APUNTES CCNA1

CCNA
CAPITULO 1
TCP/IP: Transmisión Control Protocol/Internet Protocol. Ambos definen y referencian una
larga colección de protocolos que permiten a los computadores comunicarse.
OSI: Open System Interconnection
Protocolo: Conjunto de reglas lógicas que los dispositivos deben seguir para poder establecer
comunicación. Para definir un protocolo, TCP/IP usa documentos llamados Requests For
Comments (RFC). El TCP/IP evita repetir trabajo ya hecho por algún otro estándar o modelo
mediante la indicación de la referencia a dicho modelo.
Para entender el modelo de networking, cada modelo divide las funciones en un número
pequeño de categorías llamadas capas. Cada capa incluye protocolos y estándards relacionada
con esa categoría de funciones.
Modelo original listado en el RFC 1122. A y T se enfocan más en las aplicaciones que necesitan
enviar y recibir data. L está enfocada en como transmitir bits sobre cada enlace individual con
la capa I enfocada en enviar data sobre la ruta entera desde la computadora transmisora hasta
la computadora destino final.
TCP/IP CAPA APLICACIÓN. Provee servicios al software de aplicación que está corriendo en el
usuario final. La capa aplicación no define una aplicación de por si, pero define servicios que
las aplicaciones necesitan. La capa aplicación provee una interface entre el software que está
operando en una computadora y la red misma.
HTTP. Define como los exploradores web pueden jalar el contenido de una página web de un
servidor web. Para hacer una solicitud de una página web y retornar el contenido de la página
web.
Paso 1. Bob envía un mensaje con una cabecera HTTP. Generalmente, los protocolos usan las
cabeceras como un lugar para poner información usada por ese protocolo. Esta cabecera HTTP
incluye la solicitud GET un archivo. La solicitud típicamente contiene el nombre del archivo
(home.htm en este caso), o si ningún nombre de archivo es mencionado, el servidor web
asume que Bob quiere la página web por defecto.
Paso 2. En la figura 1.6 se muestra la respuesta del servidor web Larry. El mensaje comienza
con una cabecera HTTP, con un código de retorno (200), que significa algo como un simple OK
retornando en la cabecera. HTTP además define otros códigos de retorno tal que el servidor
pueda decirle al explorador si la solicitud funcionó. Si busca una página que no se encuentra
entonces recibirá un código 404 que corresponde al error: “no encontrado”. El segundo
mensaje además incluye la primera parte del archivo solicitado.
Paso 3. En la figura 1.6 se muestra otro mensaje del servidor web Larry para el navegador web
Bob, pero esta vez sin una cabecera HTTP. HTTP transfiere la data enviando múltiples
mensajes, cada uno con una parte del archivo. En vez de desperdiciar espacio enviando
cabeceras HTTP repetidamente que llevan la misma información, éstos mensajes adicionales
simplemente omiten la cabecera.
TCP/IP CAPA TRANSPORTE. Aunque existen varios protocolos de la capa aplicación de TCP/IP ,
la capa de transporte de TCP/IP incluye un número más pequeño de protocolos. Los dos
protocolos de la capa de transporte comúnmente más usados son Transmission Control
Protocol (TCP) y el User Datagram Protocol (UDP). Los protocolos de la capa de transporte
proveen servicios a los protocolos de la capa aplicación que residen una capa más arriba en el
modelo TCP/IP. ¿Y cómo lo hace? En esta sección se introduce un concepto enfocándose en
un servicio simple proveído por TCP: error recovery.
Error recovery: El servicio de error recovery provee servicio a los protocolos de la capa de
aplicación mediante el TCP. Por ejemplo, Bob y Larry usan HTTP para transferir la página home
desde el servidor web Larry hasta el navegador de internet Bob. Pero que pasaría si la solicitud
HTTP GET de Bob se pierde en el tránsito a través de la red TCP/IP? ¿O Que pasaría si la
respuesta de Larry, la cual incluye contenido de la página home, se pierde? La página no se
mostraría en el navegador de internet Bob. TCP/IP necesita un mecanismo que garantice el
envío de data a través de la red, el creador de TCP/IP incluye una característica error recovery.
Para recuperarse de los errores, TCP usa el concepto de acknowledgments (reconocimientos).
La figura 1.7 resume la idea básica detrás de como TCP avisa la pérdida de data y pide al
transmisor enviar otra vez.
En la figura 1-7 muestra al servidor web Larry enviando una página web al navegador web Bob,
usando 3 mensajes separados. Se puede ver que la figura muestra la misma cabecera HTTP
pero además muestra una cabecera TCP. La cual muestra un número de secuencia (SEQ) con
cada mensaje. En este ejemplo, la red tiene un problema y falla al enviar el mensaje TCP con
número de secuencia número 2. Cuando Bob recibe los mensajes con número de secuencia 1 y
3 pero no recibe el mensaje con número de secuencia 2. Bob se da cuenta que se perdió el
mensaje con número de secuencia 2. Debido a esto, Bob envía un segmento TCP de vuelta a
Larry, pidiendo a Larry que envíe el mensaje 2 otra vez.
Interacciones de misma capa y capa adyacente.
Interacción de capa adyacente. Se refiere al concepto de como las capas adyacentes en un
modelo networking, en la misma computadora, trabajan juntos. En este ejemplo, el protocolo
de capa más alta (HTTP) quiere un error recovery, y la capa más alta usa el protocolo de la
siguiente capa baja (TCP) para realizar el servicio de error recovery; la capa más baja provee un
servicio a la capa que está encima.
