Slides TD IV - clases (19)

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TD4 2022TD4 2022
Nivel de Enlace
Terminología:
▪ hosts y routers: nodos
▪ Canales de comunicación que 
conectan nodos adyacentes a lo 
largo de un camino: enlaces
• Cableados 
• Inalámbricos
• LANs
▪ Paquete de nivel 2: frame 
(encapsula datagramas) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El nivel de enlace tiene la responsabilidad 
de transmitir datagramas por un enlace 
desde un nodo hacia otro nodo 
físicamente adyacente 2
TD4 2022TD4 2022
Detección de errores
3
Bits de detección/corrección de errores: EDC (e.g., redundancia) 
Datos (D) protegidos por el control de errores (puede incluir 
campos del header)
La detección puede fallar
▪ Algunos errores pueden 
quedar enmascarados
▪ Cuanto más bits tenga el 
campo EDC, mayor será 
la efectividad de la 
detección/corrección
datagrama
D EDC
bits de datos
enlace propenso a errores
D’ EDC’
¿bits en
 D’ OK?
No
error 
detectado
Sí
datagrama
TD4 2022TD4 2022
Control de paridad
4
Paridad de un bit 
▪ Detecta errores de sólo un bit
0111000110101011 1
bit de paridad
d bits
Paridad bidimensional
▪ Detecta y corrige errores de sólo un bit
d
1,1
d
2,1
d
i,1
. . .
d
1,j+1
d
2,j+1
d
i,j+1
. . .
. . .
d
1,j
d
2,j
d
i,j
. . .
d
i+1,1 di+1,j+1di+1,j
. . .
. . .
. . .
. . .
paridad de filas
paridad de 
columnas
0 1 1 1 0 1
1 0 1 0 1 1
1 1 1 1 0 0
0 0 1 0 1 0
sin 
errores:
0 1 1 1 0 1
1 0 1 0 1 1
1 0 1 1 0 0
0 0 1 0 1 0
error de 
paridad
error de 
paridad
error en un bit 
detectable y 
corregible:
Paridad par: poner el bit 
de paridad de forma tal 
que haya una cantidad 
par de unos
TD4 2022TD4 2022
Checksum de Internet (repaso)
Emisor
▪ Interpreta el contenido del 
segmento UDP (incluyendo 
header + direcciones IP) 
como una tira de enteros 
de 16 bits
▪ Checksum: suma en 
complemento a uno del 
contenido del segmento
▪ Este valor se coloca en el 
campo checksum del 
header UDP
Receptor
▪ Calcula el checksum del segmento 
recibido
▪ Comprueba si este cálculo es 
igual al que indica el campo en el 
header
• Si no lo es: error!
• Si lo es: no se detecta error… pero 
podría haberlos!
Objetivo: detectar errores en los bits de los segmentos
5
TD4 2022TD4 2022
Cyclic Redundancy Check (CRC)
▪ Método de detección de errores más poderoso
▪ D: bits de datos (interpretados como un número en base 2)
▪ G: “patrón” de bits (generador) de largo r+1 (viene dado por el método)
6
Objetivo: elegir r bits de CRC, R, tales que <D,R> sea divisible por G (módulo 2)
• El receptor conoce G: divide <D,R> por G y detecta errores si obtiene un resto no nulo
• Puede detectar todos los errores en ráfagas de a lo sumo r bits
• Muy usado en la práctica (e.g., en Ethernet y en WiFi)
r bits de CRC
d bits
D R
<D,R> = D 2r XOR R *
bits a transmitir
fórmula para calcularlos
TD4 2022TD4 2022 7
Acceso a medios compartidos
TD4 2022TD4 2022
Enlaces (y protocolos) de acceso compartido
8
Dos tipos de “enlaces”
▪ Punto a punto
• e.g., enlace punto a punto entre host y un switch en Ethernet
• Protocolo PPP (e.g. acceso dial-up, vía línea telefónica)
▪ Broadcast (cable o medio compartido)
• La Ethernet antigua
• Upstream HFC en redes de acceso por cable
• LANs WiFi (802.11); 4G/5G; acceso satelital
cable compartido
Ethernet
acceso inalámbrico
WiFi
acceso inalámbrico
satélite
humanos en una fiesta 
(aire compartido)
acceso inalámbrico 
4G/5G
TD4 2022TD4 2022
Protocolos de acceso múltiple
9
▪ Canal broadcast compartido
▪ Si dos o más nodos transmiten simultáneamente, se produce 
interferencia
• Colisión: los nodos reciben dos o más señales en el mismo instante
▪ Algoritmo distribuido que determina cómo se comparte el canal 
entre los nodos (i.e., determina cuándo cierto nodo puede 
transmitir)
▪ La comunicación de control sobre la compartición del canal debe 
usar el mismo canal que se desea arbitrar
• No hay otro canal “fuera de banda” para coordinar
protocolo de acceso múltiple
TD4 2022TD4 2022
Protocolos de acceso múltiple: características
10
Dado: canal de acceso múltiple (MAC) con tasa R bps
