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1.
Ethernet Aspectos básicos
de networking: Capítulo 9 © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 1
2.
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. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 2
3.
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 © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 3
4.
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. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 4
5.
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 © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 5
6.
MAC: Envió de
datos a los medios 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). © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 6
7.
MAC: Envió de
datos a los medios 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. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 7
8.
Ethernet Histórica Administración de
colisiones en Ethernet Cambio a 1Gbps y más ETHERNET: COMUNICACIÓN A TRAVÉS DE LAN © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 8
9.
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. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 9
10.
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. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 10
11.
Administración de colisiones
en Ethernet 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. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 11
12.
Administración de colisiones
en Ethernet 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. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 12
13.
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. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 13
14.
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 © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 14
15.
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. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 15
16.
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 © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 16
17.
Numeración hexadecimal y
direccionamiento © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 17
18.
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 © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 18
19.
Ethernet unicast
© 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 19
20.
Ethernet broadcast
© 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 20
21.
Ethernet multicast
© 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 21
22.
Control de acceso
al medio Ethernet CSMA/CD: El proceso Temporización de Ethernet Espacio entre tramas CONTROL DE ACCESO AL MEDIO DE ETHERNET © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 22
23.
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. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 23
24.
CSMA/CD: El proceso
© 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 24
25.
CSMA/CD: El proceso
© 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 25
26.
Temporización de Ethernet
Cada elemento de red en la ruta aumenta latencia Este retardo acumulado aumenta la probabilidad de colisiones. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 26
27.
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). © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 27
28.
Descripción general Ethernet de
10 y 100 Mbps Ethernet de 1000 Mbps Opciones futuras CAPA FÍSICA DE ETHERNET © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 28
29.
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. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 29
30.
Ethernet de 10
y 100 Mbps 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) © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 30
31.
Ethernet de 10
y 100 Mbps 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). © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 31
32.
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. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 32
33.
Ethernet antigua: Utilización
de hubs Ethernet: Utilización de switches Switches: Reenvio selectivo Ethernet: Comparación de hubs y switches HUBS Y SWITCHES © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 33
34.
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. © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 34
35.
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36.
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 © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 36
37.
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38.
Switches: Reenvío selectivo
© 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 38
39.
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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 © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 39
40.
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41.
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42.
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43.
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). © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 43
44.
Problemas Broadcasts ARP,
problemas © 2007 Cisco Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 44
45.
Resumen
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46.
© 2007 Cisco
Systems, Inc. Todos los derechos reservados. Cisco Public 46
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