Rangkuman-Cisco-Ccna1-Chapter7

 

# ETHERNET SWITCHING

ETHERNET FRAMES

1.       Ethenet Encapsulation

Ethernet adalah salah satu dari dua teknologi LAN yang digunakan saat ini, dengan yang lainnya adalah LAN nirkabel (WLAN). Ethernet menggunakan komunikasi kabel, termasuk twisted pair, link serat optik, dan kabel koaksial.

Ethernet beroperasi di lapisan data link dan lapisan fisik. Ini adalah keluarga teknologi jaringan yang didefinisikan dalam standar IEEE 802.2 dan 802.3. Ethernet mendukung bandwidth data sebagai berikut:

·         10 Mbps

·         100 Mbps

·         1000 Mbps (1 Gbps)

·         10.000 Mbps (10 Gbps)

·         40.000 Mbps (40 Gbps)

·         100.000 Mbps (100 Gbps)

2.       Data Link Sublayers

Protokol IEEE 802 LAN/MAN, termasuk Ethernet, menggunakan dua sublapisan terpisah berikut dari lapisan data link untuk beroperasi. Mereka adalah Logical Link Control (LLC) dan Media Access Control (MAC), seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Ingatlah bahwa LLC dan MAC memiliki peran berikut di lapisan tautan data:

·         LLC Sublayer - Sublayer IEEE 802.2 ini berkomunikasi antara perangkat lunak jaringan di lapisan atas dan perangkat keras perangkat di lapisan bawah. Ini menempatkan informasi dalam bingkai yang mengidentifikasi protokol lapisan jaringan mana yang digunakan untuk bingkai. Informasi ini memungkinkan beberapa protokol Layer 3, seperti IPv4 dan IPv6, untuk menggunakan antarmuka jaringan dan media yang sama.

·         MAC Sublayer - Sublayer ini (IEEE 802.3, 802.11, atau 802.15 misalnya) diimplementasikan dalam perangkat keras dan bertanggung jawab atas enkapsulasi data dan kontrol akses media. Ini menyediakan pengalamatan lapisan data link dan terintegrasi dengan berbagai teknologi lapisan fisik.

3.       MAC Sublayers

Sublayer MAC bertanggung jawab untuk enkapsulasi data dan mengakses media.

Data Encapsulation

Enkapsulasi data IEEE 802.3 meliputi:

·         Bingkai Ethernet - Ini adalah struktur internal bingkai Ethernet.

·         Ethernet Addressing - Frame Ethernet mencakup alamat MAC sumber dan tujuan untuk mengirimkan frame Ethernet dari Ethernet NIC ke Ethernet NIC pada LAN yang sama.

·         Deteksi Kesalahan Ethernet - Bingkai Ethernet menyertakan trailer urutan pemeriksaan bingkai (FCS) yang digunakan untuk deteksi kesalahan.

 

 

Accessing the media

Seperti yang ditunjukkan pada gambar, sublapisan MAC IEEE 802.3 mencakup spesifikasi untuk standar komunikasi Ethernet yang berbeda pada berbagai jenis media termasuk tembaga dan serat.

Ethernet melalui media half-duplex menggunakan metode akses berbasis contention, carrier sense multiple access/collision detection (CSMA/CD) Ini memastikan bahwa hanya satu perangkat yang melakukan transmisi pada satu waktu. CSMA/CD memungkinkan beberapa perangkat untuk berbagi media setengah dupleks yang sama, mendeteksi tabrakan ketika lebih dari satu perangkat mencoba untuk mengirimkan secara bersamaan. Ini juga menyediakan algoritma back-off untuk transmisi ulang.

LAN Ethernet saat ini menggunakan sakelar yang beroperasi dalam dupleks penuh. Komunikasi dupleks penuh dengan sakelar Ethernet tidak memerlukan kontrol akses melalui CSMA/CD.

4.       Ethernet Frame Fields

Ukuran frame Ethernet minimum adalah 64 byte dan maksimum yang diharapkan adalah 1518 byte. Ini mencakup semua byte dari bidang alamat MAC tujuan melalui bidang urutan pemeriksaan bingkai (FCS). Bidang pembukaan tidak disertakan saat menjelaskan ukuran bingkai.

Setiap frame yang panjangnya kurang dari 64 byte dianggap sebagai “collision fragment” atau “runt frame” dan secara otomatis dibuang oleh stasiun penerima. Bingkai dengan lebih dari 1500 byte data dianggap "jumbo" atau "bingkai bayi raksasa".

