Última actualización: enero 30, 2022
7.0. Introducción
7.0.1. ¿Por qué debería tomar este módulo?
¡Bienvenido a Ethernet Switching!
Si planea convertirse en administrador de red o arquitecto de red, definitivamente necesitará saber acerca de la Ethernet Switching y Ethernet. Las dos tecnologías LAN más destacadas que se utilizan hoy en día son Ethernet y WLAN. Ethernet admite anchos de banda de hasta 100 Gbps, lo que explica su popularidad. Este módulo contiene un laboratorio que utiliza Wireshark en el que puede ver tramas Ethernet y otro laboratorio donde ver direcciones MAC de dispositivos de red. También hay algunos vídeos instructivos para ayudarle a comprender mejor Ethernet. Para cuando haya terminado este módulo, usted también podría crear una red conmutada que use Ethernet!
7.0.2. ¿Qué aprenderé en este módulo?
Título del módulo: Switching Ethernet
Objetivos del módulo: Explique cómo funciona Ethernet en una red switched.
| Título del tema | Objetivo del tema |
|---|---|
| Trama de Ethernet | Explique la forma en que las subcapas de Ethernet se relacionan con los campos de trama. |
| Dirección MAC de Ethernet | Describa la dirección MAC de Ethernet. |
| La tabla de direcciones MAC | Explique la forma en que un switch arma su tabla de direcciones MAC y reenvía las tramas. |
| Velocidades y métodos de reenvío del switch | Describa los métodos de reenvío de switch y la configuración de puertos disponibles para los puertos de switch en la capa 2 puertos de switch. |
7.1. Tramas de Ethernet
7.1.1. Encapsulamiento de Ethernet
Este módulo comienza con una discusión de la tecnología Ethernet incluyendo una explicación de la subcapa MAC y los campos de trama Ethernet.
Ethernet es una de las dos tecnologías LAN utilizadas hoy en día, siendo la otra LAN inalámbricas (WLAN). Ethernet utiliza comunicaciones por cable, incluyendo pares trenzados, enlaces de fibra óptica y cables coaxiales.
Ethernet funciona en la capa de enlace de datos y en la capa física. Es una familia de tecnologías de red definidas en los estándares IEEE 802.2 y 802.3. Ethernet soporta los siguientes anchos de banda de datos:
- 10 Mbps
- 100 Mbps
- 1000 Mbps (1 Gbps)
- 10.000 Mbps (10 Gbps)
- 40,000 Mbps (40 Gbps)
- 100,000 Mbps (100 Gbps)
Como se muestra en la figura, los estándares de Ethernet definen tanto los protocolos de Capa 2 como las tecnologías de Capa 1.
Ethernet y el modelo OSI
AplicaciónPresentaciónSesiónTransporteRedEnlace de datosFísicaLLCMAC802.2802.3Ethernet
Ethernet se define mediante protocolos de capa física y de capa de enlace de datos.
7.1.2. Subcapas de enlace de datos
Los protocolos IEEE 802 LAN/MAN, incluyendo Ethernet, utilizan las dos subcapas independientes siguientes de la capa de enlace de datos para operar. Son el Control de enlace lógico (LLC) y el Control de acceso a medios (MAC), como se muestra en la figura.
Recuerde que LLC y MAC tienen los siguientes roles en la capa de enlace de datos:
- Subcapa LLC – Esta subcapa IEEE 802.2 se comunica entre el software de red en las capas superiores y el hardware del dispositivo en las capas inferiores. Coloca en la trama información que identifica qué protocolo de capa de red se utiliza para la trama. Esta información permite que múltiples protocolos de Capa 3, como IPv4 e IPv6, utilicen la misma interfaz de red y medios.
- Subcapa MAC – Esta subcapa (IEEE 802.3, 802.11 o 802.15, por ejemplo) se implementa en hardware y es responsable de la encapsulación de datos y control de acceso a medios. Proporciona direccionamiento de capa de enlace de datos y está integrado con varias tecnologías de capa física.
7.1.3. Subcapa MAC
La subcapa MAC es responsable de la encapsulación de datos y el acceso a los medios.
Encapsulación de datos
La encapsulación de datos IEEE 802.3 incluye lo siguiente:
- Trama de Ethernet – Esta es la estructura interna de la trama Ethernet.
- Direccionamiento Ethernet – la trama Ethernet incluye una dirección MAC de origen y destino para entregar la trama Ethernet de NIC Ethernet a NIC Ethernet en la misma LAN.
- Detección de errores Ethernet – La trama Ethernet incluye un avance de secuencia de verificación de trama (FCS) utilizado para la detección de errores.
Accediendo a los medios
Como se muestra en la figura, la subcapa MAC IEEE 802.3 incluye las especificaciones para diferentes estándares de comunicaciones Ethernet sobre varios tipos de medios, incluyendo cobre y fibra.
