operación de ethernet

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Operación de Ethernet Control de acceso al medio (MAC) MAC se refiere a los protocolos que determinan cuál de los computadores de un entorno de medios compartidos (dominio de colisión) puede transmitir los datos. La subcapa MAC, junto con la subcapa LLC, constituyen la versión IEEE de la Capa 2 del modelo OSI. Tanto MAC como LLC son subcapas de la Capa 2. Hay dos categorías amplias de Control de acceso al medio: determinística (por turnos) y la no determinística (el que primero llega, primero se sirve). Ejemplos de protocolos determinísticos son: Token Ring y el FDDI. En una red Token Ring, los host individuales se disponen en forma de anillo y un token de datos especial se transmite por el anillo a cada host en secuencia. Cuando un host desea transmitir, retiene el token , transmite los datos por un tiempo limitado y luego envía el token al siguiente host del anillo. El Token Ring es un entorno sin colisiones ya que sólo un host es capaz de transmitir a la vez.

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Los protocolos MAC no determinísticos utilizan el enfoque de "el primero que llega, el primero que se sirve". CSMA/CD es un sistema sencillo. La NIC espera la ausencia de señal en el medio y comienza a transmitir. Si dos nodos transmiten al mismo tiempo, se produce una colisión y ningún nodo podrá transmitir. Las tres tecnologías comunes de Capa 2 son Token Ring, FDDI y Ethernet. Las tres especifican aspectos de la Capa 2, LLC, denominación, entramado y MAC, así como también los componentes de señalización y de medios de Capa 1. Las tecnologías específicas para cada una son las siguientes: • Ethernet: 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) • Token Ring: topología lógica de anillo (en otras palabras, el flujo de información se controla en forma de anillo) y una topología física en estrella (en otras palabras, está cableada en forma de estrella) • FDDI: topología lógica de anillo (el flujo de información se controla en un anillo) y topología física de anillo doble (cableada en forma de anillo doble)

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Reglas de MAC y detección de la colisión/postergación de la retransmisión Ethernet es una tecnología de broadcast de medios compartidos. El método de acceso CSMA/CD que se usa en Ethernet ejecuta tres funciones: -Transmitir y recibir paquetes de datos. -Decodificar paquetes de datos y verificar que las direcciones sean válidas antes de transferirlos allas capas superiores del modelo OSI Detectar errores dentro de los paquetes de datos o en la red.

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En el método de acceso CSMA/CD, los dispositivos de networking que tienen datos para transmitir funcionan en el modo "escuchar antes de transmitir". Esto significa que cuando un nodo desea enviar datos, primero debe determinar si los medios de networking están ocupados. Si el nodo determina que la red está ocupada, el nodo esperará un tiempo determinado al azar antes de reintentar. Si el nodo determina que el medio de networking no está ocupado, comenzará a transmitir y a escuchar. El nodo escucha para asegurarse que ninguna otra estación transmita al mismo tiempo. Una vez que ha terminaron de transmitir los datos, el dispositivo vuelve al modo de escuchar. Los dispositivos de networking detectan que se ha producido una colisión cuando aumenta la amplitud de la señal en los medios de networking . Cuando se produce una colisión, cada nodo que se encuentra en transmisión continúa transmitiendo por poco tiempo a fin de asegurar que todos los dispositivos detecten la colisión. Una vez que todos los dispositivos la han detectado, se invoca el algoritmo de postergación y la transmisión se interrumpe. Los nodos interrumpen la transmisión por un período determinado al azar, que es diferente para cadadispositivo . Cuando caduca el período de retardo cada nodo puede intentar ganar acceso al medio de networking . Los dispositivos involucrados en la colisión no tienen prioridad para transmitir datos.

