Ethernet de 10 Gigabit

Capa Enlace y Capa física

• La presentación trata sobre la capa de enlace y la capa física en redes.

Dispositivos y medios electrónicos desde el punto de vista de la red

• Los hosts son dispositivos finales que envían y reciben mensajes directamente a través de la red.
• Cada host tiene una identificación o dirección de red única.
• Los hosts pueden actuar como clientes, servidores o ambos.
• Los hosts son normalmente ordenadores, pero también pueden ser impresoras, faxes, o cámaras.
• Los hosts comparten periféricos a través de la red.
• Los periféricos compartidos no están conectados directamente a la red, sino a los hosts.
• Los dispositivos de interconexión de red (dispositivos intermedios) son nodos de la red donde llega y se distribuye el tráfico.
• Estos dispositivos conectan los hosts a través de los medios.
• Los switches o los routers son ejemplos de dispositivos de interconexión.
• Los medios de red son vías físicas por donde se transmite la información y sus conexiones, pudiendo ser pares de cobre, fibra óptica, o incluso el propio espacio.

Elementos de red

• Los elementos de red incluyen dispositivos y medios de transmisión.

Host/Endpoints

• Los hosts/endpoints inician o aceptan una comunicación.
• Los hosts tienen una NIC (Network Interface Card) que les permite comunicarse de forma inalámbrica o por cable, todas trabajando con el modelo TCP/IP.
• La mayoría de los dispositivos contienen NIC Ethernet integradas, inalámbricas, Bluetooth, etc.

Dispositivos finales

• Un servidor es un ordenador potenciado con un software que le permite proveer información a los dispositivos finales, con ejemplos como Netflix, Spotify, Facebook, o servidores de páginas web.
• Un servidor puede estar cerca o al otro lado del mundo.
• Para comunicarse con el servidor, el cliente debe tener instalado el software apropiado, como Netflix.
• Los Data Centers tienen varios (cientos o miles) servidores, almacenados en infraestructuras especializadas con refrigeración y respaldo de energía.

Dispositivos intermedios

• Los dispositivos intermedios manipulan la información que generan los dispositivos finales para que esa información pueda llegar a su destino.
• Son los dispositivos de red que se encuentran entre dos dispositivos finales (generalmente) y que se encargan de transportar los datos entre ellos.
• Cada dispositivo intermedio tiene una función y configuración particular, y pueden utilizar diferentes protocolos.
• Los dispositivos intermedios integran los endpoints a la red, interconectan redes, se aseguran de que los datos lleguen al destino, regeneran y retransmiten la señal de los datos, priorizan y deniegan flujos de datos, y se comunican con otros dispositivos intermedios.
• Los hubs fueron un tipo de dispositivo de interconexión que se instalaba en la capa de acceso de una red Ethernet, aunque actualmente están en desuso.
• Los hubs tienen varios puertos para conectar hosts a la red, pero no tienen la tecnología electrónica necesaria para decodificar los mensajes enviados entre los hosts.

Tipos de Bridge

• Un bridge es un dispositivo de interconexión de redes de ordenadores que opera en la capa 2 (nivel de enlace de datos) del modelo OSI.
• Los bridges conectan dos segmentos de red como una sola red y sólo pasan las tramas pertenecientes a cada segmento, funcionando a través de una tabla de direcciones MAC.
• Existen dos tipos principales de bridges:
• Locales: enlazan directamente dos redes físicamente cercanas.
• Remotos o de Área Extensa: se conectan en parejas, enlazando dos o más redes locales a través de líneas telefónicas, formando una red de área extensa.
• Los switches conectan varios dispositivos, como computadoras, access points inalámbricos, impresoras y servidores que se encuentren en la misma red dentro de un campus de un edificio.
• Los switches pueden trabajar en dos modos diferenciados:
  • Store & Forward: La trama se almacena antes de reenviarse, revisando su CRC en busca de errores y descartando tramas incorrectas para ahorrar tráfico.
    • Cut-through: Se almacenan los seis primeros bytes de cada trama (que contienen la dirección MAC) y se comienza a enviar la información al destinatario, siendo este método más rápido pero incapaz de descartar tramas defectuosas.
• Los switches no administrados están diseñados para conectarse y funcionar simplemente, sin necesidad de configuración, siendo ideales para redes domésticas o pequeñas.
• Los switches administrados se pueden configurar y por lo tanto proporcionan seguridad, más funciones y flexibilidad.
  • Existe switch administrable de capa 3 (multicapa o multienlace) funciona como un switch común (Capa2) y un router (realiza funciones de capa 3).
  • El switch administrable de capa 3 tiene enrutamiento dinámico, compatibilidad con varios protocolos, seguridad mejorada, alto rendimiento y capacidad, y mayor rapidez que un router al realizar el forwarding gracias a que lo hace vía hardware (ASIC).
    • Estos switches soportan VLANs y Inter-VLAN Routing, permiten configuración y administración vía web o línea de comandos, tienen conectividad con redes de norma IEEE 802, y pueden usar PoE (Power over Ethernet) para proporcionar energía a dispositivos.
    • Algunos ejemplos de switches cisco de capa 3 son: 3650, 3750, 3850, 9200, 9300, 9400.
• La tecnología Power over Ethernet (PoE) está definida en la norma IEEE 803.af y permite suministrar energía eléctrica a un dispositivo de red a través del cable de datos de la conexión Ethernet.
  • PSE (Power Sourcing Equipment) es el dispositivo que suministra la energía (ej. puerto de un conmutador PoE).
  • PD (Powered Device) es el dispositivo que se alimenta por el PSE (ej. cámara web PoE).
• Los Access points (APs) crean la red inalámbrica y proveen acceso a esa red a los dispositivos finales, basándose en estándares de tecnología inalámbrica (IEEE, ISO).
• Los estandares 802.11a, 802.11b y 802.11g están definidos para redes wifi que se comunican en frecuencias de 2.4 Ghz y 5 Ghz.
• Los Wireless LAN Controllers (WLC) manejan y administran todos los puntos de acceso de manera centralizada facilitando la administración de la red, pudiendo controlar o administrar la cantidad de access points, cantidad de clientes que se pueden conectar, o la visibilidad de los usuarios en cuanto al ancho de banda que consumen.

