CCNA 1 Chapter 5

1.  Ethernet

Lapisan fisik OSI menyediakan sarana untuk mengangkut bit yang membentuk bingkai lapisan tautan data di media jaringan.

Ethernet sekarang merupakan teknologi LAN yang dominan di dunia. Ethernet beroperasi pada lapisan data link dan lapisan fisik. Standar protokol Ethernet mendefinisikan banyak aspek komunikasi jaringan termasuk format frame, ukuran frame, timing, dan encoding. Ketika pesan dikirim antara host di jaringan Ethernet, host memformat pesan ke dalam tata letak bingkai yang ditentukan oleh standar.

Karena Ethernet terdiri dari standar-standar pada lapisan-lapisan yang lebih rendah ini, yang paling baik dipahami adalah mengacu pada model OSI. Model OSI memisahkan fungsionalitas lapisan data link dari pengalamatan, pembingkaian, dan mengakses media dari standar lapisan fisik media. Standar Ethernet mendefinisikan protokol Layer 2 dan teknologi Layer 1. Meskipun spesifikasi Ethernet mendukung berbagai media, bandwidth, dan variasi Layer 1 dan 2 lainnya, format bingkai dasar dan skema alamat adalah sama untuk semua jenis Ethernet.

Bab ini membahas karakteristik dan pengoperasian Ethernet karena telah berevolusi dari media bersama, teknologi komunikasi data berbasis contention menjadi bandwidth tinggi, teknologi dupleks-penuh.

Sebagian besar komunikasi jaringan kami berbentuk olahpesan (teks atau instan), kontak video, posting media sosial, dll.

Untuk kegiatan ini, pilih salah satu jaringan komunikasi yang paling sering Anda gunakan:

·         Pesan teks (atau instan)

·         Konferensi audio / video

·         Mengirim emai

·         Game

2.     Enkapsulasi Ethernt

Ethernet adalah teknologi LAN yang paling banyak digunakan saat ini.

Ethernet beroperasi pada 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:

·         10 Mb / s

·         100 Mb / s

·         1000 Mb / s (1 Gb / s)

·         10.000 Mb / s (10 Gb / s)

·         40.000 Mb / s (40 Gb / s)

·         100.000 Mb / s (100 Gb / s)

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, standar Ethernet mendefinisikan protokol Layer 2 dan teknologi Layer 1. Untuk protokol Layer 2, seperti dengan semua standar IEEE 802, Ethernet bergantung pada dua sublayer terpisah dari lapisan data link untuk beroperasi, Logical Link Control (LLC) dan sublayers MAC.

Sublapisan LLC

Sublayer Ethernet LLC menangani komunikasi antara lapisan atas dan lapisan bawah. Ini biasanya antara perangkat lunak jaringan dan perangkat keras perangkat. Sublayer LLC mengambil data protokol jaringan, yang biasanya merupakan paket IPv4, dan menambahkan informasi kontrol untuk membantu mengirimkan paket ke node tujuan. LLC digunakan untuk berkomunikasi dengan lapisan atas aplikasi, dan mentransisikan paket ke lapisan bawah untuk pengiriman.

LLC diimplementasikan dalam perangkat lunak, dan implementasinya tidak tergantung pada perangkat keras. Di komputer, LLC dapat dianggap sebagai perangkat lunak driver untuk NIC. Driver NIC adalah program yang berinteraksi langsung dengan perangkat keras pada NIC untuk meneruskan data antara sublapisan MAC dan media fisik.

Sublapisan MAC

MAC merupakan sub lapisan bawah dari lapisan tautan data. MAC diimplementasikan oleh perangkat keras, biasanya di komputer NIC. Spesifikasinya tercantum dalam standar IEEE 802.3. Gambar 2 mencantumkan standar umum IEEE Ethernet

3.     MAC Sublayer

Seperti yang ditunjukkan pada gambar, sublayer MAC Ethernet memiliki dua tanggung jawab utama:

·         Enkapsulasi data

·         Kontrol akses media

Enkapsulasi data

Proses enkapsulasi data termasuk perakitan frame sebelum transmisi, dan pembongkaran frame setelah penerimaan frame. Dalam membentuk bingkai, lapisan MAC menambahkan header dan trailer ke PDU lapisan jaringan.

