Tecnología Ethernet

Ethernet Ethernet estándar IEEE 802.3, es un estándar de transmisión de datos para redes de área local (LAN) que se basa en el siguiente principio: “Todos lo equipos en una red Ethernet están conectados a la misma línea de comunicación compuesta por cables cilíndricos”

Evolución histórica IEEE estandariza Ethernet en la norma 802.3 A partir de ALOHANET, Bob Metcalfe, junto David Boggs crearon la Tecnología Ethernet para trasmitir información en redes locales. IEEE estandariza Ethernet en la norma 802.3 IEEE publica el estándar Ethernet para 1Gbps DECADA DE LOS 70 DECADA DE LOS 80 1985 1995 1998 2002 IEEE publica el estándar Ethernet para 10Gbps IEEE publica el estándar Ethernet para 100Mbps Primeras redes Ethernet

Características de Ethernet Ethernet tiene las siguientes características: PASIVO No requiere una fuente de alimentación propia FALLAS Solo falla cuando se corta el cable físicamente o su terminación sea incorrecta TOPOLOGIA Se conecta en una topología de bus en la que el cable esta terminado en ambos extremos MULTIPLES PROTOCOLOS Puede conectar entornos informáticos heterogéneos

Principio de transmisión Todos los equipos de una red Ethernet están conectados a la misma línea de transmisión y la comunicación se lleva a cabo por medio de un protocolo denominado CSMA/CD Con este protocolo cualquier equipo esta autorizado a transmitir a atreves de la línea en cualquier momento y sin ninguna prioridad entre ellos. Trama en espera de ser transmitida Trama en espera de ser transmitida Trama en espera de ser transmitida Trama en siendo transmitida Implementación del protocolo CSMA/CD en la LAN

Ethernet y el modelo OSI Ethernet solo opera en la mitad inferior de la capa de enlace de datos del modelos que se conoce como CONTROL DE ACCESO AL MEDIO (MAC) y toda la capa física. MODELO OSI CAPA DE ENLACE DE DATOS LLC LLC 802.2 MAC MAC 802.3 Capa física Los protocolos de la capa física y de la capa de enlace de datos definen a Ethernet CAPA DE ENLACE DE DATOS ETHERNET CAPA FISICA

Ethernet y el modelo OSI Ethernet en la capa física tiene un papel clave en la comunicación que se produce entre los dispositivos, pero tiene sus limitaciones. Ethernet en la capa de enlace de datos se ocupa de las limitaciones de la capa física. LIMITACIONES DE LA CAPA FISICA FUNCIONES DE LA CAPA DE ENLACE DE DATOS No puede comunicarse con las capas superiores Se conecta con las capas superiores mediante LLC No puede identificar dispositivos Utiliza esquemas de direccionamiento Solo reconoce corrientes de bits Utiliza tramas para organizar bits en grupos No puede identificar la fuente de la trasmisión cuando trasmiten múltiples dispositivos Utiliza MAC para identificar la fuente de la trasmisión

Ethernet y el modelo OSI Para Ethernet, el estándar IEEE 802.2 describe las funciones de la subcapa LLC y el estándar 802.3 describe las funciones de la subcapa MAC. CAPA DE ENLACE DE DATOS Estándar IEEE 802.2 CONTROL DE ENLACE LOGICO CONTROL DE ENLACE FISICO CAPA FISICA Estándar IEEE 802.3

Ethernet y el modelo OSI Estándar 802.3 Para Ethernet, el estándar IEEE 802.3 describe las funciones de la sub capa MAC (Control de acceso al medio). Se implementa en hardware en la tarjeta de interfaz de red. Tiene dos responsabilidades importantes : Encapsulamiento de datos Control de acceso al medio Proporciona tres funciones Proporciona dos funciones Control de la colocación de la trama dentro y fuera del medio Recuperación por fallos debido a colisiones Delimitación de trama Direccionamiento Detección de errores

