apuntes diseño y administración de redes

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7/23/2019 Apuntes Diseño y Administración de Redes http://slidepdf.com/reader/full/apuntes-diseno-y-administracion-de-redes 1/80 DISEÑO Y ADMINISTRACIÓN DE REDES CONTENIDO Infraestructura de la Red Introducción Transmisión de Datos Medios de Transmisión Introducción a una Red

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DISEÑO Y ADMINISTRACIÓN DE

REDES

CONTENIDO

Infraestructura de la Red

Introducción

Transmisión de Datos

Medios de Transmisión

Introducción a una Red

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Componentes de la Red

Topologías de RedTopología FísicaTopología Lógica

Modelos de Referencia

Modelo TCP/IPModelo OSI

Ethernet

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Diseño de la Red

Consideraciones de Diseño

Diseño de Redes

Direccionamiento IPIP

 ARP

DHCP

Enrutamiento

Tipo de Ruteo

Clases de Protocolos de Ruteo

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  Laboratorio

Conceptos de SwitchingDispositivos de Capa 2 y capa 3

CSMA/CD

Operación de un Switch

VLAN

Tipos de VLAN

Ejemplos

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Gestión de la RedIntroducción a la Gestión de Redes

Sistema de Gestión de Red

Gestión de Fallas

Gestión de DesempeñoSNMP

RMON

Tráfico en la Red

 Análisis de Tráfico

Congestión

Optimización de Ancho de Banda

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 Latencia / Jitter

Práctica

Seguridad de la Red

 AntecedentesFundamentos de Seguridad

Criptografía

PKI

IPsec

VPN

Firewall

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INFRAESTRUCTURA DE LA REDINTRODUCCION 

Modelo Simplificado de un Sistema de Comunicaciones

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Tareas de los Sistemas de Comunicación

  Generación de la señal  Sincronización  Detección y corrección de errores

 Control de flujo  Direccionamiento  Enrutamiento  Recuperación (en caso de error)

 Formato de mensajes  Seguridad Gestión de red

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TRANSMISIÓN DE DATOS

 La transmisión de datos ocurre entre un transmisor y un receptor víaun medio de transmisión.

 Los Medio de Transmisión pueden ser:

 Medios Guiados  Par trenzado (twisted pair)  Coaxial  Fibra óptica

 Medios No-guiadoso Aireo Vacío

 Punto a Punto

 Multipunto

PUNTO A PUNTO

MULTIPUNTO

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 Simplex. Transmite en una dirección.

 TV, radio

 Half duplex. Transmite en ambas direcciones pero sólo una a la vez.

 Radio banda civil, radio policía

 Full dúplex. Transmite en ambas direcciones al mismo tiempo. Teléfono

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Conceptos en el Dominio del Tiempo Señal contínua. La señal varía suavemente en el tiempo.

 Señal Discreta. La señal se mantiene constante durante un intervalode tiempo, tras el cual la señal cambia a otro valor constante.

 Señal Periódica. Se repite un patrón a lo largo del tiempo.

 Señal no Periódica. No se repite el patrón a lo largo del tiempo.

Señal analógica Señal digital 

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Señales Periódicas

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Conceptos en el Dominio de la Frecuencia

 La señal puede estar compuesta de múltiplesfrecuencias.

 Los componentes son ondas sinusoidales.

 Se puede demostrar, con análisis de Fourier, que

cualquier señal está constituida por componentessinusoidales.

 Se pueden expresar funciones en el dominio de la frecuencia.

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Espectro y Ancho de Banda

 Espectro.

o  Conjunto de frecuencias que constituyen una señal.

 Ancho de banda absoluto.

o

  Anchura del espectro.

 Ancho de banda efectivo.

o  simplemente ancho de banda.o  Banda de frecuencias relativamente estrecha que contiene la mayor parte de

energía.

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 Veloc idad de Transm is ión y Anch o d e Banda

 Sistemas de transmisión sólo pueden transferir una banda limitadade frecuencias.

 Esto limita la velocidad de transmisión máxima en el medio.

 Limitado ancho de banda incrementa la distorsión.

 Hay una relación directa entre velocidad de transmisión (data rate) yancho de banda.

Transm isión de Datos Analógico s y Digitales

 Datos.

  Entidades capaces de transportar información

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 Señales.

  Representaciones eléctricas y electromagnéticas de datos. Transmisión.

  Comunicación de datos mediante la propagación y el procesamiento de señales.

Datos

  Analógicos 

  Valores en intervalo continuo  Video y voz

 Digitales.

  Valores discretos  Números enteros

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Transmisión de Datos Analógicos y Digitales

 Los datos analógicos toman valores continuos y los digitales,valores discretos.

