5.1 Ethernet 2016

Introducción a redes

Capítulo 5: Ethernet

Luis David Narváez

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5.0 Introducción

5.1 Protocolo Ethernet

5.2 Switches LAN

5.3 Protocolo de resolución de direcciones

5.4 Resumen


Al finalizar esta sección, podrá hacer lo siguiente:

• Explicar la forma en que las subcapas de Ethernet se relacionan con los campos de trama.

• Describir la dirección MAC de Ethernet.

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Ethernet

• Es la tecnología LAN más utilizada.

• Funciona en la capa de enlace de datos y en la capa física.

• Es una familia de tecnologías de red que se definen en los estándares IEEE 802.2 y 802.3.

• Admite anchos de banda de 10, 100, 1000, 10 000, 40 000 y 100 000 Mbps (100 Gbps).

Estándares de Ethernet

• Definen los protocolos de capa 2 y las tecnologías de capa 1.

• Depende de dos subcapas individuales de la capa de enlace de datos para funcionar: la subcapa de control de enlace lógico (LLC) y la subcapa MAC.




Encapsulación de datos

• Armado de la trama antes de la transmisión y desarmado de la trama en el momento en que se la recibe.

• La capa MAC agrega un encabezado y un tráiler a la PDU de la capa de red.

Proporciona tres funciones principales:

• Delimitación de tramas: identifica un grupo de bits que componen una trama; sincronización entre los nodos emisor y receptor.

• Direccionamiento: cada encabezado Ethernet que se agrega a la trama contiene la dirección física (dirección MAC) que permite que la trama se entregue a un nodo de destino.

• Detección de errores: cada trama de Ethernet contiene un tráiler con una comprobación de redundancia cíclica (CRC) del contenido de la trama.


Control de acceso al medio

• Responsable de la ubicación y la remoción de tramas en los medios.

• Se comunica directamente con la capa física.

• Si hay varios dispositivos en un único medio que intentan reenviar datos simultáneamente, los datos colisionan, lo que provoca que estos se dañen y no se puedan utilizar.

• Ethernet proporciona un método para controlar la forma en que los nodos comparten el acceso mediante el uso de una tecnología de acceso múltiple por detección de portadora (CSMA).


Proceso de acceso múltiple por detección de portadora (CSMA)

• En primera instancia, se utiliza para detectar si los medios transportan una señal.

• Si no se detecta una señal portadora, el dispositivo transmite sus datos.

• Si dos dispositivos transmiten al mismo tiempo, se produce una colisión de datos.


Estructura de trama y tamaño de campo de Ethernet II


• El tamaño mínimo de trama de Ethernet es 64 bytes (trama corta o de colisión).

• El tamaño máximo de trama de Ethernet es 1518 bytes (jumbos o gigantes).








Práctica de laboratorio 5.1: Uso de Wireshark

para examinar las tramas de Ethernet - Casa





• Una dirección MAC de Ethernet de capa 2 es un valor binario de 48 bits expresado como 12 dígitos hexadecimales.

• El IEEE obliga a los proveedores a respetar dos normas simples:

Deben utilizar el OUI que se asignó a dicho proveedor como los tres primeros bytes.

Todas las direcciones MAC con el mismo OUI deben tener asignado un valor único en los tres últimos bytes.




• La NIC visualiza información para comprobar si la dirección MAC de destino en la trama coincide con la dirección MAC física del dispositivo almacenada en la RAM.

• Si no hay coincidencia, el dispositivo descarta la trama.

• Si hay coincidencia, la NIC envía la trama a las capas OSI, donde ocurre el proceso de desencapsulamiento.






Práctica de laboratorio 5.2: Visualización de

direcciones MAC de dispositivos de red



• Explicar la forma en que funciona un switch.

• Explicar la forma en que un switch arma su tabla de direcciones MAC y reenvía las tramas.

• Describir los métodos de reenvío del switch.

• Describir los tipos de configuración de puertos disponibles para los switches de capa 2.




• Un switch Ethernet es un dispositivo de capa 2.

• Utiliza direcciones MAC para tomar decisionesde reenvío.

• En ocasiones, la tabla de direcciones MAC se denomina "tabla de memoria de contenido direccionable" (CAM).




La PC-D envía una trama de regreso a la PC-A, y el switch obtiene la dirección

MAC de la PC-D.


Como la tabla de direcciones MAC del switch contiene la dirección MAC de la

PC-A, envía la trama solamente por el puerto 1.


