Chapter 5 CCNA - Ethernet

Chapter 5 : Ethernet

Ethernet sekarang adalah teknologi LAN yang dominan di dunia. Ethernet beroperasi di lapisan data link dan layer fisik. Standar protokol Ethernet mendefinisikan banyak aspek komunikasi jaringan termasuk format frame, ukuran frame, waktu, 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 pada lapisan yang lebih rendah ini, ini mungkin paling baik dipahami dalam referensi ke model OSI. Model OSI memisahkan fungsionalitas lapisan tautan data dalam menangani, membingkai, dan mengakses media dari standar lapisan fisik media. Standar Ethernet mendefinisikan baik protokol Layer 2 dan teknologi Layer 1. Meskipun spesifikasi Ethernet mendukung media yang berbeda, bandwidth, dan variasi Layer 1 dan 2 lainnya, format frame dasar dan skema alamat adalah sama untuk semua varietas Ethernet.

Ethernet Protocol :

a)      Ethernet Frame

1.      Ethernet Encapsulation

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

a.       10 Mb / dtk

b.      100 Mb / dtk

c.       1000 Mb / dtk (1 Gb / dtk)

d.      10.000 Mb / dtk (10 Gb / dtk)

e.       40.000 Mb / dtk (40 Gb / dtk)

f.       100.000 Mb / dtk (100 Gb / dtk)

Ethernet mengandalkan dua sub-lapisan terpisah dari lapisan tautan data untuk beroperasi, Logical Link Control (LLC) dan sub bagian MAC.

a.       Sub Lapisan LLC

Sublayer Ethernet LLC menangani komunikasi antara lapisan atas dan lapisan bawah. Ini biasanya antara perangkat lunak jaringan dan perangkat keras perangkat. LLC digunakan untuk berkomunikasi dengan lapisan atas aplikasi, dan transisi paket ke lapisan bawah untuk pengiriman. LLC diimplementasikan dalam perangkat lunak, dan implementasinya tidak bergantung pada perangkat keras. Di komputer, LLC dapat dianggap sebagai perangkat lunak driver untuk NIC.

b.      MAC Sublayer

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

2.      MAC Sublayer

Sublayer MAC Ethernet memiliki dua tanggung jawab utama :

a.       Enkapsulasi data

Proses enkapsulasi data termasuk rakitan kerangka sebelum transmisi, dan bingkai disassembly pada penerimaan bingkai. Dalam membentuk frame, layer MAC menambahkan header dan trailer ke layer network PDU. Enkapsulasi data menyediakan tiga fungsi utama diantaranya Frame delimiting, Addressing dan Deteksi kesalahan.

b.      Kontrol akses media

Kontrol akses media bertanggung jawab untuk penempatan frame pada media dan penghapusan frame dari media. Seperti namanya, itu mengontrol akses ke media. Sublapisan ini berkomunikasi langsung dengan lapisan fisik.

3.      Ethernet Evolution

Sejak penciptaan Ethernet pada tahun 1973, standar telah berevolusi untuk menentukan versi yang lebih cepat dan lebih fleksibel dari teknologi. Kemampuan Ethernet untuk meningkat seiring waktu adalah salah satu alasan utama mengapa ia menjadi sangat populer. Versi awal dari Ethernet relatif lambat pada 10 Mbps. Versi terbaru dari Ethernet beroperasi pada 10 Gigabit per detik dan lebih cepat. Pada layer data link, struktur frame hampir identik untuk semua kecepatan Ethernet. Struktur frame Ethernet menambahkan header dan trailer di sekitar Layer 3 PDU untuk mengenkapsulasi pesan yang dikirim. Ethernet II adalah format frame Ethernet yang digunakan dalam jaringan TCP / IP.

4.      Ethernet Frame Fields

Ukuran frame Ethernet minimum adalah 64 byte dan maksimumnya adalah 1518 byte. Ini termasuk semua byte dari bidang Alamat MAC Tujuan melalui bidang Frame Check Sequence (FCS). Bidang Pembukaan tidak disertakan saat menjelaskan ukuran bingkai.

Setiap frame kurang dari 64 byte panjangnya dianggap sebagai "fragmen tabrakan" atau "bingkai runt" dan secara otomatis dibuang oleh stasiun penerima. Frame dengan lebih dari 1500 byte data dianggap "jumbo" atau "frame raksasa bayi".

b)      Ethernet MAC Address

1.      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 bilangan, heksadesimal adalah sistem bilangan enam belas. Basis sistem nomor enam belas menggunakan angka 0 hingga 9 dan huruf A ke F. Gambar 1 menunjukkan nilai desimal dan heksadesimal setara untuk biner 0000 hingga 1111. Lebih mudah untuk menyatakan nilai sebagai digit heksadesimal tunggal daripada empat bit biner.