Características deseadas:
1. Cuando sólo un nodo quiere transmitir, puede hacerlo 
a tasa R
2. Cuando M nodos quieren transmitir, cada uno puede 
hacerlo a una tasa promedio R/M
3. Descentralización:
• No hay un nodo coordinador (punto de falla)
• No hay sincronización de relojes o slots
4. Simplicidad (“fácil” de implementar)
TD4 2022TD4 2022
Taxonomía de protocolos MAC
11
▪ Canal particionado
• El canal se divide en “piezas” más chicas (e.g. slots temporales o 
frecuencias)
• Se reserva una tal pieza para uso exclusivo de un nodo
▪ Acceso aleatorio
• El canal no se divide; se permiten colisiones
• Ofrece mecanismos de recuperación ante colisiones
▪ Por turnos
• Los nodos se turnan para transmitir
• Los que tienen más datos, pueden tomar turnos más largos
TD4 2022TD4 2022
Canal particionado: TDMA
12
TDMA: Time Division Multiple Access 
▪ Acceso al canal en “rondas”
▪ Cada nodo tiene un slot de longitud fija en cada ronda (longitud: 
tiempo de transmisión de un paquete)
▪ Los slots que no se usan quedan inactivos (idle)
▪ Ejemplo: LAN de 6 nodos donde 1,3,4 tienen paquetes para 
enviar; los slots 2,5,6 quedan inactivos 
1 3 4 1 3 4
ronda de
 6 slots
ronda de
 6 slots
TD4 2022TD4 2022
Canal particionado: FDMA
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FDMA: Frequency Division Multiple Access 
▪ El espectro del canal se divide en bandas de frecuencia
▪ A cada nodo se le asigna una banda fija
▪ Puede haber intervalos de tiempo inactivos en cada banda
▪ Ejemplo: LAN de 6 nodos donde 1,3,4 tienen paquetes para enviar; 
las bandas 2,5,6 permanecen inactivas
ba
nd
as
 d
e 
fre
cu
en
ci
a tiempo
cable
TD4 2022TD4 2022
Protocolos de acceso aleatorio
14
▪ Cuando un nodo tiene un paquete para enviar,
• Transmite a la capacidad total del canal, R
• No hay coordinación previa entre los nodos
▪ Se produce una colisión si dos o más nodos transmiten
▪ Los protocolos de acceso aleatorio determinan: 
• Cómo detectar colisiones
• Cómo recuperarse ante estas (e.g., vía retransmisiones con retrasos)
▪ Protocolos de ejemplo:
• ALOHA, slotted ALOHA
• CSMA, CSMA/CD (Ethernet), CSMA/CA (WiFi)
TD4 2022TD4 2022
Slotted ALOHA
15
Suposiciones
▪ Los frames tienen igual tamaño
▪ El tiempo se divide en slots de 
igual tamaño (tiempo de 
transmisión de un frame)
▪ Los nodos empiezan a transmitir 
sólo al comienzo de un slot 
▪ Los nodos están sincronizados
▪ Si dos o más transmiten en un 
slot, todos detectan la colisión
Operatoria
▪ Cuando un nodo recibe un 
frame, transmite en el 
siguiente slot
• Si no hay colisión: el nodo 
puede enviar un nuevo frame 
en el siguiente slot
• Si hay colisión: el nodo 
retransmite el frame en cada 
slot subsiguiente con 
probabilidad p (hasta tener 
éxito)
TD4 2022TD4 2022
Slotted ALOHA
16
Ventajas
▪ Si hay un único nodo activo, 
puede transmitir continuamente a 
la tasa del canal
▪ Descentralizado: sólo los slots en 
los nodos deben estar 
sincronizados
▪ Simple
Desventajas
▪ Colisiones; slots desperdiciados
▪ Slots inactivos (vacíos)
▪ Sincronización de relojes
1 1 1 1
2
3
2 2
3 3
nodo 1
nodo 2
nodo 3
C C CE E EV V V
C: colisión
E: éxito
V: vacío
TD4 2022TD4 2022
Eficiencia: fracción de slots exitosos en el largo plazo (muchos 
nodos, cada uno con muchos frames a transmitir)
▪ Supongamos N nodos con muchos frames a enviar; cada uno 
transmite en un slot con probabilidad p
• Probabilidad de que un nodo tenga éxito en un slot: p (1-p)N-1• Probabilidad de que cualquier nodo tenga éxito: N p (1-p)N-1
• Eficiencia máxima: encontrar p* que maximiza N p (1-p)N-1
• Para muchos nodos, tomar el límite de N p* (1-p*)N-1 cuando N → ∞
 Eficiencia máxima: 1/e = 0.37
▪ En el mejor caso, el canal se utiliza el ~37% del tiempo
Eficiencia de Slotted ALOHA
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TD4 2022TD4 2022
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
18
CSMA simple: escuchar antes de transmitir
• Si el canal está inactivo: transmitir el frame completo
• Si está ocupado: diferir la transmisión
▪ Analogía en humanos: no interrumpir a los demás