Ethernet y el modelo OSI Estándar 802.3 El método de control de acceso a los medios para Ethernet es el acceso múltiple con detección de portadora con detección de colisiones (CSMA/CD). ALGORITMO DEL PROTOCOLO CSMA/CD El host desea trasmitir ¿ Se ha detectado la portadora ? Ensamblar trama Inicio de la transmisión ¿ Se ha detectado una colisión ? Seguir transmitiendo ¿ Se realizo la trasmisión ? Trasmisión completa Señal de atascamiento de broadcast Intentos=intentos+1 Intentos>¿ Demasiado ? Demasiadas colisiones; interrumpir la trasmisión El algoritmo calcula la postergación Esperar t microsegundos 1 si 2 no 3 4 si 5 9 no 6 10 no no 7 11 13 si si 8 12 14

Ethernet y el modelo OSI Estándar 802.2 Para Ethernet, el estándar IEEE 802.2 describe las funciones de la sub capa LLC (Control de enlace lógico). CAPAS SUPERIORES Establece comunicación con las capas superiores CONTROL DE ENLACE LOGICO Identifica el protocolo de la capa de red Se encarga de la comunicación entre las capas superiores y las inferiores FUNCIONES Entrama el paquete en la capa de red CONTROL DE ACCESO AL MEDIO Permanece relativamente independiente del equipo físico CAPA FÍSICA

Topología de Ethernet compartida La topología de Ethernet compartida es una topología de bus lógica ( el flujo de información tiene lugar en un bus lineal ) y en estrella o en estrella extendida física (cableada en forma de estrella ) Topología de estrella extendida Topología lógica de bus HUB HUB Este diseño permite a Ethernet operar lógicamente como un bus, pero físicamente el bus solo existe en el HUB. Topología de estrella física

Las direcciones MAC de Ethernet Para permitir el envió local de tramas en Ethernet, se debe contar con un sistema de direccionamiento, una forma de identificar los computadores y las interfaces de manera exclusiva. Dirección física Dirección física Dirección física Dirección física Medio de transmisión Todos los dispositivos conectados a la LAN de Ethernet tiene interfaces con direcciones MAC incluidos los host, impresoras, router y switches

Las direcciones MAC de Ethernet La direcciones MAC es un identificador de 48 bits (6 bloques Hexadecimales) que corresponde de forma única a una tarjeta de red (también conocida como NIC). Se conoce también como dirección física, y es única para cada dispositivo. Esta determinada y configurada por el IEEE utilizando el Identificador Único de organización (OUI) y el fabricante Identificador único organizacional OUI Asignado por el fabricante Estructura de la dirección MAC de Ethernet XX XX XX XX XX XX 24 BITS / 6 HEXADECIAMLES 24 BITS / 6 HEXADECIAMLES

Trama Ethernet La forma en que las redes Ethernet trasmiten sus datos se llama trama. Las tramas tienen una longitud mínima de 64 bytes y una longitud máxima de 1518 bytes (con 802.1Q un total de 1522). FORMATO DE TRAMA Delimitador de inicio de trama Etiqueta 802.1Q (opcional) Secuencia de verificación de trama (FCS) MAC de destino MAC de origen Longitud /Tipo Encabezado y datos Preámbulo 7 Bytes 1 Bytes 6 Bytes 6 Bytes 4 Bytes 2 Bytes 46 a 15000 Bytes 4 Bytes

El equipo detecta la trama y se sincroniza Trama Ethernet Preámbulo El primer campo es el preámbulo que indica el inicio de la trama y tienen el objeto de que el dispositivo que lo recibe detecte una nueva trama y se sincronice. MEDIO DE TRANSMISIÓN El equipo detecta la trama y se sincroniza RED LAN TRAMA ETHERNET Preámbulo Trama Ethernet

Información útil de la trama Ethernet Delimitador de inicio de trama El delimitador de inicio de trama indica donde realmente inician los campos de información útil Medio de transmisión RED LAN TRAMA ETHERNET DELIMITADOR DE INICIO DE TRAMA Información útil de la trama Ethernet Inicio de la información útil de la trama

