Captulo 5 Ethernet Materiales del Instructor CCNA routing

Capítulo 5: Ethernet Materiales del Instructor CCNA routing y switching Introducción a redes v 6. 0

Capítulo 5: Ethernet Guía de planificación de Introduction to Networks 6. 0 (Introducción a las redes 6. 0) © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 3

Capítulo 5: Ethernet CCNA routing y switching Introducción a redes v 6. 0

Capítulo 5: Secciones y objetivos § 5. 1 Protocolo Ethernet • Explicar el funcionamiento de Ethernet. § • Explicar la forma en que las subcapas de Ethernet se relacionan con los campos de trama. • Describir la dirección MAC de Ethernet 5. 2 Switches de redes LAN • Explicar la forma en que funciona un switch. § • Explicar la forma en que un switch arma su tabla de direcciones MAC y reenvía las tramas. • Describir los métodos de reenvío de switch y la configuración de puertos disponibles para los puertos de switch de capa 2. 5. 3 Protocolo de resolución de direcciones • Explicar la forma en que el protocolo de resolución de direcciones permite la comunicación en una red. • Comparar las funciones de la dirección MAC y de la dirección IP. • Describir el propósito de ARP. • Explicar la forma en que las solicitudes de ARP afectan el rendimiento de la red y del host. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 14

5. 1 Protocolo Ethernet © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 15

Trama de Ethernet Encapsulamiento de Ethernet § Ethernet es la tecnología LAN más utilizada hoy en día. • Definida en los estándares IEEE 802. 2 y 802. 3. • Admite anchos de banda de datos de 10 Mb/s, 100 Mb/s y 1000 Mb/s (1 Gb/s), 10 000 Mb/s (10 Gb/s), 40 000 Mb/s (40 Gb/s) y 100 000 Mb/s (100 Gb/s). § Ethernet funciona en la capa de enlace de datos y en la capa física. § Ethernet depende de las dos subcapas individuales de la capa de enlace de datos para funcionar: la subcapa de control de enlace lógico (LLC) y la subcapa MAC. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 16

Trama de Ethernet Encapsulamiento de Ethernet (continuación) § La subcapa LLC de Ethernet maneja la comunicación entre las capas superiores e inferiores. Se implementa en el software, y su implementación es independiente del hardware. § La subcapa MAC es la subcapa inferior de la capa de enlace de datos. Además, se implementa mediante hardware, generalmente, en la NIC de la computadora. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 17

Trama de Ethernet Subcapa MAC § La subcapa MAC de tiene dos responsabilidades principales: • Encapsulamiento de datos • Control de acceso al medio § El encapsulamiento de datos proporciona tres funciones principales: • Delimitación de tramas • Direccionamiento • Detección de errores § El control de acceso al medio es responsable de colocar las tramas en los medios y de quitarlas de ellos. Esta subcapa se comunica directamente con la capa física. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 18

Trama de Ethernet Evolución de Ethernet § Desde 1973, los estándares de Ethernet evolucionaron para especificar versiones más rápidas y flexibles de la tecnología. § Las primeras versiones de Ethernet eran relativamente lentas, con una velocidad de 10 Mbps, § mientras que las más recientes funcionan a 10 Gbps e, incluso, más rápido. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 19

Trama de Ethernet Campos de la trama de Ethernet § El tamaño mínimo de trama de Ethernet de la dirección MAC de destino a FCS es de 64 bytes, y el máximo es de 1518 bytes. § Las tramas de menos de 64 bytes se consideran fragmentos de colisión o tramas cortas, y se descartan 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. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 20

Trama de Ethernet Práctica de laboratorio: Uso de Wireshark para examinar las tramas de Ethernet © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 21