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Temporización de Ethernet Cualquier estación de una red Ethernet que desee trasmitir un mensaje, primero "escucha" para asegurar que ninguna otra estación se encuentre transmitiendo. Si el cable está en silencio, la estación comienza a transmitir de inmediato. La señal eléctrica tarda un tiempo en transportarse por el cable (retardo) y cada repetidor subsiguiente introduce una pequeña cantidad de latencia en el envío de la trama desde un puerto al siguiente. Debido al retardo y a la latencia, es posible que más de una estación comience a transmitir a la vez o casi al mismo tiempo. Esto produce una colisión. En Ethernet de 10 Mbps, un bit en la capa MAC requiere de 100 nanosegundos ( ns ) para ser transmitido. A 100 Mbps el mismo bit requiere de 10 ns para ser transmitido y a 1000 Mbps sólo requiere 1 ns . A menudo, se utiliza una estimación aproximada de 20,3 cm (8 in) por nanosegundo para calcular el retardo de propagación a lo largo de un cable UTP. En 100 metros de UTP, esto significa que tarda menos de 5 tiempos de bit para que una señal de 10BASE-T se transporte a lo largo del cable. Para que Ethernet CSMA/CD opere, la estación transmisora debe reconocer la colisión antes de completar la transmisión de una trama del tamaño mínimo. A 100 Mbps, la temporización del sistema apenas es capaz de funcionar con cables de 100 metros. A 1000 Mbps, ajustes especiales son necesarios ya que se suele transmitir una trama completa del tamaño mínimo antes de que el primer bit alcance el extremo de los primeros 100 metros de cable UTP. Por este motivo, no se permite half duplex en la Ethernet de 10 Gigabits .

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Manejo de los errores El estado de error más común en redes Ethernet son las colisiones. Las colisiones son el mecanismo para resolver la contención del acceso a la red. Unas pocas colisiones proporcionan una forma simple y sin problemas, que usa pocos recursos, para que los nodos de la red arbitren la contención para el recurso de red. Cuando la contención de la red se vuelve demasiado grave, las colisiones se convierten en un impedimento significativo para la operación útil de la red. Si la capa MAC no puede enviar la trama después de dieciséis intentos, abandona el intento y genera un error en la capa de red. Tal episodio es verdaderamente raro y suele suceder sólo cuando se producen cargas en la red muy pesadas o cuando se produce un problema físico en la red. Las colisiones producen una pérdida del ancho de banda de la red equivalente a la transmisión inicial y a la señal de congestión de la colisión. Esto es una demora en el consumo y afecta a todos los nodos de la red causando posiblemente una significativa reducción en su rendimiento.

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Tipos de colisiones Por lo general, las colisiones se producen cuando dos o más estaciones de Ethernet transmiten al mismo tiempo dentro de un dominio de colisión. Una colisión simple es una colisión que se detecta al tratar de transmitir una trama, pero en el siguiente intento es posible transmitir la trama con éxito. Las colisiones múltiples indican que la misma trama colisionó una y otra vez antes de ser transmitida con éxito. Los resultados de las colisiones, los fragmentos de colisión, son tramas parciales o corrompidas de menos de 64 octetos y que tienen una FCS inválida. Los tres tipos de colisiones son: • Locales • Remotas • Tardías

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HUBS Y SWITCHES Hubs Los hubs son utilizados para conectar dos o más segmentos Ethernet de cualquier tipo de medio tambien conocido como puentes. A medida que los segmentos exceden su longitud máxima, la calidad de la señal comienza a deteriorarse. Los hubs proveen la amplificación de señal requerida para permitirle a un segmento extenderse a una distancia mayor. Un hub toma cualquier señal entrante y la repite a todos los restantes puertos de salida. Los hubs Ethernet trabajan necesariamente en topologías estrella tales como 10BASE-T. Un hub multi -puerto de par trenzado, permite que varias conexiones de segmentos “punto-a-punto” se reúnan en una red. Un extremo del vínculo “punto-a-punto” es conectado al hub y el otro es conectado a la computadora. Si el hub es conectado al backbone , entonces todas las computadoras en los extremos de los segmentos de par trenzado pueden comunicarse con todos los “hosts” del backbone . Un hecho muy importante a tener en cuenta acerca de los hubs es que ellos solamente permiten a los usuarios compartir Ethernet. Una red de hubs se la denomina como “ shared Ethernet”, significando que todos los miembros de la red están habilitados para transmisión de datos sobre una red única (o dominio de colisión). Esto quiere decir que los miembros individuales de una red compartida obtendrán solo un porcentaje del ancho de banda total disponible. También se debe mencionar que los repetidores permiten a las redes extenderse mas allá de las limitaciones normales de distancia, pero se encuentran aún limitados en el número de nodos que pueden ser soportados.