Estándares Ethernet en la subcapa MAC
Recuerde que Ethernet heredado utiliza una topología de bus o hubs, es un medio compartido, medio dúplex. Ethernet a través de un medio medio dúplex utiliza un método de acceso basado en contencion, detección de accesos múltiples/detección de colisiones (CSMA/CD) Esto garantiza que sólo un dispositivo esté transmitiendo a la vez. CSMA/CD permite que varios dispositivos compartan el mismo medio medio dúplex, detectando una colisión cuando más de un dispositivo intenta transmitir simultáneamente. También proporciona un algoritmo de retroceso para la retransmisión.
Las LAN Ethernet de hoy utilizan switches que funcionan en dúplex completo. Las comunicaciones dúplex completo con switches Ethernet no requieren control de acceso a través de CSMA/CD.
7.1.4. Campos de trama de Ethernet
El tamaño mínimo de trama de Ethernet es de 64 bytes, y el máximo es de 1518 bytes. Esto incluye todos los bytes del campo de dirección MAC de destino a través del campo de secuencia de verificación de trama (FCS). El campo preámbulo no se incluye al describir el tamaño de una trama.
Cualquier trama de menos de 64 bytes de longitud se considera un fragmento de colisión o una trama corta, y es descartada automáticamente por las estaciones receptoras. Las tramas de más de 1500 bytes de datos se consideran “jumbos” o tramas bebés gigantes.
Si el tamaño de una trama transmitida es menor que el mínimo o mayor que el máximo, el dispositivo receptor descarta la trama. Es posible que las tramas descartadas se originen en colisiones u otras señales no deseadas. Ellas se consideran inválidas Las tramas jumbo suelen ser compatibles con la mayoría de los switches y NIC Fast Ethernet y Gigabit Ethernet.
La figura muestra cada campo en la trama Ethernet. Consulte la tabla para obtener más información sobre la función de cada campo.
Campos de trama en internet
Ethernet Frame Fields Detail
| Campo | Descripción |
|---|---|
| Campos Preámbulo y Delimitador de inicio de trama | El Preámbulo (7 bytes) y el Delimitador de tramas de inicio (SFD), también llamado Inicio de Trama (1 byte), los campos se utilizan para la sincronización entre el envío y recepción de dispositivos. Estos primeros ocho bytes de trama son utilizados para llamar la atención de los nodos receptores. Esencialmente, los primeros cuantos bytes le dicen a los receptores que se preparen para recibir una nueva trama. |
| Campo Dirección MAC de destino | Este campo de 6 bytes es el identificador del destinatario deseado. Como usted recordará, esta dirección es utilizada por la capa 2 para ayudar a los dispositivos en determinar si una trama está dirigido a ellos. La dirección en la trama es comparada con la dirección MAC en el dispositivo. Si hay una coincidencia, el acepta la trama. Puede ser unicast, multicast o broadcast dirección. |
| Campo Dirección MAC de origen | Este campo de 6 bytes identifica la NIC o la interfaz de origen de la trama |
| Tipo/Longitud | Este campo de 2 bytes identifica el protocolo de capa superior encapsulado en la trama de Ethernet Los valores comunes son, en hexadecimal, 0x800 para IPv4, 0x86DD para IPv6 y 0x806 para ARP. Nota: También puede ver este campo denominado como EtherType, Type o Length. |
| Campo de datos | Este campo (46 – 1500 bytes) contiene los datos encapsulados de una capa superior, que es una PDU genérica de Capa 3, o más comúnmente, un IPv4 paquete. Todas las tramas deben tener, al menos, 64 bytes de longitud. Si un paquete pequeño es encapsulado, bits adicionales llamados pad se utilizan para aumentar el tamaño de la trama a este tamaño mínimo. |
| Campo Secuencia de verificación de trama | El campo Secuencia de verificación de trama (FCS) (4 bytes) se usa para detectar errores en una trama. Utiliza una comprobación cíclica de redundancia (CRC). El dispositivo de envío incluye los resultados de un CRC en el campo FCS de la trama. El dispositivo receptor recibe la trama y genera una CRC para buscar por errores. Si los cálculos coinciden, significa que no se produjo ningún error. Cálculos que no coinciden son una indicación de que los datos han cambiado; por lo tanto, la trama se descarta. Un cambio en los datos podría ser el resultado de una interrupción de las señales eléctricas que representan los bits. |
7.1.6. Lab – Utilizar Wireshark para examinar tramas de Ethernet
En esta práctica de laboratorio se cumplirán los siguientes objetivos:
- Parte 1: Examinar los campos de encabezado de una trama de Ethernet II
- Parte 2: Utilizar Wireshark para capturar y analizar tramas de Ethernet
7.2. Dirección MAC de Ethernet
7.2.1. Dirección MAC y hexadecimal
En redes, las direcciones IPv4 se representan utilizando el sistema de números de base decimal diez y el sistema de números base binaria 2. Las direcciones IPv6 y las direcciones Ethernet se representan utilizando el sistema de número de dieciséis base hexadecimal. Para entender hexadecimal, primero debe estar muy familiarizado con binario y decimal.
