Capa de enlace de datos: Acceso al medio. Identifique varias fuentes para los protocolos y los estándares utilizados por la capa de enlace de datos

Transcripción

1 CAPA DE ENLACE

2 Capa de Enlace 2

3 Capa de enlace de datos: Acceso al medio Identifique varias fuentes para los protocolos y los estándares utilizados por la capa de enlace de datos

4 Técnicas de control de acceso al medio Explique cuán necesario es controlar el acceso al medio

5 Técnicas de control de acceso al medio Identifique dos métodos de control de acceso al medio para medios compartidos y las características básicas de cada uno

6 Técnicas de control de acceso al medio Describa el propósito de una topología lógica e identifique varias topologías lógicas comunes

7 Técnicas de control de acceso al medio Identifique las características de una topología de acceso múltiple y describa las consecuencias derivadas del acceso al medio cuando se utiliza esta topología. Una topología lógica multiacceso permite a una cantidad de nodos comunicarse utilizando los mismos medios compartidos. Los datos desde un sólo nodo pueden colocarse en el medio en cualquier momento. Hacer que varios nodos compartan el acceso a un medio requiere un método de control de acceso al medio de enlace de datos que regule la transmisión de datos y, por lo tanto, reduzca las colisiones entre las diferentes señales. Los métodos de control de acceso al medio utilizado por las topologías multiacceso son generalmente CSMA/CD o CSMA/CA

8 Técnicas de control de acceso al medio Identifique las características de una topología de anillo y describa las consecuencias derivadas del acceso al medio cuando se utiliza esta topología. (Ver )

9 Direccionamiento de control de acceso al medio y entramado de datos Describa la función que cumple el encabezado de trama en la capa de enlace de datos e identifique los campos que aparecen comúnmente en los protocolos que especifican la estructura del encabezado

10 Direccionamiento de control de acceso al medio y entramado de datos Describa la función que cumple el direccionamiento en la capa de enlace de datos e identifique los casos en que las direcciones son necesarias y los casos en que no lo son:

11 Direccionamiento de control de acceso al medio y entramado de datos Describa la importancia del tráiler en la capa de enlace de datos y las consecuencias derivadas de su utilización con tecnología Ethernet, un medio no confiable

12 Protocolos de la Capa de Enlace Los protocolos que se cubrirán en los cursos CCNA incluyen: Ethernet Protocolo Punto a Punto (PPP) Control de enlace de datos de alto nivel (HDLC) Frame Relay

13 Capa de Enlace 13

14 Capa de Enlace Un switch, al igual que un Bridge, es un dispositivo de la capa 2 y también switch mejorados en la capa 3. De hecho, el switch se denomina puente multipuerto, así como el hub se denomina repetidor multipuerto. La diferencia entre el hub y el switch es que los switches toman decisiones basándose en las direcciones MAC y los hubs no toman ninguna decisión. Como los switches son capaces de tomar decisiones, hacen que la LAN sea mucho más eficiente. A diferencia de esto, el hub envía datos a través de todos los puertos de modo que todos los hosts deban ver y procesar (aceptar o rechazar) todos los datos. El switch conmuta paquetes desde los puertos (las interfaces) de entrada hacia los puertos de salida, suministrando a cada puerto el ancho de banda total (la velocidad de transmisión de datos en el backbone de la red) 14

15 Capa de Enlace La Capa 2 se comunica con las capas superiores a través del Control de enlace lógico (LLC). La Capa 2 utiliza el Control de acceso al medio (MAC) para elegir cuál de los computadores transmitirá datos binarios, de un grupo en el que todos los computadores están intentando transmitir al mismo tiempo. 15

18 ETHERNET 18

19 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.

20 Identificadores IEEE La IEEE asignó identificadores a los diferentes medios que puede utilizar Ethernet. Este identificador consta de tres partes: 10 Base T Rapidez de transmisión (10 Mega bits por segundo) Tipo de señalización utilizada (Base Band: Significa que a través del medio sólo se presta un servicio: transportar señales Ethernet Información sobre el medio físico (Par trenzado) 20

21 Ethernet Capa Fisica 10 Mbps Los enlaces de 10BASE-T pueden tener distancias sin repetición de hasta 100 m. Los hubs pueden solucionar el problema de la distancia pero permiten que se propaguen las colisiones. La introducción difundida de los switches ha hecho que la limitación de la distancia resulte menos importante. Siempre que las estaciones de trabajo se encuentren dentro de unos 100 m de distancia del switch, esta distancia de 100 m comienza nuevamente a partir del switch.