Protocolos de capa 2

• El protocolo de la Capa 2 utilizado está determinado por la tecnología utilizada, la cual es determinada por el tamaño de la red,hosts, alcance, y servicios.
• En topología LAN, se usa Ethernet o Inalámbrico 802.11.
• En topología WAN, se usa Protocolo punto a punto (PPP), HDLC o Frame Relay.
• En topologías punto a punto, dos dispositivos están conectados directamente a un medio de transmisión, como en redes WAN (conexión entre 2 routers), siendo los protocolos más sencillos al no competir dispositivos.
• La topología estrella es usada actualmente en redes LAN con protocolo Ethernet.

Acceso a la red

• En el modelo TCP/IP (original), la capa de acceso a red (1er nivel) se divide en dos capas en el modelo OSI: capa física (1er nivel) y capa de enlace de datos (2º nivel).

La Capa de Enlace de Datos (Nivel 2)

• La misión principal de este nivel es transmitir los datos entre equipos adyacentes sin error ni pérdida.

Capa de Enlace de Datos

• La capa recibe los paquetes de la capa 3, los convierte en tramas y se asegura de que las tramas se encuentren listas para la capa física.
• La capa de enlace de datos está dividida en dos partes, la Logical Link Control (LLC) y la Media Access Control (MAC).
• Se define cómo se introducen las tramas al medio físico y como se reciben las tramas del medio físico.
• LLC interactúa entre el SW de la capa superior y el HW del dispositivo.
• MAC se implementa en HW y sus funciones son proporcionar un direccionamiento físico, controlar el acceso al medio, controlar el flujo y el control de errores.
• La funciones de la MAC son proporcionar direccionamiento físico, controlar el acceso al medio, controlar el flujo y controlar los errores.

Capa de Enlace de Datos (Osi)

• Direccionamiento físico y control con LLC: HDLC, LAPB, LAPF, PPP y MAC: Ethernet, WiFi, ATM, Token Ring, Frame Relay, MPLS.
• El estandar IEEE y ANSI riger en la capa 2 especificamente Ethernet.

Evolucion del Ethernet

• El uso de cables de fibra óptica en Ethernet ha reducido las diferencias entre las LAN y las MAN.
• Originalmente el Ethernet se limitaba a sistemas de cableado LAN dentro de edificios.
• Ahora el Ethernet a través de toda una ciudad red metropolitana MAN.
• El protocolo Ethernet es el predominante en las redes LAN y trabaja a nivel capa 1 y 2 (física y de enlace). Utiliza comunicaciones por cable (pares trenzados, fibra óptica y cables coaxiales).
• Las subcapas separadas de la capa de enlace de datos que usa son Control de enlace lógico (LLC) y el Control de acceso a medios (MAC).
• La subcapa LLC (IEEE 802.2) en el IEEE 802.2 coloca información en la trama información que identifica que protocolo de capa de red se este usando, eso permite que multiples protocolos de capa 3 como IPv4 e IPv6.
• La subcapa MAC es IEEE 802,3 responsable de la encapsulación de datos, control del acceso a medios y direccionamiento.
• La tarjetas de red en equipos con Ethernet cumplen el estandard y los componentes necesarios para la generación y recepción de tramas.
• Las tarjetas de red se encargan de verificar las tramas el canal asignar a la trama la forma los datos de la información darle la forma de una la negociación para en cuanto recursos entre la tarjeta y el sistema operativo.
• El formato para las tramas de Ethernet especifica la ubicación de las direcciones MAC de destino y de origen, e información adicional que incluye preámbulo, delimitador de inicio, longitud tipo de trama y secuenca para detección de errores.
• El tamaño de las tramas de Ethernet está restringido a un máximo de 1518 y un mínimo de 64.
• Para la identificación de los equipos en la local utiliza un identificador único llamado MAC (Dirección de Control de Acceso al Medio.
• Los proveedores tienen la obligación de registrarse el en IEEE, asigna a cada proveedor un código de 3 bytes (OUI).
• La MAC se suele grabar ya en la ROM por lo tanto es permanente pero con la NIC se copia al la Ram lo cual permite cambiar virtualmente la MAC aunque no recomendable.
• Hay Ethernet UNICAST solo con solo un unico destino.
• Hay Ethernet BROADCAST donde todos los hosts reciben y procesan el paquete.
• Hay Ethernet Multicas lo que permite un dispositivo de origen enviar un paquete a grupo de dispositivo.

