ETHERNET

ING. ADRIANA VILLAMIZAR

UNIVERSIDAD DE PAMPLONA

ETHERNET

La mayor parte del tráfico que encontramos en Internet se origina y termina en redes Ethernet

El éxito de Ethernet se debe a los siguientes factores:

Sencillez y facilidad de mantenimiento.

Capacidad para incorporar nuevas tecnologías.

Confiabilidad

Bajo costo de instalación y de actualización.

Nació de la necesidad de enviar señales en un medio compartido sin que estas se interfieran entre si

REGLAS DE LA IEEE PARA ETHERNET

Ethernet es una familia de tecnologías que manejan

velocidades de 10, 100, 1000 y 10000 Mbps. La IEEE ha clasificado cada una de las familias por

suplementos. En el momento de que ocurra una mejora o se adapte un nuevo medio la IEEE lanza un nuevo suplemento.

Cada suplemento esta identificado por dos caracteres conocidos como identificador, que va después del estándar802. Por ejemplo el 802.3 es el suplemento para CSMA/CD (Acceso múltiple con escucha de portadora y Detección de Colisiones).

La primera parte de la descripción informa la velocidad de transmisión, la parte central indica la señalización y la parte final indica el medio de transmisión utilizado.

Esta descripción indica que transmite a 10 Mbps, utiliza señalización banda base y que utiliza par trenzado.

Los objetivos de la IEEE al hacer esta labor son:

Proporcionar la información de ingeniería que le permita a los fabricantes desarrollar dispositivos que cumplan con los estándares de Ethernet.

Promover que los fabricantes introduzcan innovaciones.

ESTÁNDARES IEEE 802.X

ETHERNET Y EL MODELO OSI

DIRECCIONES MAC Ethernet utiliza direcciones MAC que tienen 48 bits de largo y se

expresan como doce dígitos hexadecimales. La NIC utiliza la dirección MAC para evaluar si el mensaje se debe pasar o no a las capas superiores del modelo OSI. El siguiente es un ejemplo de dirección MAC:

Si un host desea enviar información a otro en una LAN, lo puede hacer si conoce su dirección MAC, entonces la adjunta al mensaje y la envía por la red. Todos los dispositivos que se encuentren en el medio compartido reciben el mensaje y verifican si la dirección MAC destino es la de ellos, si la dirección no es la de ellos, la información es desechada, pero si coincide es enviada a las capas superiores del modelo OSI.

ESTRUCTURA DE LA TRAMA DE ETHERNET

La trama de ethernet es prácticamente la misma para todas las velocidades de 10 a 10000 Mbps. Las diferencias se ven en la capa física.

En la primera versión desarrollada por DIX antes de que la IEEE lanzara el 802.3, el preámbulo y el delimitador de inicio de trama se combinaron en un solo campo, así como la longitud y el tipo, llamado longitud.

El campo tipo de Ethernet II fue adaptado a 802.3. Ethernet II es el formato de tramas que se usa en redes TCP/IP

ESTRUCTURA DE LA TRAMA DE ETHERNET

ESTRUCTURA DE LA TRAMA DE ETHERNET

1. Los campos Preámbulo (7 bytes) y Delimitador de inicio de trama (SFD) (1 byte) se utilizan para la sincronización entre los dispositivos de envío y de recepción. Estos ocho primeros bytes de la trama se utilizan para captar la atención de los nodos receptores. Básicamente, los primeros bytes le indican al receptor que se prepare para recibir una trama nueva.

2. Campo Dirección MAC de destino (6 bytes) es el identificador del receptor deseado. La Capa 2 utiliza esta dirección para ayudar a los dispositivos a determinar si la trama viene dirigida a ellos. La dirección de la trama se compara con la dirección MAC del dispositivo. Si coinciden, el dispositivo acepta la trama.