Jika ukuran frame yang ditransmisikan kurang dari minimum, atau lebih besar dari maksimum, perangkat penerima menjatuhkan frame. Bingkai yang jatuh kemungkinan merupakan hasil dari tabrakan atau sinyal lain yang tidak diinginkan. Mereka dianggap tidak valid. Bingkai jumbo biasanya didukung oleh sebagian besar sakelar dan NIC Fast Ethernet dan Gigabit Ethernet.

·         Preamble and Start Frame Delimiter Fields      : Bidang Pembukaan (7 byte) dan Start Frame Delimiter (SFD), juga disebut Start of Frame (1 byte), digunakan untuk sinkronisasi antara perangkat pengirim dan penerima. Delapan byte pertama dari frame ini digunakan untuk mendapatkan perhatian dari node penerima. Pada dasarnya, beberapa byte pertama memberi tahu penerima untuk bersiap menerima bingkai baru.

·         Destination MAC Address Field                     : Bidang 6-byte ini adalah pengidentifikasi untuk penerima yang dituju. Seperti yang Anda ingat, alamat ini digunakan oleh Layer 2 untuk membantu perangkat dalam menentukan apakah sebuah frame dialamatkan kepada mereka. Alamat dalam bingkai dibandingkan dengan alamat MAC di perangkat. Jika ada kecocokan, perangkat menerima bingkai. Dapat berupa alamat unicast, multicast atau broadcast.

·         Source MAC Address Field                           : Bidang 6-byte ini mengidentifikasi NIC asal atau antarmuka frame.

·         Type / Length                                              : Bidang 2-byte ini mengidentifikasi protokol lapisan atas yang dienkapsulasi dalam bingkai Ethernet. Nilai umum adalah, dalam heksadesimal, 0x800 untuk IPv4, 0x86DD untuk IPv6 dan 0x806 untuk ARP.

·         Data Field                                                   : Bidang ini (46 - 1500 byte) berisi data yang dienkapsulasi dari lapisan yang lebih tinggi, yang merupakan PDU Layer 3 generik, atau lebih umum, paket IPv4. Semua frame harus memiliki panjang minimal 64 byte. Jika paket kecil dienkapsulasi, bit tambahan yang disebut pad digunakan untuk meningkatkan ukuran frame ke ukuran minimum ini.

·         Frame Check Sequence Field                         : Bidang Urutan Pemeriksaan Bingkai Bidang Urutan Pemeriksaan Bingkai (FCS) (4 byte) digunakan untuk mendeteksi kesalahan dalam sebuah bingkai. Ini menggunakan pemeriksaan redundansi siklik (CRC). Perangkat pengirim menyertakan hasil CRC di bidang FCS dari bingkai. Perangkat penerima menerima frame dan menghasilkan CRC untuk mencari kesalahan. Jika perhitungan cocok, tidak ada kesalahan yang terjadi. Perhitungan yang tidak sesuai merupakan indikasi bahwa data telah berubah; oleh karena itu, bingkai dijatuhkan. Perubahan data bisa menjadi hasil dari gangguan sinyal listrik yang mewakili bit.

ETHERNET MAC ADDRESS

1.       MAC Address and Hexadecimal

Dalam jaringan, alamat IPv4 direpresentasikan menggunakan sistem bilangan sepuluh basis desimal dan sistem bilangan biner basis 2. Alamat IPv6 dan alamat Ethernet direpresentasikan menggunakan sistem bilangan enam belas basis heksadesimal. Untuk memahami heksadesimal, Anda harus terlebih dahulu sangat akrab dengan biner dan desimal.

Sistem penomoran heksadesimal menggunakan angka 0 sampai 9 dan huruf A sampai F.

Alamat MAC Ethernet terdiri dari nilai biner 48-bit. Heksadesimal digunakan untuk mengidentifikasi alamat Ethernet karena satu digit heksadesimal mewakili empat bit biner. Oleh karena itu, alamat MAC Ethernet 48-bit dapat diekspresikan hanya dengan menggunakan 12 nilai heksadesimal.

Angka tersebut membandingkan nilai desimal dan heksadesimal yang setara untuk biner 0000 hingga 1111.

Saat menggunakan heksadesimal, nol di depan selalu ditampilkan untuk melengkapi representasi 8-bit. Misalnya, dalam tabel, nilai biner 0000 1010 ditampilkan dalam heksadesimal sebagai 0A.

Bilangan heksadesimal sering diwakili oleh nilai yang diawali dengan 0x (misalnya, 0x73) untuk membedakan antara nilai desimal dan heksadesimal dalam dokumentasi.

Heksadesimal juga dapat diwakili oleh subscript 16, atau nomor heksadesimal diikuti oleh H (misalnya, 73H).