El sistema de numeración hexadecimal usa los números del 0 al 9 y las letras de la A a la F.
Una dirección MAC Ethernet consta de un valor binario de 48 bits. Hexadecimal se utiliza para identificar una dirección Ethernet porque un solo dígito hexadecimal representa cuatro bits binarios. Por lo tanto, una dirección MAC Ethernet de 48 bits se puede expresar utilizando sólo 12 valores hexadecimales.
La figura compara los valores decimales y hexadecimales equivalentes para el binario 0000 a 1111.
Equivalentes decimales y binarios a los valores hexadecimales del 0 al F
Dado que 8 bits (un byte) es un método de agrupación binaria común, los números binarios del 00000000 al 11111111 se pueden representar en hexadecimal como el rango del 00 al FF, como se muestra en la figura.
Equivalentes decimales, binarios y hexadecimales seleccionados
Cuando se usa hexadecimal, los ceros iniciales siempre se muestran para completar la representación de 8 bits. Por ejemplo, en la tabla, el valor binario 0000 1010 se muestra en hexadecimal como 0A.
Los números hexadecimales suelen ser representados por el valor precedido por 0x (por ejemplo, 0x73) para distinguir entre valores decimales y hexadecimales en la documentación.
El hexadecimal también puede estar representado por un subíndice 16, o el número hexadecimal seguido de una H (por ejemplo, 73H).
Es posible que tenga que convertir entre valores decimales y hexadecimales. Si es necesario realizar dichas conversiones, generalmente, es más fácil convertir el valor decimal o hexadecimal a un valor binario y, a continuación, convertir ese valor binario a un valor decimal o hexadecimal, según corresponda.
7.2.2. Dirección MAC de Ethernet
En una LAN Ethernet, cada dispositivo de red está conectado a los mismos medios compartidos. La dirección MAC se utiliza para identificar los dispositivos físicos de origen y destino (NIC) en el segmento de red local. El direccionamiento MAC proporciona un método para la identificación del dispositivo en la capa de enlace de datos del modelo OSI.
Una dirección MAC Ethernet es una dirección de 48 bits expresada con 12 dígitos hexadecimales, como se muestra en la figura. Debido a que un byte equivale a 8 bits, también podemos decir que una dirección MAC tiene 6 bytes de longitud.
Todas las direcciones MAC deben ser únicas para el dispositivo Ethernet o la interfaz Ethernet. Para garantizar esto, todos los proveedores que venden dispositivos Ethernet deben registrarse con el IEEE para obtener un código hexadecimal único de 6 (es decir, 24 bits o 3 bytes) denominado identificador único de organización (OUI).
Cuando un proveedor asigna una dirección MAC a un dispositivo o interfaz Ethernet, el proveedor debe hacer lo siguiente:
- Utilice su OUI asignado como los primeros 6 dígitos hexadecimales.
- Asigne un valor único en los últimos 6 dígitos hexadecimales.
Por lo tanto, una dirección MAC Ethernet consiste en un código OUI de proveedor hexadecimal 6 seguido de un valor asignado por el proveedor hexadecimal 6, como se muestra en la figura.
Por ejemplo, suponga que Cisco necesita asignar una dirección MAC única a un nuevo dispositivo. El IEEE ha asignado a Cisco un OUI de 00-60-2F. Cisco configuraría entonces el dispositivo con un código de proveedor único como 3A-07-BC. Por lo tanto, la dirección MAC Ethernet de ese dispositivo sería 00-60-2F-3A-07-BC.
Es responsabilidad del proveedor asegurarse de que ninguno de sus dispositivos tenga asignada la misma dirección MAC. Sin embargo, es posible que existan direcciones MAC duplicadas debido a errores cometidos durante la fabricación, errores cometidos en algunos métodos de implementación de máquinas virtuales o modificaciones realizadas con una de varias herramientas de software. En cualquier caso, será necesario modificar la dirección MAC con una nueva NIC o realizar modificaciones a través del software.
7.2.3. Procesamiento de tramas
A veces, la dirección MAC se conoce como una dirección grabada (BIA) porque la dirección está codificada en la memoria de solo lectura (ROM) en la NIC. Es decir que la dirección está codificada en el chip de la ROM de manera permanente.
Nota: En los sistemas operativos de PC y NIC modernos, es posible cambiar la dirección MAC en el software. Esto es útil cuando se intenta acceder a una red filtrada por BIA. En consecuencia, el filtrado o el control de tráfico basado en la dirección MAC ya no son tan seguros.
