5. ota050001 ethernet basis issue1.21

8/18/2019 5. OTA050001 Ethernet Basis ISSUE1.21

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Fundamentos

Ethernet


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Objetivos

Al finalizar este curso, estará en la capacidad de:

Esbozar los tipos y aplicaciones de Ethernet;

Conocer los fundamentos técnicos de Ethernet y sus conceptos

básicos;

Esbozar la estructura de la trama Ethernet;

Describir la función de VLAN y conmutación en capa 2.


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Contenido

1. Categorias de Ethernet

2. Principios básicos de Ethernet

3. Tecnología de puertos Ethernet

4. Fundamentos de VLAN y Conmutación en capa 2


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Categorias de Ethernet

Standard Ethernet (10Mbps)

Fast Ethernet (100Mbps)

Gigabit Ethernet (1000Mbps)

10 Gigabit Ethernet (10000Mbps)


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1 0 0 B

A S E - T X

1 0 0 B

A S E - F X

1 0 0 B

A S E - T 4

Cat 3

100Mbps MAC

1 0 0 B

A S E - T 2

Cat 5

M

MF

Fast Ethernet

100BASE-X - 1995

4 versiones PHY

Tres tipos de medio

802.3u - 1995 100BASE-TX

100m Cat 5 (2 pares)

Codificación 4B5B


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Opciones de Capa Física 100M FE

Tipo DescripciónDistancia de

Transmisión

100BaseT4 UTP cat 3, 5 unshield 4 pair twisted pair 100m

100BaseTX UTP cat5 unshield 2 pair twisted pair 100m

100BaseFX

MMF (Multi-mode Fiber) 550m-2Km

SMF (Single-mode Fiber) 2Km-15Km


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1 0 0 0 B A S E - S X

1 0 0 0 B A S E - L X

1 0 0 0 B A S E - C X

1000Mbps MAC

1 0 0 0

B A S E - T

Cat 5MM

Fibre

SM

FibreCoax

Gigabit Ethernet

1000BASE-X - 1998

4 versiones PHY

4 tipos de medio


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Opciones de Capa Física GE

Tipo DescripciónDistancia de

Transmisión

1000BaseT UTP cat5 unshield 4 pair twisted pair 100 m

1000BaseCX Shielded Balance Copper 25 m

1000BaseSX MMF 50um, use 850nm SWL 550 m

1000BaseLX SMF 9um, use 1310nm LWL 10/40 Km

1000BaseZX SMF, 1310nm/1550nm LWL 80 Km


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10G BASE-X - 2006

6 versiones LAN PHY

3 versiones WAN PHY

10Gbps MAC

1 0 GB A S E - T

Cat 5 MM Fibra SM Fibra

1 0 GB

A S E - S R

1 0 GB A

S E - L R M

1 0 GB

A S E - L R

1 0 GB

A S E - E R

1 0 GB A S E - L X4

WDM

10 Gigabit Ethernet


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Opciones de Capa Física 10GE

Tipo Descripción Distancia de

Transmisión

10GBase-SR Serial 850 nm WAN mapping, MMF 65m

10GBase-LR Serial 1310 nm WAN mapping, SMF 10Km

10GBase-ER Serial 1550 nm WAN mapping, SMF 40Km

10GBase-SW Serial 850 nm WAN mapping, MMF 65m

10GBase-LW Serial 1310 nm WAN mapping, SMF 10Km

10GBase-EW Serial 1550 nm WAN mapping, SMF 40Km/80Km

10GBase-LX4 1310 nm WWDM LAN, MMF /SMF 300m /10Km


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Aplicación de Ethernet

Capa

TipoCapa de Acceso Capa de Convergencia Capa de Núcleo

10M

Conecta con el usuario

terminal y la capa de

acceso LAN switch o HUB

— —

100M

Para estaciones de trabajo

de alto rendimiento y

acceso de PCs

Conecta las capas de acceso y

convergencia, o convergencia y núcleoInterconexión entre LAN Switch

1000M

（GE） — Conexión de alta calidad entre capa de

acceso y equipo de convergencia

Conecta la capa de

convergencia y estaciones detrabajo de alto rendimiento,

interconexión entre routers de

núcleo10GE — —


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Contenido




4. Fundamentos de y Conmutación en capa 2


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Modelos TCP/IP y OSI

Capa de Aplicación

Capa de AplicaciónCapa de Presentación

Capa de Conversación

Capa de Transporte Capa de Transporte

Capa de Red Capa de Red

Capa de enlace de datos Capa de enlace de datos

Capa física Capa física

Modelo TCP/IPModelo OSI


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Concentrador

FisicaFisica

0 1 0 1 0 1 0 1

Concentradores y repetidores Ethernet

Capa de Aplicación

Capa de Presentación


Capa de Transporte

Capa de Red

Capa de Enlace de Datos

Capa Física

Capa de Aplicación



Capa de Transporte

Capa de Red

Capa de Enlace de Datos

Capa Física


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Principio de trabajo de un concentrador

El concentrador trabaja en modo half duplex

Si una unidad habla, las demas escuchan

SalidaEntrada


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Dominio de colisiones

Todas las unidades compiten por el mismo medio y solo una

unidad puede transmitir por vez

Concentrador

LAN

LAN

LAN

LAN

LAN

Dominio de colisiones


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Detección de Portadora

Red quiet – cualquier unidad puede transmitir

Red busy – otras unidades deben esperar

CSMA/CD:

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection.