Interacción de misma capa. Cuando una capa particular en una computadora quiere
comunicarse con la misma capa en otra computadora, las dos computadoras usan cabeceras
que para guardar la información que ellos quieren comunicar. En este ejemplo, en la figura 1.7
Larry indica los números de secuencia 1, 2 y 3 así Bob se puede dar cuenta cuando alguno de
los mensajes no llega. El proceso de TCP de Larry creó esa cabecera TCP con el número de
secuencia; el proceso TCP de Bob recibió y reaccionó a los segmentos TCP.
TCP/IP CAPA DE RED. La capa de aplicación incluye varios protocolos. La capa de transporte
incluye pocos protocolos, más probable, TCP y UDP. La capa red de TCP/IP incluye un número
pequeño de protocolos, pero solo un protocolo mayor: Internet Protocol (IP). De hecho, el
nombre TCP/IP es simplemente el nombre de los dos protocolos más comunes TCP e IP. IP
provee varias características, entre las más importantes, direccionamiento y enrutamiento.
Internet Protocol y el Postal Service. Imagina que escribes dos cartas: uno a un amigo al otro
lado del país y otro a un amigo al otro lado de la ciudad. Tu direccionas los sobres y pones las
estampillas, así ambas están listas para llevarlas al servicio postal. ¿Hay mucha diferencia en
como tratas cada carta? No realmente. Típicamente, tú los pondrías en el mismo buzón y
esperas que el servicio postal lleve las cartas. El servicio postal, sin embargo, debe pensar
acerca de cada carta separadamente, y luego tomar una decisión de hacia dónde enviar cada
carta y enviarla. Para la carta enviada a través de la ciudad, la persona en el servicio postal
local probablemente solo necesita poner la carta en otro camión. Para la carta que necesita ir a
través del país, el servicio postal envía la carta a otra oficina postal, luego a otra y asi
sucesivamente hasta que la carta sea enviada a través de todo el país. En cada oficina postal, el
servicio postal debe procesar la carta y debe escoger hacia donde enviarla después. Para
completar todo el trabajo, el servicio postal tiene rutas regulares para pequeños camiones,
camiones grandes, aviones, botes, etc, para trasladar la carta entre las oficinas postales. El
servicio debe estar disponible para recibir y reenviar las cartas y debe tomar buenas decisiones
acerca de donde enviar la carta.
Las capas aplicación y transporte del modelo TCP/IP actúan como la persona que envía cartas a
través del servicio postal. Estas capas superiores trabajan de la misma manera sin importar si
la computadora de usuario final está en el mismo LAN o están separadas por la Internet
completa. Para enviar un mensaje estas capas superiores piden a la capa debajo de ellas, la
capa de red, enviar el mensaje. Las capas inferiores del modelo TCP/IP actúan más como el
servicio postal para llevar estos mensajes al destino correcto. Además, deben entender la red
física inferior porque deben escoger la mejor forma de como enviar la data de un usuario a
otro.
Por lo tanto, la capa de red del modelo TCP/IP, primeramente definida por el Internet Protocol
(IP), opera como el servicio postal. IP define que cada computadora de usuario debe tener
diferente dirección IP, tanto como el servicio postal define un direccionamiento que permite
direcciones únicas para cada casa, departamento o negocio. Similarmente, IP define el proceso
de enrutamiento de modo que los dispositivos llamados routers puedan funcionar como el
servicio postal, reenviando paquetes de data de modo que puedan entregarlos al destino
correcto. Tal como el servicio postal crea la infraestructura necesaria para entregar las cartas
(oficina postal, máquinas de clasificación, camiones, aviones, y personal) la capa de red define
los detalles de cómo una infraestructura de red debe ser creada de modo que la red pueda
entregar data a todo los computadores en la red.
Direccionamiento IP. IP define direcciones por varias importantes razones. Primero, cada
dispositivo que usa TCP/IP – cada TCP/IP usuario – necesita una dirección única de forma que
pueda ser identificado en la red. IP además define como agrupar las direcciones, tal como el
sistema postal agrupa direcciones basadas en el código postal.
En la figura 1-9 se muestra algunas direcciones IP de ejemplo. Cada dirección tiene 4 números
separados por un punto. En este caso, Larry tiene la dirección 1.1.1.1 y Bob la dirección 2.2.2.2.
Este estilo de numeración es llamado notación punto decimal (dotted-decimal notation DDN).
Además se muestran 3 grupos de direcciones (1.---, 2.---, 3.---). También se pueden ver iconos
que representan routers. Routers son dispositivos de conexión que conectan las partes de la
red TCP/IP para el propósito de enrutar (reenviar) paquetes IP al destino correcto. Los routers
hacen el trabajo equivalente al de la oficina postal: Reciben paquetes IP en varias interfaces
físicas, toman direcciones basadas en las direcciones IP incluidas con el paquete, y luego
físicamente reenvían el paquete fuera por otra interface de red.
Enrutamiento IP. La capa red del modelo TCP/IP, usando el protocolo IP, provee un servicio de
reenvío de paquetes IP de un dispositivo a otro. Cualquier dispositivo con una dirección IP
puede conectarse a la red TCP/IP y enviar paquetes.
En la figura 1-10 se repite el caso familiar en el cual el servidor web Larry quiere mandar parte
de una página web a Bob, pero ahora con los detalles relacionados a IP. El servidor web tiene
la data, cabecera HTTP y cabecera TCP listos para enviar. Además, el mensaje ahora contiene
una cabecera IP. La cabecera IP contiene una dirección IP origen de la dirección IP de Larry y
una dirección IP destino de la dirección IP de Bob.
Paso 1. Empieza con Larry listo para enviar un paquete IP. El proceso IP de Larry elige enviar un
paquete a algún router – un router cercano en la misma LAN – con la expectativa de que el
router sepa como reenviar el paquete. Larry no necesita saber nada más acerca de la topología
o de los otros routers.
