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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
DECADA DE LOS 70
A partir de ALOHANET, Bob Metcalfe, junto David Boggs crearon la Tecnología Ethernet para trasmitir información en redes locales .
DECADA DE LOS 80
Primeras redes Ethernet
1985
IEEE estandariza Ethernet en la norma 802.3
1995 1998 2002
IEEE publica el estándar Ethernet para 100Mbps
IEEE publica el estándar Ethernet para 1Gbps
IEEE publica el estándar Ethernet para 10Gbps
Características de Ethernet Ethernet tiene las siguientes características:
PASIVO
TOPOLOGIA
FALLAS
MULTIPLES PROTOCOLOS
No requiere una fuente de alimentación propia
Solo falla cuando se corta el cable físicamente o su terminación sea incorrecta
Se conecta en una topología de bus en la que el cable esta terminado en ambos extremos
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.Implementación del protocolo CSMA/CD en la LAN
Trama en espera de ser transmitida
Trama en espera de ser transmitida
Trama en espera de ser transmitida
Trama en siendo transmitida
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.
Capa física
LLC
MAC
MODELO OSI
CAPA DE ENLACE DE DATOS
CAPA FISICAETHERNET
CAPA DE ENLACE DE DATOS
MAC 802.3
LLC 802.2
Los protocolos de la capa física y de la capa
de enlace de datos definen a Ethernet
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
CAPA FISICA
CONTROL DE ENLACE LOGICO
CONTROL DE ENLACE FISICO
Estándar IEEE 802.3
Estándar IEEE 802.2
Ethernet y el modelo OSIEstándar 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
Delimitación de trama
Direccionamiento
Detección de errores
Control de la colocación de la trama
dentro y fuera del medio
Recuperación por fallos debido a
colisiones
Ethernet y el modelo OSI
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).
Estándar 802.3
1
9
2
8
4
3
7
5
6 10
11
12
13
14
si
no
si
no
no
si si
no
1. El host desea trasmitir2. ¿ Se ha detectado la portadora ?3. Ensamblar trama4. Inicio de la transmisión5. ¿ Se ha detectado una colisión ?6. Seguir transmitiendo7. ¿ Se realizo la trasmisión ?8. Trasmisión completa9. Señal de atascamiento de broadcast10.Intentos=intentos+111.Intentos>¿ Demasiado ?12.Demasiadas colisiones; interrumpir la
trasmisión 13.El algoritmo calcula la postergación14.Esperar t microsegundos
ALGORITMO DEL PROTOCOLO CSMA/CD
Ethernet y el modelo OSIEstándar 802.2Para Ethernet, el estándar IEEE 802.2 describe las funciones de la sub capa LLC (Control de enlace lógico).
Establece comunicación con las capas superiores
Entrama el paquete en la capa de red
Identifica el protocolo de la capa de red
Permanece relativamente independiente del equipo físico
CAPA FÍSICA
CAPAS SUPERIORES
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO
CONTROL DE ENLACE LOGICO
FUNCIONESSe encarga de la comunicación entre las capas superiores y las
inferiores
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 de estrella física
HUB HUB
Este diseño permite a Ethernet operar lógicamente
como un bus, pero físicamente el bus solo existe en el
HUB.
Topología lógica de bus
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.
Todos los dispositivos conectados a la LAN de Ethernet tiene interfaces con direcciones MAC incluidos los
host, impresoras, router y switches
Dirección física Dirección física Dirección física Dirección física
Medio de transmisión
Las direcciones MAC de EthernetLa 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 organizacionalOUI
Asignado por el fabricante
XX XX XX XX XX XX
24 BITS / 6 HEXADECIAMLES 24 BITS / 6 HEXADECIAMLES
Estructura de la dirección
MAC de Ethernet
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
PreámbuloDelimitador de inicio de
trama
MAC de destino
MAC de origen
Etiqueta 802.1Q
(opcional)
Longitud /Tipo
Encabezado y datos
Secuencia de verificación de
trama (FCS)
7 Bytes 4 Bytes46 a 15000 Bytes2 Bytes4 Bytes6 Bytes1 Bytes 6 Bytes
Trama Ethernet
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.
Preámbulo
Preámbulo Trama Ethernet
El equipo detecta la trama y se sincroniza RED LAN
MEDIO DE TRANSMISIÓN
TRAMA ETHERNET
Trama Ethernet
El delimitador de inicio de trama indica donde realmente inician los campos de información útil
Delimitador de inicio de trama
Información útil de la trama Ethernet
Inicio de la información útil de la trama
RED LANMedio de transmisión
TRAMA ETHERNET
DELIMITADOR DE INICIO DE
TRAMA
Trama Ethernet
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.
Campos MAC
RED LAN
Dirección MAC de destino Dirección MAC de origen
xx xx xx xx xx xx yy yy yy yy yy yyMAC de destino
MAC de origen
TRAMA ETHERNET
xx xx xx xx xx xx yy yy yy yy yy yy
Trama Ethernet
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.
Etiqueta 802.1QVLAN X
VLAN Y
TRAMA ETHERNETEtiqueta 802.1Q
Indica la pertenecía a una VLAN
Trama Ethernet
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.
Longitud y tipo
TRAMA ETHERNET
TIPO Y LONGITUD
Trama Ethernet
Indica con que protocolo están encapsulados los datos que contiene la Payload, en caso de que se usase un
protocolo de capa superior.
Encabezado y datos
ENCABEZADO Y DATOS
TRAMA ETHERNET
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.
PAYLOAD
Tiene un mínimo de 46 Bytes ( o 42 si es la versión 802.1Q) hasta un máximo de 1500 Bytes
Trama Ethernet
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.
Secuencia de verificación de trama (FCS)
Calculo el CRC desde el campo de destino al campo FCS
INICIO FINALTRAMA ETHERNET
MAC DE DESTINO
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
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.
Espacio entre tramas
TRAMA ETHERNET TRAMA ETHERNET
El propósito del intervalo es permitir que la estaciones lentas tenga tiempo
para procesar la trama anterior y prepararse para la siguiente trama.
ULTIMO BIT
PRIMER BIT
Espacio entre tramas y postergación
VELOCIDAD SEPARACION ENTRE TRAMA TIEMPO NECESARIO
10Mbps 96 Tiempos de bits 9.6useg
100Mbps 96 Tiempos de bits 0.96useg
1Gbps 96 Tiempos de bits 0.096useg
10Gbps 96 Tiempos de bits 0.0096useg
Espacio entre tramas
El tiempo entre tramas se reduce a medida que aumenta la velocidad de Ethernet
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
Colisión TRAMA A TRAMA B
El tiempo es aleatorio para evitar que dos estaciones esperen el
mismo tiempo para volver a intentar trasmitir datos
El tiempo es mayor si se siguen produciendo colisiones
Si tras 16 intentos la trama no se
envía la trama, se descarta
Postergación
Trama esperando a ser enviada
TRAMA ETHERNET
Espacio entre tramas y postergación
Este tiempo se calcula en base del valor de la ranura temporal.
Postergación
VELOCIDAD RANURA TEMPORAL INTERVALO DE TIEMPO
10Mbps 512 Tiempos de bits 51.2useg
100Mbps 512 Tiempos de bits 5.12useg
1Gbps 4096 Tiempos de bits 4.096useg
10Gbps NO APLICA NO APLICA