CSMA/CD: CSMA con detección de colisiones
• Las colisiones se detectan en un período corto de tiempo
• Las transmisiones involucradas se abortan, reduciendo así el 
desperdicio del canal
• Detectar colisiones es fácil en medios cableados pero difícil 
en entornos inalámbricos
▪ Analogía en humanos: un interlocutor educado 
TD4 2022TD4 2022
Colisiones en CSMA
19
▪ Las colisiones pueden existir aún 
con carrier sensing
• Dado el tiempo de propagación de la 
señal, dos nodos podrían no 
escuchar las transmisiones del otro 
cuando recién comienzan
▪ Colisión: desperdicia el tiempo 
completo de transmisión del 
paquete
• La distancia y el tiempo de 
propagación son importantes para 
estimar la probabilidad de colisión
organización espacial de los nodos
espacio
tie
m
po
TD4 2022TD4 2022
Colisiones en CSMA/CD
20
▪ CSMA/CD reduce el tiempo 
desperdiciado en colisiones
• La transmisión se aborta 
inmediatamente al detectar una 
colisión
organización espacial de los nodos
tiempo de detección
e interrupción de la transmisión
tie
m
po
TD4 2022TD4 2022
El algoritmo CSMA/CD de Ethernet
21
1. La NIC recibe un datagrama de la capa de red y crea un frame
2. Luego, escucha el canal:
Si está inactivo: comienza la transmisión del frame
Si está ocupado: espera a que quede inactivo y luego transmite
3. Si la NIC transmite el frame completo sin colisiones, termina
4. Si la NIC detecta otra transmisión en curso, aborta y envía una señal 
de interferencia (jamming signal)
5. Luego de abortar, la NIC entra en exponential backoff:
• Al cabo de la m-ésima colisión, la NIC elige un K al azar del intervalo 
[0,1,2,…, 2m-1]. La NIC espera K·512 tiempos de bit y se vuelve al Paso 
2 (escuchar el canal)
• A más colisiones, más largo es el intervalo de backoff
TD4 2022TD4 2022
Ejercicio!
22
Después de la 5ta. colisión en CSMA/CD: 
▪ ¿Cuál es la probabilidad de que un nodo elija K=4?
▪ ¿A cuánto tiempo de espera equivale ese resultado en un link 
Ethernet de 10Mbps?
TD4 2022TD4 2022
Ejercicio!
23
Después de la 5ta. colisión en CSMA/CD: 
▪ ¿Cuál es la probabilidad de que un nodo elija K=4?
El adaptador de red tiene para elegir entre {0,1,2,3,4,...,2^5-1}. 
La probabilidad de que elija K = 4 es 1/32.
TD4 2022TD4 2022
Ejercicio!
24
Después de la 5ta. colisión en CSMA/CD: 
▪ ¿A cuánto tiempo de espera equivale ese resultado en un link 
Ethernet de 10Mbps?
Tiempo de enviar 1 bit en enlace de 10Mbps:
1Mbps -> 1.000.000 bits
10Mbps -> 10.000.000 bits
Tiempo de 1 bit es 1/10.000.000 s
Tiempo de 512 bits es 512*1/10.000.000 s = 4/78125 s= 0.0000512 s
En Ethernet, el adaptador de red espera K veces el tiempo de enviar 512 bits. 
Si K=4, entonces: 
4 * 0.0000512 s = 0,0002048 s = 204.8 microsegundos
TD4 2022TD4 2022
Eficiencia de CSMA/CD
25
▪ tprop = máximo delay de propagación entre dos nodos de la LAN
▪ ttrans = tiempo de transmitir un frame de tamaño máximo
▪ La eficiencia tiende a 1: 
• Cuando tprop tiende a 0 (aborto instantáneo ante colisiones), o bien
• Cuando ttrans tiende a infinito (transmisión muy prolongada)
▪ Mejor rendimiento que ALOHA siendo simple, barato y 
descentralizado
TD4 2022TD4 2022
Protocolos MAC por turnos
26
Protocolos de canal particionado
▪ Comparten el canal eficientemente y de manera justa ante 
cargas altas
▪ Ineficientes ante cargas bajas: delay en acceso al canal; 1/N 
ancho de banda reservado incluso si hay sólo un nodo activo
Protocolos de acceso aleatorio
▪ Eficientes ante cargas bajas: un nodo único puede utilizar el 
canal por completo
▪ Sobrecarga por colisiones ante cargas altas
Protocolos por turnos
▪ Buscan obtener lo mejor de los dos paradigmas
TD4 2022TD4 2022
Protocolos MAC por turnos
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Polling 
▪ Un nodo master sondea a los 
demás nodos para que 
transmitan de a uno por vez (tipo 
round-robin)
▪ Se usa ej. en Bluetooth
▪ Desventajas:
• Delay y sobrecarga por polling 
• El nodo master constituye un 
punto único de falla
master
slaves
poll
datos
datos
TD4 2022TD4 2022
Protocolos MAC por turnos