Conmutación en redes locales

• Los puentes (bridge) y los switches son elementos que implementan el nível físico nivel de enlace de datos del modelo OSI.
• Son de tipo store and forward, examinan las cabeceras de nivel de enlace de datos utilizan la tabla MAC para el puerto de salida.
• La tabla de direcciones MAC, aprendiza direcciones MAC de origen.
• Las entradas son guardadas por 5 minutos para los tramas.
• Cuando el ordenador se enciende inmediatamente manda tramas broadcast DHCP Discovery y otras tramas el switch coloca la MAC del dispositivo en su tabla.
  • Si la trama de la Mac origen no esta la en cola MAC en su tabla el switch la anota ,Si pasado este tiempo no ha recibido mensajes a alguna de ellas, la borra.
• Si una MAC de destino es conocida se envia la trama con el switch
• Si la trama de destino es desconocido se envia a todos los puertos por que el switch no sabe el unicast
• Se lleva acabo un boradcast para pedir una direccion, cada vez que se hace una trama, el switch registas los datos si no no esta registra los datos.
• Cuando se reciben el switch en caso de multicast el switch registra y tambien la procesa el multicas el switch registra en su tabla.
• Las tramas puede pasar aprendiendo direcciones entre dos switches

Enrutamiento y configuración de VLAN

• Un switch de capa 3 tiene funcionalidades de un router esto es que e posible que el switch sirva de router entre diferentes VLANs.
• También se puede hacer que un puerto/interfaz del switch sea de capa 3 y asignarle una dirección IP.
• Hay varios modos de transmisión transmision half duplex y full duplex

Metodos de control de acceso al medio

• Dos transmisiones no deben coinciden en un medio, las señales se mezclan y dejan de ser interpretables por lo que hay la necesitada de regular el flujo.
• Existe metodos cableadas y inalambricas de acceso .
• Aloha fue diseñada por la Universidad de Hawai en 1970 pero sus medios comparten un medio entre varias estaciones.
• Existe una variante que es conocida aloha ranurado slooted aloha que permite que determinado tiempos

Protocolos Alohas

• Los nodos emiten cuando lo necesitan, el receptor debe confirmar la recepción en determinado tiempo.
• Existe variantes de Aloha que deben ser emitdas en determinantes instancias.

###CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

• Acceso Múltiple el terminal terminal escucha antes de transmitir, si Canal libre transmisor trama a completa caso contrario
• Canal está ocupado retrasa la transmisión.
• Para reducir las colisión y mejorar la comunicación

Colisiones en CSMA

• Cuánto mayor sea el retardo de la propagación es más probables que la colisión ocorra , las tramas se descartan se se re transmiten tras un intervalo aleatorio si envía una trauma completa.
• CSMA/CD Si se sitúan muy alejados esto provocaría los colisiones ya que no pueden detectar , cuanto mayor longitud Mayor cable mayor el retardo en la señal eléctrica y propagación eléctrica.
• Después de enviar la trauma la la estación monitoriza la estación dice se lo que se escucha es lo mismo transmitir de otro mundo si una collision la comunicación csma/cd o se hacen modo half duplex.
• Transmitte si detectada que Hay actividad en el canal

Resumen de los protocolos de acceso aleatorio

• Son muy dinámicos,
• Los más populares: CSMA, CSMA/CD.
• El protocolo de CSMA es sencillo con tecnoligias cableadas y dificil con tecnologias inalambricas -El CSMA/CD e usa para Ethernety CSMA/CA (802.11 el wifi)

Preguntas sobre el estándar Ethernet de 10 Gigabit (IEEE 802.3ae). Se describen especificaciones de hardware y estándares como 10GBaseT, 10GBaseLR y 10GBaseER.