apuntes diseño y administración de redes
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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.