Cuando la computadora se inicia, la NIC copia su dirección MAC de la ROM a la RAM. Cuando un dispositivo reenvía un mensaje a una red Ethernet, el encabezado Ethernet incluye estos:
- Dirección MAC de origen – Esta es la dirección MAC de la NIC del dispositivo origen. Dirección MAC de* destino : es la dirección MAC de la NIC del dispositivo de destino.
En la animación, haga clic en Reproducir para ver el proceso de reenvío de tramas.
Cuando una NIC recibe una trama de Ethernet, examina la dirección MAC de destino para ver si coincide con la dirección MAC física que está almacenada en la RAM. Si no hay coincidencia, el dispositivo descarta la trama. Si hay coincidencia, envía la trama a las capas OSI, donde ocurre el proceso de desencapsulamiento.
Nota: Las NIC de Ethernet también aceptarán tramas si la dirección MAC de destino es una transmisión o un grupo multicast del que es miembro el host.
Cualquier dispositivo que sea la origen o destino de una trama Ethernet, tendrá una NIC Ethernet y, por lo tanto, una dirección MAC. Esto incluye estaciones de trabajo, servidores, impresoras, dispositivos móviles y routers.
7.2.4. Dirección MAC de unicast
En Ethernet, se utilizan diferentes direcciones MAC para las comunicaciones de unicast, broadcast y multicast de capa 2.
Una dirección MAC de unicast es la dirección única que se utiliza cuando se envía una trama desde un único dispositivo de transmisión a un único dispositivo de destino.
Haga clic en Reproducir en la animación para ver cómo se procesa una trama de unicast. En este ejemplo, la dirección MAC de destino y la dirección IP de destino son unicast.
En el ejemplo de la animación, un host con la dirección IPv4 192.168.1.5 (origen) solicita una página web del servidor en la dirección IPv4 unicast 192.168.1.200. Para que un paquete de unicast se envíe y se reciba, la dirección IP de destino debe estar incluida en el encabezado del paquete IP. Además, el encabezado de la trama de Ethernet también debe contener una dirección MAC de destino correspondiente. Las direcciones IP y MAC se combinan para la distribución de datos a un host de destino específico.
El proceso que utiliza un host de origen para determinar la dirección MAC de destino asociada con una dirección IPv4 se conoce como Protocolo de resolución de direcciones (ARP). El proceso que utiliza un host de origen para determinar la dirección MAC de destino asociada con una dirección IPv6 se conoce como Neighbor Discovery (ND).
Nota: La dirección MAC de origen siempre debe unicast.
7.2.5. Dirección MAC broadcast
Cada dispositivo de la LAN Ethernet recibe y procesa una trama de broadcast Ethernet. Las características de una transmisión Ethernet son las siguientes:
- Tiene una dirección MAC de destino de FF-FF-FF-FF-FF-FF en hexadecimal (48 unidades en binario).
- Está inundado todos los puertos del switch Ethernet excepto el puerto entrante.
- No es reenviado por un router.
Si los datos encapsulados son un paquete broadcast IPv4, esto significa que el paquete contiene una dirección IPv4 de destino que tiene todos los (1s) en la parte del host. Esta numeración en la dirección significa que todos los hosts de esa red local (dominio de broadcast) recibirán y procesarán el paquete.
Haga clic en Reproducir en la animación para ver cómo se procesa un trama de broadcast. En este ejemplo, la dirección MAC de destino y la dirección IP de destino son ambas broadcasts.
Como se muestra en la animación, el host de origen envía un paquete broadcast IPv4 a todos los dispositivos de la red. La dirección IPv4 de destino es una dirección broadcast: 192.168.1.255. Cuando el paquete de broadcast IPv4 se encapsula en la trama de Ethernet, la dirección MAC de destino es la dirección MAC de difusión FF-FF-FF-FF-FF-FF en hexadecimal (48 números uno en binario).
DHCP para IPv4 es un ejemplo de protocolo que utiliza direcciones de broadcast Ethernet e IPv4.
Sin embargo, no todas las transmisiones Ethernet llevan un paquete de broadcast IPv4. Por ejemplo, las solicitudes ARP no utilizan IPv4, pero el mensaje ARP se envía como un broadcast Ethernet.
7.2.6. Dirección MAC de multicast
Una trama de multicast de Ethernet es recibida y procesada por un grupo de dispositivos en la LAN de Ethernet que pertenecen al mismo grupo de multicast. Las características de una multicast Ethernet son las siguientes:
- Hay una dirección MAC de destino 01-00-5E cuando los datos encapsulados son un paquete de multicast IPv4 y una dirección MAC de destino de 33-33 cuando los datos encapsulados son un paquete de multicast IPv6.