Enkapsulasi data menyediakan tiga fungsi utama:

·         Pembatas bingkai - Proses pembingkaian menyediakan pembatas penting yang digunakan untuk mengidentifikasi sekelompok bit yang membentuk bingkai. Bit pembatas ini menyediakan sinkronisasi antara node pengirim dan penerima.

·         Mengatasi - Proses enkapsulasi berisi Layer 3 PDU dan juga menyediakan untuk pengalamatan lapisan data link.

·         Deteksi kesalahan - Setiap frame berisi trailer yang digunakan untuk mendeteksi kesalahan dalam transmisi.

Penggunaan frame membantu dalam transmisi bit karena mereka ditempatkan pada media dan dalam pengelompokan bit pada node penerima.

Kontrol Akses Media

Tanggung jawab kedua dari sublapisan MAC adalah kontrol akses media. Kontrol akses media bertanggung jawab atas penempatan frame pada media dan penghapusan frame dari media. Seperti namanya, itu mengontrol akses ke media. Sublapisan ini berkomunikasi langsung dengan lapisan fisik.Topologi logis yang mendasari Ethernet adalah bus multi-akses; Oleh karena itu, semua node (perangkat) pada segmen jaringan tunggal berbagi medium. Ethernet adalah metode jaringan berbasis pertengkaran. Metode berbasis pertengkaran berarti bahwa perangkat apa pun dapat mencoba mentransmisikan data melintasi media bersama setiap kali ada data untuk dikirim. Proses Carense Sense Multiple Access / Collision Detection (CSMA / CD) digunakan dalam LAN Ethernet setengah dupleks untuk mendeteksi dan menyelesaikan tabrakan. Ethernet LAN saat ini menggunakan sakelar dupleks penuh, yang memungkinkan beberapa perangkat mengirim dan menerima secara bersamaan tanpa benturan.

4.     Ethernet Evolution

Sejak penciptaan Ethernet pada tahun 1973, standar telah berkembang untuk menentukan versi teknologi yang lebih cepat dan lebih fleksibel. Kemampuan Ethernet untuk meningkatkan dari waktu ke waktu adalah salah satu alasan utama ia menjadi sangat populer. Versi awal Ethernet relatif lambat pada 10 Mbps. Versi terbaru dari Ethernet beroperasi pada 10 Gigabits per detik dan lebih cepat. Gulir ke timeline pada Gambar 1 untuk melihat berbagai versi Ethernet.

Pada lapisan data link, struktur frame hampir identik untuk semua kecepatan Ethernet. Struktur frame Ethernet menambahkan header dan trailer di sekitar Layer 3 PDU untuk merangkum pesan yang dikirim, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

Ethernet II adalah format frame Ethernet yang digunakan dalam jaringan TCP / IP.

5.     Ethernet Frame Fields

Ukuran frame Ethernet minimum adalah 64 byte dan maksimum adalah 1518 byte. Ini termasuk semua byte dari bidang Destination MAC Address melalui bidang Frame Check Sequence (FCS). Bidang Pembukaan tidak termasuk 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 raksasa bayi".

Jika ukuran frame yang ditransmisikan kurang dari minimum atau lebih besar dari maksimum, perangkat penerima menjatuhkan frame. Frame yang terjatuh kemungkinan merupakan hasil tabrakan atau sinyal yang tidak diinginkan lainnya dan karenanya dianggap tidak valid.

6.     MAC Address and Hexadecimal

Alamat MAC Ethernet adalah nilai biner 48-bit yang dinyatakan sebagai 12 digit heksadesimal (4 bit per digit heksadesimal).

Sama seperti desimal adalah sistem bilangan sepuluh basis, heksadesimal adalah sistem basis enam belas. Sistem basis angka enam belas menggunakan angka 0 hingga 9 dan huruf A hingga F. Gambar 1 menunjukkan nilai desimal dan heksadesimal yang setara untuk biner 0000 hingga 1111. Lebih mudah untuk mengekspresikan nilai sebagai digit heksadesimal tunggal daripada empat bit biner .

Mengingat bahwa 8 bit (satu byte) adalah pengelompokan biner yang umum, biner 00000000 hingga 11111111 dapat direpresentasikan dalam heksadesimal sebagai rentang 00 hingga FF, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Angka nol terkemuka selalu ditampilkan untuk melengkapi representasi 8-bit. Sebagai contoh, nilai biner 0000 1010 ditampilkan dalam heksadesimal sebagai 0A.