22 Ethernet de 100 Mbps Ethernet de 100-Mbps también se conoce como Fast Ethernet (Ethernet Rápida). Las dos tecnologías que han adquirido relevancia son 100BASE-TX, que es un medio UTP de cobre y 100BASE-FX, que es un medio multimodo de fibra óptica. El formato de trama de 100-Mbps es el mismo que el de la trama de 10-Mbps. 22

23 Ethernet de 100 Mbps 23

24 100BASE-TX 100BASE-TX transporta 100 Mbps de tráfico en modo half-duplex. En modo full-duplex, 100BASE-TX puede intercambiar 200 Mbps de tráfico. Las redes full-duplex normalmente utilizan switches en vez de hub. 24

25 Arquitectura de Fast Ethernet Los enlaces de Fast Ethernet generalmente consisten en una conexión entre la estación y el hub o switch. Los hubs se consideran repetidores multipuerto y los switches, puentes multipuerto. Estos están sujetos a la limitación de 100 m de distancia de los medios UTP o 482 m de fibra. 25

26 Ethernet de 1000 Mbps Los estándares para Ethernet de 1000-Mbps o Gigabit Ethernet representan la transmisión a través de medios ópticos y de cobre. El estándar para 1000BASE-X, IEEE 802.3z, especifica una conexión full duplex de 1 Gbps en fibra óptica. El estándar para 1000BASE-T, IEEE 802.3ab, especifica el uso de cable de cobre de par trenzado de Categoría 5, o mejor. 26

27 Características de los medios de red utilizados en Ethernet Identifique varias características de Ethernet durante los primeros años de su existencia

28 Características de los medios de red utilizados en Ethernet Describa la aparición del switch LAN como una innovación clave en la administration de colisiones en redes basadas en Ethernet

29 Funciones físicas y de enlace de datos de Ethernet Estándares e implementación

30 La Direccion MAC Ethernet Se creó un identificador único, denominado dirección de Control de acceso al medio (MAC), para ayudar a determinar las direcciones de origen y destino dentro de una red Ethernet. Independientemente de qué variedad de Ethernet se estaba utilizando, la convención de denominación brindó un método para identificar dispositivos en un nivel inferior del modelo OSI. Como recordará, la dirección MAC se agrega como parte de una PDU de Capa 2. Una dirección MAC de Ethernet es un valor binario de 48 bits expresado como 12 dígitos hexadecimales.

31 ETHERNET Cada computador tiene una manera exclusiva de identificarse a sí mismo. Cada computador, ya sea que esté o no conectado a una red, tiene una dirección física. No hay dos direcciones físicas iguales. La dirección física, denominada dirección de Control de acceso al medio o dirección MAC, está ubicada en la Tarjeta de interfaz de red o NIC. 31

32 Ethernet Unicast, Multicast, Broadcast Ver

33 Control de Acceso al Medio Ethernet En un entorno de medios compartidos, todos los dispositivos tienen acceso garantizado al medio, pero no tienen ninguna prioridad en dicho medio. Si más de un dispositivo realiza una transmisión simultáneamente, las señales físicas colisionan y la red debe recuperarse para que pueda continuar la comunicación. La Ethernet utiliza el acceso múltiple por detección de portadora y detección de colisiones (CSMA/CD) para detectar y manejar colisiones y para administrar la reanudación de las comunicaciones. Ver

34 HUB y Dominios de Colisiones Dado que las colisiones se producirán ocasionalmente en cualquier topología de medios compartidos (incluso cuando se emplea CSMA/CD), debemos prestar atención a las condiciones que pueden originar un aumento de las colisiones. Debido al rápido crecimiento de la Internet: Se conectan más dispositivos a la red. Los dispositivos acceden a los medios de la red con una mayor frecuencia. Aumentan las distancias entre los dispositivos.