2.       Ethernet MAC Address

Dalam LAN Ethernet, setiap perangkat jaringan terhubung ke media bersama yang sama. Alamat MAC digunakan untuk mengidentifikasi sumber fisik dan perangkat tujuan (NIC) pada segmen jaringan lokal. Pengalamatan MAC menyediakan metode untuk identifikasi perangkat pada lapisan data link model OSI.

Alamat MAC Ethernet adalah alamat 48-bit yang dinyatakan menggunakan 12 digit heksadesimal, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Karena satu byte sama dengan 8 bit, kita juga dapat mengatakan bahwa panjang alamat MAC adalah 6 byte.

3.       Frame Processing

Kadang-kadang alamat MAC disebut sebagai alamat yang dibakar (BIA) karena alamat tersebut dikodekan ke dalam memori hanya-baca (ROM) pada NIC. Ini berarti bahwa alamat tersebut dikodekan ke dalam chip ROM secara permanen.

Saat komputer boot, NIC menyalin alamat MAC-nya dari ROM ke RAM. Saat perangkat meneruskan pesan ke jaringan Ethernet, header Ethernet menyertakan ini:

·         Source MAC address - Ini adalah alamat MAC dari NIC perangkat sumber.

·         Destination MAC address - Ini adalah alamat MAC dari NIC perangkat tujuan.

Ketika NIC menerima bingkai Ethernet, NIC memeriksa alamat MAC tujuan untuk melihat apakah cocok dengan alamat MAC fisik yang disimpan dalam RAM. Jika tidak ada kecocokan, perangkat akan membuang bingkai. Jika ada kecocokan, frame melewati lapisan OSI, di mana proses de-enkapsulasi berlangsung.

4.       Unicast MAC Address

Di Ethernet, alamat MAC yang berbeda digunakan untuk komunikasi unicast Layer 2, broadcast, dan multicast.

Alamat MAC unicast adalah alamat unik yang digunakan ketika sebuah frame dikirim dari perangkat transmisi tunggal ke perangkat tujuan tunggal.

5.       Broadcast MAC Address

Bingkai siaran Ethernet diterima dan diproses oleh setiap perangkat di LAN Ethernet. Fitur siaran Ethernet adalah sebagai berikut:

·         Ini memiliki alamat MAC tujuan FF-FF-FF-FF-FF-FF dalam heksadesimal (48 yang dalam biner).

·         Itu membanjiri semua port switch Ethernet kecuali port masuk.

·         Itu tidak diteruskan oleh router.

Jika data yang dienkapsulasi adalah paket siaran IPv4, ini berarti paket tersebut berisi alamat IPv4 tujuan yang memiliki semua (1s) di bagian host. Penomoran di alamat ini berarti bahwa semua host di jaringan lokal itu (domain siaran) akan menerima dan memproses paket.

6.       Multicast MAC Address

Bingkai multicast Ethernet diterima dan diproses oleh sekelompok perangkat di LAN Ethernet yang termasuk dalam grup multicast yang sama. Fitur dari multicast Ethernet adalah sebagai berikut:

·         Ada alamat MAC tujuan 01-00-5E ketika data yang dienkapsulasi adalah paket multicast IPv4 dan alamat MAC tujuan 33-33 ketika data yang dienkapsulasi adalah paket multicast IPv6.

·         Ada alamat MAC tujuan multicast yang dicadangkan lainnya ketika data yang dienkapsulasi bukan IP, seperti Spanning Tree Protocol (STP) dan Link Layer Discovery Protocol (LLDP).

·         Itu membanjiri semua port sakelar Ethernet kecuali port masuk, kecuali sakelar dikonfigurasikan untuk pengintaian multicast.

·         Itu tidak diteruskan oleh router, kecuali router dikonfigurasikan untuk merutekan paket multicast.

Jika data yang dienkapsulasi adalah paket multicast IP, perangkat yang termasuk dalam grup multicast akan diberi alamat IP grup multicast. Rentang alamat multicast IPv4 adalah 224.0.0.0 hingga 239.255.255.255. Rentang alamat multicast IPv6 dimulai dengan ff00::/8. Karena alamat multicast mewakili sekelompok alamat (kadang-kadang disebut grup host), mereka hanya dapat digunakan sebagai tujuan paket. Sumber akan selalu berupa alamat unicast.

Seperti alamat unicast dan broadcast, alamat IP multicast memerlukan alamat MAC multicast yang sesuai untuk mengirimkan frame pada jaringan lokal. Alamat MAC multicast dikaitkan dengan, dan menggunakan informasi pengalamatan dari, alamat multicast IPv4 atau IPv6.

