A3. Ethernet 802.3

torna M7 - UF2 Administració de dispositius de xarxa

Repàs LAN. Ethernet/802.3. ARP

Actualment les xarxes es munten utilitzant Commutadors i Routers.

Els Commutadors que inicialment eren dispositius de capa 2 (Enllaç) i actuaven com a punts de concentració de les connexions dels diferents equips i dispositius, poden actualment treballar a capa 3 (Xarxa) i oferir serveis com xarxes virtuals, filtre ip, o dhcp.

El Commutador microsegmenta la xarxa, crea dominis de col·lisió d’un únic host.

Un Router és un dispositiu de capa 3 que connecta xarxes diferents.

Evolució:

• Cable coaxial + repetidors. 10 Mbps
• FastEthernet. Cable de coure trenat + concentradors (hubs multiport). 100 Mbps.
• GigaEthernet. Cable de coure trenat + Switch (pont multiport). 100/1000 Mbps.

Conceptes:

• Domini de col·lisió. Capa 2. Filtra MAC. Divideix dominis de col·lisió.
• Domini de broadcast. Capa 3. Filtra IP. Router divideix dominis de broadcast.
• CSMA/CD mitjà compartit només un usuari a cada moment.
• Latència dels dispositius. Temps entre origen i destí (Codificar/Decodificar senyal NIC’s, transmissió pel medi, dispositius intermedis).
• Full-duplex (Sense col·lisions) i half-duplex (Amb col·lisions). En cables UTP, STP depèn de l’ús dels cables interiors.

Segmentació LAN

Es pot segmentar una xarxa amb qualsevol dels següents dispositius: pont, Switch, router.

Funcions:

• Aïllar el tràfec entre segments.
• Reduir la congestió.
• Els missatges broadcast travessen segments excepte si els separa un Router.

Protocol ARP

Consultar [1]

ARP (Address Resolution Protocol) serveix per relacionar l'espai d'adreces lògiques (IP) amb les corresponents adreces físiques (MAC). Aquesta informació s'emmagatzema en la 'taula ARP'

Tot i que els protocols de les capes superiors treballen amb adreces lògiques i noms de domini, en un entorn local (Ethernet, WiFi) la comunicació es realitza utilitzant les adreces físiques.

Qualsevol dispositiu que treballi amb adreces IP necessita una taula ARP

$ sudo arp -n
Address                  HWtype  HWaddress           Flags Mask            Iface
192.168.1.1              ether   4c:6e:6e:9c:5e:50   C                     eth0
192.168.1.10             ether   74:03:bd:96:05:14   C                     eth0

Per omplir aquesta taula ARP el procés és el següent:

1. Des de les capes superiors s'inicia una comunicació destinada a una adreça IP

2. Es consulta la taula ARP per obtenir l'adreça MAC corresponent a aquesta IP

3. Si la informació es troba a la taula ARP, es crea la trama amb les adreces MAC origen i destí corresponents

4. Si la informació NO es troba a la taula ARP, s'inicia el procés ARP per consultar als dispositius de la xarxa quin té aquesta IP

ARP Request: Trama ARP generada pel Host i destinada a difusió FF:FF:FF:FF:FF:FF per garantir que tots els hosts del domini la reben, tot i que només la contestarà un únic host. Aquesta petició demana quin host té certa adreça IP.

ARP Response: Trama ARP generada pel Host amb adreça IP i destinada a l'adreça MAC del Host que ha iniciat la petició (unicast). Aquesta trama porta la informació amb la resposta.

5. En cas de no rebre resposta passat un cert temps (pocs segons), es notifica l'error a les capes superiors

Les trames ARP contenen el valor 0x0806 al camp tipus (EtherType)

Mentre que les trames corresponents a paquets IP tenen el valor 0x0800

| https://en.wikipedia.org/wiki/EtherType

Taula d’adreces MAC d’un commutador

Els commutadors usen la taula MAC per conèixer a quin port de sortida cal commutar les trames que els arriben MAC destí

La informació de la taula MAC és la següent:

• Port del commutador
• Adreça MAC
• Tipus (Aprenentatge)
• Caducitat (temps)
• VLAN

Per exemple

SWITCH_0#show mac address-table 
          Mac Address Table
-------------------------------------------

Vlan    Mac Address       Type        Ports
----    -----------       --------    -----

   1    0001.0001.0001    DYNAMIC     Gig1/0/3
   1    0001.430c.0119    DYNAMIC     Gig1/0/3
   1    0002.0002.0002    DYNAMIC     Gig1/0/3
   1    000c.000c.000c    DYNAMIC     Gig1/0/1
   1    0030.f23b.ae1a    DYNAMIC     Gig1/0/2
   1    00d2.00d2.00d2    STATIC      Gig1/0/2

La informació dinàmica és volàtil, s'esborra en pocs minuts o quan el dispositiu es reinicia

Mentre que la informació estàtica és persistent

Per exemple amb la informació de la taula anterior, si arriba una trama dirigida a 0001.0001.0001, aquesta serà commutada pel port Gig1/0/3

Si no es troba cap coincidència s’envia la trama per totes les interfases excepte la d’entrada (flooding, inundació), per tal de garantir que la trama arriba al destinatari.

Aprenentatge: La taula MAC s’omple automàticament a partir de la informació de les trames que arriben MAC origen, o bé s'afegeix la informació manualment.

Per cada trama d'entrada, el commutador comprova si existeix informació a la taula MAC per aquesta MAC origen i el port d'entrada

• En cas afirmatiu no fa res

• Si no hi ha informació, afegeix una nova entrada per la MAC origen i el port d'entrada

• Si la informació està desactualitzada, modifica la entrada amb el port d'entrada

Commutació de Capa 2 i Capa 3

Capa 2	Capa 3
Hardware, basada en MAC	Software, basada en IP
Baixa latència	Major latència

Mètodes de commutació

Mètode emmagatzematge i enviament (store-and-forward)

Llegeix tota la trama sencera abans de començar el procés de transmissió i descarta trames corruptes

• Comprovació de la suma de verificació errònia, CRC de la trama.
• Trames més grans de la mida màxima (Jumbo Frames, trames Dot1q o col·lisions)
• Trames més petites de la mida mínima (col·lisions)

És el sistema que utilitzen la gran majoria de commutadors de qualsevol gama o fabricant i per ports de qualsevol velocitat

Pot funcionar asimètricament perquè les trames s'emmagatzemen als buffers dels ports (cues de sortida de cada port)

Mètode de tall (cut through): La trama es reenvia abans de rebre-la completa, només cal llegir la MAC destí.

Té menor latència, sovint s'anomenen els commutadors que fan servir aquesta commutació dispositius Low latency

Només pot funcionar en entorns molt controlats (CPD, HPC - High-performance computing)

Cal que la commutació sigui simètrica, ports d'entrada i sortida de la mateixa velocitat

Nomçés

Els dispositius que implementen aquesta commutació acostumen a tenir un cost molt elevat (Cisco Nexus, Brocade ICX, Juniper QFX)

Només s'activa en ports a velocitats 1Gbps o superiors (10Gbps, 40Gbps o 100Gbps)

• Ràpida. Comença el procés de transmissió tant bon punt llegeix la MAC destí de la trama d'entrada.

• Lliure de fragments. Espera llegir els primers 64 bytes per detectar i descartar certes col·lisions (Per les col·lisions més comuns els fragments són inferiors a 64 bytes).