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SWITCHES Switch traducido significa interruptor. Se trata de un dispositivo inteligente utilizado en redes de área local (LAN - Local Area Network ), una red local es aquella que cuenta con una interconexión de computadoras relativamente cercanas por medio de cables. La función primordial del Switch es unir varias redes entre sí, sin examinar la información lo que le permite trabajar de manera muy veloz, ya que solo evalúa la dirección de destino, aunque actualmente se combinan con la tecnología Router para actuar como filtros y evitar el paso de tramas de datos dañadas. Características generales del Switch -Permiten la conexión de distintas redes de área local (LAN). -Se encargan de solamente determinar el destino de los datos " Cut-Throught ". -Si tienen la función de Bridge integrado, utilizan el modo " Store -And-Forward" y por lo tanto se encargan de actuar como filtros analizando los datos. - Interconectan las redes por medio de cables. -Se les encuentra actualmente con un Hub integrado. -Cuentan con varios puertos RJ45 integrados, desde 4, 8, 16, 32 y hasta 52. -Permiten la regeneración de la señal y son compatibles con la mayoría de los sistemas operativos de red. - Actualmente compiten contra dispositivos Hub y Router y Switch inalámbricos. -El puerto 1 y el que se encuentre debajo de él, regularmente se utilizan para recibir el cable con la señal de red y/o para interconectarse entre sí con otros Switches .

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Partes que componen un Switch Internamente cuenta con todos los circuitos electrónicos necesarios para la interconexión de redes, externamente cuenta con las siguientes partes: Esquema de partes externas de un Switch 1.- Cubierta: se encarga de proteger los circuitos internos y dar estética al producto. 2.Indicadores: permiten visualizar la actividad en la red. 3.- Puerto BNC: permite comunicación con redes TokenRing para cable coaxial. 4.- Panel de puertos RJ45 hembra: permiten la conexión de múltiples terminales por medio de cable UTP y conectores RJ45 macho. 5.- Conector DC: recibe la corriente eléctrica desde un adaptador AC/DC necesaria para su funcionamiento.

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Los Switch cuentan con el siguiente conector:Los Switch cuentan con el siguiente conector:Los Switch cuentan con el siguiente conector: Los Switches se encuentran diseñados para funcionar con ciertos estándares ó protocolos (reglas de comunicación establecidas), las mas comunes son las siguientes : Se utilizan para la rápida interconexión de redes, sin embargo si cuentan con la función de Bridge, se ralentiza su funcionamiento, ya que se dedicarán a buscar errores en la información, pero en cuestiones de seguridad es mejor que utilicen en tal modo.

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Beneficios Clave Incremento de velocidad de la red Segmentación real (ancho de banda completo para cada segmento) Conección a backplanes de mayor velocidad ( switches modulares) Construcción de backbones Acelera la salida de paquetes Reduce tiempo de espera y baja el costo por puerto Ideales para las aplicaciones siguientes: Multimedios en redes (audio, video y datos) Conexión de servidores a la red Segmentos con acceso a bases de datos La diferencia principal entre los hubs y los switches se basa en la forma en que ellos distribuyen los paquetes a través de la red, lo cual afecta directamente los costos y la disponibilidad del ancho de banda. Esta diferencia se refleja en la siguiente figura:

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Cuando utilizar Hubs o Switches El uso de switches en comparación con el uso de hubs , es conveniente establecer algunos puntos de referencia para poder determinar cuando utilizar uno u otro dispositivo. Si se necesita: -Transmitir archivos en pocas máquinas (menos de 30) -Administración básica y/o Correr tráfico no sensible a retardos -Comenzar a migrar a Fast Ethernet (Dual Speed ) Se recomienda un HUB Si se necesita: -Mayor número de usuarios (alrededor de 50) -VLAN (Redes Virtuales) -Conexión con tecnologías distintas -Administración avanzada y control de la red - Prioritizar tráfico o ciertas aplicaciones -Correr aplicaciones multimedia (voz y video) -Agregar ancho de banda a la red Se recomienda un SWITCH

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ARP El protocolo ARP ( Address Resolution Protocol ), es el encargado de convertir las direcciones IP en direcciones de la red fisica . El funcionamiento del protocolo ARP es bastante simple. Cuando una máquina desea enviar un mensaje a otra máquina que está conectada a través de una red ethernet se encuentra con un problema: La dirección IP de la máquina en cuestión es diferente a la dirección física de la misma. La máquina que quiere enviar el mensaje sólo conoce la dirección IP del destino, por lo que tendrá que encontrar un modo de traducir la dirección IP a la dirección físicaEste protocolo utiliza una tabla denominada Tabla de Direcciones ARP, que contiene la correspondencia entre direcciones IP y direcciones físicas utilizadas recientemente. Si la dirección solicitada se encuentra en esta tabla el proceso se termina en este punto, puesto que la máquina que origina el mensaje ya dispone de la dirección física de la máquina destino. Si la dirección buscada no esta en la tabla el protocolo ARP envia un mensaje a toda la red. Cuando un ordenador reconoce su dirección IP envia un mensaje de respuesta que contiene la dirección física. Cuando la máquina origen recibe este mensaje ya puede establecer la comunicación con la máquina destino, y esta dirección física se guarda en la Tabla de direcciones ARP. Esto se hace con el protocolo ARP.

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La siguiente ilustración muestra cómo resuelve ARP las direcciones IP en direcciones de hardware de hosts que se encuentran en la misma red local. En este ejemplo, dos hosts TCP/IP, los hosts A y B, se encuentran en la misma red física. El host A tiene asignada la dirección IP 10.0.0.99 y el host B la dirección IP 10.0.0.100. Cuando el host A intenta comunicarse con el host B, los siguientes pasos permiten resolver la dirección asignada por el software al host B (10.0.0.100) en la dirección de control de acceso a medios asignada por el hardware al host B: Según el contenido de la tabla de enrutamiento del host A, IP determina que la dirección IP de reenvío que se va a utilizar para llegar al host B es 10.0.0.100. Después, el host A busca en su propia caché de ARP local una dirección de hardware coincidente para el host B. Si el host A no encuentra ninguna asignación en la caché, difunde una trama de solicitud ARP a todos los hosts de la red local con la pregunta "¿Cuál es la dirección de hardware para 10.0.0.100?" Las direcciones de hardware y software del origen, el host A, se incluyen en la solicitud ARP. Cada host de la red local recibe la solicitud ARP y comprueba si coincide con su propia dirección IP. Si el host no encuentra una coincidencia, descarta la solicitud ARP. El host B determina que la dirección IP especificada en la solicitud ARP coincide con su propia dirección IP y agrega una asignación de direcciones de hardware y software para el host A a su caché de ARP local. El host B envía directamente un mensaje de respuesta de ARP que contiene su dirección de hardware al host A. Cuando el host A recibe el mensaje de respuesta de ARP del host B, actualiza su caché de ARP con una asignación de direcciones de hardware y software para el host B. Una vez determinada la dirección de control de acceso a medios del host B, el host A puede enviar al host B tráfico IP que se dirigirá a la dirección de control de acceso a medios del host B.