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Switching Ethernet

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¡Aprende sobre Ethernet Switching y Ethernet para convertirte en administrador o arquitecto de red! Ethernet es una de las tecnologías LAN más populares, capaz de soportar anchos de banda de hasta 100 Gbps. En este módulo, podrás experimentar con Wireshark para ver tramas Ethernet y direcciones MAC de dispositivos de red, además de ver algunos vídeos instructivos. ¡Al final del módulo, podrás crear tu propia red conmutada usando Ethernet! ¡No te lo pierdas!

Tramas de Ethernet

Encapsulamiento de Ethernet

El encapsulamiento de Ethernet es una técnica utilizada para transmitir datos entre dispositivos de red. En CCNA, se refiere al proceso de agregar una cabecera y un remate a los datos para que puedan ser enviados a través de una red Ethernet.

Ethernet es un protocolo de capa de enlace de datos en el modelo OSI, lo que significa que opera en la capa 2 del modelo OSI. El protocolo Ethernet se utiliza para conectar dispositivos en una red local y proporciona una conexión de red confiable y eficiente.

ethernet osi

El ancho de banda soportado por Ethernet varía según la versión del protocolo Ethernet que se esté utilizando. Las versiones más comunes son 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps y 10 Gbps.

La cabecera incluye información como la dirección MAC de origen y destino, mientras que el remate incluye una suma de comprobación de ciclo redundante (CRC) para garantizar que los datos se transmitan sin errores.

Subcapas de enlace de datos

La capa de enlace de datos del modelo OSI se divide en dos subcapas: la subcapa de control de enlace lógico (LLC) y la subcapa de control de acceso al medio (MAC).

subcapas enlace de datos

La subcapa LLC se encarga de la comunicación entre dispositivos en una red y proporciona una interfaz entre la capa de red y la capa MAC. La subcapa LLC garantiza que los datos se transmitan sin errores y en el orden correcto. También maneja el control de flujo y la detección de errores.

La subcapa MAC es responsable de la entrega de datos en una red. Esta subcapa controla cómo los datos se transmiten a través del medio físico de la red, incluyendo la selección del canal de transmisión, la detección de colisiones y la resolución de conflictos. La subcapa MAC también proporciona direcciones MAC únicas a cada dispositivo en una red, lo que permite la comunicación entre dispositivos.

Subcapa MAC

La subcapa de control de acceso al medio (MAC) es una de las dos subcapas que conforman la capa de enlace de datos en el modelo OSI. La subcapa MAC se encarga de controlar el acceso al medio físico de la red para evitar colisiones y permitir la transmisión de datos entre dispositivos.

La subcapa MAC utiliza direcciones MAC únicas para identificar cada dispositivo en la red y proporciona un mecanismo para transmitir datos a través del medio físico. Las direcciones MAC son únicas y se asignan a cada dispositivo de red durante la fabricación.

La subcapa MAC utiliza técnicas de control de acceso al medio para evitar colisiones entre dispositivos que intentan transmitir datos simultáneamente. Una de las técnicas de control de acceso al medio más comúnmente utilizadas es el protocolo de acceso múltiple con detección de portadora y detección de colisiones (CSMA/CD). Este protocolo asegura que los dispositivos en la red escuchen el medio antes de intentar transmitir datos, lo que reduce el riesgo de colisiones y aumenta la eficiencia de la red.

La subcapa MAC también proporciona un mecanismo para resolver conflictos en caso de que dos dispositivos intenten transmitir datos simultáneamente. En este caso, los dispositivos utilizan una técnica de «backoff» para reintentar la transmisión después de un tiempo de espera aleatorio.

Campos de trama de Ethernet

Es importante entender los campos de la trama Ethernet para comprender cómo se transmiten los datos en una red.

Los campos de la trama Ethernet incluyen:

  • Prefacio: Un campo de 8 bytes que indica el inicio de la trama Ethernet. El prefacio está formado por una serie de bits de valor cero seguidos por un bit de valor uno.
  • Dirección de destino: Un campo de 6 bytes que indica la dirección MAC del dispositivo de destino al que se envía la trama Ethernet.
  • Dirección de origen: Un campo de 6 bytes que indica la dirección MAC del dispositivo emisor de la trama Ethernet.
  • Tipo/Longitud: Un campo de 2 bytes que indica el tipo de protocolo utilizado en la trama Ethernet o la longitud de los datos transmitidos.
  • Datos: Un campo variable que contiene los datos que se transmiten a través de la red.
  • CRC: Un campo de 4 bytes que contiene la suma de comprobación de ciclo redundante (CRC) utilizada para detectar errores en la trama Ethernet.