THE MAC ADDRESS TABLE

1.       Switch Fundamentals

Jika sebuah switch hanya meneruskan setiap frame yang diterimanya dari semua port, jaringan Anda akan sangat padat sehingga mungkin akan berhenti total.

Switch Ethernet Layer 2 menggunakan alamat MAC Layer 2 untuk membuat keputusan penerusan. Itu sama sekali tidak menyadari data (protokol) yang dibawa dalam bagian data dari frame, seperti paket IPv4, pesan ARP, atau paket IPv6 ND. Switch membuat keputusan penerusannya hanya berdasarkan alamat MAC Ethernet Layer 2.

Switch Ethernet memeriksa tabel alamat MAC-nya untuk membuat keputusan penerusan untuk setiap frame, tidak seperti hub Ethernet lama yang mengulang bit semua port kecuali port masuk. Pada gambar, sakelar empat port baru saja dihidupkan. Tabel menunjukkan Tabel Alamat MAC yang belum mempelajari alamat MAC untuk empat PC yang terpasang.

2.       Switch Learning and Forwading

Switch secara dinamis membangun tabel alamat MAC dengan memeriksa alamat MAC sumber dari frame yang diterima pada port. Switch meneruskan frame dengan mencari kecocokan antara alamat MAC tujuan dalam frame dan entri dalam tabel alamat MAC.

Periksa Alamat MAC Sumber

Setiap frame yang masuk ke switch diperiksa untuk informasi baru untuk dipelajari. Ini dilakukan dengan memeriksa alamat MAC sumber frame dan nomor port tempat frame memasuki switch. Jika alamat MAC sumber tidak ada, itu ditambahkan ke tabel bersama dengan nomor port masuk. Jika alamat MAC sumber memang ada, sakelar memperbarui pengatur waktu penyegaran untuk entri itu dalam tabel. Secara default, sebagian besar switch Ethernet menyimpan entri dalam tabel selama 5 menit.

3.       Filtering Frames

Sebagai switch menerima frame dari perangkat yang berbeda, ia dapat mengisi tabel alamat MAC-nya dengan memeriksa alamat MAC sumber dari setiap frame. Ketika tabel alamat MAC dari sakelar berisi alamat MAC tujuan, ia dapat memfilter frame dan meneruskan satu port.

SWITCH SPEEDS AND FORWARDING METHODS

1.      Frame Forwarding Methods on Cisco Switch

switch menggunakan tabel alamat MAC mereka untuk menentukan port mana yang digunakan untuk meneruskan frame. Dengan sakelar Cisco, sebenarnya ada dua metode penerusan bingkai dan ada alasan bagus untuk menggunakan satu daripada yang lain, tergantung pada situasinya.

Sakelar menggunakan salah satu metode penerusan berikut untuk mengalihkan data antar port jaringan:

·         Store-and-forward switching - Metode penerusan frame ini menerima seluruh frame dan menghitung CRC. CRC menggunakan rumus matematika, berdasarkan jumlah bit (1s) dalam frame, untuk menentukan apakah frame yang diterima memiliki kesalahan. Jika CRC valid, sakelar mencari alamat tujuan, yang menentukan antarmuka keluar. Kemudian frame diteruskan keluar dari port yang benar.

·         Peralihan cut-through - Metode penerusan bingkai ini meneruskan bingkai sebelum sepenuhnya diterima. Minimal, alamat tujuan frame harus dibaca sebelum frame dapat diteruskan.

Keuntungan besar dari store-and-forward switching adalah menentukan apakah sebuah frame memiliki kesalahan sebelum menyebarkan frame. Ketika kesalahan terdeteksi dalam bingkai, sakelar membuang bingkai. Membuang frame dengan kesalahan mengurangi jumlah bandwidth yang dikonsumsi oleh data yang rusak. Peralihan store-and-forward diperlukan untuk analisis kualitas layanan (QoS) pada jaringan terkonvergensi di mana klasifikasi frame untuk prioritas lalu lintas diperlukan. Misalnya, aliran data voice over IP (VoIP) harus diprioritaskan di atas lalu lintas penjelajahan web.

2.      Cut-Through Switching

Dalam switching cut-through, sakelar bertindak atas data segera setelah diterima, bahkan jika transmisi tidak selesai. Sakelar menyangga frame dengan cukup untuk membaca alamat MAC tujuan sehingga dapat menentukan ke port mana ia harus meneruskan data. Alamat MAC tujuan terletak di 6 byte pertama dari frame setelah pembukaan. Switch mencari alamat MAC tujuan di tabel switching-nya, menentukan port antarmuka keluar, dan meneruskan frame ke tujuannya melalui port switch yang ditunjuk. Sakelar tidak melakukan pemeriksaan kesalahan apa pun pada bingkai.