- Existen otras direcciones MAC de destino de multicast reservadas para cuando los datos encapsulados no son IP, como Spanning Tree Protocol (STP) y Link Layer Discovery Protocol (LLDP).
- Se inundan todos los puertos del switch Ethernet excepto el puerto entrante, a menos que el switch esté configurado para la indagación de multicast.
- No es reenviado por un router, a menos que el router esté configurado para enrutar paquetes de multicast.
Si los datos encapsulados son un paquete de multicast IP, a los dispositivos que pertenecen a un grupo de multicast se les asigna una dirección IP de grupo de multicast. El rango de direcciones de multicast IPv4 es 224.0.0.0 a 239.255.255.255. El rango de direcciones de multicast IPv6 comienza con ff00 :: / 8. Debido a que las direcciones de multicast representan un grupo de direcciones (a veces denominado grupo de hosts), solo se pueden utilizar como el destino de un paquete. El origen siempre tiene una dirección de unicast.
Al igual que con las direcciones de unicast y broadcast, la dirección IP de multicast requiere una dirección MAC de multicast correspondiente para entregar tramas en una red local. La dirección MAC de multicast está asociada a la dirección de multicast IPv4 o IPv6 y utiliza la información de direccionamiento de dicha dirección.
Haga clic en Reproducir en la animación para ver cómo se procesa un trama de multicast. En este ejemplo, la dirección MAC de destino y la dirección IP de destino son ambas multicast.
Los protocolos de enrutamiento y otros protocolos de red utilizan direccionamiento multicast. Las aplicaciones como el software de vídeo e imágenes también pueden utilizar direccionamiento multicast, aunque las aplicaciones multicast no son tan comunes.
7.2.7. Lab – Ver las direcciones MAC del dispositivo de red
En esta práctica de laboratorio se cumplirán los siguientes objetivos:
- Parte 1: Establecer la topología e inicializar los dispositivos
- Parte 2: Configurar los dispositivos y verificar la conectividad
- Parte 3: Mostrar, describir y analizar las direcciones MAC de Ethernet
7.3. Tabla de direcciones MAC
7.3.1. Fundamentos de switches
Ahora que sabe todo acerca de las direcciones MAC Ethernet, es hora de hablar sobre cómo un switch utiliza estas direcciones para reenviar (o descartar) tramas a otros dispositivos de una red. Si un switch acaba de reenviar cada trama que recibió todos los puertos, su red estaría tan congestionada que probablemente se detendría por completo.
Un switch Ethernet de capa 2 usa direcciones MAC de capa 2 para tomar decisiones de reenvío. No tiene conocimiento de los datos (protocolo) que se transportan en la porción de datos de la trama, como un paquete IPv4, un mensaje ARP o un paquete IPv6 ND. El switch toma sus decisiones de reenvío basándose únicamente en las direcciones MAC Ethernet de capa 2.
Un switch Ethernet examina su tabla de direcciones MAC para tomar una decisión de reenvío para cada trama, a diferencia de los hubs Ethernet heredados que repiten bits en todos los puertos excepto el puerto entrante. En la ilustración, se acaba de encender el switch de cuatro puertos. La tabla muestra la tabla de direcciones MAC que aún no ha aprendido las direcciones MAC para las cuatro PC conectadas.
Nota: Las direcciones MAC se acortan a lo largo de este tema con fines de demostración.
Nota: En ocasiones, la tabla de direcciones MAC se denomina tabla de memoria de contenido direccionable (CAM). Aunque el término “tabla CAM” es bastante común, en este curso nos referiremos a ella como “tabla de direcciones MAC”.
7.3.2. Switch, Aprendiendo y Reenviando
El switch arma la tabla de direcciones MAC de manera dinámica después de examinar la dirección MAC de origen de las tramas recibidas en un puerto.El switch reenvía las tramas después de buscar una coincidencia entre la dirección MAC de destino de la trama y una entrada de la tabla de direcciones MAC.
Haga clic en los botones Aprender y Reenviar para obtener una ilustración y una explicación de este proceso.
- Aprender
- Reenviar
Se revisa cada trama que ingresa a un switch para obtener información nueva. Esto se realiza examinando la dirección MAC de origen de la trama y el número de puerto por el que ingresó al switch. Si la dirección MAC de origen no existe, se la agrega a la tabla, junto con el número de puerto de entrada. Si la dirección MAC de origen existe, el switch actualiza el temporizador de actualización para esa entrada. De manera predeterminada, la mayoría de los switches Ethernet guardan una entrada en la tabla durante cinco minutos.
En la figura, por ejemplo, la PC-A está enviando una trama Ethernet a la PC-D. La tabla muestra que el switch agrega la dirección MAC para PC-A a la tabla de direcciones MAC.
