Fundamentos de ethernet LAN

Tutorial + imágenes

Preguntas básicas


Tema 1

Fundamentos de LAN Ethernet

El término Ethernet se refiere a la familia de estandares que en conjunto definen las capas física y de enlace de datos de la tecnología más popular de cableado LAN. El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE por sus siglas en inglés) define el cableado, los tipos de conectores a los extremos de los cables, los protocolos y todo lo que se requiere para crear una red Ethernet LAN.

SOHO LANs

La red LAN más pequeña que se puede configurar es conocida como Small Office Home Office (SOHO), la cual requiere únicamente de un switch Ethernet LAN al que se le pueden conectar otros dispositivos a través de cables Ethernet como se muestra en la figura de abajo.

Es importante conocer que una red Ethernet LAN únicamente se conforma por dispositivos conectados por cables, ya que aunque una red LAN puede incluir dispositivos conectados vía wireless, esta tecnología no forma parte de Ethernet y es definida por estándares 802.11 también por la IEEE.

Las redes LAN wireless sustituyen el switch por otro el Access Point (AP), el cual conecta sus dispositivos a través de ondas que viajan por el aire.

Una dirección MAC representa un dispositivo único dentro de la red, por lo que también se les conoce como direcciones Ethernet unicast. Sin embargo, existen también direcciones MAC que identifican a grupos de dispositivos dentro de la red, estas son las direcciones multicast y broadcast.

Direcciones unicast: Cualquier frame enviado a estas direcciones llegará a un solo dispositivo dentro de la red. Un dispositivo envía, uno solo recibe.

Direcciones multicast: Cualquier frame enviado a estas direcciones llegará a un grupo de dispositivos dentro de la red, los cuales fueron inscritos en dicho grupo desde su configuración. Un dispositivo envía, varios reciben.

Direcciones broadcast: Los trajes que son enviados a estas direcciones son recibidos por TODOS los dispositivos dentro de la red Ethernet. Un dispositivo envía, todos reciben.

Full duplex vs Half duplex

Hasta ahora hablamos sobre cómo se construye un frame ethernet y las direcciones MAC que utilizan los dispositivos para enviar y recibir datos. Ahora describiremos las características que nuestros dispositivos de red pueden tener para tener éxito en el envío y recepción de datos.

Half duplex: el dispositivo tiene que esperar para enviar si es que está recibiendo un dato; en otras palabras, no puede enviar y recibir al mismo tiempo sobre la misma interfaz.

Full duplex: el dispositivo no necesita esperar para enviar; puede enviar y recibir frames a través de la misma interfaz.

Hace algunos años, los dispositivos que trabajaban en half duplex eran los hubs, con la introducción de los switches entro en juego full duplex. Actualmente se pueden encontrar hubs que trabajan con full duplex.

Los dispositivos que utilizan half duplex usan un algoritmo llamado CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Este algoritmo funciona como se menciona a continuación:

Paso 1: Un dispositivo quiere enviar un frame a través de una de sus interfaces, por lo tanto, escucha el canal hasta que no esté ocupado.

Paso 2: En cuanto descubre que no está ocupado, envía el frame.

Paso 3: El emisor escucha mientras envía para verificar si una colisión ocurre. Las colisiones pueden ser causadas por diferentes razones. Si una colisión ocurre, todos los nodos que están enviando datos realizan el siguiente proceso:

Envían una señal de interferencia que avisa a todos los nodos que ha ocurrido una colisión.

De manera independiente eligen un tiempo de espera aleatorio antes de intentar enviar de nuevo. El siguiente intento comienza con el Paso 1.

En la figura de abajo se muestra como conviven dispositivos half y full duplex en una misma red ethernet.


Pregunta 1
B,E
Explicación

CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) significa acceso múltiple de detección de portadora con detección de colisión. En una LAN Ethernet, antes de transmitir, una computadora primero escucha los medios de la red. Si el medio está inactivo, la computadora envía sus datos. Si el medio no está inactivo (otra estación está hablando), la computadora debe esperar algún tiempo.

Cuando una estación transmite, la señal se denomina portadora. La detección de una señal portadora significa que antes de que una estación pueda enviar datos a través de un cable Ethernet, debe escuchar si hay otra "portadora" (de otra estación). Si otra estación está hablando, esta estación esperará hasta que no haya ningún operador presente.

Acceso múltiple significa que las estaciones pueden acceder a la red en cualquier momento. Opuesto a la red Token-Ring donde una estación debe tener el "token" para que pueda enviar datos.

¡Aunque una señal portadora ayuda a dos estaciones no envían datos al mismo tiempo, pero a veces aun así dos estaciones envían datos al mismo tiempo! Esto se debe a que dos estaciones escuchan el tráfico de la red, no escuchan y transmiten simultáneamente -> se produce una colisión y ambas estaciones deben retransmitirse en algún momento posterior. La detección de colisiones es la capacidad de los medios para detectar colisiones para saber que deben retransmitir.

Básicamente, el algoritmo CSMA / CD se puede resumir de la siguiente manera:

+ Un dispositivo que desea enviar un frame debe esperar hasta que la LAN esté en silencio (nadie está "hablando")
+ Si aún ocurre una colisión, los dispositivos que causaron la colisión esperan un tiempo aleatorio y luego intentan enviar los datos nuevamente.

Nota: Un switch separa cada estación en su propio dominio de colisión. Esto significa que la estación puede enviar datos sin preocuparse de que sus datos se colisionen con los datos de otras estaciones. Es opuesto a un hub que puede provocar una colisión entre las estaciones conectadas a él.

