Ethernet

Fundamentos de Ethernet.
Ing. Camilo Zapata
[email protected]
Universidad de Antioquia
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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”.
De qué hablaremos?
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Ethernet.
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CSMA/CD
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Colisiones
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Dominios de Colision y Dominios de Broadcast
Trama Ethernet
Qué es Ethernet?
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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.
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El protocolo consta de 3 componentes:
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Una serie de directivas del nivel físico.
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Un formato de Trama.
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Un mecanismo de Control de Acceso al Medio.
Estándares Ethernet
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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.
Ethernet II
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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 IEEE 802.3
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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
Ethernet II vs IEEE 802.3
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Ethernet II trata al nivel de enlace de datos como una sola entidad.
IEEE las divide en dos subniveles:
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Control de Enlace Lógico (LLC)
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Control de Acceso al Medio (MAC) Identificadores Abreviados
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El IEEE es responsible de los indentificadores abreviados que se utilizan cuando se hace referencia a una especificación “Ethernet”
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10Base5
10Base2
10Base­T
100BaseTX
100BaseFX
CSMA/CD
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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!!!
Desea enviar datos?
Escuche la Red?
Restablecer Transmisión
Red Ocupada!!!
Vuelva atras!!
Red Desocupada!!!
Transmita Datos y Escuche la Red!!
No se detecto Colisión!!!
Transmisión Completa!!!
Colisión Detectada!!!
Transmita Señal de Interferencia!!
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Cada uno de los nodos de la Red se encontrará siempre en uno de los siguientes estados:
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Transmisión.

Cotienda.

Inactivo
B se quiere comunicar con D
Red Desocupada!!!
C
A
D
B
1
0 1 0
1
1
0
B se quiere comunicar con D
Red Ocupada!!!
C
A
101011100101
D
B
1
0 1 0
1
1
0
Restablecer Transmisión!!!
B se quiere comunicar con D
Colisión!!
101011100101
Red Desocupada!!
C
A
B
101011100101
D
Colisiones
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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.
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Cuando los niveles de tráfico resultan excesivos es preferible utilizar dispositivos de interconexión de Red para “romper” los dominios de Colisión.
Dominios de Colisión y de Broadcast
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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. Colisiones tardías
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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.
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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
Colisión tardía!!
Red Desocupada!!!
C
A
1010101
D
B
0
1
1
0
Directrices del Cableado
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El estandar tambien impone límites en el número de repetidores que se pueden utilizar en un mismo dominio de colisiones.
Este límite es necesario para evitar las colisiones tardías.
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Segmento de Enlace: es una “porción” de cable que une solamente dos nodos.
Segmento Mixto: une más de dos.
Cual de estos dos segmentos es el que se utiliza en la actulidad?
De los medios YA estudiados, cual utiliza segmentos mixtos?
Regla 5­4­3
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Los estandares Ethernet establecen que, en un mismo dominio de colisión, la ruta escogida entre dos nodos de la Red no puede contener más de cinco segmentos de cable, unidos por cuatro repetidores, y que solo tres de los segmentos pueden ser segmentos mixtos. Segmentos Mixtos
La Trama Ethernet
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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.
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 (46 ­ 1500 bytes)
Secuencia de Comprobación de Trama (4 bytes)
Preámbulo y Delimitador de Comienzo de Trama
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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 Dirección Destino y Dirección Origen
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El campo de dirección destino indica 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.
Longitud
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Indica cuantos datos, en byte, transporta la carga útil de la trama.
Indica solamente los datos reales de la capa inmediatamente superior.
Datos y relleno
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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.
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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. Secuencia de Comprobación de Trama
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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. La Trama IEEE 802.3
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Cuando un nodo lee la cabecera de un trama Ethernet, la única manera de reconocer si esta es Ethernet II o IEEE 802.3 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)
Subnivel de Control de Enlace Lógico (LLC)
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Conocida como 802.2
Puede proporcionar una variedad de servicios a los protocolos de Capa de Red:
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

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. 
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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? DSAP (1 bytes)
SSAP (1 bytes)
CONTROL (1 o 2 bytes)
Datos y relleno del IEEE 802.3 (43 o 14972 bytes)
DSAP y SSAP
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Indica la ubicación en los bufferes de memoria del nodo destino/origen donde deberían almacenarse los datos de la trama.
Control
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Implementa la variedad de servicios mencionados anteriormente.
La Cabecera SNAP
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Ya que IEEE no cuenta con un campo “Etertype”, debe de alguna manera, implementar un mecanismo que le permita reconocer el protocolo de Capa de Red que debe procesar la información.
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Para esto se utliza el “protocolo” SNAP
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Consta de 5 bytes.
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 802.3 (38 o 14967 bytes)
Ethernet Full­Duplex
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En modo full­duplex 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 full­duplex se IGNORA el mecanismo CSMA/CD.
Requisitos para operar en Full­Duplex
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El medio de transmisión.
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Un canal de TX
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Un canal de RX
NIC y dispositivos de interconexión que soporten este modo de operación.
Cual es el modo de funcionamiento de un Hub? Tarea #3
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Defina los siguientes términos:
 Unicast
 Multicast
 Broadcast
Suponga que el contenido de una trama es el patrón 1010101010101011 y que se está utilizando un esquema de paridad par. Cual debería ser el valor del campo Suma de Comprobación en un esquema de paridad de bit único?
Gracias!!!