Nota: Si la dirección MAC de origen existe en la tabla, pero en un puerto diferente, el switch la trata como una entrada nueva. La entrada se reemplaza con la misma dirección MAC, pero con el número de puerto más actual.
- PC-A envía una trama Ethernet.
- El switch agrega el número de puerto y la dirección MAC para PC-A a la tabla de direcciones MAC.
Si la dirección MAC de destino es una dirección de unicast, el switch busca una coincidencia entre la dirección MAC de destino de la trama y una entrada en la tabla de direcciones MAC. Si la dirección MAC de destino está en la tabla, reenvía la trama por el puerto especificado. Si la dirección MAC de destino no está en la tabla, el switch reenvía la trama por todos los puertos, excepto el de entrada. Esto se conoce como unicast desconocida.
Como se muestra en la figura, el switch no tiene la dirección MAC de destino en su tabla para PC-D, por lo que envía la trama a todos los puertos excepto el puerto 1.
Nota: Si la dirección MAC de destino es de broadcast o de multicast, la trama también se envía por todos los puertos, excepto el de entrada.
- La dirección MAC de destino no está en la tabla.
- El switch reenviará la trama a todos los puertos.
7.3.3. Filtrado de tramas
A medida que un switch recibe tramas de diferentes dispositivos, puede completar la tabla de direcciones MAC examinando la dirección MAC de cada trama. Cuando la tabla de direcciones MAC del switch contiene la dirección MAC de destino, puede filtrar la trama y reenviar un solo puerto.
Haga clic en cada botón para obtener una ilustración y una explicación de cómo un switch filtra tramas.
- PC-D a Switch
- Switch a PC-A
- PC-A a Switch a PC-D
El switch agrega el número de puerto y la dirección MAC para PC-D a su tabla de direcciones MAC.
- El switch tiene una entrada de dirección MAC para el destino.
- El switch filtra la trama, enviándolo solo desde el puerto 1.
- El switch recibe otra trama de PC-A y actualiza el temporizador para la entrada de dirección MAC del puerto 1.
- El switch tiene una entrada reciente para la dirección MAC de destino y filtra la trama, reenviando sólo el puerto 4.
7.3.4. Video: Tablas de direcciones MAC en switches conectados
Un switch puede tener muchas direcciones MAC asociadas a un solo puerto. Esto es común cuando el switch está conectado a otro switch. El switch tiene una entrada independiente en la tabla de direcciones MAC para cada trama recibida con una dirección MAC de origen diferente.
Haga clic en Reproducir en la figura para ver una demostración de cómo dos switches conectados crean tablas de direcciones MAC.
7.3.5. Video – Envío de una trama al gateway predeterminado
Cuando un dispositivo tiene una dirección IP ubicada en una red remota, la trama de Ethernet no se puede enviar directamente al dispositivo de destino. En cambio, la trama de Ethernet se envía a la dirección MAC del gateway predeterminado: el router.
En la ilustración, haga clic en Reproducir para ver una demostración de cómo la PC-A se comunica con el gateway predeterminado.
Nota: En el vídeo, el paquete IP que se envía de la PC-A al destino en una red remota tiene como dirección IP de origen la de la PC-A y como dirección IP de destino, la del host remoto. El paquete IP de retorno tiene la dirección IP de origen del host remoto, y la dirección IP de destino es la de la PC A.
7.3.7. Lab – View the Switch MAC Address Table
In this lab, you will complete the following objectives:
- Part 1: Build and Configure the Network
- Part 2: Examine the Switch MAC Address Table
7.4. Switch Speeds and Forwarding Methods
7.4.1. Frame Forwarding Methods on Cisco Switches
As you learned in the previous topic, switches use their MAC address tables to determine which port to use to forward frames. With Cisco switches, there are actually two frame forwarding methods and there are good reasons to use one instead of the other, depending on the situation.
Switches use one of the following forwarding methods for switching data between network ports:
- Store-and-forward switching – This frame forwarding method receives the entire frame and computes the CRC. CRC uses a mathematical formula, based on the number of bits (1s) in the frame, to determine whether the received frame has an error. If the CRC is valid, the switch looks up the destination address, which determines the outgoing interface. Then the frame is forwarded out of the correct port.
- Cut-through switching – This frame forwarding method forwards the frame before it is entirely received. At a minimum, the destination address of the frame must be read before the frame can be forwarded.
A big advantage of store-and-forward switching is that it determines if a frame has errors before propagating the frame. When an error is detected in a frame, the switch discards the frame. Discarding frames with errors reduces the amount of bandwidth consumed by corrupt data. Store-and-forward switching is required for quality of service (QoS) analysis on converged networks where frame classification for traffic prioritization is necessary. For example, voice over IP (VoIP) data streams need to have priority over web-browsing traffic.
Click Play in the animation for a demonstration of the store-and-forward process.