 Una señal analógica es una señal continua que se propaga porciertos medios.

 Una señal digital es una serie de pulsos que se transmiten a travésde un cable ya que son pulsos eléctricos.

 Los datos analógicos se pueden representar por una señalelectromagnética con el mismo espectro que los datos.

  Los datos digitales se suelen representar por una serie de pulsosde tensión que representan los valores binarios de la señal.

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Ventajas y Desventajas de Señales Digitales

 La transmisión analógica tiene el problema de que la señal sedebilita con la distancia, por lo que hay que utilizar amplificadores deseñal cada cierta distancia.

 La transmisión digital tiene el problema de que la señal se atenúa ydistorsiona con la distancia, por lo que cada cierta distancia hay queintroducir repetidores de señal.

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Ventajas de Señales Digitales

 La tecnología digital se ha abaratado mucho.

 Al usar repetidores en vez de amplificadores, el ruido y otras distorsiones no esacumulativo.

 Los datos transportados se pueden encriptar y por tanto hay más seguridad en lainformación.

  Al tratar digitalmente todas las señales, se pueden integrar servicios analógicos (voz,video) con digitales (datos, VoIP, Internet). Esto es convergencia.

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Factores que Afectan la Transmisión

 La señal recibida puede diferir de la señal transmitida.

  Analógica: Degradación de la calidad de la señal  Digital: Bits erróneos.

 Las perturbaciones más significativas son:  Atenuación

  Retardo  Ruido

Capacidad de Canal

 Es la velocidad máxima posible de transferencia en un canal decomunicaciones, y está en función de:  Tasa de transferencia (Data rate). En bits por segundo.  Ancho de Banda. En ciclos por segundo o Hertz. Está limitado por el transmisor y

por la naturaleza del medio.  Tasa de error. Bits corruptos.   Ruido. En el medio de comunicaciones.

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Medios de Transmisión

Tipos de Medios de Transmisión

 Guiados: Cable, fibra.

 No guiados: Inalámbricos, microondas.

 Las características y calidad son determinadas por el medio y laseñal.

  Para los guiados, el medio es muy importante.

  Para los no guiados, el ancho de banda producido por la antena es lo másimportante.

 Los puntos importantes son la velocidad de transmisión y ladistancia.

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Factores de Diseño

 Ancho de Banda.  Un mayor ancho de banda ofrece mayor velocidad de transmisión de datos.

 Dificultades en la Transmisión.

  Atenuación.

 Interferencias.

  Número de Receptores en medios guiados.

  Un mayor número de receptores produce una mayor atenuación.

Medios de Transmisión Guiados

 Par trenzado

  UTP  STP 

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 Cable Coaxial

 Fibra Óptica

Par Trenzado

 Aislado independientemente

 Trenzado conjuntamente

 Transmisión Analógica  Amplificadores cada 5 o 6 Km

 Transmisión Digital

 Anchos de banda limitado (! 1MHz)

 Tasas de datos limitada (! 100 Mbps)

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 Susceptible a interferencia y ruido

 UTP - Unshielded Twisted-Pair

 STP - Shielded Twisted-Pair

Unshielded Twisted-Pair – UTP

 Tiene 4 pares de hilos.

 Cada uno de los 8 hilos está aislado.

 Cada par de hilos está trenzado entre sí, esto limita la degradación

de la señal causada por EMI y RFI.

 CAT5 y CAT6 son las más recomendables en la mayoría de lasactuales implementaciones.

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 Velocidades de 10, 100 y 1000 Mbps dependiendo de la categoríadel cable.

 Longitud máxima 100 m.

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Ethernet

Especif i cación 10 base

5

10 base 2 10 base T 100 base

T

Tipologíafísica

Bus Bus Estrella Estrella

MagnitudMáxima 500 185 100 100

10 Base T

Velocidad de

Baseband signaling

Usa todo el ancho

de banda del medio

de transmisión. 

Cobre.

Unshielded

twisted pair. 

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UTP

STRAIGHT-THROUGH

DIRECTO

CROSS-OVER

CRUZADO

ROLLOVER

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Shielded Twisted-Pair  – STP

 Cada par de hilos es envuelto en hojas de aluminio.

 Los 4 pares de hilos son envueltos en un trenzado de metálico.

 STP tiene una mejor protección contra todos los tipos deinterferencia.

 Es más caro que el UTP y ofrece más dificultad para instalarlo.PAR

PROTEGIDO

PAR

TRENZADO

CODIFICADO

POR COLOR

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Cable Coaxial

 Para LAN el cable coaxial tiene algunas ventajas  Soporta mayores distancias que el UTP y STP sin repetidores.  Es más barato que la fibra óptica.