Catatan : Penting untuk membedakan nilai heksadesimal dari nilai desimal berkenaan dengan karakter 0 hingga 9, seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Merupakan Nilai Heksadesimal

Heksadesimal biasanya direpresentasikan dalam teks dengan nilai yang didahului dengan 0x (misalnya 0x73) atau subskrip 16. Lebih jarang, dapat diikuti oleh H (misalnya 73H). Namun, karena teks subskrip tidak dikenali dalam baris perintah atau lingkungan pemrograman, representasi teknis heksadesimal diawali dengan "0x" (nol X). Oleh karena itu, contoh di atas akan ditampilkan masing-masing 0x0A dan 0x73.

Heksadesimal digunakan untuk merepresentasikan alamat MAC Ethernet dan alamat IP Versi 6.

Konversi Heksadesima

Konversi angka antara nilai desimal dan heksadesimal sangat mudah, tetapi dengan cepat membagi atau mengalikannya dengan 16 tidak selalu mudah. Jika konversi seperti itu diperlukan, biasanya lebih mudah untuk mengkonversi nilai desimal atau heksadesimal menjadi biner, dan kemudian mengubah nilai biner menjadi desimal atau heksadesimal sesuai kebutuhan.

7.     MAC Address: Ethernet Identity

Di Ethernet, setiap perangkat jaringan terhubung ke media bersama yang sama. Ethernet dulunya didominasi topologi setengah-dupleks menggunakan bus multi-akses atau hub Ethernet yang lebih baru. Ini berarti bahwa semua node akan menerima setiap frame yang dikirimkan. Untuk mencegah overhead berlebihan yang terlibat dalam pemrosesan setiap frame, alamat MAC dibuat untuk mengidentifikasi sumber dan tujuan aktual. Mengatasi MAC menyediakan metode untuk identifikasi perangkat di tingkat yang lebih rendah dari model OSI. Meskipun Ethernet kini telah beralih ke NIC dan sakelar dupleks penuh, masih mungkin bahwa perangkat yang bukan tujuan yang dimaksud akan menerima bingkai Ethernet.

Struktur Alamat MAC

Nilai alamat MAC adalah hasil langsung dari aturan yang diberlakukan IEEE untuk vendor untuk memastikan alamat unik global untuk setiap perangkat Ethernet. Aturan yang ditetapkan oleh IEEE mengharuskan vendor yang menjual perangkat Ethernet untuk mendaftar dengan IEEE. IEEE memberikan vendor kode 3-byte (24-bit), yang disebut Organizationally Unique Identifier (OUI).

IEEE mengharuskan vendor untuk mengikuti dua aturan sederhana, seperti yang ditunjukkan pada gambar:

·         Semua alamat MAC yang ditetapkan untuk NIC atau perangkat Ethernet lainnya harus menggunakan OUI yang ditetapkan vendor sebagai 3 byte pertama.

·         Semua alamat MAC dengan OUI yang sama harus diberi nilai unik dalam 3 byte terakhir.

Catatan : Ada kemungkinan alamat duplikat MAC ada karena kesalahan selama pembuatan atau dalam beberapa metode implementasi mesin virtual. Dalam kedua kasus tersebut, perlu untuk memodifikasi alamat MAC dengan NIC baru atau dalam perangkat lunak.

8.     Frame Processing

Alamat MAC sering disebut sebagai alamat yang dibakar (BIA) karena, secara historis, alamat ini dibakar ke dalam ROM (Memori Hanya Baca) pada NIC. Ini berarti bahwa alamat tersebut dikodekan ke dalam chip ROM secara permanen.

Catatan : Pada sistem operasi PC modern dan NIC, dimungkinkan untuk mengubah alamat MAC dalam perangkat lunak. Ini berguna ketika mencoba untuk mendapatkan akses ke jaringan yang memfilter berdasarkan BIA. Akibatnya, memfilter atau mengendalikan lalu lintas berdasarkan alamat MAC tidak lagi aman. Saat komputer dinyalakan, hal pertama yang dilakukan NIC adalah menyalin alamat MAC dari ROM ke dalam RAM. Ketika sebuah perangkat meneruskan pesan ke jaringan Ethernet, itu melampirkan informasi header ke bingkai. Informasi header berisi sumber dan alamat MAC tujuan.Klik Mainkan dalam animasi untuk melihat proses penerusan bingkai. Ketika NIC menerima bingkai Ethernet, itu memeriksa alamat MAC tujuan untuk melihat apakah itu cocok dengan alamat MAC fisik perangkat yang disimpan dalam RAM. Jika tidak ada kecocokan, perangkat membuang bingkai. Jika ada kecocokan, ia melewati frame ke atas lapisan OSI, di mana proses de-enkapsulasi berlangsung.