35 Comparación y diferenciación del uso de switches Ethernet en lugar de hubs en una LAN Ethernet antigua, utilización de hubs (Ver )

36 Comparación y diferenciación del uso de switches Ethernet en lugar de hubs en una LAN Ethernet, utilización de switches

37 Switches Reenvio Selectivo Los switches Ethernet reenvían selectivamente tramas individuales desde un puerto receptor hasta el puerto en el que esté conectado el nodo de destino. Este proceso de reenvío selectivo puede pensarse como la posibilidad de establecer una conexión punto a punto momentánea entre los nodos de transmisión y recepción. La conexión se establece sólo durante el tiempo suficiente como para enviar una sola trama. Durante este instante, los dos nodos tienen una conexión de ancho de banda completa entre ellos y representan una conexión lógica punto a punto.

38 Comparación y diferenciación del uso de switches Ethernet en lugar de hubs en una LAN Describa cómo un switch puede eliminar colisiones, backoffs y retransmisiones, los principales factores que reducen el throughput en una red Ethernet basada en hubs. Ver y

39 Actividad Switching

40 Explicación del proceso del protocolo de resolución de direcciones (ARP) Asignación de IP a direcciones MAC El protocolo ARP ofrece dos funciones básicas: Resolución de direcciones IPv4 a direcciones MAC. Mantenimiento de una caché de las asignaciones. Resolución de direcciones IPv4 a direcciones MAC Para que una trama se coloque en los medios de la LAN, debe contar con una dirección MAC de destino. Cuando se envía un paquete a la capa de Enlace de datos para que se lo encapsule en una trama, el nodo consulta una tabla en su memoria para encontrar la dirección de la capa de Enlace de datos que se mapea a la dirección IPv4 de destino. Esta tabla se denomina tabla ARP o caché ARP. La tabla ARP se almacena en la RAM del dispositivo.

41 Ver Explicación del proceso del protocolo de resolución de direcciones (ARP)

42 Explicación del proceso del protocolo de resolución de direcciones (ARP) ARP, destinos ubicados fuera de la red local Ver

43 Explicación del proceso del protocolo de resolución de direcciones (ARP) ARP, eliminación de asignaciones de direcciones

44 Ejercicios

45 Dispositivos de Capa Física y de Enlace Hub Hub único Una red (Dirección de red IP - normalmente) Un dominio de colisión Un dominio de broadcast Funciona bien con grupos de trabajo pequeños, pero no se adapta a grupos de trabajo más grandes o tráfico pesado 45

46 Dispositivos de Capa Física y de Enlace Hub Hub único - Dos subredes Dos subredes Un dominio de colisión Un dominio de broadcast Y si los computadores estuvieran en dos subredes diferentes? Se podrían comunicar dentro de su propia subred? Sí Entre subredes? No, necesitan un router. 46

47 Dispositivos de Capa Física y de Enlace Hub Hub Todos los hubs Una dirección de red Un dominio de colisión Un dominio de broadcast Los mismos aspectos anteriores, con mayor impacto sobre la red

48 El problema de address Resolution Dadas dos Máquinas A y B con una asignación de direcciones Internet IA e IB, con direcciones físicas PA y PB, conectadas a la misma red física. Suponga que la máquina A desea enviar un datagrama a la máquina B. Las preguntas son: Cómo obtiene A la dirección física de B (mapeo)? Que pasa si las dos máquinas no están en la misma red física? Se debe manejar con un protocolo de nivel 2 Dado: Una conexión local a la red N Una dirección IP (IB) del computador de la red N Encontrar: Dirección hardware de B (PB) Dos técnicas: Resolución por mapeo directo y Address Resolution Protocol 48

49 ARP caché y Timeout Las asociaciones claves se guardan en una tabla por 20 minutos Entradas de la tabla contienen un par de direcciones de una máquina Direcciones IP Direcciones Hardware La tabla se construye automáticamente de acuerdo a la necesidad La tabla ARP solo contiene entradas para PCs de la red local Las entradas tienen los mismos prefijos IP de red 49

50 Refinamiento ARP Cuando la máquina A envía el ARP request, también incluye la asociación de su dirección IP (IA) con su dirección física (PA) Todas las máquinas que reciben el ARP request vía broadcast, actualizan la tabla ARP Cuando un computador arranca, envía un broadcast con un mensaje ARP con el fin de notificar a otros, posibles cambios de tarjeta de red ARP es un protocolo de bajo nivel que esconde el direccionamiento físico de red subyacente, permite que a cada máquina se le asigne una dirección IP arbitraria. ARP es parte del sistema físico de la red ARP no es parte de los protocolos de Internet Como el software ARP es parte del software de interface de red, todos los protocolos y aplicaciones de niveles superior pueden usar exclusivamente las direcciones IP, y permanecer independiente de las direcciones hardware 50