Pregunta 2
A,D
Explicación

Solo dos comandos “show interfaces” y “show ip interface brief” revelan el estado de las interfaces del router (up/up, por ejemplo).

Las salidas de dos comandos se muestran a continuación:


Pregunta 3
D
Explicación

HTTP se basa en la conexión TCP, por lo que primero se debe establecer una conexión TCP entre la estación de trabajo y el servidor web.

Pregunta 4
C
Explicación

Los hubs no separan los dominios de colisión, por lo que, si se utiliza en la topología anterior, solo tendremos 1 dominio de colisión. Los switches hacen dominios de colisión separados, de modo que, si los hubs fueran reemplazados por los switches, tendríamos 22 dominios de colisión (19 dominios de colisión para hosts y 3 dominios de colisión entre tres switches). Tenga en cuenta que la conexión WAN (serie) no se cuenta como una colisión (o dominio de difusión).

Pregunta 5
B
Explicación

Una tormenta de difusión puede causar congestión dentro de una red. Para obtener más información sobre la transmisión por tormenta, lea mi tutorial de STP.

Pregunta 6
B
Explicación

Antes de que un host pueda enviar paquetes ICMP (ping) a otro dispositivo, debe conocer la dirección MAC del dispositivo de destino para que primero envíe una Solicitud ARP. De hecho, el primer paquete de ping se elimina porque el router no puede crear un paquete completo sin conocer la dirección MAC de destino

Pregunta 7
C
Explicación

El comando "show running-config" muestra la configuración activa en la memoria.

Pregunta 8
D
Pregunta 9
B
Pregunta 10
A,B,E
Explicación

La comunicación full-duplex permite tanto el envío como la recepción de datos simultáneamente. Los switches proporcionan capacidad de comunicación full-duplex. La comunicación Half-duplex solo permite la transmisión de datos en una sola dirección a la vez (ya sea enviando o recibiendo).

Pregunta 11
B,D
Explicación

Solo un router o un switch capa 3 pueden mitigar una tormenta de difusión porque los dominios de difusión separados -> B y D son correctos.

Pregunta 12
A,D,E
Explicación

El ÁREA 1 tiene "múltiples dominios de colisión", por lo que el Dispositivo de red A debe ser un dispositivo que funcione en la capa 2 o superior (un router o switch) -> A y E son correctos.

El ÁREA 2 solo tiene un "dominio de colisión único", por lo que el Dispositivo de red B debe ser un dispositivo que funcione en la capa 1 (un hub o repeater) -> D es correcto.

Pregunta 13
C
Explicación

El "Ctrl-Shift-6" y "x" se utiliza para suspender la sesión telnet. En este caso, la sesión telnet desde Router1 a Router2 se suspenderá.

Si ingresamos la palabra clave "resume", Router1 intentará reanudar la sesión de telnet a Router2 (verá la línea [Reanudando la conexión 1 a 192.168.9.2 ...]) y recuperaremos el indicador de Router2>.

Pregunta 14
E
Explicación

En la topología anterior, solo se utilizan routers y switches, por lo que para cada enlace tenemos un dominio de colisión. En la imagen de abajo, cada elipse rosa representa un dominio de colisión

Pregunta 15
B
Explicación

La topología "star" es la topología más popular para la red que permite que todo el tráfico fluya a través de un dispositivo central.

Pregunta 16
C
Pregunta 17
A
Explicación

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) es el método de acceso LAN utilizado en Ethernet. Cuando un dispositivo desea obtener acceso a la red, verifica si la red está libre. Si la red no es libre, el dispositivo espera un tiempo aleatorio antes de volver a intentarlo. Si la red está libre y dos dispositivos acceden a la línea exactamente al mismo tiempo, sus señales chocan. Cuando se detecta la colisión, ambos retroceden y esperan una cantidad de tiempo aleatoria antes de volver a intentarlo.

CSMA / CD se utiliza con dispositivos que funcionan en modo half-duplex solamente. CSMA / CD ayuda a los dispositivos que se conectan a los puertos del switch half-duplex a funcionar correctamente

Pregunta 18
D
Explicación

El tamaño del frame Ethernet hace referencia al frame Ethernet entero, incluyendo el header y el trailer, mientras que el tamaño del MTU se refiere únicamente a la carga útil de Ethernet. Los frames Baby Giant se refieren a un tamaño de frame Ethernet de hasta 1600 bytes, y los frames jumbo hacen referencia a frames de hasta 9216 bytes (according to this link: http://www.cisco.com/c/en/us/support/docs/switches/catalyst-4000-series-switches/29805-175.html)

Por ejemplo, el frame MTU de Ethernet estándar es de 1500 bytes. Esto no incluye el encabezado de Ethernet ni el tráiler de Cyclic Redundancy Check (CRC), que tiene 18 bytes de longitud, para hacer el tamaño total del frame de Ethernet de 1518.

Por lo tanto, según la definición estricta, el tamaño de MTU de 1600 no se puede clasificar como baby giant frames, ya que todos los Ethernet frames seguramente serán más grandes que 1600 -> La respuesta C no es correcta.

La respuesta D es una mejor opción ya que la MTU es 1518, por lo que el Ethernet frame completo sería 1536 (1518 + 18 Ethernet header y CRC trailer). Esto satisface el requisito de los baby giant frames "Los baby giant frames se refieren al tamaño del marco Ethernet de hasta 1600 bytes".

Pregunta 19
B
Pregunta 20
A