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Token passing
▪ Se pasa un token de control de un 
nodo al siguiente, de forma 
secuencial (no hay nodo master)
▪ El token es un frame especial (los 
nodos lo preservan sólo si tienen 
frames para transmitir)
T
datos
(sin datos)
T
T
▪ Desventajas:
• Delay y sobrecarga por paso 
de token
• El token introduce un punto 
único de falla
TD4 2022TD4 2022 29
Direccionamiento en el
Nivel de Enlace
TD4 2022TD4 2022
Direcciones MAC (Media Access Control)
30
▪ Dirección IP de 32 bits: 
• Dirección de la capa de red para una interfaz
• Utilizado para forwarding de nivel 3
• ej., 128.119.40.136
▪ Dirección MAC (a.k.a. LAN, física o Ethernet): 
• Función: utilizada “localmente” para mover un frame desde una 
interfaz a otra interfaz físicamente conectada (misma subnet, en 
cuanto a direccionamiento IP)
• Las direcciones MAC (48 bits) suelen estar grabadas en la ROM de 
la NIC (aunque por lo general pueden cambiarse vía software)
notación hexadecimal (base 16)
cada dígito hexa son 4 bits
• ej.: 1A:2F:BB:76:09:AD
TD4 2022TD4 2022
Direcciones MAC
31
Cada interfaz en una LAN
▪ Tiene una dirección MAC única de 48 bits
▪ Tiene una dirección IP localmente única de 32 bits
1A:2F:BB:76:09:AD
58:23:D7:FA:20:B0
0C:C4:11:6F:E3:98
71:65:F7:2B:08:53
 LAN
(cableada o 
inalámbrica)
137.196.7/24
137.196.7.78
137.196.7.14
137.196.7.88
137.196.7.23
TD4 2022TD4 2022
Direcciones MAC
32
▪ Las direcciones MAC son administradas por la IEEE
▪ Los fabricantes compran segmentos del espacio de 
direcciones MAC (para garantizar unicidad)
▪ Analogía:
• Dirección MAC: como el DNI
• Dirección IP: como el domicilio
▪ El espacio de direcciones MAC es chato (no jerárquico)
• Portabilidad: es posible mover una entre distintas LANs
• Las direcciones IP no son portables: dependen de la subnet a la 
que el nodo está conectado
TD4 2022TD4 2022
ARP: Address Resolution Protocol
33
Tabla ARP: cada nodo IP (host o 
router) en la LAN mantiene una tabla
¿Cómo se determina la MAC de una interfaz conociendo su IP?
• Mapeos de IP a MAC para algunos 
nodos de la LAN:
 <IP; MAC; TTL>
• TTL (Time To Live): tiempo luego 
del cual el registro se “olvida” y se 
elimina de la tabla (usualmente 20 
minutos)
1A:2F:BB:76:09:AD
58:23:D7:FA:20:B0
0C:C4:11:6F:E3:98
71:65:F7:2B:08:53
 LAN
137.196.7.78
137.196.7.14
137.196.7.88
137.196.7.23
ARP
ARP
ARP
ARP
TD4 2022TD4 2022
El protocolo ARP en acción
34
B
C
D
TTL
A
Tabla ARP en A
IP MAC TTL
Supongamos que A quiere enviarle un datagrama a B
• La MAC de B no está en la tabla ARP de A, de modo que A utiliza 
ARP para obtener la MAC de B
A broadcastea una consulta ARP con la IP de B
• MAC destino: FF:FF:FF:FF:FF:FF
• Todos los nodos en la LAN reciben la consulta1 MAC origen: 71:65:F7:2B:08:53
IP origen: 137.196.7.23 
IP objetivo: 137.196.7.14
…
1
 Mensaje ARP en un frame Ethernet
(enviado a la MAC FF:FF:FF:FF:FF:FF)
71:65:F7:2B:08:53
137.196.7.23
58:23:D7:FA:20:B0
137.196.7.14
TD4 2022TD4 2022
El protocolo ARP en acción
35
B
C
D
TTL
A
Tabla ARP en A
IP MAC TTL
B responde a A enviando una 
respuesta ARP donde revela su 
dirección MAC
2
IP objetivo: 137.196.7.14
MAC objetivo: 58:23:D7:FA:20:B0
…
2
 Mensaje ARP en un frame Ethernet
(enviado a la MAC 71:65:F7:2B:08:53)
Supongamos que A quiere enviarle un datagrama a B
• La MAC de B no estáen la tabla ARP de A, de modo que A utiliza 
ARP para obtener la MAC de B
71:65:F7:2B:08:53
137.196.7.23
58:23:D7:FA:20:B0
137.196.7.14
TD4 2022TD4 2022
El protocolo ARP en acción
36
B
C
D
TTL
A
Tabla ARP en A
IP MAC TTL
A recibe la respuesta de B y agrega 
una nueva entrada en su tabla ARP3
137.196.7.14 58:23:D7:FA:20:B0 500
Supongamos que A quiere enviarle un datagrama a B
• La MAC de B no está en la tabla ARP de A, de modo que A utiliza 
ARP para obtener la MAC de B
71:65:F7:2B:08:53
137.196.7.23
58:23:D7:FA:20:B0
137.196.7.14
TD4 2022TD4 2022
Ruteo entre subnets: direccionamiento
37
Ejemplo: enviar un datagrama de A hacia B vía R
▪ Con foco en el direccionamiento, tanto a nivel IP como a nivel MAC
R
A B
 