Trama Ethernet Campos MAC Los campos MAC (o de dirección) de destino y origen indican las direcciones físicas del dispositivo al que va dirigido los datos y el dispositivo origen de los datos respectivamente. RED LAN Dirección MAC de destino TRAMA ETHERNET Dirección MAC de origen xx xx xx xx xx xx MAC de destino MAC de origen yy yy yy yy yy yy xx xx xx xx xx xx yy yy yy yy yy yy

Trama Ethernet Etiqueta 802.1Q VLAN X La etiqueta es un campo opcional que indica la pertenecía a una VLAN. Todos los dispositivos de interconexión que soportan VLAN deben seguir el estándar IEEE 802.1Q que especifica con detalle el funcionamiento y administración de redes virtuales. La etiqueta añade 4 bytes al encabezado original. El valor del campo de tipo se cambia por 0x8100 para señalar el cambio en el formato de trama. VLAN Y TRAMA ETHERNET Etiqueta 802.1Q Indica la pertenecía a una VLAN

Trama Ethernet Longitud y tipo Para la trama Ethernet este campo determina el tipo de trama que se esta enviando. Para el campo de longitud, este valor indica el numero de bytes del campo de datos. TRAMA ETHERNET TIPO Y LONGITUD

Trama Ethernet Encabezado y datos Indica con que protocolo están encapsulados los datos que contiene la Payload, en caso de que se usase un protocolo de capa superior. TRAMA ETHERNET PAYLOAD ENCABEZADO Y DATOS Contiene la Payload donde van todos los datos y en el caso correspondiente, cabeceras de otros protocolos de capas superiores que pudieran formatear a los datos que se transmiten. Tiene un mínimo de 46 Bytes ( o 42 si es la versión 802.1Q) hasta un máximo de 1500 Bytes

Trama Ethernet Secuencia de verificación de trama (FCS) La secuencia de verificación es un campo de 4 Bytes que contiene un valor de verificación CRC (Controlo de Redundancia Cíclica ). El emisor calcula el CRC de toda la trama, desde el campo de destino al campo CRC. INICIO TRAMA ETHERNET FINAL MAC DE DESTINO FCS Calculo el CRC desde el campo de destino al campo FCS Suponiendo que vale 0. El receptor lo recalcula, si el valor calculado es 0 la trama es válida

Espacio entre tramas y postergación El espacio mínimo entre dos tramas que no han sufrido una colisión recibe el nombre de espacio entre tramas Se mide desde el ultimo bit del campo del FCS de la primera trama hasta el primer bit del preámbulo de la segunda trama. PRIMER BIT TRAMA ETHERNET TRAMA ETHERNET ULTIMO BIT El propósito del intervalo es permitir que la estaciones lentas tenga tiempo para procesar la trama anterior y prepararse para la siguiente trama. Espacio entre tramas

Espacio entre tramas y postergación El tiempo entre tramas se reduce a medida que aumenta la velocidad de Ethernet VELOCIDAD SEPARACION ENTRE TRAMA TIEMPO NECESARIO 10Mbps 96 Tiempos de bits 9.6useg 100Mbps 0.96useg 1Gbps 0.096useg 10Gbps 0.0096useg

Espacio entre tramas y postergación La postergación es el tiempo que espera una estación involucrada en una colisión antes de volver a intentar trasmitir datos El tiempo es mayor si se siguen produciendo colisiones Colisión TRAMA A TRAMA B TRAMA ETHERNET Trama esperando a ser enviada El tiempo es aleatorio para evitar que dos estaciones esperen el mismo tiempo para volver a intentar trasmitir datos Si tras 16 intentos la trama no se envía la trama, se descarta

Espacio entre tramas y postergación Este tiempo se calcula en base del valor de la ranura temporal. VELOCIDAD RANURA TEMPORAL INTERVALO DE TIEMPO 10Mbps 512 Tiempos de bits 51.2useg 100Mbps 5.12useg 1Gbps 4096 Tiempos de bits 4.096useg 10Gbps NO APLICA