Direcciones MAC de Ethernet Direcciones MAC y numeración hexadecimal § Una dirección MAC de Ethernet es un valor binario de 48 bits expresado como 12 dígitos hexadecimales (4 bits por dígito hexadecimal). § El valor hexadecimal se utiliza para representar las direcciones MAC de Ethernet y las direcciones IP versión 6. • La numeración hexadecimal es un sistema de base 16 que utiliza los número 0 a 9 y las letras A a F. • Es más fácil expresar un valor como un único dígito hexadecimal que como cuatro bits binarios. • En general, el sistema hexadecimal se representa por escrito por medio del valor precedido por “ 0 x” (p. ej. , 0 x 73). § 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. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 22

Direcciones MAC de Ethernet Direcciones MAC: Identidad de Ethernet § Las direcciones MAC se crearon para identificar el origen y el destino reales. • Las reglas de la dirección MAC se establecen según IEEE. • El IEEE asigna al proveedor un código de 3 bytes (24 bits), llamado “identificador único de organización (OUI)”. § El IEEE obliga a los proveedores a respetar dos normas simples: • Todas las direcciones MAC asignadas a una NIC o a otro dispositivo Ethernet deben utilizar el OUI que se le asignó a dicho proveedor como los tres primeros bytes. • Todas las direcciones MAC con el mismo OUI deben tener asignado un valor único en los tres últimos bytes. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 23

Direcciones MAC de Ethernet Procesamiento de tramas § En general, la dirección MAC se denomina dirección grabada (BIA); es decir, la dirección está codificada en el chip de la ROM permanentemente. Cuando la computadora arranca, lo primero que hace la NIC es copiar la dirección MAC de la ROM a la RAM. § Cuando un dispositivo reenvía un mensaje a una red Ethernet, adjunta la información del encabezado a la trama. § La información del encabezado contiene las direcciones MAC de origen y de destino. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 24

Direcciones MAC de Ethernet Representaciones de direcciones MAC § En un host de Windows, utilice el comando ipconfig /all para identificar la dirección MAC de un adaptador Ethernet. En un host Mac o Linux, se utiliza el comando ipconfig. § Según el dispositivo y el sistema operativo, puede ver varias representaciones de direcciones MAC. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 25

Direcciones MAC de Ethernet Dirección MAC unidifusión § Una dirección MAC de unidifusión es la dirección única utilizada cuando se envía una trama desde un único dispositivo transmisor hacia un único dispositivo receptor. § Para que un paquete de unidifusión 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 contar con la dirección MAC de destino correspondiente. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 26

Direcciones MAC de Ethernet Dirección MAC de difusión § Muchos protocolos de red, como DHCP y ARP, utilizan la difusión. § Los paquetes de difusión tienen una dirección IPv 4 de destino que contiene solo números uno (1) en la porción de host, lo que significa que todos los hosts de esa red local recibirán y procesarán el paquete. § Cuando el paquete de difusión IPv 4 se encapsula en la trama de Ethernet, la dirección MAC de destino es la dirección MAC de difusión FF-FF-FF-FF en hexadecimal (48 números uno en binario). © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 27

Direcciones MAC de Ethernet Dirección MAC de multidifusión § Las direcciones de multidifusión le permiten a un dispositivo de origen enviar un paquete a un grupo de dispositivos. • Una dirección IP de grupo de multidifusión se asigna a los dispositivos que pertenecen a un grupo de multidifusión, en el rango de 224. 0. 0. 0 a 239. 255 (las direcciones de multidifusión IPv 6 comienzan con FF 00: : /8). • La dirección IP de multidifusión requiere una dirección MAC de multidifusión correspondiente que comience con 01 -00 -5 E en formato hexadecimal. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 28

Direcciones MAC de Ethernet Práctica de laboratorio: Visualización de direcciones MAC de dispositivos de red © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 29

5. 2 Switches de redes LAN © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 30

La tabla de direcciones MAC Nociones básicas de switches § El switch Ethernet de capa 2 toma decisiones de reenvío solamente según las direcciones MAC Ethernet de capa 2. § Un switch que se enciende tendrá una tabla de direcciones MAC vacía dado que todavía no conoce las direcciones MAC de las cuatro PC conectadas. § Nota: A veces, la tabla de direcciones MAC se conoce como “tabla de memoria de contenido direccionable (CAM)”. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 31