 
1A:23:F9:CD:06:9B
222.222.222.220
111.111.111.110
E6:E9:00:17:BB:4BCC:49:DE:D0:AB:7D
111.111.111.112
111.111.111.111
74:29:9C:E8:FF:55 222.222.222.222
49:BD:D2:C7:56:2A
222.222.222.221
88:B2:2F:54:1A:0F
▪ Suposiciones:
• A conoce la dirección IP de B (cómo?)
• A conoce la dirección IP del gateway R (cómo?)
• A conoce la dirección MAC de R (cómo?)
TD4 2022TD4 2022
Ruteo entre subnets: direccionamiento
38
R
A B
 
 
IP
Eth
física
IP src: 111.111.111.111
 IP dest: 222.222.222.222
▪ A genera un datagrama con IP origen A y destino B
▪ A genera un frame con el datagrama anterior
• La dirección MAC destino es la de R
MAC src: 74:29:9C:E8:FF:55
 MAC dest: E6:E9:00:17:BB:4B
1A:23:F9:CD:06:9B
222.222.222.220
111.111.111.110
E6:E9:00:17:BB:4BCC:49:DE:D0:AB:7D
111.111.111.112
111.111.111.111
74:29:9C:E8:FF:55 222.222.222.222
49:BD:D2:C7:56:2A
222.222.222.221
88:B2:2F:54:1A:0F
TD4 2022TD4 2022
Ruteo entre subnets: direccionamiento
39
R
A B
 