Paso 2. Router R1 recibe el paquete IP, y el proceso IP de R1 toma una decisión. R1 ve la
dirección destino, compara esa dirección con sus rutas IP conocidas, y elige reenviar el paquete
al router R2. Este proceso de reenvio de paquete IP es llamado IP routing (o simplemente
routing).
Paso 3. Router 2 repite el mismo tipo de lógica usada por R1. El proceso IP de R2 comparará la
dirección IP destino del paquete con las rutas IP conocidas de R2 y hará una elección para
reenviar el paquete hacia Bob.
TCP/IP CAPA DE ENLACE (ENLACE DE DATOS Y FISICA). La original capa de enlace del modelo
TCP/IP define los protocolos y hardware requeridos para entregar data a través de alguna red
física. El término enlace se refiere a las conexiones físicas, o enlaces, entre dos dispositivos y
los protocolos usados para controlar estos enlaces. Justo como toda capa en cualquier modelo
de networking, la capa de enlace de TCP/IP provee servicios a la capa que está encima de ella
en el modelo. Cuando un proceso IP de usuario o router elije enviar un paquete IP a otro
router o usuario, entonces ese usuario o router usa detalles de la capa de enlace para enviar el
paquete al siguiente usuario o router. Debido a que cada capa provee un servicio a la capa
ubicada encima de ella. En la figura 1-10 la lógica IP del usuario Larry elije enviar el paquete IP
al router más cercado (R1), sin mencionar el Ethernet debajo. La red Ethernet, que implementa
los protocolos de enlace, debe ser usada para entregar el paquete desde el usuario Larry a
través del router R1. En la siguiente figura se muestra que ocurre en la capa de enlace para
permitir a Larry enviar paquete IP a R1.
Paso 1. Larry encapsula el paquete IP entre una cabecera Ethernet y trailer Ethernet, creando
una trama Ethernet.
Paso 2. Larry físicamente transmite los bits de esta trama Ethernet, usando fluido eléctrico
sobre el cableado Ethernet.
Paso 3. R1 físicamente recibe la señal eléctrica sobre el cable, y re-crea los mismos bits
interpretando el significado de las señales eléctricas.
Paso 4. R1 desencapsula el paquete IP de la trama Ethernet removiendo y descartando la
cabecera y tráiler Ethernet.
Al final de este proceso, los procesos de la capa enlace en Larry y R1 han trabajado juntos para
entregar el paquete desde Larry hasta el router R1.
La capa enlace de TCP/IP incluye dos funciones distintas: función relacionada a la transmisión
física de la data, más los protocolos y reglas que controlan el uso del medio físico. El modelo
TCP/IP de cinco capas simplemente divide la capa enlace en dos capas (enlace de datos y física)
para relacionar esta lógica.
Comparando modelos TCP/IP original y moderno. El modelo original TCP/IP define una capa
simple – capa de enlace – debajo de la capa de red. Las funciones definidas en la capa de
enlace original pueden dividirse en dos categorías mayores: funciones relacionadas
directamente con la transmisión física de la data y las están relacionadas indirectamente con la
transmisión física de data. Por ejemplo, en los 4 pasos mostrados en la figura 1-11. Los pasos 2
y 3 fueron específicamente para enviar la data, pero los pasos 1 y 4 – encapsulación y des
encapsulación – donde solo se relacionan indirectamente.
Hoy en día la mayoría de documentos usan una versión moderna del modelo TCP/IP, como se
muestra en la figura 1-12. Comparando los dos, las capas superiores son idénticas, excepto el
nombre de Internet cambia a Network. Las capas inferiores difieren en que la capa de enlace
simple en el modelo original es dividido en dos capas para relacionar la división de los detalles
de transmisión física de las otras funciones.
Terminología de encapsulación de data. Como se puede ver de la explicación de como HTTP,
TCP, IP y Ethernet hacen sus trabajos, cada capa agrega su propia cabecera (y para los
protocolos, además un trailer) a la data suministrada por la capa superior. El término
encapsulación se refiere al proceso de poner cabeceras (y algunos tráilers) alrededor de la
data. Varios de los ejemplos de éste capítulo muestran el proceso de la encapsulación. Por
ejemplo, el servidor web Larry encapsula el contenido de la página home dentro de una
cabecera HTTP en figura 1-6. La capa TCP encapsula la cabecera HTTP y la data dentro de una
cabecera TCP en la figura 1-7. IP encapsula las cabeceras TCP y la data dentro de una cabecera
IP en la figura 1-10. Finalmente, la capa de enlace Ethernet encapsula los paquetes IP dentro
de una cabecera y un tráiler en figura 1-11.
El proceso por el cual un usuario TCP/IP envía data puede ser visto como un proceso de 5
pasos. Los primeros 4 pasos son relativos a como la encapsulación es realizada por las 4 capas
TCP/IP, y el último paso es la transmisión física actual de la data por el usuario. De hecho, si
usas el modelo TCP/IP de cinco capas, un paso corresponde al rol de cada capa. Los pasos
están resumidos en la siguiente lista:
Paso 1. Crea y encapsula la data de la aplicación con alguna cabecera de capa aplicación
requerida. Por ejemplo, el mensaje HTTP OK puede retornar en una cabecera HTTP, seguido
por parte del contenido de la página web.
Paso 2. Encapsula la data suministrada por la capa aplicación dentro de la cabecera de capa
transporte. Para aplicaciones de usuario final, una cabecera TCP o UDP esta típicamente usada.
