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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
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
MULTIPLES
PROTOCOLOS
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
Trama en espera de ser transmitida
Trama en espera de ser transmitida
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
entre ellos.
y sin ninguna prioridad
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
CAPA DE ENLACE DE
DATOS
CAPA FISICA
Los protocolos de la capa física y de la capa
de enlace de datos definen a Ethernet
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
CONTROL DE ENLACE LOGICO
Estándar IEEE 802.2
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
 Delimitación de trama
 Control de la colocación de la trama
 Direccionamiento
 Detección de errores
dentro y fuera del medio
 Recuperación por fallos debido a
colisiones
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
1. El host desea trasmitir
2. ¿ Se ha detectado la portadora ?
3. Ensamblar trama
4. Inicio de la transmisión
5. ¿ Se ha detectado una colisión ?
6. Seguir transmitiendo
7. ¿ Se realizo la trasmisión ?
8. Trasmisión completa
9. Señal de atascamiento de broadcast
10.Intentos=intentos+1
11.Intentos>¿ Demasiado ?
12.Demasiadas colisiones; interrumpir la
trasmisión
13.El algoritmo calcula la postergación
14.Esperar t microsegundos
1
si
2
no
3
4
si
5
9
no
10
6
no
7
11
13
si
si
8
no
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
Se encarga de la comunicación
entre las capas superiores y las
inferiores
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO
CAPA FÍSICA
Identifica el protocolo de la capa de red
FUNCIONES
Entrama el paquete en la capa de red
Permanece relativamente independiente del equipo físico
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
HUB
Topología lógica de bus
HUB
Este diseño permite a Ethernet operar lógicamente
como un bus, pero físicamente el bus solo existe en el
Topología de estrella física
HUB.
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
Estructura de la dirección
MAC de Ethernet
XX XX XX
24 BITS / 6 HEXADECIAMLES
Asignado por el fabricante
XX XX XX
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
Preámbulo
7 Bytes
Delimitador
de inicio de
trama
1 Bytes
MAC de
destino
6 Bytes
MAC de
origen
6 Bytes
Etiqueta
802.1Q
(opcional)
4 Bytes
Longitud
/Tipo
2 Bytes
Secuencia de
Encabezado verificación de
y datos
trama (FCS)
46 a 15000 Bytes
4 Bytes
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
TRAMA ETHERNET
Preámbulo
Trama Ethernet
RED LAN
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
xx xx xx xx xx xx
TRAMA ETHERNET
MAC de
destino
xx xx xx xx xx xx
MAC de
origen
yy yy yy yy yy yy
Dirección MAC de origen
yy yy yy yy yy yy
Trama Ethernet
Etiqueta 802.1Q
La etiqueta es un campo opcional que indica la pertenecía
VLAN X
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
MAC DE
DESTINO
FINAL
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
Espacio entre tramas
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
Espacio entre tramas
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 y postergación
Espacio entre tramas
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
96 Tiempos de bits
0.96useg
1Gbps
96 Tiempos de bits
0.096useg
10Gbps
96 Tiempos de bits
0.0096useg
Espacio entre tramas y postergación
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
TRAMA A
Colisión
TRAMA B
TRAMA ETHERNET
Trama esperando a ser enviada
Si tras 16 intentos la trama no se
envía la trama, se descarta
El tiempo es aleatorio para evitar que dos estaciones esperen el
mismo tiempo para volver a intentar trasmitir datos
Espacio entre tramas y postergación
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
512 Tiempos de bits
5.12useg
1Gbps
4096 Tiempos de bits
4.096useg
10Gbps
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