Fundamentos de Ethernet. Ing. Camilo Zapata Universidad de Antioquia

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1 Fundamentos de Ethernet. Ing. Camilo Zapata Universidad de Antioquia

2 Ethernet es el protocolo del nivel de enlace de datos más utilizado en estos momentos. Se han actualizado los estandares Ethernet para admitir muchos tipos de medios diferentes. Todos los sabores de Ethernet trabajan utilizando los mismos principios básicos permitiendo una compatibilidad hacia atras.

3 Qué es Ethernet? Protocolo de Capa 2 (incluye funciones de Capa 1) en el modelo de Referencia OSI. Qué funciones debe cumplir un protocolo de Capa 2? Ethernet es No Orientado a la Conexión y No Fiable.

4 El protocolo consta de 3 componentes: Una serie de directivas del nivel físico. Un formato de Trama. Un mecanismo de Control de Acceso al Medio.

5 Estándares Ethernet Ethernet transportaba datos sobre una conexión en banda base utilizando como medio de transmisión cable coaxial a una velocidad de 10 Mbps y un sistema de señalización denominado Codificación Manchester.

6 Ethernet II Ethernet utilizaba como medio de transmisión cable coaxial grueso. Ethernet II utilizaba como medio de transmisión cable coaxial delgado. DIX Ethernet y DIX Ethernet II

7 IEEE En la década de los 80's el IEEE formó un grupo de trabajo para desarrollar un estandar parecido a Ethernet. Este grupo se conocio como IEEE 802.3

8 Ethernet II vs IEEE Ethernet II trata al nivel de enlace de datos como una sola entidad. IEEE las divide en dos subniveles: Control de Enlace Lógico (LLC) Control de Acceso al Medio (MAC)

9 Identificadores Abreviados El IEEE es responsible de los indentificadores abreviados que se utilizan cuando se hace referencia a una especificación Ethernet 10Base5 10Base2 10Base T 100BaseTX 100BaseFX

10 CSMA/CD Acceso Múltiple con Detección de Portadora y Detección de Colisiones. Permite a los nodos compartir un único medio de transmisión en banda base. Este mecanismo fue diseñado de tal manera que los nodos disponen de los mismos derechos de acceso al medio!!!

11 Desea enviar datos? Restablecer Transmisión Escuche la Red? Red Ocupada!!! Vuelva atras!! Red Desocupada!!! Transmita Datos y Escuche la Red!! Colisión Detectada!!! Transmita Señal de Interferencia!! No se detecto Colisión!!! Transmisión Completa!!!

12 Cada uno de los nodos de la Red se encontrará siempre en uno de los siguientes estados: Transmisión. Cotienda. Inactivo.

13 B se quiere comunicar con D

14 B se quiere comunicar con D

15 B se quiere comunicar con D

16 B se quiere comunicar con D RED OCUPADA!!

17 B se quiere comunicar con D

18 B se quiere comunicar con D

19 B se quiere comunicar con D RED DESOCUPADA!!

20 B se quiere comunicar con D

21 B se quiere comunicar con D COLISIÓN!!

22 B se quiere comunicar con D

23 B se quiere comunicar con D

24 B se quiere comunicar con D

25 B se quiere comunicar con D

26 B se quiere comunicar con D NO SE DETECTÓ COLISIÓN!!

27 Colisiones Todos los nodos en una Red Ethernet utilizan como mecanismo MAC CSMA/CD. En Ethernet las colisiones son comportamientos normales y esperados. El principal problema de CSMA/CD está en que a mayor tráfico en la Red existe mayor probabilidad de colisiones.

28 Cuando los niveles de tráfico resultan excesivos es preferible utilizar dispositivos de interconexión de Red para romper los dominios de Colisión.

29 Dominios de Colisión y de Broadcast Dominios de Colision: grupo de dispositivos conectados al mismo medio fisico, de tal manera que si dos dispositivos acceden al medio al mismo tiempo, el resultado sea una colision entre las dos señales. Dominio de Broadcast: grupo de dispositivos de la red que envian y reciben mensajes de broadcast entre ellos.

30 Colisiones tardías La especificación de Ethernet está diseñada de tal manera que los primeros 64 bytes de toda la transmisión de la trama llenen por completo la longitud del cable en el dominio de colisión. Es de suma importancia que el primer bit de cada trama transmitido llegue a todos los nodos de la Red antes de que el último bit abandone el emisor.

