In acest tutorial vom discuta despre un protocol/standard extrem de folosit in intreaga lume a Internetului, Ethernet. Mai exact vom vedea ce este Ethernet, cum functioneaza Ethernet si de ce este atat de raspandit la nivel mondial ?

Ce este Ethernet ?

Sunt foarte sigur ca ai tot auzit de aceasta tehnologie (in specificatiile Routerelor Wireless, de la prieteni in diferite conversatii despre Internet si tehnologie, la stiri, etc.) dar poate nu ai avut ocazia de a intelege cu adevarat ce este Ethernet si cum functioneaza aceasta ? Pana la urma, de ce exista ? 😀

Ethernet este cea mai raspandita tehnologie (pe echipamente de retea) din ziua de astazi datorita acestor 2 lucruri:

• viteza crescute (10/40/100 Gbps)
• forma de adresare (adresele MAC)

Fiecare port al Switch-urilor sau al Routerelor este construit pe tehnologia Ethernet si este notat diferit, in functie de viteza :

• FastEthernet – 100Mbps ( aka. Fa0/1 … Fa0/24 )
• GigabitEthernet – 1000Mbps ( aka Gi0/1 … Gi0/24 )

Astfel pe masura ce device-urile trimit trafic in retea, Switch-ul va invata adresele (MAC) lor sursa si le va asocia cu porturile de pe care provin (portul la care e conectat device-ul – ex: Fa0/1, Fa0/10 sau Gi0/4 etc.)

In acest tutorial vorbesc mult mai in detaliu despre aceste standarde de viteza ale Ethernet:

Iata in figura 1 poti vedea cum arata headerul Ethernet:

Structura headerului este in felul urmator:

• Preamble
• sir de biti care indica inceputul unui nou frame (“pachet”)
• Destination Address
• adresa MAC destinatie
• Source Address
• adresa MAC sursa
• Type Field
• Indica versiunea de Ethernet folosita si lungimea frameului
• Data
• reprezinta datele efective transmise (impreuna cu headerele nivelelor superioare)
• FCS
• mecanism de stabilire a integritatii pachetelor
• EoF (End of Frame bits)
• desi nu apare in imaginea de mai sus, exista un sir de biti speciali care indica terminarea frameului

Cum arata un frame Ethernet?

Acum, hai sa vedem cum arata headerul Ethernet intr-un scenariu real din Wireshark (figura 2):

Dupa cum poti vedea in figura 2, un flux de date de tip TCP intre 2 device-uri care contine pe langa porturi, adrese IP (lucruri despre care vom discuta in capitolele urmatoare), mai contine si un camp (layer/nivel) special Ethernet II, unde poti identifica cu usurinta cele 2 adrese MAC (destinatie si sursa).

Acum ca am vorbit despre ce inseamna standardul Ethernet si de ce este folosit propun sa discutam despre Switch-uri si sa vedem cum foloseste el acest standard (mai degraba cum foloseste adresele MAC pentru a facilitatea comunicarea in aceeasi retea – LAN).

Afla din acest tutorial cum functioneaza un Switch de retea Ethernet:

Ce este adresa MAC (al standardului Ethernet)?

Switch-ul trimite datele de la un dispozitiv la celalalt pe baza adreselor MAC (sursa si destinatie). O adresa MAC reprezinta un mod de identificare unic, al fiecarui device dintr-o retea. Acesta este scrisa, din fabrica, pe placa de retea a fiecarui PC, smartphone, laptop, tableta si are urmatoarea forma:

Este reprezentata in format hexadecimal, pe 48 de biti (12 caractere, 4 biti fiecare caracter). Primii 24 de biti (00-1B-63) reprezinta partea specifica vendor-ului (ex: Cisco, Apple, Intel etc.), iar urmatorii 24 de biti (84-45-E6) reprezinta partea specifica device-ului, care il identifica in mod unic in retea. In cele ce urmeaza iti voi descrie pe scurt cum se foloseste un Switch de standardul Ethernet prin adresele MAC.

Cum se foloseste un Switch de Ethernet prin adresele MAC ? 

