3.- Entendiendo Ethernet

Ethernet fue desarrollado en los años 70´s por Digytal Equipment Corporation (DEC), Intel y Xerox, después la IEEE definió un nuevo estándar para Ethernet llamado Ethernet 802.3 este estándar es el que se usa en la actualidad.

Definición de una LAN

Local Área Networks (LAN) o Red de Área Local es una red de datos de bajo error y alta velocidad que cubre un área geográficamente pequeña.
Una LAN usualmente se encuentra localizada en un edificio o en un campus y no cobren largas distancias, su desarrollo implementación y mantenimiento e relativamente económico. Estas LANs conectan computadoras, impresoras, terminales y demás dispositivos dentro de un edificio o un área limitada.
Las LANs constan de los siguientes componentes
► Computadoras: Ejemplos de estas son las PCs y los servidores
► Interconectores: Ofrecen los medios para que los datos viajen, también incluyen NICs, y medios de red.
► Dispositivos de Red: Ejemplos de estos incluyen hubs, routers, y swithces.
► Protocolos: Ejemplos de estos incluyen protocolos Ethernet como son IP, ARP y DHCP.

Ethernet
Ethernet es uno de los estándares LAN más utilizados como se muestra en la figura Ethernet opera en la capas 1 y 2 del modelo de referencia OSI.

La Capa Física (Capa 1) define el cableado, especificaciones de las conexiones y la topología.
La Capa de Enlace de Datos (Capa 2) tiene las siguientes funciones:
► Proporciona de direccionamiento físico.
► Proporciona soporte para los servicios orientados a la conexión y sin conexión.
► Proporciona de secuenciado y control de flujo de los frames.
Son dos subcapas la que realizan las funciones de enlace de datos. La subcapa MAC y la subcapa Logical Link Control (LLC).
La figura muestra la subcapa MAC (Media Access Control) 802.3. La subcapa MAC es responsable de cómo los datos son enviados sobre el cable (o el medio). La dirección MAC es una dirección de 48 bits expresado como 12 dígitos hexadecimales.

La subcapa MAC define lo siguiente:
► Direccionamiento físico.
► Topología de Red.
► Disciplina de la línea.
► Notificación de errores.
► Entrega ordenada de tramas.
► Control de flujo opcional.
La subcapa LLC (802.2) es responsable de identificar y encapsular diferentes tipos de protocolos. Existen dos tipos de frames de LLC: Services Accces Point (SAP) y Subnetwork Access Protocol (SNAP).

El rol de CSMA/CD en Ethernet
Todas las estaciones en un segmento Ethernet están conectados en al mismo medio, por lo tanto todos los dispositivos reciben todas las señales. Cuando, los dispositivos envían señales al mismo tiempo ocurre una colisión; por lo tanto es necesario un esquema para detectar y compensar las colisiones.
Ethernet usa un método llamado Carrier sense multiple Access collision detected CSMA/CD (acceso múltiple con detección de portadora (carrier) y detección de colisiones).
En CSMA/CD varias estaciones pueden transmitir en medio Ethernet pero ninguna estación tiene prioridad una sobre la otra. Antes de que una estación transmita esta, escucha a la red (detección de portadora carrier) para asegurarse que ninguna otra estación está transmitiendo, si ninguna otra estación está trasmitiendo, la estación trasmite a través de la red. Si una colisión ocurre, la trasmisión de la estación detecta la colisión y corre un algoritmo de backoff. El algoritmo de backoff calcula un tiempo al azar en el que cada estación espera antes de retransmitir.

Tráfico Ethernet LAN
Existen tres tipos de tráfico más comunes en una LAN:
► Unicast: Este es el tipo de tráfico más común en una LAN. Se trata de un frame destinado a un solo host
► Broadcast: Destinado a todos los host. Las estaciones ven los frames broadcast como un anuncio de servicio público.
► Multicast: Tráfico en donde un solo trasmisor intenta alcanzar solo a una subred, un grupo o un segmento entero