31 Una vez que el último bit ha abandonado el nodo emisor, este considera que la transmisión se ha realizado de manera exitosa y elimina la trama de su buffer. Una colisión que se produce despues de que el último bit abandone el nodo emisor se conoce como COLISIÓN TARDÍA

32 Colisión tardía!!

33 Colisión tardía!!

34 Colisión tardía!!

35 Colisión tardía!!

36

37

38 Gracias!!!

39 La trama Ethernet.

40 Se compone de una cabecera y una cola que encapsulan los datos generados en la capa inmediatamente superior. La información contenida en la cabecera y la cola es de vital importancia para la correcta comunicación entre los nodos.

41 La Trama Ethernet II Preámbulo (7 bytes) Delimitador de Comienzo de Trama (1 byte) Dirección Destino (6 bytes) Dirección Origen (6 bytes) Tipo/Longitud (2 bytes) Datos y Relleno ( bytes) Secuencia de Comprobación de Trama (4 bytes)

42 Preámbulo y Delimitador de Comienzo de Trama Son 0 y 1 alternantes. Es usado por los nodos para sincronizar sus relojes y descartado despues. Para cuando terminen de transmitirse los 7 bytes del preámbulo el nodo receptor ya se ha sincronizado con el nodo transmisor. Para señalar el comienzo de la transmisión real de la trama el transmisor envia un delimitador de comienzo de trama que continua la alternancia de 0 y 1 excepto los dos últimos bits, que están setiados a 11

43 Dirección Destino y Dirección Origen El campo de dirección destino indica el nodo al que se envía la trama. Identifica el destino final de la trama si este se encuentra en la misma Red Local o puede identificar a un dispositivo que proporciona acceso a otra Red. El campo de dirección origen contiene la dirección MAC del nodo que envía la trama.

44 Longitud Indica cuantos datos, en byte, transporta la carga útil de la trama. Indica solamente los datos reales de la capa inmediatamente superior.

45 Datos y relleno Contiene la carga útil de la trama. La trama Ethernet, excluyendo el preámbulo y el delimitador, debe tener una longitud mínima de 64 bytes para que funcione correctamente el mecanismo MAC. Restando 18 bytes de la trama, el campo de datos debe tener una longitud mínima de 46 bytes. La máxima longitud permitida en una trama Ethernet es 1518 bytes, por lo tanto el campo de datos no puede ser mayor de 1500 bytes.

46 Secuencia de Comprobación de Trama Contiene un valor de suma de comprobación, utilizado por el nodo receptor para detectar si la trama ha llegado intacta. Se utilizan todos los campos de la trama excepto el preámbulo y el delimitador.

47 La Trama IEEE Cuando un nodo lee la cabecera de un trama Ethernet, la única manera de reconocer si esta es Ethernet II o IEEE es por medio del valor del campo Longitud/Ethertype Si es menor a 1500 se trata de Longitud (IEEE 802.3) Si es mayor a 1500 se trata de Ethertype (Ethernet II)

48 Subnivel de Control de Enlace Lógico (LLC) Conocida como Puede proporcionar una variedad de servicios a los protocolos de Capa de Red: Servicio No Orientado a la Conexión Sin Asentimiento, similar a UDP. Servicio Orientado a Conexión, similar a TCP. Servicio No Orientado a la Conexión Con Asentimiento, hibrido entre UDP y TCP.

49 En un sistema transmisor, el Subnivel LLC encapsula los datos que bajan de Capa de Red, estos bajan al subnivel MAC, el cual le agrega encabezado y cola, convirtiendolo en una Trama. Una Cabecera LLC es de 3 o 4 bytes Cual sería la nueva cantidad máxima de los datos en una trama?

50 DSAP (1 bytes) SSAP (1 bytes) CONTROL (1 o 2 bytes) Datos y relleno del IEEE (43 o bytes)

51 DSAP y SSAP Indica la ubicación en los bufferes de memoria del nodo destino/origen donde deberían almacenarse los datos de la trama.

