.
Ethernet 1000BASE-T
La Ethernet 1000BASE-T brinda una transmisión full-duplex utilizando los cuatro pares de cable UTP Categoría 5 o
superior. La Gigabit Ethernet por cables de cobre permite un aumento de 100 Mbps por par de cable a 125 Mbps por
par de cable o 500 Mbps para los cuatro pares. Cada par de cable origina señales en full-duplex, lo que duplica los
500 Mbps a 1000 Mbps.


Ethernet antigua: Utilización de hubs
Ethernet: Utilización de switches
Switches: Reenvio selectivo
Ethernet: Comparación de hubs y switches

HUBS Y SWITCHES


Ethernet antigua: Utilización de hubs
 Desventaja de CSMA/CD
–Las colisiones pueden afectar el rendimiento de la red (hubs)
 Con hubs se comparte ancho de banda, mayor latencia, hay colisiones,
un host puede tumbar la red.


Ethernet: Utilización de switches
 El switch aumenta el desempeño de la red porque:
•Separa los dominios de colisión (+ DC pero + pequeños)
•Proporciona ancho de banda dedicado a cada puerto,
• Entorno sin colisiones,
• Operación full duplex.

Hald duplex
Full duplex
Autonegociación


Ethernet antigua: Utilización de switches
En una LAN en la que todos los nodos están conectados directamente al switch, el
throughput de la red aumenta notablemente. Las tres principales razones de este
aumento son:
– Ancho de banda dedicado a cada puerto
– Entorno libre de colisiones
– Operación full-duplex


Switches: Reenvío selectivo


Funcionamiento del switch
Para lograr su fin, los switches LAN Ethernet realizan cinco operaciones básicas:
a) Aprendizaje
b) Actualización
c) Inundación
d) Reenvío selectivo
e) Filtrado


Mapeo de direcciones IP a direcciones MAC
Eliminación de mapeos de direcciones
Problemas

ADDRES RESOLUTION
PROTOCOL (ARP)


Explicación del proceso del protocolo
de resolución de direcciones (ARP)
 ARP, destinos ubicados en la red local

Video

Mapeo de direcciones IP a direcciones MAC
 ARP, destinos ubicados fuera de la red local


Eliminación de mapeos de direcciones
 Del cache ARP se eliminan las entradas que no han sido
utilizadas durante un periodo de tiempo especificado (sgún el
sistema operativo).


Problemas
 Broadcasts ARP, problemas


Resumen


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