Paso 3. Encapsula la data suministrada por la capa transporte dentro de una cabecera de capa
de red (IP). IP define la dirección IP que identifica únicamente a cada computadora.
Paso 4. Encapsula la data suministrada por la capa de red dentro de una cabecera y tráiler de
la capa enlace de datos. Esta capa usa ambos: una cabecera y un tráiler.
Paso 5. Transmite los bits. La capa física codifica una señal dentro de un medio para transmitir
la trama.
Nombre de los mensajes TCP/IP. Finalmente, tener particular cuidado para recordar los
términos segmento, paquete y trama y el significado de cada uno. Cada término se refiere a
diferente capa.
La figura 1-14 además muestra la data encapsulada como simplemente “data”. Cuando nos
enfocamos en el trabajo hecho por una capa particular, la data encapsulada típicamente es
insignificante. Por ejemplo, un paquete IP puede ciertamente tener una cabecera TCP después
de la cabecera IP, una cabecera HTTP después de la cabecera TCP, y data para una página web
después de la cabecera HTTP. Sin embargo, cuando se analiza IP, probablemente solo
interesará la cabecera IP, así todo después cabecera IP es llamado solo data. Así, cuando
dibujas paquetes IP, todo después de la cabecera IP es típicamente mostrado solamente como
data.
MODELO OSI
El modelo OSI tiene varias similitudes con el modelo TCP/IP desde una perspectiva de
concepto básico. Él tiene 7 capas, y cada capa define un conjunto de funciones típicas de
networking. Cada capa OSI se refiere a múltiples protocolos y estándares que implementan las
funciones específicas por cada capa. El modelo OSI puede ser usado como un estándar de
comparación para otros modelos de networking.
Incluso hoy, los documentos de networking siempre describen los protocolos y estándares
refiriéndose a las capas OSI, ambos por número de capa y nombre de capa. Por ejemplo, una
descripción común de una switch LAN es “switch capa 2” con “capa 2” refiriéndose a la capa 2
OSI. Debido a que OSI tenía un conjunto de funciones bien definidas asociadas con cada una de
las 7 capas, si tú conoces estas funciones, puedes entender cuando las personas se refieren a
un producto o función por su capa OSI.
Capa 7. Aplicación. Provee una interface de la aplicación a la red proporcionando un protocolo
con acciones significativas para la aplicación, por ejemplo, “get web page objetc”.
Capa 6. Presentación. Esta capa negocia los formatos de la data, como el texto ASCII, tipo de
imagen JPG.
Capa 5. Sesión. Esta capa provee métodos para agrupar múltiples mensajes bidireccionales en
un grupo de trabajo para una fácil administración y un fácil respaldo de trabajo que sucede si
el grupo de trabajo entero falla.
Capa 4. Transporte. En función, tanto como la capa transporte de TCP/IP. Esta capa se enfoca
en la entrega de data entre los dos usuarios finales (ejemplo error recovery).
Capa 3. Red. Como la capa red de TCP/IP (Internet), esta capa define el direccionamiento
lógico, enrutamiento (reenvío), y protocolos de enrutamiento usados para aprender rutas.
Capa 2. Enlace de datos. Como la capa de enlace de datos de TCP/IP, esta capa define los
protocolos para entregar data sobre un tipo simple particular de red física (por ejemplo, los
protocolos de enlace de datos Ethernet).
Capa 1. Física. Esta capa define las características físicas de un medio de transmisión,
incluyendo conectores, pines, uso de pines, corriente eléctrica, codificación, modificación de
luz, etc.
Capa OSI Conceptos y Beneficios.
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Menos complejidad. Comparando con el no uso de modelo de capas, los modelos de
red rompen los conceptos en pequeñas partes.
Interfaces estándares. Las definiciones de interface estándar entre cada capa
permiten a múltiples vendedores crear productos que cumplen un rol particular, con
todos los beneficios de libre competencia.
Fácil de aprender. Los humanos pueden discutir y aprender más fácilmente acerca de
varios detalles de una especificación de protocolo.
Más fácil de desarrollar. Reduce la complejidad permitiendo cambios más fáciles en
los programas y más rápido desarrollo del producto.
Inter operatividad multi vendedor. Creación de productos para cumplir con los
mismos estándares de red significa que las computadoras y equipos de red de varios
proveedores pueden trabajar en la misma red.
Ingeniería modular. Un vendedor puede escribir software que implementa en las
capas superiores y otro vendedor puede escribir software que implementa en las
capas inferiores.
Terminología de la encapsulación OSI
Como el modelo TCP/IP, cada capa OSI solicita servicios de la capa de nivel más bajo. Para
proveer los servicios, cada capa hace uso de la cabecera y posiblemente de un tráiler. La capa
más baja encapsula la data de la capa más alta detrás de una cabecera.
OSI usa términos más genéricos para referirse a los mensajes, en vez de trama, paquete, y
segmento. OSI usa el término unidad de data de protocolo (Protocol Data Unit PDU). Un PDU
representa los bits que incluyen las cabeceras y tráiler para esa capa, además de la data
encapsulada. Por ejemplo, un paquete IP, como se muestra en la figura 1-14, usando
terminología OSI, es un PDU, más específicamente un PDU de capa 3 (en forma abreviada
L3PDU) porque IP es un protocolo de capa 3. OSI simplemente se refiere al número de capa y
PDU (LxPDU).
CAPITULO 2
FUNDAMENTOS DE ETHERNET LAN
La mayoría de redes empresariales pueden clasificarse en dos tipos generales de tecnología:
redes de área local (LAN) y redes de área ancha (WAN). LAN típicamente conecta dispositivos
cercanos: dispositivos en el mismo cuarto, en el mismo edificio o en un campus de edificios.