52 Control Implementa la variedad de servicios mencionados anteriormente.

53 La Cabecera SNAP Ya que IEEE no cuenta con un campo Ethertype, debe de alguna manera, implementar un mecanismo que le permita reconocer el protocolo de Capa de Red que debe procesar la información. Para esto se utliza el protocolo SNAP Consta de 5 bytes.

54 DSAP (1 bytes) SSAP (1 bytes) CONTROL (1 o 2 bytes) Codigo de Organización (3 bytes) Codigo Local (2 bytes) Datos y relleno del IEEE (38 o bytes)

55 Ethernet Full Duplex En modo full duplex un dispositivo puede transmitir y recibir datos de forma simultanea. Cómo se llama el modo de funcionamiento en el cual se transmite o se recibe datos, pero no de manera simultanea? Cuando se trabaja en modo full duplex se IGNORA el mecanismo CSMA/CD.

56 Requisitos para operar en Full Duplex El medio de transmisión. Un canal de TX Un canal de RX NIC y dispositivos de interconexión que soporten este modo de operación. Cual es el modo de funcionamiento de un Hub?

57 Gracias!!!

58 FastEthernet y GigabitEthernet.

59 Fast Ethernet y Gigabit Ethernet son las variantes de 100 y 1000 Mbps de Ethernet. Similar en varios aspectos a Ethernet. El periodo de un bit es de 100 nanosegundos. El exito de Ethernet está en: Simplicidad de su Implementación. Tecnología flexible en continua evolución.

60 Fast Ethernet Conocido como IEEE 802.3u o 100Base T. El periodo de un bit es de 10 nanosegundos. Es un protocolo de Capa de Enlace de Datos a 100Mbps. No modifica los siguientes aspectos de Ethernet: Direccionamiento MAC. Formato de la Trama. Mecanismo de Control de Acceso al Medio.

61 Opciones del Nivel Físico La primera diferencia entre FastEthernet y Ethernet es el medio de transmisión: FastEthernet solo trabaja con par trenzado o fibra óptica. En FastEthernet el esquema de señalización es 4B/5B.

62 Especificaciones del nivel Físico. 100Base X 100Base TX 100Base FX 100Base T4

63 100Base TX Utiliza como medio de transmisión el par trenzado de hasta 100 metros de longitud. Requiere del cable UTP Cat5 para todos los segmentos de la Red. El cable UTP Cat5 posibilita un mayor ancho de banda que el cable UTP Cat3 utilizado en las Redes 10BaseT. Por compatibilidad utiliza el mismo conector y la asignación de pines.

64 100Base T4 Se utilizó en Redes cuyo tendido de cable ya era UTP Cat3. Utiliza los cuatro pares de hilos del cable y no solamente dos pares como lo hace 10BaseT o 100BaseTX.

65 100BaseFX Utiliza fibra óptica como medio de transmisión. La longitud máxima del segmento es de 412 metros.

66 Autonegociación Permite a un dispositivo de velocidad dual detectar las posibilidades de la Red a la cual está conectado y ajustar su velocidad en consecuencia. La mayoría de los dispositivos soportan las velocidades de Ethernet. 10Mbps 100Mbos 1Gbps

67 Cuando dos dispositivos, capaces de trabajar a varias velocidades, autonegocian, determinan entre ellos el mejor nivel de rendimiento que poseen en común!!

68 1000Base T (full duplex) 1000Base T 100Base TX (full duplex) 100Base TX 10Base T (full duplex) 10Base T

69 Gigabit Ethernet Conocido como IEEE 802.3z. El periodo de un bit es de 1 nanosegundos. Define una Red que trabaja a 1000Mbps en modo full duplex o half duplex sobre par trenzado o fibra óptica. La trama utilizada es la misma que Ethernet y en modo half duplex utiliza el mismo mecanismo MAC que Ethernet.

70 Versiones de GigabitEthernet 1000Base T 1000BaseX 1000BaseSX 1000BaseLX

71 1000BaseT Interoperatividad entre 10BaseT y 100BaseTX. Pensado para UTP Cat5e y circuitería especial.

72 1000BaseSX y 1000BaseLX Tecnología Backbone que utiliza como medio de transmisión la fibra óptica. 1000BaseSX utiliza como fuente el LED y como medio de transmisión la fibra óptica multimodo. 1000BaseLX utiliza como fuente el LASER y como medio de transmisión la fibra óptica monomodo.