7.4.2. Cut-Through Switching
In cut-through switching, the switch acts upon the data as soon as it is received, even if the transmission is not complete. The switch buffers just enough of the frame to read the destination MAC address so that it can determine to which port it should forward out the data. The destination MAC address is located in the first 6 bytes of the frame following the preamble. The switch looks up the destination MAC address in its switching table, determines the outgoing interface port, and forwards the frame onto its destination through the designated switch port. The switch does not perform any error checking on the frame.
Click Play in the animation for a demonstration of the cut-through switching process.
There are two variants of cut-through switching:
- Fast-forward switching – Fast-forward switching offers the lowest level of latency. Fast-forward switching immediately forwards a packet after reading the destination address. Because fast-forward switching starts forwarding before the entire packet has been received, there may be times when packets are relayed with errors. This occurs infrequently, and the destination NIC discards the faulty packet upon receipt. In fast-forward mode, latency is measured from the first bit received to the first bit transmitted. Fast-forward switching is the typical cut-through method of switching.
- Fragment-free switching – In fragment-free switching, the switch stores the first 64 bytes of the frame before forwarding. Fragment-free switching can be viewed as a compromise between store-and-forward switching and fast-forward switching. The reason fragment-free switching stores only the first 64 bytes of the frame is that most network errors and collisions occur during the first 64 bytes. Fragment-free switching tries to enhance fast-forward switching by performing a small error check on the first 64 bytes of the frame to ensure that a collision has not occurred before forwarding the frame. Fragment-free switching is a compromise between the high latency and high integrity of store-and-forward switching, and the low latency and reduced integrity of fast-forward switching.
Some switches are configured to perform cut-through switching on a per-port basis until a user-defined error threshold is reached, and then they automatically change to store-and-forward. When the error rate falls below the threshold, the port automatically changes back to cut-through switching.
7.4.3. Memory Buffering on Switches
An Ethernet switch may use a buffering technique to store frames before forwarding them. Buffering may also be used when the destination port is busy because of congestion. The switch stores the frame until it can be transmitted.
As shown in the table, there are two methods of memory buffering:
Memory Buffering Methods
| Method | Description |
|---|---|
| Port-based memory | – Frames are stored in queues that are linked to specific incoming and outgoing ports. – A frame is transmitted to the outgoing port only when all the frames ahead in the queue have been successfully transmitted. – It is possible for a single frame to delay the transmission of all the frames in memory because of a busy destination port. – This delay occurs even if the other frames could be transmitted to open destination ports. |
| Shared memory | – Deposits all frames into a common memory buffer shared by all switch ports and the amount of buffer memory required by a port is dynamically allocated. – The frames in the buffer are dynamically linked to the destination port enabling a packet to be received on one port and then transmitted on another port, without moving it to a different queue. |
Shared memory buffering also results in the ability to store larger frames with potentially fewer dropped frames. This is important with asymmetric switching which allows for different data rates on different ports such as when connecting a server to a 10 Gbps switch port and PCs to 1 Gbps ports.
7.4.4. Duplex and Speed Settings
Two of the most basic settings on a switch are the bandwidth (sometimes referred to as “speed”) and duplex settings for each individual switch port. It is critical that the duplex and bandwidth settings match between the switch port and the connected devices, such as a computer or another switch.
There are two types of duplex settings used for communications on an Ethernet network:
- Full-duplex – Both ends of the connection can send and receive simultaneously.
- Half-duplex – Only one end of the connection can send at a time.
Autonegotiation is an optional function found on most Ethernet switches and NICs. It enables two devices to automatically negotiate the best speed and duplex capabilities. Full-duplex is chosen if both devices have the capability along with their highest common bandwidth.
In the figure, the Ethernet NIC for PC-A can operate in full-duplex or half-duplex, and in 10 Mbps or 100 Mbps.
PC-A is connected to switch S2 on port 1, which can operate in full-duplex or half-duplex, and in 10 Mbps, 100 Mbps or 1000 Mbps (1 Gbps). If both devices are using autonegotiation, the operating mode will be full-duplex and 100 Mbps.
Note: Most Cisco switches and Ethernet NICs default to autonegotiation for speed and duplex. Gigabit Ethernet ports only operate in full-duplex.
Duplex mismatch is one of the most common causes of performance issues on 10/100 Mbps Ethernet links. It occurs when one port on the link operates at half-duplex while the other port operates at full-duplex, as shown in the figure.
Duplex mismatch occurs when one or both ports on a link are reset, and the autonegotiation process does not result in both link partners having the same configuration. It also can occur when users reconfigure one side of a link and forget to reconfigure the other. Both sides of a link should have autonegotiation on, or both sides should have it off. Best practice is to configure both Ethernet switch ports as full-duplex.
7.4.5. Auto-MDIX
Connections between devices once required the use of either a crossover or straight-through cable. The type of cable required depended on the type of interconnecting devices.