En contraste, WAN conecta dispositivos relativamente muy alejados. Juntos, LAN y WAN crean
una red completa de computadoras empresarial, trabajando juntos para hacer el trabajo de
una red de computadoras: entregar data de un dispositivo a otro.
El término Ethernet se refiere a la familia de estándares LAN que juntos definen las capas física
y enlace de datos de la tecnología LAN más popular del mundo. Los estándares, definidos por
el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (Institute of Electrical and Electronics
Engineers IEEE), define el cableado, los conectores en los extremos de los cables, las reglas de
los protocolos, y todo lo demás requerido para crear una LAN Ethernet.
TIPICAS LAN SOHO. Small Office / Home Office LAN específicamente es una LAN que usa sólo
tecnología Ethernet LAN. Primero, la LAN necesita un dispositivo llamado switch Ethernet LAN,
el cual provee varios puertos físicos en los cuales los cables pueden ir conectados. Un Ethernet
usa cables Ethernet, el cual es una referencia general para cualquier cable que conforma
cualquiera de los varios estándares Ethernet. El LAN usa cables Ethernet para conectar
diferentes dispositivos de Ethernet o nodos a uno de los puertos del switch Ethernet.
Figura 2-1 muestra el dibujo de una LAN SOHO Ethernet. Se muestra un switch simple LAN,
cinco cables, y otros 5 nodos Ethernet: 3 PCs, 1 impresora, y un dispositivo de red llamado
router. (El router conecta la LAN con la WAN, en este caso el Internet). En la actualidad existen
dispositivos que cumplen la función de router y switch a la vez. Estos dispositivos típicamente
tienen un router en el empaque, pero varios modelos además tienen 4 u 8 puertos de switch
Ethernet habilitados en el dispositivo. Las LAN SOHO típicas hoy en día soportan además
conexiones inalámbricas. Ethernet sólo define tecnología cableada Ethernet; en otras palabras,
LANs Ethernet usan cables. Sin embargo, se puede construir una LAN que usa ambas
tecnologías. Las LANs inalámbricas, definidas por la IEEE usan estándares que comienzan con
802.11, usan ondas de radio para enviar los bits de un nodo al siguiente.
La mayoría de las LAN inalámbricas dependen de otro dispositivo de red: punto de acceso LAN
inalámbrico (AP). El AP actúa de algún modo como un switch Ethernet en el que todos los
nodos LAN inalámbricos se comunican con el switch enviando y recibiendo data con el AP. Por
supuesto, como dispositivo inalámbrico, el AP no necesita puertos Ethernet para cable,
además de un enlace simple Ethernet para conectar el AP a la LAN Ethernet, como se muestra
en la figura 2-2
Nótese que este dibujo muestra el router, switch Ethernet, y AP inalámbrico LAN como tres
dispositivos separados así puedes entender mejor sus roles. Sin embargo, la mayoría de redes
SOHO usarían un solo dispositivo, mayormente conocido como “Wireless router”, el cual hace
todas esas funciones.
LAN Empresariales típicos. Las redes empresariales tienen similares necesidades comparadas
a la red SOHO. Por ejemplo, las LAN Ethernet empresariales empiezan con los switches LAN
instalados en un gabinete tras un cuarto cerrado en cada piso del edificio. Los electricistas
instalan el cableado Ethernet desde el cuarto de comunicaciones hasta los cubículos y cuartos
de conferencia donde los dispositivos pueden necesitar conectarse a la LAN. Al mismo tiempo,
la mayoría de empresas además soportan LANs inalámbricas en el mismo espacio, para
permitir a las personas movilizarse y continuar trabajando y apoyar al creciente número de
dispositivos que no cuentan con una interfaz LAN Ethernet.
La figura 2-3 muestra una vista conceptual de una LAN típica empresarial en un edificio de tres
pisos. Cada piso tiene un switch LAN y un AP inalámbrico LAN. Para permitir la comunicación
entre los pisos, cada switch por piso se conecta a un switch de distribución centralizado. Por
ejemplo, PC3 puede enviar data a PC2, pero primero irá a través del switch 3 al primer piso al
switch de distribución (SWD) y luego irá a través del switch 2 en el segundo piso.
La figura además muestra la forma típica de conectar una LAN a una WAN usando un router.
Los switches y APs inalámbricos trabajan para crear una LAN misma. Los routers conectan a
ambos la LAN y la WAN. Para conectarse a la LAN, el router simplemente usa una interface LAN
Ethernet y un cable Ethernet.
La variedad de estándares de la capa física Ethernet. El término Ethernet se refiere a una
familia entera de estándares. Algunos estándares definen las especificaciones de como enviar
data a través de un tipo particular de cable, y a una particular velocidad. Otros estándares
definen protocolos o reglas que los nodos Ethernet deben seguir para ser parte de una LAN
Ethernet. Todos estos estándares vienen de la IEEE e incluyen el número 802.3 en la parte
inicial del nombre del estándar. Ethernet soporta una gran variedad para enlaces físicos
Ethernet dada su larga historia de más o menos 40 años. Hoy, Ethernet incluye varios
estándares para diferentes tipos de cable óptico y cobre, y para sus velocidades desde 10
megabits por segundo (Mbps) hasta los 100 gigabits por segundo (Gbps). Los estándares
además difieren tanto como los tipos de cableado y la longitud permitida de cable. La elección
más fundamental del cableado tiene que ver con los materiales utilizados dentro del cable
para la transmisión física de los bits: cable de cobre o fibra de vidrio. El uso de cable par
trenzado sin apantallar (UTP) ahorra dinero en comparación con la fibra óptica, con los nodos
Ethernet usando los alambres dentro del cable para enviar data a través de los circuitos
eléctricos. El cableado de fibra óptica, la alternativa más cara, permite a los nodos Ethernet
enviar luz a través de fibra de vidrio en el centro del cable. Aunque muy caro, los cables
ópticos típicamente permiten cableado con más longitud entre los nodos.