 
IP
Eth
física
▪ El frame se envía de A hacia R
IP
Eth
física
▪ R recibe el frame, extrae el datagrama y lo entrega a IP
MAC src: 74:29:9C:E8:FF:55
 MAC dest: E6:E9:00:17:BB:4B
IP src: 111.111.111.111
 IP dest: 222.222.222.222
IP src: 111.111.111.111
 IP dest: 222.222.222.222
1A:23:F9:CD:06:9B
222.222.222.220
111.111.111.110
E6:E9:00:17:BB:4BCC:49:DE:D0:AB:7D
111.111.111.112
111.111.111.111
74:29:9C:E8:FF:55 222.222.222.222
49:BD:D2:C7:56:2A
222.222.222.221
88:B2:2F:54:1A:0F
TD4 2022TD4 2022
Ruteo entre subnets: direccionamiento
40
R
A B
 
 
IP src: 111.111.111.111
 IP dest: 222.222.222.222
MAC src: 1A:23:F9:CD:06:9B
 MAC dest: 49:BD:D2:C7:56:2A
▪ R determina la interfaz de salida y entrega el datagrama con IP 
origen A a la capa de enlace
▪ R genera un frame conteniendo dicho datagrama (su MAC 
destino es la de B)
IP
Eth
física
1A:23:F9:CD:06:9B
222.222.222.220
111.111.111.110
E6:E9:00:17:BB:4BCC:49:DE:D0:AB:7D
111.111.111.112
111.111.111.111
74:29:9C:E8:FF:55 222.222.222.222
49:BD:D2:C7:56:2A
222.222.222.221
88:B2:2F:54:1A:0F
TD4 2022TD4 2022
Ruteo entre subnets: direccionamiento
41
R
A B
 
 
IP
Eth
física
IP src: 111.111.111.111
 IP dest: 222.222.222.222
MAC src: 1A:23:F9:CD:06:9B
 MAC dest: 49:BD:D2:C7:56:2A▪ R envía el frame
1A:23:F9:CD:06:9B
222.222.222.220
111.111.111.110
E6:E9:00:17:BB:4BCC:49:DE:D0:AB:7D
111.111.111.112
111.111.111.111
74:29:9C:E8:FF:55 222.222.222.222
49:BD:D2:C7:56:2A
222.222.222.221
88:B2:2F:54:1A:0F
▪ R determina la interfaz de salida y entrega el datagrama con IP 
origen A a la capa de enlace
▪ R genera un frame conteniendo dicho datagrama (su MAC 
destino es la de B)
TD4 2022TD4 2022
Ruteo entre subnets: direccionamiento
42
R
A B
 