La dirección MAC de destino y origen son importantes porque permiten que los dispositivos de red identifiquen y envíen información entre sí. El campo Tipo/Longitud indica qué tipo de protocolo se está utilizando en la trama Ethernet, lo que permite que los dispositivos se comuniquen entre sí utilizando el mismo protocolo.

El campo de datos contiene la información que se transmite a través de la red, y el CRC se utiliza para detectar errores en la trama Ethernet y garantizar que la información se transmita correctamente.

Dirección MAC de Ethernet

Dirección MAC y hexadecimal

La dirección MAC es un identificador único asignado a cada dispositivo de red. La dirección MAC se utiliza en la subcapa de control de acceso al medio (MAC) de la capa de enlace de datos del modelo OSI para identificar los dispositivos en la red y permitir la comunicación entre ellos.

La dirección MAC es un número de 48 bits representado en hexadecimal. El hexadecimal es un sistema de numeración utilizado en informática que utiliza 16 símbolos para representar números. Los símbolos del sistema hexadecimal son 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E y F. Cada símbolo representa cuatro bits.

La dirección MAC se compone de seis bloques de dos dígitos hexadecimales separados por dos puntos (:). Por ejemplo, una dirección MAC típica podría ser 00:11:22:33:44:55.

Los primeros tres bloques de la dirección MAC representan el identificador de fabricante único (OUI), que es asignado por la IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) a cada fabricante de hardware de red. Los tres últimos bloques de la dirección MAC son asignados por el fabricante y son únicos para cada dispositivo.

La dirección MAC se utiliza en la subcapa MAC para identificar cada dispositivo en la red y permitir la comunicación entre ellos. Los dispositivos de red utilizan la dirección MAC para enviar paquetes de datos a otros dispositivos de red en la red local.

Procesamiento de tramas

El procesamiento de tramas incluye varios procesos, como la encapsulación y desencapsulación de tramas, la detección de errores y la retransmisión de tramas en caso de pérdida o daño.

El proceso de encapsulación de tramas implica agregar una cabecera y un remate a los datos para que puedan ser transmitidos a través de la red Ethernet. La cabecera incluye información como la dirección MAC de origen y destino, mientras que el remate incluye una suma de comprobación de ciclo redundante (CRC) para garantizar que los datos se transmitan sin errores.

El proceso de desencapsulación de tramas implica eliminar la cabecera y el remate de los datos cuando se reciben en un dispositivo de red. El dispositivo de red utiliza la dirección MAC de destino para determinar si la trama Ethernet debe ser procesada o descartada.

La detección de errores es un proceso importante en el procesamiento de tramas. La suma de comprobación de ciclo redundante (CRC) se utiliza para detectar errores en la trama Ethernet y garantizar que los datos se transmitan correctamente. Si se detecta un error en la trama, el dispositivo de red rechaza la trama y solicita su retransmisión.

La retransmisión de tramas es un proceso importante en el procesamiento de tramas en CCNA. Si una trama se pierde o se daña durante la transmisión, el dispositivo de red solicita una retransmisión de la trama para garantizar que los datos se transmitan correctamente.

Dirección MAC de unicast

La dirección MAC de unicast es una dirección única asignada a una interfaz de red específica. Se utiliza para identificar de manera única una máquina en una red. La dirección MAC de unicast se utiliza en los protocolos de la capa de enlace de datos, como Ethernet, para entregar paquetes de datos a una interfaz de red específica en la red. Cuando un dispositivo en la red desea enviar un paquete a otro dispositivo, utiliza la dirección MAC de unicast del destinatario para entregar el paquete a la interfaz de red correcta.

Dirección MAC broadcast

La dirección MAC broadcast, también conocida como dirección MAC de difusión, es una dirección especial utilizada en las redes para enviar paquetes de datos a todos los dispositivos conectados a la red. La dirección MAC broadcast consta de 48 bits establecidos en «unos» en todas las posiciones binarias, lo que la hace fácilmente reconocible.

Cuando un dispositivo en la red desea enviar un paquete de datos a todos los dispositivos en la red, utiliza la dirección MAC broadcast como dirección de destino en el encabezado del paquete. Al enviar el paquete a la dirección MAC broadcast, todos los dispositivos en la red reciben el paquete y lo procesan.