Para estar listos para escoger los productos para comprar para una nueva LAN Ethernet, u
ingeniero de redes debe conocer los nombres y características de los diferentes estándares
soportados en los productos Ethernet. La IEEE define los estándares de la capa física usando un
par de convenciones de nombramiento. El nombre formal comienza con 802.3 seguido por
algunas letras de sufijo. La IEEE además usa nombres pequeños más significativos que
identifican la velocidad así como una pista si el cableado es UTP (con un sufijo T) o fibra (con
un sufijo X).
Comportamiento coherente sobre los enlaces que usan la capa de enlace de datos.
Aunque Ethernet incluye varios estándares de capa física, Ethernet actúa como una tecnología
LAN simple debido a que usa el mismo estándar de capa de datos sobre todos los tipos de
enlace físico. Ese estándar define una cabecera y tráiler común Ethernet. No importa si la data
fluye sobre UTP o fibra óptica, ni la velocidad, la cabecera y tráiler de enlace de datos tienen el
mismo formato. Mientras los estándares de la capa física se enfocan en enviar bits sobre el
cable, los protocolos de enlace de datos se enfocan en enviar una trama Ethernet de un nodo
origen a un nodo destino Ethernet.
En la figura 2-4 se muestra un ejemplo del proceso. En este caso, PC1 envía una trama
Ethernet a PC3. La trama viaja a través de un enlace UTP al switch SW1, luego sobre enlaces de
fibra óptica al SW2 y SW3, y finalmente sobre otro enlace UTP hacia PC3. Se puede ver que los
bits viajan a 4 diferentes velocidades en este ejemplo: 10 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps y 100 Mbps.
Entonces, que es una LAN Ethernet? Es una combinación de dispositivos de usuario, switches,
y diferentes tipos de cableado. Cada enlace puede usar diferente tipo de cable a diferentes
velocidades. Sin embargo, todos trabajan juntos para entregar tramas Ethernet de un
dispositivo en la LAN a otro dispositivo.
Construyendo redes Ethernet físicas con UTP.
Antes que la red Ethernet como un todo pueda enviar una trama Ethernet entre los
dispositivos de usuario, cada nodo debe estar listo y disponible para enviar data sobre un
enlace físico individual. A continuación, nos enfocaremos en 3 de los más comunes estándares
Ethernet usados: 10BASE-T (Ethernet), 100BASE-T (FastEthernet o FE) y 1000BASE-T
(GigaEthernet o GE).
Transmitiendo data usando par trenzado. Si bien es cierto que Ethernet envía datos a través
de cables UTP, los medios físicos para enviar los datos usan electricidad que fluye dentro del
cable UTP. Para entender mejor como Ethernet envía data usando electricidad, se divide la
idea en dos partes: como crear un circuito eléctrico y luego como hacer que señal eléctrica
comunique unos y ceros.
Primero, para crear un circuito eléctrico, Ethernet define como usar los dos cables dentro de
un par trenzado de alambres.
En la figura 2-5 no se muestra un cable UTP entre dos nodos, pero en su lugar muestra dos
cables individuales que están dentro del cable UTP. Un circuito eléctrico requiero un circulo
completo, así los dos nodos usando circuitería en sus puertos Ethernet, conectan los cables en
un par para completar un círculo, permitiendo fluir a la electricidad. Para enviar data, los dos
dispositivos siguen algunas reglas llamadas esquema de codificación. La idea funciona muy
parecida a cuando dos personas hablan usando el mismo idioma. El emisor dice algunas
palabras en un lenguaje particular, y el receptor, debido a que habla el mismo lenguaje, puede
entender las palabras dichas. Con un esquema de codificación, el nodo transmisor cambia la
señal eléctrica en el tiempo, mientras que el otro nodo, el receptor, que usa las mismas reglas,
interpreta los cambios como unos y ceros. Por ejemplo, 10BASE-T usa un esquema de
codificación que codifica un cero binario como una transición desde alto voltaje a bajo voltaje
durante la mitad de un intervalo de 1/10000000 de un segundo. Tenga en cuenta que en un
cable UTP real, los alambres se trenzaran juntos, en vez de estar paralelos como en la figura 25. El trenzado ayuda a resolver algunos problemas importantes de transmisión física. Cuando
la corriente eléctrica pasa sobre cualquier alambre, crea interferencia electromagnética (EMI)
que interfiere en la señal eléctrica de alambres cercanos, incluyendo los alambres en el mismo
cable. (EMI entre pares de alambres en el mismo cable es llamada Crosstalk). Trenzando los
pares de alambre juntos ayuda a cancelar la mayor parte del EMI, por lo que la mayoría de los
enlaces físicos de redes que usan alambre de cobre usan pares trenzados.
Descomponiendo un enlace Ethernet UTP
El término enlace Ethernet se refiere a cualquier cable físico entre dos nodos Ethernet. Para
aprender acerca de cómo funciona un enlace Ethernet UTP, es útil descomponer el enlace
físico en estas piezas básicas.