La tabla de direcciones MAC Obtención de direcciones MAC § El switch crea dinámicamente la tabla de direcciones MAC. El proceso para obtener la dirección MAC de origen es el siguiente: • Los switches evalúan todas las tramas entrantes en busca de nueva información de la dirección MAC de origen para obtener. • Si la dirección MAC de origen es desconocida, se la agrega a la tabla, junto con el número de puerto. • 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. Proceso de switching Descripción © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 32

La tabla de direcciones MAC Obtención de direcciones MAC (continuación) § El proceso para reenviar la dirección MAC de destino es el siguiente: • Si la dirección MAC de destino es de difusión o de multidifusión, la trama también se envía por todos los puertos, excepto el de entrada. • Si la dirección MAC de destino es una dirección de unidifusión, el switch buscará una coincidencia 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 (es decir, es una dirección de unidifusión desconocida), el switch reenvía la trama por todos los puertos, excepto el de entrada. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 33

La tabla de direcciones MAC 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 reenviarla por un solo puerto. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 34

La tabla de direcciones MAC Demostración en video: Tablas de direcciones MAC en switches conectados § El switch recibe la trama Ethernet, analiza la dirección MAC de origen y observa que esta dirección MAC no está en su tabla de direcciones MAC, por lo que agrega la dirección MAC y el número de puerto de entrada. § A continuación, el switch analiza las dirección MAC de destino y observa que esta dirección MAC no está en su tabla, por lo que satura todos los puertos. § La computadora recibe la trama Ethernet, analiza la dirección MAC de destino contra su propia dirección MAC y observa que es una coincidencia y recibe el resto de la trama. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 35

La tabla de direcciones MAC Demostración en video: Envío de una trama al gateway predeterminado § La computadora enviará un paquete a Internet, porque la dirección IP de destino está en otra red. En este caso, la dirección MAC de origen es la de la computadora emisora. La dirección MAC de destino es la del router de 00 -0 D. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 36

Direcciones MAC de Ethernet Práctica de laboratorio: Visualización de la tabla de direcciones MAC del switch © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 37

Métodos de reenvío de un switch Métodos de reenvío de tramas de los switches de Cisco § Los switches utilizan uno de los siguientes métodos de reenvío para el switching de datos entre puertos de la red: © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 38

Métodos de reenvío de un switch Switching por método de corte § En el caso del switching por método de corte, el switch reúne en el búfer solo la información suficiente de la trama como para leer la dirección MAC de destino y determinar a qué puerto debe reenviar los datos. El switch no lleva a cabo ninguna verificación de errores en la trama. § A continuación, se presentan dos variantes del switching por método de corte: • La conmutación por envío rápido ofrece el más bajo nivel de latencia. El switch reenvía el paquete inmediatamente después de leer la dirección de destino. Esta es la forma más común de switching por método de corte. • En el caso del switching libre de fragmentos, el switch almacena los primeros 64 bytes de la trama antes de reenviarla. Es un punto medio entre el switching por almacenamiento y envío y el switching de reenvío rápido. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 39

Métodos de reenvío de un switch Almacenamiento en búfer de memoria en los switches § Un switch Ethernet puede usar una técnica de almacenamiento en búfer de memoria para almacenar tramas antes de enviarlas. El almacenamiento en búfer también se puede utilizar cuando el puerto de destino está ocupado debido a una congestión. En este caso, el switch almacena la trama hasta que se pueda transmitir. § Existen dos tipos de almacenamiento en búfer de memoria: Método de almacenamiento en búfer de memoria Descripción Memoria basada en puerto • Las tramas se almacenan en colas que se enlazan a puertos específicos de entrada y salida. • Una trama se transmite cuando se han transmitido todas las tramas que se encontraban antes de ella. Memoria compartida • Todas las tramas se depositan en un búfer común compartido por todos los puertos del switch. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 40