Scopul unui Switch este cel de a interconecta mai multe dispozitive in aceeasi retea locala (LAN). El face asta cu ajutorul adreselor MAC (sursa si destinatie). Adresa MAC destinatie este folosita pentru trimiterea traficului catre o destinatie anume, iar adresa MAC sursa este folosita pentru a memora portul pe care se afla un dispozitiv.

Deci practic, Switch-ul invata despre fiecare device din retea pe baza adresei MAC sursa si ia decizia de a trimite pe un port (spre destinatie) anume pe baza adresei MAC destinatie.

Switch-ul retine toate aceste informatii intr-o memorie speciala: CAM (Content-Addressable Memory). 

Aceasta tabela CAM descrie ce adresa MAC (sursa) se afla pe un port (altfel spus, face o mapare/asociere adresa MAC sursa – port) – exemplu: Adresa MAC X se afla pe portul Fa0/5, Adresa MAC G se afla pe portul Fa0/9.

Hai sa luam reteaua din topologia din figura 4 in care apar 3 PC-uri care sunt legate la un Switch:

Practic o tabela CAM pentru Switch-ul din figura 4.5 va arata (la inceput) in felul urmator:

ID	Adresa MAC	Port
1		Gi0/1
2		Gi0/19
3		Gi0/5

Dupa cum poti vedea in Tabelul 4.1, la inceput CAM-ul este gol, Switch-ul nu stie de adresa MAC a niciunui dispozitiv din retea.

Acum sa ne imaginam ca cele 3 PC-uri comunica in retea (intr-un mod similar cu cei din pasii 1 – 5, de mai jos), iata un scenariu care va ilustra comportamentul acestora:

1) PC-ul A trimite un mesaj catre PC-ul B

Switch-ul invata adresa MAC a lui A.

ID	Adresa MAC	Port
1	A	Gi0/1
2		Gi0/19
3		Gi0/5

Switch-ul trimite mesajul ca broadcast pentru ca nu stie unde se afla PC-ul B.

2) PC-ul B primeste mesajul

ID	Adresa MAC	Port
1	A	Gi0/1
2		Gi0/19
3		Gi0/5

3) PC-ul B raspunde PC-ului A

Switch-ul invata adresa MAC a lui B si trimite, pe baza tabelei CAM, mesajul catre A.

ID	Adresa MAC	Port
1	A	Gi0/1
2	B	Gi0/19
3		Gi0/5

4) PC-ul B trimite un mesaj PC-ului C

Switch-ul trimite mesajul ca broadcast pentru ca nu stie unde se afla PC-ul C.

ID	Adresa MAC	Port
1	A	Gi0/1
2	B	Gi0/19
3		Gi0/5

5) PC-ul C raspunde PC-ului B

Switch-ul invata adresa MAC a lui C si trimite, pe baza tabelei CAM, mesajul catre B.

ID	Adresa MAC	Port
1	A	Gi0/1
2	B	Gi0/19
3	C	Gi0/5

Pe langa standardul Ethernet mai exista si alte standarde care functioneaza la acest nivel 2, dar despre care vom discuta cu alta ocazie:

• PPP (Point-to-Point Protocol)
• PPPoE (Point-to-Point Protocol over Ethernet) – folosit de ISP pentru autentificare
• MPLS – standardul curent de comunicare intre organizatii prin provideri (non-Internet)
• Frame Relay / ATM – tehnologii mai vechi care nu se mai folosesc

Ce urmeaza?

Sper ca ti-a placut acest articol, iar daca da, da-i un SHARE (ma va ajuta foarte mult).

Daca esti interesat sa inveti mai multe despre retelistica, iti recomand cartea mea “Introducere in Retele de Calculatoare”, care este #1 Best-Seller pe Amazon. Notiunile explicate in aceasta carte te vor ajuta extrem de mult sa intelegi atat elementele teoretice cat si cele practice care au de a face cu retelele de calculatoare, internetul si cu configurarea echipamentelor Cisco.

Click AICI pentru a afla mai multe.