Se puede ver en la figura 2-6 las piezas básicas: el cable mismo, los conectores en los extremos
del cable, y los puertos correspondientes en los dispositivos en los que se insertarán los
conectores. Primero, piense en el mismo cable UTP. El cable alberga algunos alambres de
cobre, agrupados como pares trenzados. Los estándares 10BASE-T y 100BASE-T requieren dos
pares de alambres, mientras que el estándar 1000BASE-T requiere cuatro pares. Cada alambre
tiene un revestimiento de plástico codificado por color con los alambres en un par tienen un
esquema de color. Por ejemplo, para el par de alambre azul, un alambre tiene revestimiento
todo de azul y el otro tiene revestimiento azul y blanco. Muchos cables UTP Ethernet usan un
conector RJ45 en ambos extremos. El conector RJ45 tiene 8 posiciones físicas en los cuales los
8 alambres del cable pueden ser insertados, llamados posiciones pins o simplemente pins.
Estos pins crean un espacio donde el fin de los alambres de cobre pueden tocar los
electrónicos dentro de los nodos al final del enlace físico de manera que la electricidad pueda
fluir. Para completar el enlace físico, cada nodo necesita un puerto Ethernet RJ45 que coincide
con los conectores RJ45 en el cable de manera que los conectores al final del cable puedan
conectarse a cada nodo. Las PCs a menudo incluyen este puerto Ethernet RJ45 como parte de
su tarjeta de interfaz de red (NIC Network Interface Card), el cual puede ser una tarjeta de
expansión en la PC o puede ser integrado en el sistema mismo. Los switches normalmente
tienen varios puertos RJ45 debido a que los switches dan a los dispositivos de usuario un lugar
para conectarse a la LAN.
La figura 2-7 muestra fotos de los cables, conectores y puertos.
Pineout de cableado UTP para 10BASE-T y 100BASE-T.
Acá discutiremos los principios generales de como enviar data, pero aún no se han detallado
algunas reglas importantes para el cableado Ethernet: las reglas de la carretera de manera que
todos los dispositivos usando los alambres correctos dentro del cable. Se discutirán
convenciones para 10BASE-T y 100BASE-T en conjunto, ya que ellos usan cableado UTP de
manera similar (incluyendo el uso de solo dos pares de alambres). A continuación veremos una
pequeña comparación del cableado para 1000BASE (Gigabit Ethernet) el cual usa los cuatro
pares.
Cable pinout Straight-Through
10BASE-T y 100BASE-T usa dos pares de alambres en el cable UTP, uno para cada dirección,
como se muestra en la figura 2-9. La figura muestra 4 alambres, todos los cuales están
ubicados dentro de un cable UTP el cual conecta una PC y un switch LAN. En este caso, la PC de
la izquierda transmite usando el par superior, y el switch de la derecha transmite usando el par
inferior. Para la correcta transmisión sobre el enlace, los alambres del cable UTP deben ser
conectados en la correcta posición del pin en el conector RJ45. Por ejemplo, en la figura 2-9, el
transmisor en la PC del lado izquierdo debe conocer la posición de pin de los alambres que
usará para transmitir. Estos estos dos alambres deben ser conectados en el correcto pin en el
conector RJ45 del switch. De tal manera que el switch receptor pueda usar los alambres
correctos. Para entender la distribución de alambres en el cable, que alambre necesita estar en
qué posición del pin en ambos extremos del cable, primero necesitas entende como las NICs y
switches funcionan. Como regla, los transmisores NIC Ethernet usan el par conectado a los
pines 1 y 2; los NIC receptores usan el par de alambres en los pines 3 y 6. Para permitir una NIC
de PC con un switch, el cable UTP debe, además, usar un cable directo pinout. El término
pinout se refiere al cableado del cual se coloca el alambre de cada color en cada una de las 8
posiciones de pin numeradas en el conector RJ45. Un cable directo conecta en el pin 1 en un
extremo del cable hacia el pin 1 del otro extremo del cable; el alambre en el pin 2 necesita
conectarse al pin 2 del otro extremo del cable; el pin 3 en un extremo conecta al pin 3 del otro
extremo, y así sucesivamente. Además, utiliza los alambres de un par en el pin 1 y 2, y otro par
en los pines 3 y 6.
La figura 2-11 muestra una perspectiva final en el cable directo pinout. En este caso, la PC Larry
se conecta al switch LAN. Note que la figura otra vez no muestra el cable UTP, en vez de eso,
muestra los alambres que van dentro del cable para enfatizar la idea de los pares de alambres
y pines. Un cable directo trabaja correctamente cuando los nodos usan los pares opuestos
para transmitir data. Sin embargo, cuando dos dispositivos similares se conectan a un enlace
Ethernet, ambos transmiten por los mismos pins. En ese caso, se necesita otro tipo de cable
llamado crossover. El cable crossover cruza el par en los pins de transmisión en cada
dispositivo hacia los pins receptores en el dispositivo opuesto.
La figura 2-12 muestra que pasa en un enlace entre dos switches. Los dos switches transmiten
por el par de pins 3 y 6, y ambos reciben en el par de pins 1 y 2. Asi que, el cable debe conectar
un par en los pines 3 y 6 en cada lugar hacia los pines 1 y 2 en el otro lado, conectando a la
lógica del receptor del otro nodo.
Escogiendo el cable correcto.
Para el examen, deberías estar bien preparado para saber escoger que tipo de cable (directo o
cruzado) es necesario en cada parte de la red. La clave es saber si un dispositivo actúa como un
NIC en una PC, transmitiendo en los pines 1 y 2, o como un switch, transmitiendo en los pines
3 y 6. Entonces se aplica la siguiente lógica:
-
Cable cruzado: Si los extremos transmiten en el mismo par de pins.
Cable directo: Si los extremos transmiten en diferente par de pins.
La tabla 2-3 lista los dispositivos y el par de pins que usan, asumiendo que usan 10BASE-T y
100BASE-T.
La figura 2-13 muestra una red LAN en un edificio. En este caso, varios cables directos son
usados para conectar las PCs a los switches. Además, los cables que conectan los switches
requieren cables crossover.