 Es más difícil la instalación que la del cable UTP.

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Fibra Optica

 Cada cable de fibra óptica utilizada para la creación de redes constade dos fibras envueltas en revestimientos separados.

 Una fibra transporta los datos transmitidos desde el dispositivo A aldispositivo B.

 La segunda fibra transporta datos desde el dispositivo B aldispositivo A.

 Proporciona un enlace full-duplex.

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Mono Modo

 Menos dispersión

 Adecuada para larga distancia  Hasta 100 Km.

 Usa lasers como fuente de luz.

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Multimodo

 Tiene mayor dispersión y por lo tanto pérdidas de señal.

 Usada para distancias más cortas que mono-modo.  2 Km.

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Fibra OpticaCaracterísticas

 Mayor capacidad de transmisión.  Tasa de transmisión de cientos de Gbps

 Menor tamaño y peso.

 Menor atenuación.

 Aislamiento electromagnético (no es afectado).

 Repetidores a mayor distancia.  Decenas de Kms

 Conexione a grandes distancias (WAN).

 Conexiones metropolotanas (MAN).

 LANs

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Medios de Transmisión No Guiados

 Redes Inalámbricas - Wireless LAN  Estándar IEEE 802.11

 Satélite Enlaces de Microondas

Hot Spot 

Wimax / 3G /

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WLAN

 802.11  802.11a 54 Mbps 5GHhz  802.11b 11 Mbps 2.4 GHz  802.11g 54 Mbps 2.4 GHz  802.11n 248 Mbps

 80211b/g trabaja en la banda de los 2.54GHz y tiene múltiplescanales.

 Cada uno de 22 MHz.

 3 de esos canales no se traslapan (1, 6 y 11). Esto aplia a America.

 802.11a y 802.11b/g son incompatibles porque usan diferentesfrecuencias.

 802.11g si es compatible con 802.11b (backward compatible).

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WiFi = Wireless Fidelity

Distribución de canales de 2.4 GHz en Norte America

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Aplicaciones WLAN

 Redes internas, dentro de edificios (inbuilding). SOHO (Small Office/Home Office)

 Dispositivos que se integran a las redes inalámbricas:

  Computadoras

  PDAs  Consolas de juego (Xbox, Nintendo, etc)  Sistemas de TV  Camaras IP  IP phones, etc

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Principales Problemas de WLAN

 Seguridad

 Factores físicos que afectan la RF

  Reflexión  Refracción  Absorción

  Dispersión  Difracción  Multipath

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Seguridad

 Encriptación.  Proteger datos transmitidos entre el dispositivo cliente y el AP proporcionando

privacidad y confidencialidad.

 Autenticación.

  Verificar y controlar a quien se le permite el acceso a la red a través de los AP.

 Prevención de Intrusión.

  Proteger a la red detectando y previniendo ataques a los dispositivos de la red.  IPS  IDS

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 Soluciones de seguridad

WEP 802.11 EAP WPA 802.11i/WPA2

AÑO 1997 2001 2003 2004

ESCRIPCIÓN LLAVES ESTATICAS LLAVES DINAMICAS DINBAMICAS PORPAQUETE

DINAMICAS PORPAQUETE

AUTENTICACION NINGUNA USR/PASSWORDCERTIFICADOS,PSK(PRESHAREDKEYS)

USR/PASSWORDCERTIFICADOS,PSK(PRESHAREDKEYS)

USR/PASSWORDCERTIFICADOS,PSK(PRESHAREDKEYS)

  WEP: Wireless Equivalency Privacy  EAP : Extensible Authentication Protocol  WPA: WiFi Protected Access

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Factores físicos que afectan la RF

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Distribución Física de Access Points (AP)

Para canales de 2.4 GHz

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Introducción a una Red de comunicaciones

 Una red es básicamente los componentes, tanto hardware comosoftware, implicados en la conectividad de computadoras y susaplicaciones a través de pequeñas (LAN) y grandes distancias(MAN,WAN).

 Las redes se utilizan para proporcionar fácil acceso a información,aplicaciones y servicios, aumentando con esto, la productividad delos usuarios.

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 Los recursos que comúnmente son compartidos en una red son

datos y aplicaciones, acceso a Internet, impresoras, y en generalcualquier dispositivo que se conecte a la red.

 En la actualidad, las nuevas tecnologías han permitido que la redintegre aplicaciones como VoIP, Video conferencia, VoD, etc.

La red es una necesidad de negocio.La red es parte del negocio.