Métodos de reenvío de un switch Configuración de dúplex y velocidad § Se utilizan dos tipos de parámetros dúplex para las comunicaciones en una red Ethernet: • Dúplex completo: ambos extremos de la conexión pueden enviar y recibir datos simultáneamente. • Semidúplex: solo uno de los extremos de la conexión puede enviar datos por vez. § La mayor parte de los dispositivos utiliza la autonegociación, que permite a dos dispositivos intercambiar información sobre velocidad y capacidades dúplex automáticamente y elegir el modo de mayor rendimiento. § La diferencia entre dúplex es una causa común de problemas de rendimiento con enlaces Ethernet. Se produce cuando un puerto del enlace funciona en semidúplex, mientras que el otro puerto opera en dúplex completo. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 41

Métodos de reenvío de un switch Auto-MDIX § Anteriormente, las conexiones entre dispositivos específicos, como switch a switch, switch a router, switch a host y router a host, requerían el uso de tipos de cable específicos (cruzado o directo). § Actualmente, la mayor parte de los dispositivos admiten la característica interfaz cruzada automática dependiente del medio (auto-MDIX). Esta opción está activada de forma predeterminada en los switches a partir de IOS 12. 2(18)SE. § Cuando se activa mediante el comando de configuración de interfaz mdix auto, el switch detecta el tipo de cable conectado al puerto y configura las interfaces de manera adecuada. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 42

5. 3 Protocolo de resolución de direcciones © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 43

MAC e IP Destino en la misma red § Hay dos direcciones primarias asignadas a un dispositivo en una LAN Ethernet: • Dirección física (dirección MAC Ethernet) • Dirección lógica (dirección IP) § Por ejemplo, la PC-A envía un paquete IP al servidor de archivos en la misma red. La trama de Ethernet de capa 2 contiene lo siguiente: • Dirección MAC de destino • Dirección MAC de origen § El paquete IP de capa 3 contiene lo siguiente: • Dirección IP de origen • Dirección IP de destino © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 44

MAC e IP Destino en una red remota § Cuando la dirección IP de destino está en una red remota, la dirección MAC de destino es la dirección del gateway predeterminado del host. § En la figura, la PC-A envía un paquete IP a un servidor web en una red remota. • La dirección IP de destino es la del servidor de archivos. • La dirección MAC de destino es la de la interfaz Ethernet del R 1. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 45

MAC e IP Packet Tracer: Identificación de direcciones MAC y direcciones IP © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 46

ARP Introducción a ARP § Cuando un dispositivo envía una trama de Ethernet, esta contiene estas dos direcciones: • Dirección MAC de destino • Dirección MAC de origen § Para determinar la dirección MAC de destino, el dispositivo utiliza ARP. § ARP proporciona dos funciones básicas: • Resolución de direcciones IPv 4 a direcciones MAC • Mantenimiento de una tabla de asignaciones © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 47

ARP Funciones del protocolo ARP § Los dispositivos Ethernet se remiten a una tabla de ARP (o la cache ARP) en su memoria (es decir, RAM) para obtener la dirección MAC que se asigna a la dirección IPv 4. § El dispositivo busca en su tabla de ARP la dirección IPv 4 de destino y la dirección MAC correspondiente. • Si la dirección IPv 4 de destino del paquete está en la misma red que la dirección IPv 4 de origen, el dispositivo busca la dirección IPv 4 de destino en la tabla ARP. • Si la dirección IPv 4 de destino está en una red diferente que la dirección IPv 4 de origen, el dispositivo busca la dirección IPv 4 del gateway predeterminado. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 48