 
▪ B recibe el frame y extrae el datagrama
▪ B entrega el datagrama a IP
IP src: 111.111.111.111
 IP dest: 222.222.222.222
IP
Eth
física
IP
Eth
física
1A:23:F9:CD:06:9B
222.222.222.220
111.111.111.110
E6:E9:00:17:BB:4BCC:49:DE:D0:AB:7D
111.111.111.112
111.111.111.111
74:29:9C:E8:FF:55 222.222.222.222
49:BD:D2:C7:56:2A
222.222.222.221
88:B2:2F:54:1A:0F
TD4 2022TD4 2022 43
Ethernet
TD4 2022TD4 2022
Ethernet
44
Ethernet es la tecnología de LANs cableadas más importante
▪ La primera tecnología de LANs ampliamente usada
▪ Simple y de bajo costo
▪ Se mantuvo vigente en cuanto a velocidad de transmisión (hoy 
por hoy llega a los 400 Gbps)
▪ Único chip, múltiples velocidades (e.g., Broadcom BCM5761)
Diagrama de Ethernet
de Metcalfe
TD4 2022TD4 2022
Ethernet: topología
45
▪ Bus: popular hasta mediados de la década del ‘90 (aprox.)
• Mismo dominio de colisión para los nodos
Bus: cable coaxil Switcheada
 
 
 
▪ Swticheada: la disposición vigente hoy en día
• Los nodos se conectan mediante switches de nivel 2
• Los nodos no colisionan entre sí
TD4 2022TD4 2022
Estructura del frame Ethernet
46
La interfaz emisora encapsula los datagramas IP (o cualquier otro 
paquete de otro protocolo de red) en frames Ethernet:
MAC 
destino
MAC 
origen datos (payload) CRCpreámbulo
tipo
Preámbulo: 
▪ Utilizado para sincronizar los relojes de los interlocutores
▪ 7 bytes de 10101010 seguidos por un último byte: 10101011
TD4 2022TD4 2022
Estructura del frame Ethernet
47
▪ Direcciones MAC: direcciones físicas de 6 bytes cada una
• Si el adaptador recibe un frame destinado a su MAC o bien a la MAC de 
broadcast (e.g., en ARP), entrega los datos en el frame al protocolo de 
red respectivo
• En otro caso, el adaptador descarta el frame
▪ Tipo: indica el protocolo de nivel superior (2 bytes)
• Principalmente IP pero existen otros (e.g., Novell IPX o AppleTalk)
• Utilizado para demultiplexar en el receptor
▪ CRC: bits de redundancia de CRC32 (4 bytes)
• El receptor descarta el frame si detecta errores
MAC 
destino
MAC 
origen datos (payload) CRCpreámbulo
tipo
TD4 2022TD4 2022
Ethernet: servicio
48
▪No orientado a conexión: no existe un proceso de handshaking 
entre interlocutores
▪No confiable: el receptor no envía ACKs o NAKs
• Los datos en los frames descartados se recuperan sólo si el emisor 
emplea protocolos confiables en niveles superiores
▪Protocolo de acceso al medio (MAC):
CSMA/CD con exponential backoff
TD4 2022TD4 2022
Standards Ethernet 802.3
49
• Distintos medios de nivel físico: e.g., fibra o cable
aplicación
transporte
red
enlace
física
Protocolo MAC y
formato del frame
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fibra ópticacable de cobre
(par trenzado)
▪ Existen múltiples standards de Ethernet
• Todos comparten el protocolo MAC y el formato del frame
• Distintas velocidades: e.g. 2 Mbps, 10 Mbps, 100 Mbps, 
1Gbps, 10 Gbps, 40 Gbps
TD4 2022TD4 2022 50
Switches
TD4 2022TD4 2022
Switches en Ethernet
51
▪ Un switch es un dispositivo de nivel de enlace: toma un rol activo
• Almacena y reenvía frames Ethernet
• Inspecciona las MACs de los frames entrantes y los reenvía 
selectivamente a uno (o más) de los enlaces de salida
▪ Es transparente: los hosts no están al tanto de su presencia
▪ Es plug-and-play y “autodidacta”
• No requieren configuración
TD4 2022TD4 2022
Switch: múltiples transmisiones en simultáneo
52
switch con seis interfaces 
(1,2,3,4,5,6) 
A
A’
B
B’ C
C’
1 2
3
45
6
 
 
 
 
 
 
▪ Los hosts tienen una conexión 
dedicada y directa hacia un switch
▪ Los switches almacenan frames
▪ Se utiliza el protocolo Ethernet en cada 
enlace:
• Sin colisiones: full-duplex
• Cada enlace es un dominio de colisión
▪ Switching: pueden coexistir 
transmisiones de A hacia A’ y de B hacia 
B’, sin colisiones
TD4 2022TD4 2022
Switch: múltiples transmisiones en simultáneo
53
A
A’
B
B’ C
C’
1 2
3
45
6
 