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 Costo.  Incluye el costo de los componentes de la red, instalación y mantenimiento.

 Seguridad.  Protección de los componentes de la red y los datos que contienen y/o transmiten

entre ellos.

 Velocidad (Data rate).  Que tan rápido son transmitidos los datos entre los extremos de la red (end points).

 Topología.  Disposición física de los componentes y cableado  Describe la forma física y lógica de como los datos se mueven entre los

componentes de la red.

 Escalabilidad.  Describe como la red puede adaptarse a crecimiento de nuevos usuarios,

aplicaciones y componentes en la red.

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 Confiabilidad.  Define la confiabilidad de los componentes de la red y su conectividad entre ellos

(Tiempo promedio entre fallas, Mean time between failures=MTBF).

 Disponibilidad.  Medida de la probabilidad de que la red esté disponible para los usuarios.  El tiempo de actividad será el número de minutos que la red esté disponible

divididos por el número de minutos en un año.

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Componentes de la Red

La red tiene 3 principales componentes:

 Dispositivos de Usuario/Aplicaciones (End devices)

  Servidores de aplicacioneso Servidores webo  Servidores de Bases de Datoso  Servidores de correo, etc

  Equipos de usuarios finales

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  Dispositivos de Red (Network Devices)

  Dispositivos que interconectan dispositivos de usuario.  Proveen conectividad a la red.  LAN Switches  Routers  Firewalls, etc

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 Conectividad

  Medios que físicamente conectan computadoras y los dispositivos de red.o  Cableso Fibra ópticao Dispositivos inalámbricos, etc.

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TOPOLOGÍAS DE RED

Topología Una rama de las matemáticas que se ocupa de las propiedades de

configuraciones geométricas que permanecen inalteradas pordeformaciones elásticas.

 Un término utilizado en el campo de las redes de computadoras paradescribir la estructura de una red.

 Describe como los dispositivos están conectados entre ellos.

 En redes se tienen dos clases de topologías:

  Topologías Físicao  Describe como los dispositivos son conectados(cableados).

  Topología Lógicao  Describe como los dispositivos se comunican a través de la topología física.

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Topología Lógica vs Topología Física

Red Ethernet

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Topología Lógica vs Topología Física

Red Token Ring

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Topología Lógica vs Topología Física

Malla

 Una topología de Malla se implementa para ofrecer tanta proteccióncomo sea posible contra la interrupción del servicio.

 Cada dispositivo de red tiene conexiones a cada uno del resto de losequipos.

Núm de conexiones = n(n-1)/2 Si los dispositivos en la malla no tiene conexión a todos los demás

equipos, entonces se le conoce como malla parcial.

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 Topologías Física  Describe como los dispositivos son conectados (cableados).

 Topología Lógica  Describe como los dispositivos se comunican a través de la

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Tipos de Redes

 LAN (Local Area Network):  Grupo de dispositivos de red que trabajan en una área físicamente pequeña.  Se caracteriza por tener altas velocidades de transferencia de datos (hasta

10Gbps):o  Ethernet, Fast Ethernet, GigaEthernet,10Gigabit Ethernet y ATM.

 MAN (Metropolitan Area Network):  Grupo de LANs que están interconectadas en una área geográfica relativamente

pequeña.  Esta caracterizada por tener velocidades muy altas de transferencia de datos (hasta

40Gbps):o  Metro Ethernet, ATM/SONET y SDH.

 WAN (Wide Area Network):  Grupo de LANs que están interconectadas en una área geográfica muy grande.  Esta caracterizada por tener velocidades relativamente lentas de transferencia de

datos (hasta 155 Mbps y 622 Mbps:o  Dial-up, líneas dedicadas, DSL, Frame-Relay y ATM.

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Local Area Network (LAN)

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Wide Area Network (WAN)

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Internet

  Internet es definido como una malla global de redesinterconectadas (red de redes).

La figura muestra la concentración geográfica mundial de direcciones IP

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MODELOS DE REFERENCIA

 Es un esquema (directriz) para la implementación de redes y suresolución de problemas.

 Divide funciones complejas en componentes simples.

 Importancia:  Interoperabilidad entre fabricantes (Estandarización)  Mejor comprensión de transferencia de datos.

Los 2 modelos de referencia de más amplia difusión son:

 TCP/IP  Modelo desarrollado por DoD  Estándar de facto

 OSI  Open System Interconnection

  Desarrollado por ISO

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Modelo de Referencia TCP/IP

 Este modelo tiene 4 capas

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Modelo OSI

 Estandariza los dispositivos de la red permitiendo a los diferentesfabricantes desarrollar y soportar los equipos. Permite a los diferentes tipos de hardware y software de red

intercomunicarse entre ellos. Evita que cambios en una capa o nivel, afecten a las otras capas. Divide la comunicación de la red en pequeñas partes para hacer más

comprensible su funcionamiento

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Problemas de Interoperabilidad

 En los 80’s, las tecnologías de red que habían surgido habían sidocreadas con diferentes tipos de implementación de hardware ysoftware.