2.      MAC Address: Ethernet Identity

Ethernet dulunya didominasi topologi setengah dupleks menggunakan multi-akses bus atau kemudian hub Ethernet. Ini berarti semua node akan menerima setiap frame yang dikirimkan. Untuk mencegah overhead yang berlebihan yang terlibat dalam pemrosesan setiap frame, alamat MAC diciptakan untuk mengidentifikasi sumber dan tujuan yang sebenarnya. Pengalamatan MAC menyediakan metode untuk identifikasi perangkat pada tingkat yang lebih rendah dari model OSI. Meskipun Ethernet kini telah beralih ke NIC dan switch dupleks penuh, masih mungkin bahwa perangkat yang bukan tujuan yang dimaksud akan menerima bingkai Ethernet.

3.      Frame Processing

Alamat MAC sering disebut sebagai alamat yang dibakar (BIA) karena, secara historis, alamat ini dibakar ke ROM (Read-Only Memory) pada NIC. Ini berarti bahwa alamat dikodekan ke dalam chip ROM secara permanen. Ketika komputer dinyalakan, hal pertama yang dilakukan NIC adalah menyalin alamat MAC dari ROM ke RAM. Ketika sebuah perangkat meneruskan pesan ke jaringan Ethernet, ia menempelkan informasi header ke frame. Informasi header berisi alamat MAC sumber dan tujuan.

4.      MAC Address Representations

Pada host Windows, perintah ipconfig / all dapat digunakan untuk mengidentifikasi alamat MAC dari adaptor Ethernet. Pada host MAC atau Linux, perintah ifconfig digunakan.

5.      Unicast MAC Address

Alamat MAC unicast adalah alamat unik yang digunakan ketika frame dikirim dari satu perangkat transmisi ke satu perangkat tujuan. Untuk paket unicast yang akan dikirim dan diterima, alamat IP tujuan harus berada di header paket IP. Alamat MAC tujuan yang sesuai juga harus ada dalam header bingkai Ethernet. Alamat IP dan alamat MAC bergabung untuk mengirim data ke satu host tujuan tertentu. Proses yang digunakan host sumber untuk menentukan alamat MAC tujuan dikenal sebagai Address Resolution Protocol (ARP).

6.      Broadcast MAC Address

Paket broadcast berisi alamat IPv4 tujuan yang memiliki semua (1s) di bagian host. Penomoran dalam alamat ini berarti bahwa semua penghuni di jaringan lokal (domain broadcast) akan menerima dan memproses paket. Banyak protokol jaringan, seperti DHCP dan ARP, menggunakan siaran.

7.      Multicast MAC Address

Alamat multicast memungkinkan perangkat sumber mengirim paket ke sekelompok perangkat. Perangkat yang termasuk dalam kelompok multicast 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 (terkadang disebut grup host), mereka hanya dapat digunakan sebagai tujuan paket. Sumber akan selalu berupa alamat unicast.

LAN Switches :

a)      The MAC Address Table

1.      Switch Fundamentals

Switch Ethernet Layer 2 menggunakan alamat MAC untuk membuat keputusan forwarding. Ini benar-benar tidak menyadari protokol yang sedang dibawa di bagian data frame, seperti paket IPv4. Switch membuat keputusan forwarding hanya berdasarkan pada alamat Ethernet Layer 2 MAC. Tidak seperti legacy Ethernet hub yang mengulangi bit semua port kecuali port yang masuk, switch Ethernet berkonsultasi dengan tabel alamat MAC untuk membuat keputusan forwarding untuk setiap frame. Pada gambar, switch empat port hanya dinyalakan. Ini belum mempelajari alamat MAC untuk empat PC yang terhubung.

2.      Filtering Frames

Saat 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 switch berisi alamat MAC tujuan, ia dapat memfilter bingkai dan meneruskan port tunggal.

b)      Switch Forwarding Methods

1.      Frame Forwarding Methods on Cisco Switches

Pada pengalihan store-and-forward, ketika switch menerima frame, ia menyimpan data dalam buffer sampai frame lengkap telah diterima. Selama proses penyimpanan, switch menganalisa frame untuk informasi tentang tujuannya. Dalam proses ini, switch juga melakukan pemeriksaan kesalahan menggunakan bagian trailer Cyclic Redundancy Check (CRC) dari frame Ethernet. CRC menggunakan rumus matematika, berdasarkan jumlah bit (1s) dalam frame, untuk menentukan apakah frame yang diterima memiliki kesalahan. Setelah mengkonfirmasikan integritas frame, frame diteruskan keluar port yang sesuai, menuju tujuan. Ketika kesalahan terdeteksi dalam bingkai, switch membuang frame. Membuang bingkai dengan kesalahan mengurangi jumlah bandwidth yang dikonsumsi oleh data yang rusak. Peralihan store-and-forward diperlukan untuk analisis Quality of Service (QoS) pada jaringan konvergensi di mana klasifikasi frame untuk prioritisasi trafik diperlukan.