ESTRUCTURA DE LA TRAMA DE ETHERNET

3. Campo Dirección MAC de origen (6 bytes) identifica la NIC o interfaz que origina la trama.

4. Campo Longitud/Tipo El campo Longitud/Tipo (2 bytes) define la longitud exacta del campo Datos de la trama. Esto se utiliza posteriormente como parte de la FCS para garantizar que el mensaje se reciba adecuadamente. En este campo debe ingresarse una longitud o un tipo. El campo Tipo describe qué protocolo se implementa. Cuando un nodo recibe una trama, debe analizar el campo Longitud/Tipo para determinar qué protocolo de capa superior está presente. Los contenidos del campo Datos se codifican según el protocolo indicado.

ESTRUCTURA DE LA TRAMA DE ETHERNET

5. Campos Datos y Relleno pueden tener cualquier longitud, mientras que la trama no exceda el tamaño máximo permitido de trama. La unidad máxima de transmisión (MTU) para Ethernet es de 1500 octetos, de modo que los datos no deben superar dicho tamaño. Se inserta un relleno no especificado inmediatamente después de los datos del usuario cuando no hay suficientes datos de usuario para que la trama cumpla con la longitud mínima especificada.

6. Campo Secuencia de verificación de trama (FCS) (4 bytes) se utiliza para detectar errores en la trama. Utiliza una comprobación cíclica de redundancia (CRC). El dispositivo receptor recibe la trama y genera una CRC para detectar errores. Si los cálculos coinciden, significa que no se produjo ningún error. Los cálculos que no coinciden indican que los datos cambiaron y, por consiguiente, se descarta la trama. Un cambio en los datos podría ser resultado de una interrupción de las señales eléctricas que representan los bits

CONTROL DE ACCESO AL MEDIO(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.

Hay dos categorías amplias de Control de acceso al medio:

Determinística (por turnos)

No determinística (el que primero llega, primero se sirve).

OPERACIÓN ETHERNET

DETERMINISTICO

Ejemplos de protocolos determinísticos son:

Token Ring: 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.

NO DETERMINISTICO

Los protocolos MAC no determinísticos utilizan el enfoque de “el primero que llega, el primero que se sirve”.

La NIC (tarjeta de interfaz de red) 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.

NO DETERMINISTICO - CSMA/CD

Acceso múltiple por detección de portadora y detección de colisiones

Mecanismo de acceso al medio en el que los dispositivos que están listos para transmitir verifican primero el canal en búsqueda de la portadora. Si dos dispositivos transmiten a la vez se produce una colisión y ninguno podrá transmitir.

PROCESO DE CSMA/CD

Transmitir y recibir tramas de datos

Decodificar tramas de datos y verificar que las direcciones sean válidas antes de transferirlos a las capas superiores del modelo OSI

Detectar errores dentro de los tramas de datos o en la red

DETECCION DE PORTADORA

Todos los dispositivos de la red que quieran transmitir deben escuchar antes de hacerlo. Si un dispositivo detecta una señal de otro dispositivo, esperara un tiempo antes de intentar transmitir.

Cuando no se detecte trafico el dispositivo empezara a transmitir. Una vez que se envía el mensaje, el dispositivo regresa a su modo de escucha predeterminado.

ACCESO MULTIPLE

Cuando dos dispositivos empiezan a transmitir al mismo tiempo y el segundo dispositivo no detecta señales, los mensajes se propagan hasta que se encuentran y aunque se destruyen los mensajes, la mezcla de las señales restantes continua propagándose en todo el medio.

DETECCION DE COLISIONES

Ocurre cuando los dispositivos que están en el modo de escucha , así como todos los dispositivos de transmisión, detectan un aumento en la amplitud de la señal. Una vez detectada la colisión, todos los dispositivos transmisores continuaran transmitiendo para garantizar que todos los dispositivos de la red detecten la colisión.

ALGORITMO DE POSTERGACION

Cuando los dispositivos de transmisión detectan la colisión, envían una señal de congestión.