For example, the figure identifies the correct cable type required to interconnect switch-to-switch, switch-to-router, switch-to-host, or router-to-host devices. A crossover cable is used when connecting like devices, and a straight-through cable is used for connecting unlike devices.
Note: A direct connection between a router and a host requires a cross-over connection.
Actualmente, la mayor parte de los dispositivos admiten la característica interfaz cruzada automática dependiente del medio (auto-MDIX). Cuando está habilitado, el switch detecta automáticamente el tipo de cable conectado al puerto y configura las interfaces en consecuencia. Por lo tanto, se puede utilizar un cable directo o cruzado para realizar la conexión con un puerto 10/100/1000 de cobre situado en el switch, independientemente del tipo de dispositivo que esté en el otro extremo de la conexión.
La función auto-MDIX está habilitada de manera predeterminada en los switches que ejecutan Cisco IOS Release 12.2 (18) SE o posterior. Sin embargo, la característica podría estar deshabilitada. Por esta razón, siempre debe utilizar el tipo de cable correcto y no confiar en la función Auto-MDIX. Auto-MDIX se puede volver a habilitar mediante el comando mdix auto de configuración de interfaz.
7.5. Módulo de Práctica y Prueba
7.5.1. ¿Qué aprendió en este módulo?
Trama Ethernet
Ethernet funciona en la capa de enlace de datos y en la capa física. Los estándares de Ethernet definen los protocolos de capa 2 y las tecnologías de capa 1. Ethernet utiliza las subcapas LLC y MAC de la capa de enlace de datos para operar. La encapsulación de datos incluye lo siguiente: trama Ethernet, direccionamiento Ethernet y detección de errores Ethernet. Las LAN Ethernet utilizan switches que funcionan en dúplex completo. Los campos de trama Ethernet son: delimitador de trama de preámbulo y inicio, dirección MAC de destino, dirección MAC de origen, EtherType, datos y FCS.
Dirección MAC Ethernet
El sistema de números binarios usa los dígitos 0 y 1. Decimal usa de 0 a 9. Hexadecimal utiliza de 0 a 9 y las letras A a F. La dirección MAC se utiliza para identificar los dispositivos físicos de origen y destino (NIC) en el segmento de red local. El direccionamiento MAC proporciona un método para la identificación del dispositivo en la capa de enlace de datos del modelo OSI. Una dirección MAC de Ethernet es una dirección de 48 bits expresada con 12 dígitos hexadecimales o 6 bytes. Una dirección MAC Ethernet consta de un código OUI de proveedor hexadecimal 6 seguido de un valor asignado de proveedor hexadecimal 6. Cuando un dispositivo reenvía un mensaje a una red Ethernet, el encabezado Ethernet incluye las direcciones MAC de origen y destino. En Ethernet, se utilizan diferentes direcciones MAC para las comunicaciones de unicast, broadcast y multicast de capa 2.
La tabla de direcciones MAC
Un switch Ethernet de capa 2 toma sus decisiones de reenvío basándose únicamente en las direcciones MAC Ethernet de capa 2. El switch arma la tabla de direcciones MAC de manera dinámica después de examinar la dirección MAC de origen de las tramas recibidas en un puerto. El switch reenvía las tramas después de buscar una coincidencia entre la dirección MAC de destino de la trama y una entrada de la tabla de direcciones MAC. A medida que un switch recibe tramas de diferentes dispositivos, puede completar la tabla de direcciones MAC examinando la dirección MAC de cada trama. Cuando la tabla de direcciones MAC del switch contiene la dirección MAC de destino, puede filtrar la trama y reenviar un solo puerto.
Métodos de reenvío y velocidad del switch
Los switches utilizan uno de los siguientes métodos de reenvío para cambiar datos entre puertos de red: store-and-forward switching o cut-through switching. Dos variantes de cut-through switching son fast-forward y fragment-free. Dos métodos de almacenamiento en búfer de memoria son la memoria basada en puertos y la memoria compartida. Hay dos tipos de configuraciones dúplex utilizadas para las comunicaciones en una red Ethernet: dúplex completo y medio dúplex. La autonegociación es una función optativa que se encuentra en la mayoría de los switches Ethernet y NICs. Permite que dos dispositivos negocien automáticamente las mejores capacidades de velocidad y dúplex. Si ambos dispositivos tienen la funcionalidad, se selecciona dúplex completo, junto con el ancho de banda común más alto. Actualmente, la mayor parte de los dispositivos admiten la característica interfaz cruzada automática dependiente del medio (auto-MDIX). Cuando está habilitado, el switch detecta automáticamente el tipo de cable conectado al puerto y configura las interfaces en consecuencia.
Buenos días, me gustaría saber si existen estos apuntes en pdf para su descarga. Muchas gracias.