73 Gracias!!!

74 Errores Ethernet.

75 Colisiones Tempranas. Colisiones Tardías. Enanos. Gigantes. Errores de Alineación. Errores de CRC. Tormentas de Broadcast.

76 Colisiones Tempranas Técnicamente no son consideradas como un Error. Es el exceso de este tipo de colisiones lo que se considera un error. Podría solucionarse rompiendo los dominios de colisión.

77 Colisiones Tardías Causadas por un mal diseño en la Red y son además de difícil detección. Indican que los datos emplean demasiado tiempo en atravesar la Red. Tambien podría ser causado por un mal funcionamiento del mecanismo MAC en una NIC.

78 Enanos Es una trama con una longitud menor a los 64 bytes. Originado normalmente por una NIC o un dispositivo de interconexión defectuoso. Podría ser tambien el resultado de la cancelación de una transmisión debido a la detección de una colisión.

79 Gigantes Es una trama de longitud mayor a los 1518 bytes. Ocasionados normalmente por una NIC defectuosa.

80 Errores de Alineación Una trama mal alineada es una trama con un byte incompleto, esto es, un tamaño en bits que no es multiplo de 8. Puede ser el resultado de un error en la formación de la trama, NIC defectuosa.

81 Errores de CRC Cuando el cálculo de la Suma de Comprobación en el emisor no coincide con el receptor se tiene un error de CRC. Puede ser el resultado de una corrupción de los datos en la transmisión.

82 Tormentas de Broadcast Cuando una transmisión de Broadcast mal creada origina que los otros nodos generen sus propios broadcast provocando un volumen de tráfico muy elevado el resultado es una tormenta de broadcast. La tormenta evita que se pueda transmitir otro tipo de tráfico.

83 Conmutación Ethernet Al agregar más nodos a la Red la demanda de ancho de banda se hace mayor. Con esto, la posibilidad de colisiones tambien aumenta. Cómo solucionar este problema? Bridging Switching

84 Bridging Un Bridge es un dispositivo de Capa 2 para crear dos o más segmentos LAN, cada uno de los cuales es un dominio de colisión. El principal objetivo de un Bridge es filtrar el tráfico de una LAN para mantenerlo en el área LOCAL.

85 Switch Es esencialmente, un Bridge multipuerto que usa microsegmentación para reducir el número de colisiones e incrementar el ancho de banda.

86 Memoria del Switch INTERFAZ ESTACION

87 Memoria del Switch INTERFAZ ESTACION Datos de A a B

88 Memoria del Switch A INTERFAZ X ESTACION

89 Memoria del Switch A INTERFAZ X ESTACION Datos de A a B Datos de A a B Datos de A a B

90 Memoria del Switch A INTERFAZ X ESTACION Datos de B a A

91 Memoria del Switch A B INTERFAZ X X ESTACION

92 Memoria del Switch A B INTERFAZ X X ESTACION Datos de B a A

93 Microsegmentación Lo ideal es tener un canal que solo tenga dos nodos. Un microsegmento es un pequeño segmento físico entre dos nodos (enlace dedicado). Esto permitiría crear enlaces dedicados entre dos nodos de Red.

94 Tipos de Retardos Retardo de Procesamiento. Retardo en Cola. Retardo de Transmisión. Retardo de Propagación.

95 Retardo de Procesamiento El tiempo requerido para examinar la cabecera del paquete y determinar hacia donde debe dirigirse es parte del Retardo de Procesamiento.

96 Retardo en Cola En la cola, el paquete experimenta un retardo mientras espera para ser transmitido en el enlace. Este retardo dependerá del numero de paquetes que hayan llegado anteriormente y que esten encolados y esperando para la transmisión sobre el enlace.

97 Retardo de Transmisión Es la cantidad de tiempo que se requiere para empujar todos los bits del paquete en el enlace. Sea L la longitud del paquete en bits. Sea R la tasa de transmisión del enlace del nodo A al nodo B en bits/seg. R. de Transmisión = L/R

98 Retardo de Propagación El tiempo necesario para propagarse desde el comienzo del enlace (nodo A) hasta el final del enlace (nodo B), se conoce como Retardo de Propagación. Este retardo es la distancia entre dos nodos dividida por la velocidad de propagación.

99 Gracias!!!

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