 
 
 
 
 
▪ Los hosts tienen una conexión 
dedicada y directa hacia un switch
▪ Los switches almacenan frames
▪ Se utiliza el protocolo Ethernet en cada 
enlace:
• Sin colisiones: full-duplex
• Cada enlace es un dominio de colisión
▪ Switching: pueden coexistir 
transmisiones de A hacia A’ y de B hacia 
B’, sin colisiones
● Pero no de A hacia A’ y de C hacia C’
switchcon seis interfaces 
(1,2,3,4,5,6) 
TD4 2022TD4 2022
Tabla de forwarding en switches
54
A
A’
B
B’ C
C’
1 2
3
45
6
 
 
 
 
 
 
¿Cómo sabe el switch que A’ es 
alcanzable vía interfaz 4 y B’ vía 5?
Cada switch tiene una tabla:
▪ Entradas de la forma
 (dirección MAC, interfaz, timestamp)
▪ Similar a una tabla de ruteo
¿Cómo se generan y administran las entradas en las tablas?
TD4 2022TD4 2022
Autoaprendizaje
55
A
A’
B
B’ C
C’
1 2
3
45
6
 
 
 
 
 
 
▪Los switches infieren qué 
hosts pueden alcanzarse a 
través de cuáles interfaces
A A’
origen: A
destino: A’
 MAC interfaz TTL tabla del switch 
(inicialmente vacía)
A 1 60
•Al recibir un frame, el switch 
aprende la ubicación del emisor: 
el segmento de la LAN por el 
que llega el frame
•Guarda el par (emisor, ubicación) 
en su tabla
TD4 2022TD4 2022
Algoritmo de forwarding en switches
56
Al recibir un frame,
1. Registrar la MAC y el enlace de entrada del emisor
2. Indexar la tabla de forwarding empleando la MAC destino
3. Si existe una entrada en la tabla {
 Si el destino está en el mismo segmento de entrada {
 Descartar frame
 } Si no {
 Reenviar frame por la interfaz indicada en la entrada
 }
 } Si no { 
 Flooding: reenviar el frame en todas las interfaces
 (excepto la de entrada)
 } 
TD4 2022TD4 2022
A
A’
B
B’ C
C’
1 2
3
45
6
 
 
 
 
 
 
Autoaprendizaje y forwarding: ejemplo
57
A A’
 MAC interfaz TTL
A 1 60
A A’
A A’
A A’A’ A
A’ 4 60
▪ Destino del frame, A’, desconocido
flood
▪ Destino del frame, A, conocido
envío selectivo en un único enlace
tabla del switch 
(inicialmente vacía)
A A’
A A’
TD4 2022TD4 2022
Interconexión de switches
58
Los switches pueden interconectarse:
Al enviar un frame de A hacia G,
¿cómo sabe S1 que debe reenviar el frame hacia S4?
▪ Vía autoaprendizaje (funciona exactamente igual que antes)
A
B
S
1
C D
E
F
S
2
S
4
S
3
H
I
G
TD4 2022TD4 2022
Ejercicio!
59
Supongamos que C envía un frame a I y que éste le responde
Mostrar las tablas de forwarding y el reenvío de paquetes en los 
cuatro switches de la LAN
A
B
S
1
C D
E
F
S
2
S
4
S
3
H
I
G
TD4 2022TD4 2022
Ejemplo: red corporativa switcheada
60
a Internet
router
subnet IP
servidor SMTP
servidor HTTP
 
 
TD4 2022TD4 2022
Switches vs. routers
61
aplicación
transporte
red
enlace
física
red
enlace
física
enlace
física
switch
datagrama
aplicación
transporte
red
enlace
física
frame
frame
frame
datagrama
6-61
 
 
Ambos son store-and-forward 
▪ Routers: dispositivos de nivel de red 
(examinan headers de red)
▪ Switches: dispositivos de nivel de 
enlace (examinan headers de enlace)
Ambos tienen tablas de forwarding
▪ Routers: computan las tablas mediante 
algoritmos de ruteo y direcciones IP
▪ Switches: aprenden las tablas vía 
flooding, autoaprendizaje y direcciones 
MAC
router