Esta señal interferente se utiliza para notificar a los demás dispositivos sobre una colisión, de manera que éstos invocarán un algoritmo de postergación. Este algoritmo de postergación hace que todos los dispositivos dejen de transmitir durante un período aleatorio, lo que permite que las señales de colisión disminuyan. Una vez que finaliza el retraso asignado a un dispositivo, dicho dispositivo regresa al modo "escuchar antes de transmitir".

ESPACIO ENTRE TRAMAS

Los estándares de Ethernet requieren un espacio mínimo entre dos tramas que no hayan sufrido una colisión. Esto le otorga al medio tiempo para estabilizarse antes de la transmisión de la trama anterior y tiempo a los dispositivos para que procesen la trama. Este tiempo, llamado espacio entre tramas, se mide desde el último bit del campo FCS de una trama hasta el primer bit del Preámbulo de la próxima trama.

Una vez enviada la trama, todos los dispositivos de una red Ethernet de 10 Mbps deben esperar un mínimo de 96 tiempos de bit (9,6 microsegundos) antes de que cualquier dispositivo pueda transmitir la siguiente trama.

TIPOS DE COLISIONES

Las colisiones se producen cuando dos o más estaciones de Ethernet transmiten al mismo tiempo dentro de un dominio de colisión.

COLISIONES MÚLTIPLES

Indican que la misma

trama colisionó una y otra

vez antes de ser

transmitida con éxito.

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.

LOCAL

La señal viaja por el

cable hasta que

encuentra una señal que

proviene de otra

estación. Esta condición

de exceso de voltaje es,

entonces, detectada por

todas las estaciones en

el segmento local del

cable como una colisión.

TARDIA

Las colisiones que se

producen después de

los primeros 64

octetos reciben el

nombre de "colisiones

tardías".

REMOTA

Este tipo de colisión

generalmente es el

resultado de colisiones

que se producen en el

extremo lejano de una

conexión con

repetidores. El repetidor

no envía un estado de

exceso de voltaje y no

puede hacer que una

estación tenga ambos

pares de transmisión y

de recepción activos al

mismo tiempo.

TIPOS DE COLISIONES

ERRORES DE ETHERNET

Conocer los errores que se producen en Ethernet es una muy buena herramienta para conocer la operación y para detectar fallas.

Colisión o runt: Transmisión simultánea que se produce antes de la ranura temporal.

Colisión tardía: Transmisión simultánea que se produce después de haber transcurrido la ranura temporal.

Errores de intervalo, trama larga, jabber: Transmisión excesiva o ilegalmente larga.

Trama corta, fragmento de colisión o runt: Transmisión ilegalmente corta.

Error de FCS: Transmisión dañada.

Error de alineamiento: Número insuficiente o excesivo de bits transmitidos.

Error de intervalo: El número real y el informado de octetos en una trama no concuerda.

Fantasma o jabber: Preámbulo inusualmente largo o evento de congestión.

AUTO-NEGOCIACIÓN

ETHERNET

Al crecer Ethernet de 10 a 100 y 1000 Mbps, fue necesario hacer que cada tecnología pudiera operar con las demás, al punto que las interfaces de 10, 100 y 1000 pudieran conectarse directamente. Se desarrolló un proceso que recibe el nombre de Auto-negociación de las velocidades en half duplex o en full duplex.

Define cómo las interfaces en los extremos del enlace pueden negociar de forma automática una configuración ofreciendo el mejor nivel de rendimiento común.

TECNOLOGIAS DE ETHERNET

Ethernet ha sido la tecnología LAN de mayor éxito, en gran medida, debido a la simplicidad de su implementación, cuando se la compara con otras tecnologías. Ethernet también ha tenido éxito porque es una tecnología flexible que ha evolucionado para satisfacer las cambiantes necesidades y capacidades de los medios.