Direcciones Ethernet
Las direcciones de Ethernet o direcciones MAC, son direcciones de capa 2 del la tarjeta de red de un dispositivo, comúnmente esta quemada dentro del adaptador (NIC). La dirección MAC es usualmente aparece en formato hexadecimal como por ejemplo 000-0d-65-ac-50-7f.
Como se muestra en la figura, la dirección MAC cuenta con 48 bits y consiste en los siguientes dos componentes:
► Organizational Unique Indentifier (OUI): 24 bits. Este es asignado por la IEEE e identifica al fabricante de la tarjeta.
► Asignado por el vendedor: 24 bits, identificador único del hardware de Ethernet

Conexión a una Ethernet LAN
El termino Ethernet abarca varias implementaciones LAN. Las implementaciones de la capa física varia y todas soportan varias estructuras de cableado, la siguientes son las cuatro principales categorías en una Ethernet:
Ethernet (DIX) y IEEE 802.3: operan a 10Mbps sobre cable coaxial, cable de par trensado sin blindar o fibra, estos estándares se conocen como 10BASE2, 10 BASE5. 10 BASE-T y 10BASE –F
Fast Ethernet o Ethernet 100-Mbps Ethernet: opera sobre UTP o fibra.
Gigabit Ethernet: una extensión de 802.3 que opera sobre fibra o cobre a 100 Mbps, o i gigabite por segundo (Gbps).
10-Gigabit Ethernet. Definido en el estándar 802.3ae, corre en modo full-duplex solamente, sobre fibra.
En la tabla se comparan especificaciones para conectores y cables. Para Fast Ethernet y Gigabite Ethernet se requiere UTP categoría 5e (o superior) o cable de fibra óptica.

Un GBIC (Gigabit Interface Converter) es un dispositivo de intercambio en caliente que se conecta a un puerto Gigabit EthernetCisco, GBICs son intercambiables y permiten implementar diferentes tipos de de tecnologías 100BASE-X si tener que cambiar la interface física del switch , GBICs soporta UTP y medios de fibra.

Tipos de medios de red
Los medios de red se refieren al comino físico que toman las señales a través de la red. Los tipos más comunes de medio son los siguientes.
► Cable de par trenzado: usado para telefonía y en las redes Ethernet más comunes. Cada par constituye un circuito que puede transmitir señales, los pares están trenzados para prevenir interferencias (crosstalk), las dos categorías de par trenzado son par trenzado sin blindar UTP (Unshield twisted-pair) y par trenzado blindado STP (shielded twisted-pair) y se definen así:
■ Cable UTP: usualmente conectado al equipo con un conector RJ45. UTP tiene un diámetro pequeño que puede ser una ventaja cuando no se cuenta con mucho espacio para cablear, es propensa a ruido y a la interferencia eléctrica debido a la falta de blindaje, existen siete categorías de UTP. CAT 1, CAT 2, CAT 3 CAT 4, CAT 5, CAT 5e Y CAT 6.

■ Cable STP: Proporciona mucha mejor protección contra el ruido eléctrico que un cable UTP pero es más gruesa y más costosa. La velocidad máxima del cable es la misma que el del UTP (de 10 a 100Mbps a una distancia máxima de 100
► Cable de Fibra Óptica: permite la transmisión de señale de luz. Esto ofrece un gran salto en ancho de banda sobre otros tipos de cables (1Gb o mas) los dos tipos de cable de fibra óptica son dos. Multimodo, y Monomodo, y se definen de la siguiente forma:
■ Multimodo: con este tipo de fibra, varios modos (o longitudes de onda) se propagan por la fibra, tomando rutas ligeramente diferentes. La fibra multimodo es usada principalmente en sistemas con poca distancia de transmisión (menos de Km).
■ Monomodo: es este tipo de fibra solo hay un nodo en la que la luz puede propagarse. La fibra monomodo es comúnmente usada para largas distancias con aplicaciones que necesitan un ancho de banda alto.

Implementación UTP
Para cablear con cable UTP se utiliza un conector RJ 45
Actualmente (y para fines de examen de certificación) se manejan dos tipos de conexiones que son straight-through y crossover. El cable straight-through comúnmente se utiliza para interconectar diferentes dispositivos (DTE y DCE) como son las conexiones de un switch a un router.
La figura muestra un los conectores RJ45 y los pines para un cable straight-through.

Los cables Crossover son comúnmente usados para interconectar dispositivos similares, como son las conexiones switch a switch, hay una excepción a la regla que es una conexión switch a hub quienes también usan un cable crossover.