La dirección MAC broadcast se utiliza para enviar paquetes de control de red, como paquetes de consulta ARP (Address Resolution Protocol) y paquetes de descubrimiento de servicios. También se utiliza en aplicaciones de transmisión de video y audio en tiempo real.

Es importante tener en cuenta que la dirección MAC broadcast solo envía paquetes a los dispositivos conectados a la misma red física. No se puede utilizar para enviar paquetes a dispositivos en otra red o en Internet.

Dirección MAC de multicast

La dirección MAC de multicast es una dirección especial utilizada en las redes para enviar paquetes de datos a un grupo específico de dispositivos conectados a la red. A diferencia de la dirección MAC de broadcast, que envía paquetes a todos los dispositivos en la red, la dirección MAC de multicast envía paquetes solo a los dispositivos que han solicitado específicamente unirse al grupo multicast.

Cuando un dispositivo desea enviar un paquete de datos a un grupo multicast específico, utiliza la dirección MAC de multicast como dirección de destino en el encabezado del paquete. Los dispositivos que desean unirse al grupo multicast envían un mensaje especial de «solicitud de afiliación» para unirse al grupo.

La dirección MAC de multicast se utiliza en aplicaciones de transmisión de video y audio en tiempo real, como conferencias web y transmisión de televisión. También se utiliza en protocolos de enrutamiento de red, como OSPF (Open Shortest Path First) y IGMP (Internet Group Management Protocol).

Tabla de direcciones MAC

La tabla de direcciones MAC es una tabla interna que mantiene el switch y que contiene información sobre las direcciones MAC de los dispositivos conectados a cada puerto del switch.

Cuando un switch recibe un paquete de datos en uno de sus puertos, el switch examina la dirección MAC de origen del paquete y busca esta dirección en la tabla de direcciones MAC. Si el switch encuentra la dirección MAC en la tabla, sabe a qué puerto del switch debe enviar el paquete para que llegue al dispositivo de destino. Si el switch no encuentra la dirección MAC en la tabla, el switch envía una trama de «broadcast» a todos los puertos para buscar el dispositivo.

El switch actualiza continuamente la tabla de direcciones MAC a medida que los dispositivos se conectan y desconectan de los puertos. También puede aprender nuevas direcciones MAC a medida que los dispositivos envían paquetes a través del switch.

La tabla de direcciones MAC ayuda a evitar la congestión de la red al permitir que los paquetes de datos se envíen solo al puerto correcto del switch en lugar de enviarlos a todos los puertos del switch. También mejora la seguridad de la red al evitar que los paquetes de datos se envíen a dispositivos no autorizados.

La dirección MAC de origen

La dirección MAC de origen es la dirección MAC del dispositivo que envía un paquete de datos a través de la red.

Para examinar la dirección MAC de origen de un paquete de datos, se puede utilizar un software de análisis de tráfico de red, como Wireshark. El software captura y muestra los paquetes de datos que pasan por la red, junto con información detallada sobre cada paquete, como la dirección MAC de origen y de destino.

Una vez que se ha capturado el paquete de datos, se puede examinar la dirección MAC de origen para identificar el dispositivo que está enviando el paquete. Esto puede ser útil para la resolución de problemas de redes, ya que permite identificar el dispositivo que está generando un tráfico no deseado o que está experimentando problemas de conectividad.

Filtrado de tramas

El filtrado de tramas se basa en la dirección MAC de destino de un paquete de datos para decidir qué puerto del switch debe transmitir el paquete.

Cuando un switch recibe un paquete de datos en uno de sus puertos, el switch examina la dirección MAC de destino del paquete y busca esta dirección en su tabla de direcciones MAC. Si el switch encuentra la dirección MAC en la tabla, sabe a qué puerto del switch debe enviar el paquete para que llegue al dispositivo de destino. Si el switch no encuentra la dirección MAC en la tabla, el switch envía una trama de «broadcast» a todos los puertos para buscar el dispositivo.