ETHERNET DE 10 Mbps

Las tecnologías que transmiten datos a 10 Mbps o menos son consideradas antiguas. Las cuatro características comunes de Ethernet antigua son los parámetros de temporización, el formato de trama, el proceso de transmisión y una regla básica de diseño.

Dentro de estas tecnologías se encuentran 10BASE5, 10BASE2 y 10BASE-T, todas comparten los mismos parámetros de temporización. Por ejemplo, 1 tiempo de bit a 10 Mbps = 100 nanosegundos = 0,1 µicrosegundos = 1 diez millonésima parte de un segundo.

El estándar asegura que se mantenga la interoperabilidad. El diseño arquitectónico general es de suma importancia a la hora de implementar una red de medios mixtos.

Los límites de temporización se basan en parámetros tales como:

La longitud del cable y su retardo de propagación.

El retardo de los repetidores.

El retardo de los transceptores.

El acortamiento del intervalo entre las tramas.

Los retardos dentro de la estación.

ETHERNET 10BASE5

CARACTERISTICAS: conductor central sólido. puede medir hasta 500 m de largo. El cable es grueso, pesado y difícil de instalar.

Debido a que el medio es un solo cable coaxial, solamente una estación puede transmitir al mismo tiempo, de lo contrario, se produce una colisión. Por lo tanto, 10BASE5 sólo transmite en half-duplex produciendo un máximo de 10 Mbps de transferencia de datos.

ETHERNET 10BASE2

CARACTERISTICAS: 10BASE2 tiene un conductor central trenzado. Cada uno de los cinco segmentos máximos de cable coaxial delgado puede tener hasta 185 metros de longitud.

Cada estación se conecta directamente al conector BNC . Sólo un estación puede transmitir a la vez. La máxima velocidad de transmisión es de 10 Mbps.

ETHERNET 10BASE-T

Fue introducida en 1990. Esta tecnología usaba como medio de transmisión, cable coaxial (UTP) de categoría 3, el cual iba conectado a un hub. Dado que los hubs concentra los cables y luego los distribuyen hacia los computadores, se dio origen a una nueva topología la cual se denomino de estrella.

CARACTERITICAS: Longitud máxima de cada cable es de 90 metros. El cable UTP utiliza conectores RJ-45 de ocho pines. Se podía implementar con categoría 3 o alguna categoría superior disponible. Este tipo de instalación de cables admite el uso de protocolos múltiples sin necesidad de volver a cablear.

ETHERNET DE 100 Mbps

Ethernet de 100-Mbps también se conoce como Fast Ethernet (Ethernet Rápida). Las dos tecnologías que han adquirido relevancia son 100BASE-TX, que es un medio UTP de cobre y 100BASE-FX, que es un medio multimodo de fibra óptica.

El formato de trama de 100 Mbps es el mismo que el de la trama de 10 Mbps.

Fast Ethernet representa un aumento de 10 veces en la velocidad respecto de 10BASE-T.

ETHERNET 100BASE-TX

En 1995, 100BASE-TX con un cable UTP categoría 5 fue el estándar que se convirtió en un éxito comercial.

Ethernet se expandió para incluir capacidad de full duplex permitiendo que más de un PC transmitiera al mismo tiempo en una red. Cada vez más, los switches reemplazaban los hubs. Estos switches tenían la capacidad de transmitir en full duplex y de manejar rápidamente las tramas de Ethernet.

Tarjeta de red de 100 Mbps de

conector RJ-45.

ETHERNET DE 1000 Mbps

Los estándares para Ethernet de 1000-Mbps o Gigabit Ethernet representan la transmisión a través de medios ópticos y de cobre.

Las tecnologías que transmiten datos a esta velocidad Utilizan un tiempo de bit de 1 nanosegundo. La trama de Gigabit Ethernet presenta el mismo formato que se utiliza en Ethernet de 10 y 100-Mbps.