La PC-A envía otra trama a la PC-D. La tabla del switch ahora contiene la

dirección MAC de la PC-D, por lo que envía la trama solamente por el

puerto 4.


• Un switch puede tener muchas direcciones MAC asociadas a un solo puerto.

• Esto ocurre cuando el switch está conectado a otro switch.


Práctica de laboratorio 5.3: Visualización de la tabla de direcciones MAC del switch




Switching de envío rápido:

• El nivel de latencia más bajo reenvía el paquete de inmediato después de leer la dirección de destino.

• El método de corte típico de switching.

Switching libre de fragmentos:

• El switch almacena los primeros 64 bytes de la trama antes del reenvío.

• La mayoría de los errores y las colisiones de la red se producen en esos primeros 64 bytes.




• Dúplex completo: ambos extremos de la conexión pueden enviar y recibir datos simultáneamente.

• Dúplex medio: solo uno de los extremos de la conexión puede enviar datos por vez.


Una causa común de problemas de rendimiento en enlaces Ethernet de 10 o 100 Mb/s ocurre cuando un puerto del enlace funciona en dúplex medio y el otro puerto funciona en dúplex completo.



Práctica 5.4: Packet Tracer, Identificación de

direcciones MAC y direcciones IP



• Comparar las funciones de la dirección MAC y de la dirección IP.

• Describir el propósito de ARP.

• Explicar la forma en que las solicitudes de ARP afectan el rendimiento de la red y del host.




Hay dos direcciones primarias asignadas a un dispositivo en una LAN Ethernet:

• Dirección física (dirección MAC): se utiliza para comunicaciones de NIC Ethernet a NIC Ethernet en la misma red.

• Dirección lógica (dirección IP): se utiliza para enviar el paquete del origen inicial al destino final.






Tabla ARP

• Se usa para buscar la dirección MAC que está asignada a la dirección IPv4.

• Si la dirección IPv4 de destino está en la misma red que la dirección IPv4 de origen, el dispositivo busca la dirección IPv4 de destino en la tabla ARP.

• Si la dirección IPv4 de destino está en una red diferente, el dispositivo busca la dirección IPv4 del gateway predeterminado.

• Si el dispositivo localiza la dirección IPv4, se utiliza la dirección MAC correspondiente como la dirección MAC de destino de la trama.

• Si no se encuentra ninguna entrada, se envía una solicitud de

ARP.


• Se envía cuando un dispositivo necesita asociar una dirección MAC a una dirección IPv4 y no tiene una entrada en su tabla ARP.

• El mensaje de solicitud de ARP incluye lo siguiente:

Dirección IPv4 objetivo: esta es la dirección IPv4 que requiere una dirección MAC correspondiente.

Dirección MAC objetivo: esta es la dirección MAC desconocida; en el mensaje de solicitud de ARP, está vacía.

• La solicitud de ARP se encapsula en una trama de Ethernet con la siguiente información de encabezado:

Dirección MAC de destino: esta es una dirección de difusión que requiere que todas las NIC Ethernet de la LAN acepten y procesen la solicitud de ARP.

Dirección MAC de origen: esta es la dirección MAC del remitente.

Tipo: los mensajes de ARP tienen un campo de tipo de 0x806.


• El dispositivo que tiene la dirección IPv4 objetivo de la solicitud de ARP envía una respuesta de ARP. El mensaje de respuesta de ARP incluye lo siguiente:

Dirección IPv4 del remitente: esta es la dirección IPv4 del dispositivo cuya dirección MAC se solicitó.

Dirección MAC del remitente: esta es la dirección MAC que el remitente solicita por medio de la solicitud de ARP.

• La respuesta de ARP se encapsula en una trama de Ethernet con la siguiente información de encabezado:

Dirección MAC de destino: es la dirección MAC del remitente.

Dirección MAC de origen: esta es la dirección MAC del remitente de la respuesta de ARP.

Tipo: los mensajes de ARP tienen un campo de tipo de 0x806.


• Un temporizador de memoria caché ARP elimina las entradas ARP que no se hayan utilizado durante un período determinado.

• También se pueden utilizar comandos para eliminar de manera manual todas las entradas de la tabla ARP o algunas de ellas.







Práctica 5.5: Packet Tracer, Revisión

de la tabla ARP





Objetivos del capítulo:

• Explicar el funcionamiento de Ethernet.

• Explicar la forma en que funciona un switch.

• Explicar la forma en que el protocolo de resolución de direcciones permite la comunicación en una red.

Gracias.

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