Catatan: Ethernet NIC juga akan menerima bingkai jika alamat MAC tujuan adalah siaran atau grup multicast yang host-nya adalah anggota.Perangkat apa pun yang bisa menjadi sumber atau tujuan frame Ethernet harus diberi alamat MAC. Ini termasuk workstation, server, printer, perangkat seluler, dan router.

9.     MAC Address Representations

Pada host Windows, perintah ipconfig / all dapat digunakan untuk mengidentifikasi alamat MAC adaptor Ethernet. Pada Gambar 1, perhatikan tampilan yang menunjukkan Alamat Fisik (MAC) komputer menjadi 00-18-DE-DD-A7-B2. Jika Anda memiliki akses, Anda mungkin ingin mencoba ini di komputer Anda sendiri. Pada host MAC atau Linux, perintah ifconfig digunakan.

Bergantung pada perangkat dan sistem operasi, Anda akan melihat berbagai representasi dari alamat MAC, seperti yang ditampilkan pada Gambar 2. Router dan switch Cisco menggunakan formulir XXXX.XXXX.XXXX di mana X adalah karakter heksadesimal.

10.  Switch Fundamentals

Switch Ethernet Layer 2 menggunakan alamat MAC untuk membuat keputusan penerusan. Ini benar-benar tidak menyadari protokol yang dilakukan di bagian data frame, seperti paket IPv4. Switch membuat keputusan penerusannya hanya berdasarkan pada alamat MAC Ethernet Layer 2.

Tidak seperti hub Ethernet lama yang mengulang bit dari semua port kecuali port yang masuk, switch Ethernet berkonsultasi dengan tabel alamat MAC untuk membuat keputusan penerusan untuk setiap frame. Pada gambar, saklar empat port baru dinyalakan. Belum mempelajari alamat MAC untuk empat PC yang terpasang.

Catatan : Tabel alamat MAC kadang-kadang disebut sebagai tabel addressable memory memory (CAM). Sementara istilah tabel CAM cukup umum, untuk keperluan kursus ini, kami akan menyebutnya sebagai tabel alamat MAC.

11.  Learning MAC Addresses

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

Proses berikut dilakukan pada setiap frame Ethernet yang memasuki sakelar.

Pelajari - Memeriksa Sumber Alamat MAC

Setiap frame yang memasuki sakelar diperiksa untuk mengetahui informasi baru untuk dipelajari. Ini dilakukan dengan memeriksa alamat MAC sumber dan nomor port frame tempat frame memasuki sakelar.

·         Jika alamat MAC sumber tidak ada, itu ditambahkan ke tabel bersama dengan nomor port yang masuk. Pada Gambar 1, PC-A mengirim frame Ethernet ke PC-D. Switch menambahkan alamat MAC untuk PC-A ke tabel.

·         Jika alamat MAC sumber memang ada, sakelar memperbarui timer penyegaran untuk entri itu. Secara default, sebagian besar switch Ethernet menyimpan entri dalam tabel selama 5 menit.

Catatan : Jika sumber alamat MAC ada dalam tabel tetapi pada port yang berbeda, switch memperlakukan ini sebagai entri baru. Entri diganti menggunakan alamat MAC yang sama tetapi dengan nomor port yang lebih saat ini.

Maju - Memeriksa Alamat Tujuan MAC

Selanjutnya, jika alamat MAC tujuan adalah alamat unicast, switch akan mencari kecocokan antara alamat MAC tujuan frame dan entri dalam tabel alamat MAC-nya.

·         Jika alamat MAC tujuan ada di tabel, itu akan meneruskan frame keluar port yang ditentukan.

·         Jika alamat MAC tujuan tidak ada dalam tabel, switch akan meneruskan frame keluar semua port kecuali port yang masuk. Ini dikenal sebagai unicast yang tidak dikenal. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, switch tidak memiliki alamat tujuan MAC dalam tabelnya untuk PC-D, sehingga ia mengirim frame keluar semua port kecuali port 1.

Catatan : Jika alamat MAC tujuan adalah siaran atau multicast, frame juga membanjiri semua port kecuali port yang masuk.