OJO Cisco switches tienen una característica llamada auto-mdix que avisa cuando se usa un
cable erróneo, y automáticamente cambia su lógica para que funcione el enlace.
CABLEADO UTP PARA 1000BASE-T
1000BASE-T (Gigabit Ethernet) difiere de 10BASE-T y 1000BASE-T igual de lejos tanto en los
pines y cableado. Primero, 1000BASE-T requiere 4 pares de alambres. Segundo, usa electrónica
más avanzada que permite a ambos extremos transmitir y recepcionar simultáneamente por
cada par de alambres. Sin embargo, el cableado para 1000BASE-T trabaja casi de la misma
forma de los estándares anteriores, agregando detalles para los dos pares adicionales. El cable
directo conecta cada pin con el mismo pin numerado en el otro extremo pero lo hace para los
8 pines, pin 1 con pin 1, pin 2 con pin 2, hasta el pin 8. Se mantiene un par en los pines 1 y 2 y
otro en los pines 3 y 6, como en el cableado anterior. Se agrega un par en los pines 4 y 5 y el
par final en los pines 7 y 8. (Referente a la figura 2-10).
EL cable cruzado Gigabit Ethernet cruza los mismos pares de alambres de la misma forma que
el cable cruzado para los otros tipos de Ethernet (los pares en los pines 1-2 y 3-6), además,
cruza también los dos nuevos pares (el par en los pines 4 y 5 con el par en los pines 7 y 8.
ENVIANDO DATA EN LAS REDES ETHERNET.
Aunque los estándares de capa física varían bastante, otras partes de los estándares Ethernet
trabajan de la misma manera independiente del tipo de enlace físico. Siguiente, esta sección
da una mirada a varios protocolos y reglas que Ethernet usa independientemente del tipo de
enlace. En particular, se examinará los detalles de protocolo de capa de enlace de datos
Ethernet, más el cómo los nodos, switches, y hubs reenvían tramas Ethernet a través de una
LAN Ethernet.
Protocolos Ethernet Enlace de datos. Una de las fuerzas más significantes de la familia de
protocolos Ethernet es que estos protocolos usan el mismo estándar de enlace de datos. De
hecho, las partes centrales del estándar de enlace de datos existen a partir de los estándares
Ethernet originales. El protocolo de enlace de datos define la trama Ethernet: una cabecera
Ethernet al frente, la data encapsulada en el medio, y un tráiler Ethernet al final. Ethernet
actualmente define algunos formatos alternos para la cabecera, con el formato de trama
mostrado a continuación (Figura 2-14) siendo utilizado actualmente.
Si bien todos los campos de la trama importan, algunos importan más para los tópicos en este
texto. La tabla 2-4 lista los campos en la cabecera y tráiler y una breve descripción por
referencia.
TABLA 2-4 IEEE 802.3 CAMPOS DE LA CABECERA Y TRAILER ETHERNET
Campo
Preámbulo
Delimitador
de
Principio de trama
(SFD)
Dirección
MAC
destino
Dirección MAC origen
Tipo
Bytes
Descripción
7
1
Sincronización
Significa que el siguiente byte inicia el campo de
dirección MAC de destino.
6
Identifica el destino deseado de esta trama.
6
2
Identifica el receptor de esta trama.
Define el tipo de protocolo listado dentro de la trama;
hoy el más probable es que identifique el IPv4 o IPv6.
Datos y Relleno*
46 - 1500 Contiene los datos de una capa superior, típicamente
una L3PDU (usualmente un paquete IPv4 o IPv6). El
emisor agrega un relleno para alcanzar el
requerimiento de longitud mínima para este campo
(46 bytes).
Secuencia de chequeo 4
Provee un método para el NIC receptor para
de trama (FCS)
determinar si la trama experimenta un error de
transmisión.
* La especificación IEEE 802.3 limita la porción de datos de la trama 802.3 a un mínimo de 46 y
un máximo de 1500 bytes. El término unidad máxima de transmisión (MTU) define el paquete
máximo de capa 3 que puede ser enviado sobre un medio. Debido a que el paquete de capa 3
reside dentro de una porción de data de una trama Ethernet, 1500 bytes es el MTU IP máximo
permitido sobre una Ethernet.
Direccionamiento Ethernet. El campo dirección origen y destino juegan un papel importante
en cómo funcionan las LANs Ethernet. La idea general para cada uno es relativamente simple:
El nodo emisor pone su propia dirección en el campo de dirección origen y la dirección del
dispositivo destino deseado en el campo de dirección destino. El emisor transmite la trama,
esperando que la LAN Ethernet, como un todo, entregue la trama a su destino correcto.
Las direcciones Ethernet, también llamadas direcciones Media Access Control (MAC), son
números binarios de 6 bytes (48 bits) de longitud. Para mayor comodidad, la mayoría de las
computadoras enumeran las direcciones MAC como números de 12 dígitos hexadecimales. Los
dispositivos Cisco generalmente agregan algunos puntos al número para mejor legibilidad.
La mayoría de las direcciones MAC representan un único NIC o puerto Ethernet, así que estas
direcciones son comúnmente llamadas direcciones Ethernet Unicast. El término unicast es
simplemente una forma formal de referirse al hecho que la dirección representa una interfaz
en LAN Ethernet.
La idea completa de enviar datos a una dirección MAC destino unicast funciona bien, pero solo
funciona si todas las direcciones MAC unicast son únicas. SI dos NICs tratan de usar la misma
dirección MAC, podría haber una confusión. Si dos PCs en el mismo Ethernet tratan de usar la
misma dirección MAC
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