CSMA/CD


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All devices back off and wait for arandom time interval

Cada unidad escucha por colisiones

mientras transmite

CSMA/CD (Cont.)

Colisión


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Trama mínima

64 Bytes

Trama máxima

1518 Bytes

Máxima distancia de transmisión

La máxima distancia de transmisión está determinada por factores

como la calidad de la línea y atenuación de la señal

Longitud de la trama y distancia de

transmisión


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La dirección MAC es una dirección globalmente única de 48-bit

Representado por un número hexadecimal de 12 dígitos

07 7 7 7 7 70 0 0 0 0

Identificador UnicoOrganizacional (OUI)

Asignado por cadaorganización

Dirección MAC Ethernet

00000000 11100000 11111100 xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx

00 E0 FC xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx


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Dirección MAC de broadcast: FF-FF-FF-FF-FF-FF

Si el 8vo bit es 1, representa una dirección multicast

Bit multicast =1

Direcciones MAC de Broadcast

07 7 7 7 7 70 0 0 0 0

00000001 00000000 01011110 xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx


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Unicast: Dirigido a un individual

Broadcast: Dirigido a todo el mundo

Multicast: Dirigido a un grupo

Direccionamiento Ethernet


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Tipos de trama comunes:

Ethernet II – Campo tipo>1500

IEEE 802.3 – Longitud del campo


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Contenido






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Transmisión

Recepción

Modo duplex de Ethernet

Modo duplex Ethernet incluye:

Half-duplex

Full-duplex

Full-duplex permite velocidad completa en cada dirección de

forma simultánea, por lo tanto, el doble del throughput


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El pulso de enlace rápido incluye un conjunto de

secuencias de reloj/digitales comprimidas en el

mismo.

El mecanismo básico de la función de autonegociación es

encapsular el mensaje de negociación en el pulso de prueba de

integración del enlace.

16ms

Cada pulso incluye 16 secuencias digitales

……

Pulso de enlace rápido

Autonegociación


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Autonegociación (Cont.)

Si una unidad no puede soportar autonegociación y el otro excremo si,

ésta trabajará en el método de trabajo por defecto.

Half-Duplex Full-Duplex

10M Soportado Soportado

100M Soportado Soportado

1000M - Soportado

10G - Soportado


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Auto-Sensing

La función de Auto-sensing permite que tanto cable directo

como cruzado pueda ser utilizado entre dos unidades.

¿Cables directos o cruzados?

PC LAN Switch


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Control de Flujo

La función del control de flujo es prevenir que las tramas se

pierdan en caso de congestión

Bajo el modo half duplex, el control de flujo se obtiene por

tecnología backpressure

Bajo el modo full duplex, el control de flujo generalmente

soporta el estándar IEEE 802.3x


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Control de flujo Half-Duplex

backpressure

Aparenta que hay unacolisión, así no estará

transmitiendoconstantemente.


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PAUSE Frame

Data Frame

Control de flujo Full-Duplex

El estándar IEEE802.3x define un nuevo método denominado

trama de PAUSA, para realizar el control de flujo en un

ambiente full duplex.

La trama de PAUSA utiliza una dirección de multicast reservadaque no puede ser repetida por puentes o switch

Stop Congestion


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DA Tipo

Opcode control

MAC

Parámetros de

control MAC

Reservado

00-01

(PAUSE)

00-00 to

FF-FF

Ceros

2 Bytes 2 Bytes 42 Bytes

Control de Flujo

La trama de “Pausa” permite control de flujo en Ethernet

FCSData0x8808SA

01-80-C2-

00-00-01


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Contenido






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Switch Capa 2

FísicaFísica

Enlace Enlace

Capa de Aplicación


Capa de conversación

Capa de Transporte

Capa de Red

Capa de enlace de datos

Capa física

Estructura de un LAN Switch Capa 2

Capa de Aplicación


Capa de conversación

Capa de Transporte

Capa de Red

Capa de enlace de datos

Capa física


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Aprendizaje basado en la fuente

A

B

C

PORT1 PORT3

D

switch

Dir. MAC Puerto

MAC A 1

MAC B 2

MAC C 3

MAC D 4

1234.ABCD.0001

1234.ABCD.0002

1234.ABCD.0003

1234.ABCD.0004

PORT2 PORT4

LAN Switch Capa 2 – Mecanismo de

trabajo


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Transmisión basada en MAC de destino

MAC Puerto

MAC A 1

MAC B 2

MAC C 3

MAC D 4

PORT1 PORT2

PORT3 PORT4

MAC D MAC A ……

MAC A MAC D …… Switch

LAN Switch capa 2 – Mecanismo de

trabajo (Cont.)