·         Peralihan maju cepat - Peralihan maju cepat menawarkan tingkat latensi terendah. Peralihan maju cepat segera meneruskan paket setelah membaca alamat tujuan. Karena fast-forward switching mulai meneruskan sebelum seluruh paket diterima, mungkin ada kalanya paket-paket di-relay dengan error. Ini jarang terjadi, dan NIC tujuan membuang paket yang salah setelah diterima. Dalam mode fast-forward, latency diukur dari bit pertama yang diterima hingga bit pertama yang ditransmisikan. Peralihan maju cepat adalah metode peralihan yang khas.

·         Peralihan bebas-fragmen - Dalam peralihan bebas-fragmen, sakelar menyimpan 64 byte pertama dari frame sebelum meneruskan. Peralihan bebas fragmen dapat dilihat sebagai kompromi antara peralihan simpan-dan-maju dan peralihan cepat-maju. Alasan peralihan bebas fragmen hanya menyimpan 64 byte pertama dari frame adalah karena sebagian besar kesalahan jaringan dan tabrakan terjadi selama 64 byte pertama. Peralihan bebas-fragmen mencoba meningkatkan peralihan maju cepat dengan melakukan pemeriksaan kesalahan kecil pada 64 byte pertama dari frame untuk memastikan bahwa tabrakan tidak terjadi sebelum meneruskan frame. Peralihan bebas-fragmen adalah kompromi antara latensi tinggi dan integritas tinggi peralihan simpan-dan-maju, dan latensi rendah dan pengurangan integritas peralihan maju-cepat.

 

3.      Memory Buffering on Switches

Switch Ethernet dapat menggunakan teknik buffering untuk menyimpan frame sebelum meneruskannya. Buffering juga dapat digunakan ketika port tujuan sedang sibuk karena kemacetan. Saklar menyimpan frame sampai dapat ditransmisikan.

ada dua metode buffering memori:

·       Port-based memory          

-          Bingkai disimpan dalam antrian yang terhubung ke port masuk dan keluar tertentu.

-          Sebuah frame ditransmisikan ke port keluar hanya ketika semua frame di depan antrian telah berhasil ditransmisikan.

-          Dimungkinkan untuk satu frame untuk menunda transmisi semua frame dalam memori karena port tujuan yang sibuk.

-          Penundaan ini terjadi bahkan jika frame lain dapat ditransmisikan ke port tujuan terbuka.

·       Shared memory

-          Menyimpan semua frame ke dalam buffer memori umum yang digunakan bersama oleh semua port switch dan jumlah memori buffer yang dibutuhkan oleh port dialokasikan secara dinamis.

-          Frame dalam buffer secara dinamis terhubung ke port tujuan yang memungkinkan sebuah paket diterima di satu port dan kemudian ditransmisikan ke port lain, tanpa memindahkannya ke antrian yang berbeda.

Buffer memori bersama juga menghasilkan kemampuan untuk menyimpan frame yang lebih besar dengan frame yang berpotensi lebih sedikit dijatuhkan. Ini penting dengan peralihan asimetris yang memungkinkan kecepatan data yang berbeda pada port yang berbeda seperti saat menghubungkan server ke port switch 10 Gbps dan PC ke port 1 Gbps.

4.      Duplex and Speed Settings

Dua dari pengaturan paling dasar pada sakelar adalah bandwidth (kadang-kadang disebut sebagai "kecepatan") dan pengaturan dupleks untuk setiap port sakelar individu. Sangat penting bahwa pengaturan dupleks dan bandwidth cocok antara port sakelar dan perangkat yang terhubung, seperti komputer atau sakelar lain.

 

Ada dua jenis pengaturan dupleks yang digunakan untuk komunikasi di jaringan Ethernet:

 

o   Full-duplex - Kedua ujung koneksi dapat mengirim dan menerima secara bersamaan.

o   Half-duplex - Hanya satu ujung koneksi yang dapat mengirim pada satu waktu.

Negosiasi otomatis adalah fungsi opsional yang ditemukan di sebagian besar sakelar Ethernet dan NIC. Ini memungkinkan dua perangkat untuk secara otomatis menegosiasikan kecepatan dan kemampuan dupleks terbaik. Full-duplex dipilih jika kedua perangkat memiliki kemampuan bersama dengan bandwidth umum tertinggi mereka.

5.      Auto-MDIX

Koneksi antar perangkat pernah membutuhkan penggunaan kabel crossover atau straight-through. Jenis kabel yang dibutuhkan tergantung pada jenis perangkat interkoneksi.