Velocidades y métodos de reenvío del switch

Métodos de reenvío de tramas de los switches Cisco

Los métodos de reenvío más comunes utilizados por los switches Cisco son los siguientes:

  1. Reenvío de tramas basado en contenido de la tabla de direcciones MAC (CAM): Este método de reenvío se basa en la tabla de direcciones MAC del switch para decidir a qué puerto del switch debe enviarse un paquete de datos. El switch examina la dirección MAC de destino del paquete y busca esta dirección en la tabla de direcciones MAC. Si la dirección MAC está en la tabla, el switch envía el paquete al puerto correspondiente. Si la dirección MAC no está en la tabla, el switch envía una trama de broadcast para buscar el dispositivo.
  2. Reenvío de tramas basado en árbol de expansión (STP): Este método de reenvío se utiliza para evitar bucles de red en topologías de red complejas. El switch utiliza el protocolo STP para crear un árbol de expansión que establece el camino más eficiente para transmitir los paquetes de datos.
  3. Reenvío de tramas de acceso directo: Este método de reenvío se utiliza para mejorar la velocidad de transmisión de paquetes de datos en redes de alta velocidad. El switch utiliza una tabla de acceso directo para realizar la transmisión de paquetes sin buscar la dirección MAC en la tabla CAM.
  4. Reenvío de tramas basado en IP: Este método de reenvío se utiliza para mejorar el rendimiento de las redes que manejan grandes cantidades de tráfico IP. El switch utiliza una tabla de reenvío basada en la dirección IP para decidir a qué puerto del switch debe enviarse un paquete de datos.

Switching por método de corte

El switching por método de corte se basa en la velocidad de los paquetes de datos y la capacidad del switch para procesar los paquetes de datos.

Cuando un switch recibe un paquete de datos en uno de sus puertos, el switch examina la velocidad del paquete de datos y lo procesa en consecuencia. Si el paquete es lento, el switch lo guarda en un buffer temporal hasta que pueda ser procesado. Si el paquete es rápido, el switch lo procesa inmediatamente y lo envía al puerto de salida correspondiente.

Almacenamiento en búfer de memoria en los switches

El almacenamiento en búfer de memoria se utiliza para almacenar temporalmente los paquetes de datos cuando el switch está ocupado procesando otros paquetes de datos.

Cuando un switch recibe un paquete de datos en uno de sus puertos, el switch examina la dirección MAC de destino del paquete y busca esta dirección en su tabla de direcciones MAC. Si el switch encuentra la dirección MAC en la tabla, envía el paquete al puerto correspondiente. Si la dirección MAC no está en la tabla, el switch envía una trama de broadcast para buscar el dispositivo.

Si el switch está ocupado procesando otros paquetes de datos en el momento en que se recibe un nuevo paquete, el switch almacena temporalmente el paquete en su búfer de memoria. Una vez que el switch ha procesado los paquetes anteriores, procesa el paquete almacenado en el búfer de memoria y lo envía al puerto correspondiente.

Configuración de dúplex y velocidad

La velocidad se refiere a la cantidad de datos que se pueden transmitir a través de la red en un determinado período de tiempo, mientras que el dúplex se refiere a la capacidad de los dispositivos para transmitir y recibir datos simultáneamente. Los switches de red pueden configurarse para diferentes velocidades y modos de dúplex, dependiendo de los dispositivos conectados a la red.

configuracion duplex

La configuración de dúplex y velocidad se realiza a nivel de puerto en el switch. Los puertos del switch pueden configurarse en diferentes velocidades, como 10 Mbps, 100 Mbps o 1 Gbps, y diferentes modos de dúplex, como half-duplex o full-duplex.

El modo half-duplex permite que los dispositivos transmitan y reciban datos, pero no al mismo tiempo. En este modo, los dispositivos deben esperar a que el otro dispositivo termine de transmitir antes de poder transmitir ellos mismos. El modo full-duplex permite que los dispositivos transmitan y reciban datos al mismo tiempo, lo que mejora la velocidad y el rendimiento de la red.

Auto-MDIX (MDIX automático)

Auto-MDIX, también conocido como MDIX automático, es una característica que se encuentra en algunos switches de red que permite la conexión directa entre dos dispositivos de red sin necesidad de un cable cruzado.

auto mdix

Anteriormente, para conectar dos dispositivos de red, era necesario utilizar un cable cruzado. Un cable cruzado es un cable Ethernet en el que los pines de transmisión y recepción están intercambiados en uno de los extremos del cable, lo que permite la comunicación entre dos dispositivos.

Con Auto-MDIX, el switch es capaz de detectar automáticamente el tipo de cable utilizado en el puerto y ajustar la configuración para permitir la conexión directa entre dos dispositivos. Si se utiliza un cable recto, el switch ajusta el puerto para que funcione como un puerto de transmisión o recepción, según sea necesario. Si se utiliza un cable cruzado, el switch ajusta el puerto de manera que la transmisión y recepción estén intercambiados.