2.      Cut-Through Switching

Pada cut-through switching, switch bertindak berdasarkan data segera setelah diterima, meskipun transmisi tidak lengkap. Switch hanya menyangga frame untuk membaca alamat MAC tujuan sehingga dapat menentukan port mana yang meneruskan data. Alamat MAC tujuan terletak di 6 byte pertama dari bingkai setelah pembukaan. Switch mencari alamat MAC tujuan dalam tabel switching, menentukan port antarmuka keluar, dan meneruskan frame ke tujuan melalui port switch yang ditentukan. Sakelar tidak melakukan pengecekan kesalahan pada bingkai.

Ada dua varian pengalihan cut-through :

a.       Peralihan cepat-maju

b.      Perpindahan bebas fragmen

3.      Memory Buffering on Switches

Saklar Ethernet dapat menggunakan teknik buffering untuk menyimpan frame sebelum meneruskannya. Buffering juga dapat digunakan ketika port tujuan sibuk karena kemacetan dan switch menyimpan frame sampai dapat ditransmisikan. Ada dua metode penyangga memori: memori berbasis port dan bersama antara lain :

a.       Buffer Memori Berbasis Port

b.      Shared Memory Buffering

Sakelar itu menyimpan peta bingkai ke tautan port yang menunjukkan di mana sebuah paket perlu ditransmisikan. Tautan peta dihapus setelah frame berhasil ditransmisikan. Jumlah frame yang disimpan dalam buffer dibatasi oleh ukuran seluruh buffer memori dan tidak terbatas pada buffer port tunggal. Ini memungkinkan frame yang lebih besar untuk ditransmisikan dengan lebih sedikit frame yang jatuh. Ini sangat penting untuk pengalihan asimetris. Perpindahan asimetrik memungkinkan untuk kecepatan data yang berbeda pada port yang berbeda. Ini memungkinkan lebih banyak bandwidth yang didedikasikan untuk port tertentu, seperti port yang terhubung ke server.

c)      Switch Port Setting

1.      Duplex and Speed Settings

Dua dari pengaturan paling dasar pada switch adalah pengaturan bandwidth dan dupleks untuk setiap port switch individu. Sangat penting bahwa pengaturan dupleks dan bandwidth cocok antara port switch dan perangkat yang terhubung, seperti komputer atau switch lain.

Ada dua jenis pengaturan dupleks yang digunakan untuk komunikasi di jaringan Ethernet: half duplex dan full duplex.

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

b.      Setengah-dupleks : Hanya satu ujung sambungan yang dapat dikirim dalam satu waktu.

Autonegosiasi adalah fungsi opsional yang ditemukan pada sebagian besar switch Ethernet dan NIC. Autonegosiasi memungkinkan dua perangkat untuk secara otomatis bertukar informasi tentang kecepatan dan kemampuan dupleks. Saklar dan perangkat yang terhubung akan memilih mode performa tertinggi. Full-duplex dipilih jika kedua perangkat memiliki kemampuan bersama dengan bandwidth umum tertinggi mereka.

2.      Auto-MDIX

Selain memiliki pengaturan dupleks yang benar, Anda juga harus memiliki jenis kabel yang benar untuk setiap port. Koneksi antara perangkat tertentu, seperti switch-to-switch, switch-to-router, switch-to-host, dan router-to-host perangkat, sekali diperlukan penggunaan jenis kabel tertentu (crossover atau straight-through). Sebagian besar perangkat saklar sekarang mendukung perintah konfigurasi antarmuka otomatis mdix di CLI untuk mengaktifkan fitur antarmuka otomatis lintas-media (MDIX-auto-dependent interface). Ketika fitur auto-MDIX diaktifkan, switch mendeteksi jenis kabel yang terhubung ke port, dan mengkonfigurasi antarmuka yang sesuai. Oleh karena itu, Anda dapat menggunakan crossover atau kabel straight-through untuk koneksi ke port tembaga 10/100/1000 pada sakelar, terlepas dari jenis perangkat di ujung sambungan yang lain.

Address Resolution Protocol :

a)      MAC & IP

1.      Destination on Same Network

Ada dua alamat utama yang ditetapkan untuk perangkat pada LAN Ethernet:

a.       Alamat fisik (alamat MAC) - Digunakan untuk komunikasi Ethernet NIC ke Ethernet NIC pada jaringan yang sama.

b.      Alamat logis (alamat IP) - Digunakan untuk mengirim paket dari sumber asli ke tujuan akhir.