ARP Demostración en video: Solicitud de ARP § Una solicitud de ARP es una trama de difusión que se envía cuando un dispositivo necesita una dirección MAC asociada a una dirección IPv 4 y no tiene una entrada para la dirección IPv 4 en su tabla de ARP. § Los mensajes de ARP se encapsulan directamente dentro de una trama de Ethernet. No se utiliza un encabezado de IPv 4. § El mensaje de solicitud de ARP incluye lo siguiente: • Dirección IPv 4 objetivo • Dirección MAC de destino © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 49

ARP Demostración en video: Respuesta de ARP § Solamente el dispositivo que tiene la dirección IPv 4 asociada con la dirección IPv 4 objetivo de la solicitud de ARP envía una respuesta de ARP. § El mensaje de respuesta de ARP incluye lo siguiente: • Dirección de IPv 4 del emisor • Dirección MAC del emisor § Las entradas de la tabla ARP tienen marcas de tiempo. Si un dispositivo no recibe una trama de un dispositivo determinado antes de que caduque la marca horaria, la entrada para este dispositivo se elimina de la tabla ARP. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 50

ARP Demostración en video: El papel del ARP en la comunicación remota § Cuando un host crea un paquete para un destino, compara la dirección IPv 4 de destino con la propia para determinar si ambas están ubicadas en la misma red de capa 3. § Si el host de destino no está en la misma red, el origen busca en la tabla ARP una entrada que contenga la dirección IPv 4 del gateway predeterminado. § Si no existe una entrada, utiliza el proceso ARP para determinar la dirección MAC del gateway predeterminado. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 51

ARP Eliminación de entradas de una tabla de ARP § Cada dispositivo tiene un temporizador de memoria caché ARP que elimina las entradas de ARP que no se hayan utilizado durante un período especificado. § El temporizador varía según el sistema operativo del dispositivo. Como se muestra en la figura, algunos sistemas operativos Windows almacenan entradas de caché ARP durante dos minutos. § También puede eliminar de manera manual todas las entradas de la tabla de ARP o algunas de ellas. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 52

ARP Tabla de ARP En un router En un host de Windows En un router Cisco, se utiliza el comando show ip arp para visualizar la tabla de ARP. En una PC con Windows 7, se utiliza el comando arp –a para visualizar la tabla de ARP. Router# show ip arp Dirección del protocolo Edad (min) Internet 172. 16. 233. 229 Internet 172. 16. 233. 218 Internet 172. 168. 11 Internet 172. 168. 254 9 Router# Dirección del hardware 0000. 0 c 59. f 892 0000. 0 c 07. ac 00 0000. 0 c 63. 1300 0000. 0 c 36. 6965 Tipo ARPA Interfaz Ethernet 0/0 © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 53

ARP Packet Tracer: Revisión de la tabla de ARP © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 54

Problemas en ARP Difusiones ARP § Todos los dispositivos de la red local reciben y procesan una solicitud de ARP debido a que es una trama de difusión. § Las solicitudes de ARP pueden saturar el segmento local toda vez que una gran cantidad de dispositivos se encendieran y todos comenzaran a acceder a servicios de red al mismo tiempo. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 55

Problemas en ARP Suplantación de ARP § Los atacantes pueden responder a solicitudes y fingir ser proveedores de servicios. § Un tipo de ataque de suplantación de ARP utilizado por los atacantes es responder a una solicitud de ARP enviada al gateway predeterminado. En la figura, el host A solicita la dirección MAC del gateway predeterminado. El host C responde a la solicitud de ARP. El host A recibe la respuesta y actualiza su tabla de ARP. Luego envía paquetes destinados al gateway predeterminado al host C del atacante. § Los switches de nivel empresarial incluyen técnicas de mitigación conocidas como “inspección dinámica de ARP (DAI)”. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 56

5. 4 Resumen del capítulo © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 57

Conclusión Capítulo 5: Ethernet § Explicar el funcionamiento de Ethernet. § Explicar la forma en que funciona un switch. § Explicar la forma en que el protocolo de resolución de direcciones permite la comunicación en una red. © 2016 Cisco y/o sus filiales. Todos los derechos reservados. Información confidencial de Cisco. 58