 El hardware y software creado, había sido desarrollado con lospropios estándares de esas empresas.

 Consecuencia:Muchas de esas nuevas tecnologías de red fueron incompatiblesentre ellas.

 Necesidad: Llegar a interconección abieta (estándar) entre los

diferentes fabricantes. Solution: OSI-RM Open System Interconnection - Reference Model

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 PEER TO PEER

igual a igual

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Esquemas de Direccionamiento en Capas del Modelo OSI

Dispositivos de Red vs Modelo OSI 

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ETHERNET

 Tecnología dominante en todo el mundo.

 Soporta diferentes medios, anchos de banda, entre otros.

 La trama y esquema de direccionamiento es prácticamente el mismoen todas sus variantes.

 Nació en los 70's como Alohanet en la Universidad de Hawaii.

 De desarrollos posteriores de esta tecnología nació CSMA/CD.

 La primera LAN fue la versión original de Ethernet y fue desarrollada

por Robert Metcalfe de Xerox.

 Opera en las dos capas más bajas del modelo OSI (Física y Enlacede Datos).

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Estándar IEEE

 802.3 fue desarrollado en 1985. Era necesario que el estándar 802.3 fuera compatible con el modeloOSI.

 Se requería que capa 1 y la parte baja de la capa 2 de OSI sealineara con 802.3.

 Básicamente, Ethernet y IEEE 802.3 son los mismos estándares

(transmiten y reciben las mismas tramas).

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Nomenclatura de IEEE

 Velocidad: 10 Mbps ó 100 bps Base (digital)

 1 a 2 letras es el tipo de medio:

  F=Fibra, T=UTP, X=Full-duplex, etcEjemplos:10BaseT100BaseT Velocidad Metodo

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Características de Estándar Ethernet

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Direccionamiento Capa 2

 MAC

  Subcapa MAC (Media Access Control)  Usa una dirección que sirve para identificar equipos (Dirección Física).  Usa tramas para organizar bits.  Usa el medio de acceso para determinar que computadoras están  tratando de comunicarse.

 LLC  Subcapa LLC (Logical Link Control)  Mantiene relativa independencia físicamente del resto del equipamiento usado en el

proceso de comunicación.

 Se comunica con capas superiores.

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IEEE versión

IEEE 802.2 (LLC)Interactúa con capa de red+IEEE 802.3 (MAC)Interactúa con capa física

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 Dirección Física o MAC Address

  48 bits de longitud = 12 dígitos hexadecimal (en 6 pares).

  Del 1º al 6º dígito hexo  Son la identificación del fabricante.o  Son administrados por la IEEE. También se le conoce como Organizational Unique Identifier

(OUI).

  Del 7º al 12º dígito hexo  el seríal asignado por el propio fabricante.

Ejemplo:

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Trama Ethernet

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Subcapa MAC - L2

Hay 2 categorías de Acceso al medio:

 Determinístico (Por turno)

  Evita colisioneso  Token Ringo  FDDI

 No Determinístico (Primero que llega, primero que se despacha)  CSMA/CD

CSMA/CD = Carrier Sense Multiple Access and Collision Detect

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Canales Half-Duplex y Full-Duplex

 Half-Duplex

  Requerido para medios compartidos.  Solo una estación puede transmitir a la vez.  Redes con cable coaxial.

 Full-Duplex  Requerido para 10 Gbps para alcanzar su máxima velocidad.  NIC y LAN switches pueden ofrecer full-duplex. En ambientes switchados no hay colisiones.

NIC=Network Interface Card

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Dominio de Colisión

 Todos los usuarios compiten por el mismo ancho de banda.

 Entre mayor número de usuarios, mayor colisiones.

 Los hubs o concentradores y los repetidores sólo regeneran la señal,

por lo que también extienden el dominio de colisión. Solo 1 dispositivo puede transmitir a la vez.

 Solo el 50 % del total del ancho de banda disponible.

 La solución para aminorar o eliminar el problema colisiones es dividirel dominio.

 Se pueden implementar LAN switches(capa 2).

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 routers(capa 3) para dividir el dominio. En este caso, y desde elpunto de vista de IP se crearía otro segmento.

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LAN Switch

  Para dividir el dominio de colisión.  Mismo dominio de broadcast.