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Tres modos de conmutación

Cut-Through: Transmite la trama inmediatamente recibe la dirección de destino

Corto tiempo de retraso

No verifica errores

Store-and-Forward:

Transmite la trama luego que recibe toda la trama

Elevado tiempo de retraso

Verifica errores, de tal manera que las tramas erroneas no son transmitidas

Fragment-free:

Transmite la trama luego que recibe 64 bytes (la menor longitud de trama)

Integra las ventajas de los dos modos indicados anteriormente


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Dominio de Broadcast

Capa 2 transmitirá las tramas recibidas en función de la dirección

MAC así, el dominio de colisión estará límitado solo a un puerto. Sin

embargo, no es posible limitarlo en el dominio de broadcast.

Switch

LAN

LAN

LAN

LAN

LAN

Dominio deBroadcast

Dominio de

colisión

Dominio decolisión

Dominio decolisión

Dominio decolisión

Dominio decolisión


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VLAN básico

Switch

VLAN:1 VLAN:2

Propósito de VLAN: Mejora la seguridad en la

comunicación

Refuerza la resistencia de la red

Control de Broadcast

Modos de división de VLAN:

Basado en puerto

Basado en dirección MAC

Basado en protocolo Capa 3


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TCI

Trama Ethernet con etiqueta IEEE 802.I Q

FCSDataDA SA Type

TPI

CFI 0x8100

Pri VLAN ID

2-Bytes 3-bits 12-bits

FCSDataDA SA TypeQTag

1-bit

Etiqueta de VLAN 802.1Q

Trama Ethernet II


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MAC VLAN

MAC A 5MAC B 10

MAC C 5

MAC D 10

MAC A MAC B MAC C MAC D

Switch

Port VLAN

Port 1 5Port 3 10

Port 7 5

Port 10 10

PC A PC B PC C PC D

Switch

Port 1

Port 3Port 7

Port 10

VLAN basada en MAC o Port


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Protocol VLAN

IPX 5IPv6 10

IPv4 2

………. 11

IPX IPv4 IPX IPv6

Switch

IP VLAN

1.1.1.1/24 51.1.2.1/24 10

1.1.3.1/24 2

………. 11

1.1.1.1/24 1.1.2.1/24 1.1.3.1/24 2.1.1.1/24

Switch

VLAN basada en Protocolo o Subred


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Tipos de Puerto en Tarjeta Ethernet

Tipo Descripción

UNI

Tag AwareSolo acepta la trama con VLAN ID, normalmente para conectar

con switches

Access No puede identificar VLAN ID, normalmente para conectar con PC

Hybrid Identifica la trama con o sin VLAN ID


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Datos

PuertoTag Flag Untag Flag

Tag aware (In) Transporta transparentemente Descarta

Tag aware (Out) Transporta transparentemente －

Access (In) Descarta Añade VLAN por defecto

Access (Out) Elimina etiqueta －

Hybrid (In) Transporta transparentemente Añade VLAN por defecto

Hybrid (Out)

Si el VLAN ID es igual a por

defecto, elimina etiqueta, sino,

transporta transparentemente

－

Procesamiento de Interfaz UNI en

Puerto Ethernet


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Tarjeta Ethernet

VlanDA SA XXX

Recepción

Transmisión

XXXDA SA

Port1 VC trunk

Access Tag aware

Default VLAN ID


Puerto Ethernet (Cont.)

1. Access

Port1 VC trunk+ Default VLAN（VLAN= 1~4095）

Configuración de atributos del puerto: Port – Access, VC trunk –

Tag aware


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Tarjeta Ethernet

Vlan1DA SA XXX

Recepción

Transmisión

Port1

Tag aware

Vlan1DA SA XXX

VC trunk

Tag aware



2. Tag aware

Port1+VLAN1 VC trunk+ VLAN1（VLAN= 1~4095）

Configuración de atributos del puerto: Port – Tag aware, VC trunk

– Tag aware


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Tarjeta Ethernet

Vlan1DA SA XXX

RecepciónPort1

Hybrid

Vlan1DA SA XXX

VC trunk

Tag aware

VlanDA SA XXXXXXDA SA

Transmisión VLAN ID pordefecto



3. Hybrid

Port1+VLAN1 VC trunk+ VLAN1

Port1 VC trunk+ Default VLAN（VLAN= 1~4095）

Configuración de atributos del puerto: Port – Hybrid, VC trunk – Tag aware


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Ventaja y desventaja de VLAN

La tecnología VLAN resuelve los problemas de broadcast y

mejora la seguridad en las comunicaciones.

Desventaja de VLAN:

Mejora la razón de utilización de ancho de banda dividiendo lasredes conectadas físicamente en varias redes lógicas pequeñas.

¿Pero que se debe hacer cuando se desea que dos VLANs

diferentes se comuniquen entre si?


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Preguntas

Describa el mecanismo de funcionamiento de un switch capa 2.

¿Cual es la ventaja de VLAN?


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Categorias de Ethernet

Principios básicos de Ethernet

Tecnología de puertos Ethernet

Fundamentos de VLAN y Conmutación en capa 2

Resumen


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Glosario

VLAN: Virtual Local Area Network

SMF/MMF: Single/Multi Mode Fibre

WAN: Wide Area Network

OSI: Open System Interconnection

UNI: User Network Interface


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