Alamat IP digunakan untuk mengidentifikasi alamat sumber asli dan tujuan akhir. Alamat IP tujuan mungkin berada di jaringan IP yang sama sebagai sumber atau mungkin berada di jaringan jarak jauh. Layer 2 atau alamat fisik, seperti alamat MAC Ethernet, memiliki tujuan yang berbeda. Alamat ini digunakan untuk mengirimkan frame data link dengan paket IP yang dienkapsulasi dari satu NIC ke NIC lain di jaringan yang sama. Jika alamat IP tujuan berada di jaringan yang sama, alamat MAC tujuan adalah dari perangkat tujuan.

2.      Destination Remote Network

Ketika alamat IP tujuan ada di jaringan jarak jauh, alamat MAC tujuan akan menjadi alamat gateway default host, NIC router, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Menggunakan analogi pos, ini mirip dengan orang yang mengirim surat ke kantor pos setempat. Yang perlu mereka lakukan adalah membawa surat itu ke kantor pos dan kemudian menjadi tanggung jawab kantor pos untuk meneruskan surat itu ke arah tujuan akhirnya. Ketika router menerima frame Ethernet, itu de-merangkum informasi Layer 2. Menggunakan alamat IP tujuan, ia menentukan perangkat next-hop, dan kemudian mengenkapsulasi paket IP dalam bingkai tautan data baru untuk antarmuka keluar. Di sepanjang setiap tautan di jalur, paket IP diringkas dalam bingkai khusus untuk teknologi tautan data tertentu yang terkait dengan tautan tersebut, seperti Ethernet. Jika perangkat next-hop adalah tujuan akhir, alamat MAC tujuan adalah NIC Ethernet perangkat.

b)      ARP

1.      ARP Functions

a.       Mengatasi Alamat IPv4 ke Alamat MAC

b.      Ketika sebuah paket dikirim ke lapisan tautan data yang akan dienkapsulasi ke dalam bingkai Ethernet, perangkat itu merujuk pada tabel dalam memorinya untuk menemukan alamat MAC yang dipetakan ke alamat IPv4. Tabel ini disebut tabel ARP atau cache ARP. Tabel ARP disimpan dalam RAM perangkat.

c.       Perangkat pengirim akan mencari tabel ARP untuk alamat IPv4 tujuan dan alamat MAC yang sesuai.

d.      Jika alamat IPv4 tujuan paket berada di jaringan yang sama dengan alamat IPv4 sumber, perangkat akan mencari tabel ARP untuk alamat IPv4 tujuan.

e.       Jika alamat IPv4 tujuan berada di jaringan yang berbeda dari alamat IPv4 sumber, perangkat akan mencari tabel ARP untuk alamat IPv4 gateway default.

f.       Dalam kedua kasus, pencarian adalah untuk alamat IPv4 dan alamat MAC yang sesuai untuk perangkat.

g.      Setiap entri, atau baris, dari tabel ARP mengikat alamat IPv4 dengan alamat MAC. Kami menyebut hubungan antara dua nilai peta - itu berarti Anda dapat menemukan alamat IPv4 dalam tabel dan menemukan alamat MAC yang sesuai. Tabel ARP menyimpan sementara (cache) pemetaan untuk perangkat di LAN.

h.      Jika perangkat menempatkan alamat IPv4, alamat MAC yang sesuai digunakan sebagai alamat MAC tujuan dalam bingkai. Jika tidak ada entri ditemukan, maka perangkat mengirim permintaan ARP.

c)      ARP Issues

1.      ARP Broadcast

Sebagai bingkai siaran, permintaan ARP diterima dan diproses oleh setiap perangkat di jaringan lokal. Pada jaringan bisnis yang khas, siaran ini mungkin akan berdampak minimal terhadap kinerja jaringan. Namun, jika sejumlah besar perangkat dinyalakan dan semua mulai mengakses layanan jaringan pada saat yang sama, mungkin ada beberapa penurunan kinerja untuk waktu yang singkat, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Setelah perangkat mengirim siaran ARP awal dan telah mempelajari alamat MAC yang diperlukan, dampak apa pun pada jaringan akan diminimalkan.

2.      ARP Spoofing

Dalam beberapa kasus, penggunaan ARP dapat menyebabkan risiko keamanan potensial yang dikenal sebagai ARP spoofing atau keracunan ARP. Ini adalah teknik yang digunakan oleh penyerang untuk membalas permintaan ARP untuk alamat IPv4 milik perangkat lain, seperti gateway default, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Penyerang mengirim balasan ARP dengan alamat MAC-nya sendiri. Penerima balasan ARP akan menambahkan alamat MAC yang salah ke tabel ARP dan mengirim paket-paket ini ke penyerang. Tingkat perusahaan switch termasuk teknik mitigasi yang dikenal sebagai pemeriksaan ARP dinamis (DAI). DAI berada di luar ruang lingkup kursus ini.