51 ARP es dividido en dos partes Implementación de ARP 1. Mapear una dirección IP a una dirección Física cuando se envía un paquete algoritmo de búsqueda (lookup) ARP Buscar en la tabla ARP la dirección hardware requerida PB, a partir de IB Si la encuentra, extraer PB y enviar la trama usando PB Sí no se encuentra Enviar un mensaje ARP request mediante difusión conteniendo la dirección IB y esperar una respuesta Almacenar temporalmente el paquete que genero el ARP request Recibir la respuesta con la dirección hardware de IB (PB) Adicionar la entrada IB PB a la tabla Obtener la dirección hardware de la tabla para que se envíe el paquete en espera 2. Responder solicitudes de otras máquinas (Llegada de ARP request) 51

52 Protocolo RARP La configuración de la dirección IP normalmente se guarda en el disco duro Cómo determina su dirección IP, una máquina que no tenga disco duro (sistema embebido, estación sin disco duro)? Respuesta: Cuando se ejecuta el bootstrap en ROM, una máquina que requiera su dirección IP, envía un Request al servidor RARP en otra máquina y espera la respuesta del servidor En el request la máquina solicitante debe identificarse a sí misma de tal forma que el servidor pueda buscar la dir. IP correcta y enviarla en una respuesta (Reply) Ambas máquinas (solicitante y servidor) utilizan direcciones físicas en su comunicación, el solicitante envía un broadcast a toda la red 52

53 Funcionamiento RARP Funcionamiento en Ethernet: El mensaje RARP Request que es enviado desde una máquina a otra, se encapsula en el campo DATA de la trama ethernet, la cual tendrá las siguientes características Preámbulo: normal Ethernet Source address: Dirección Física del origen (020C3A:451287) Ethernet Destination Address: Dirección Física del destino (FFFFFF:FFFFFF) Frame Type: 8035 (Hex) Data: 28 octetos del mensaje RARP El emisor difunde un mensaje RARP Request que lo especifica a sí mismo como máquina sender y target, suministrando su dirección física en el campo target hardware address Los servidores RARP responden la solicitud llenando el campo target protocol address con la dirección IP correspondiente, cambian el campo tipo de mensaje de Request a Reply y envían la respuesta de regreso a la máquina que realizó la solicitud 53

54 Dispositivos de Capa Física y de Enlace Una red conmutada con dos subredes: Cuáles son los aspectos a tener en cuenta? Los datos pueden transmitirse dentro de la subred? Sí Los datos pueden transmitirse entre subredes? No, necesitan un router. Cuál es el impacto de un broadcast de capa 2, como una petición ARP? Petición ARP Switch Switch Red totalmente conmutada - Dos redes Dos subredes Varios dominios de colisión Uno por puerto de switch Un dominio de broadcast

55 Dispositivos de Capa Física y de Enlace Todos los dispositivos detectan la petición ARP. Un dominio de broadcast significa que los switches inundan todos los broadcasts desde todos los puertos, salvo el puerto entrante. Los switches no conocen la información de la capa 3 contenida en la petición ARP. Esto consume ancho de banda en la red y ciclos de procesamiento en los hosts. Switch Switch Red totalmente conmutada - Dos redes Dos subredes Varios dominios de colisión Uno por puerto de switch Un dominio de broadcast

56 Una solución: Dispositivos de Capa Física y de Enlace Separar físicamente las subredes. Pero todavía los datos no pueden viajar entre las subredes. Cómo podemos hacer que los datos viajen entre las dos subredes? Switch Switch Dos redes conmutadas Dos subredes Varios dominios de colisión Uno por puerto de switch Dos dominios de broadcast

57 Dispositivos de Capa Física y de Enlace Dos dominios de broadcast separados, porque el router no envía broadcasts de la capa 2, como las peticiones ARP. Switch Router Switch Redes enrutadas Dos subredes Varios dominios de colisión Uno por puerto de switch Comunicación entre subredes