Las diferencias entre Ethernet estándar, Fast Ethernet y Gigabit Ethernet se encuentran en la capa física.

ETHERNET 1000BASE-T

1000BASE-T se desarrolló para proporcionar ancho de banda adicional a fin de ayudar a aliviar los cuellos de botella que se generan red arriba. Proporcionó:

Mayor desempeño a dispositivos tales como backbones dentro de los edificios.Se necesita un sistema de circuitos complejo que permite las transmisiones full duplex en el mismo par de hilos

Enlaces entre los switches, servidores centrales y otras aplicaciones de armarios para cableado.

1000BASE-T es que es interoperable con 10BASE-T y 100BASE-TX.

Características:

Inmunidad contra el ruido

Pocos problemas potenciales de conexión de tierra .

Excelentes características de distancia.

10GIGABIT ETHERNET

El estándar que rige ésta tecnología es el IEEE 802.3ae, en el cual se logra incluir transmisión de 10 Gbps de modo Full Duplex en cable de fibra óptica.

Es un protocolo full duplex que utiliza sólo fibra óptica como medio de transmisión.

Las distancias máximas de transmisión dependen del tipo de fibra que se utiliza. Cuando se utiliza fibra monomodo como medio de transmisión, la distancia máxima de transmisión es de 40 kilómetros

TARJETA DE RED

Una tarjeta de red o adaptador de red permite la comunicación con aparatos conectados entre si y también permite compartir recursos entre dos o más computadoras (discos duros, CD-ROM, impresoras, etc.).

A las tarjetas de red también se les llama NIC "tarjeta de interfaz de red". Hay diversos tipos de adaptadores en función del tipo de cableado o arquitectura que se utilice en la red (coaxial fino, coaxial grueso, Token Ring, etc.), pero actualmente el más común es del tipo Ethernet utilizando una interfaz o conector RJ-45.

PCI(interconexión de

componentes periféricos)

Son componentes hardware que se conectan a la placa base de tu ordenador; del tamaño de una caja de CD mas o menos, y una variedad de usos. Todos los procesos los hace a través del BUS interno de la propia placa base.

Las tarjetas PCI son un término general para varias funcionalidades. Se pueden usar para video, puertos Ethernet, tarjetas de sonido, wifi e incluso puerto USB.

CARCTERISTICAS

Las PCI tienen distintas ranuras de acuerdo a los bits que puede transportar:

Ranuras PCI de 32 bits: son las más comunes.

Ranuras PCI de 64 bits: son las más recientes. Agrega una porción más de conectores a la de 32 bits.

PCI EXPRESS

PCI Express (PCIe) , desarrollado también por Intel, utiliza una arquitectura de canales serie punto a punto.

Cada dispositivo en el sistema tiene un acceso directo y exclusivo al switch, la conexión de cada dispositivo con el switch se denomina enlace (link).

Cada enlace está compuesto de uno o mas LAN donde cada LAN es capaz de transferir en ambas direcciones simultáneamente.

Esta comunicación full dúplex es posible debido a que cada lane utiliza un par de señales de recepción y otro par de transmisión (cuatro hilos).

Una de las características de PCIe es que se pueden integrar múltiples LAN (es decir, ampliar el ancho de banda) para formar un único enlace.

TARJETAS INALAMBRICAS

Una tarjeta de red inalámbrica es un dispositivo envío y recepción de datos sin necesidad de utilizar cables y conexiones directas.

Dichas tarjetas interconectan ordenadores mediante una red wifi y se encuentran en el interior de los ordenadores, muchas veces situadas como componente externo y montadas como en los slots de la placa base, y en ocasiones directamente integradas en nuestro ordenador.

Una tarjeta de red inalámbricas tiene varias funciones:

Sirven para la transmisión y la recepción de datos contenidos en nuestro disco duro sin la utilización de cables.

Almacenan la información mediante buffering y posteriormente la envían en paquetes agrupados.