CCNA Chapter 5| Ethernet

 Protokol Ethernet

Ethernet Frame

1. Ethernet Encapsulation

Ethernet adalah teknologi LAN yang paling banyak digunakan saat ini. Ethernet beroperasi pada lapisan data link dan lapisan fisik. Ini adalah keluarga teknologi jarin2gan yang ditentukan dalam standar IEEE 802.2 dan 802.3. Ethernet mendukung bandwidth data:

• 10 Mb / dtk
• 100 Mb / dtk
• 1000 Mb / dtk (1 Gb / dtk)
• 10.000 Mb / dtk (10 Gb / dtk)
• 40.000 Mb / dtk (40 Gb / dtk)
• 100.000 Mb / dtk (100 Gb / dtk)

Ethernet mengandalkan dua sublayer terpisah dari lapisan tautan data untuk beroperasi, Kontrol Tautan Logis (LLC) dan sublayer MAC.:

• LLC Ethernet Sublayer 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 mentransisikan paket ke lapisan bawah untuk pengiriman.
• MAC Sublayer merupakan sublayer bawah dari lapisan data link. MAC diimplementasikan oleh perangkat keras, biasanya di NIC komputer. Secara spesifik tercantum dalam standar IEEE 802.3.

2. MAC Sublayer

Sublayer MAC Ethernet memiliki dua tanggung jawab utama:

• Enkapsulasi data
• Kontrol akses media
• Enkapsulasi data

Enkapsulasi data menyediakan tiga fungsi utama:

• Frame delimiting, Proses pembingkaian menyediakan pembatas penting yang digunakan untuk mengidentifikasi sekelompok bit yang membentuk bingkai. Bit pembatas ini menyediakan sinkronisasi antara node pengirim dan penerima.
• Addressing, Proses enkapsulasi berisi Layer 3 PDU dan juga menyediakan pengalamatan lapisan data link.
• Error detection, Setiap frame berisi trailer yang digunakan untuk mendeteksi kesalahan dalam transmisi.
• Media Access Control (MAC) bertanggung jawab atas penempatan bingkai pada media dan penghapusan bingkai dari media. Sesuai namanya, ia mengontrol akses ke media.

3. Ethernet Evolution

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

Struktur frame Ethernet menambahkan header dan trailer di sekitar Layer 3 PDU untuk merangkum pesan yang dikirim, Ethernet II adalah format bingkai Ethernet yang digunakan dalam jaringan TCP / IP.

4. Ethernet Frame Fields 

Ukuran bingkai Ethernet minimum adalah 64 byte dan maksimum adalah 1518 byte. Ini termasuk semua byte dari bidang Alamat MAC Tujuan melalui bidang Frame Check Sequence (FCS). Setiap bingkai dengan panjang kurang dari 64 byte dianggap sebagai "fragmen tabrakan" atau "bingkai runt" dan secara otomatis dibuang dengan menerima stasiun. Bingkai dengan lebih dari 1500 byte data dianggap "jumbo" atau "bingkai raksasa bayi".

Ethernet MAC Adreesses

1. MAC Address and Hexadecimal

Alamat Mac Ethernet adalah nilai biner 48-bit yang dinyatakan sebagai 12 digit heksadesimal. desimal adalah sistem angka dasar sepuluh, heksadesimal adalah sistem enam belas dasar. Sistem angka enam belas dasar menggunakan angka 0 hingga 9 dan huruf A hingga F.Mengingat bahwa 8 bit (satu byte) adalah pengelompokan biner umum, biner 00000000 hingga 11111111 dapat diwakili dalam heksadesimal sebagai rentang 00 hingga FF. Nol di depan selalu ditampilkan untuk menyelesaikan representasi 8-bit.

• Mewakili Nilai Heksadesimal

Heksadesimal biasanya diwakili dalam teks dengan nilai yang diawali dengan 0x (misalnya 0x73) atau subskrip 16. Lebih jarang, ini 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 sebagai 0x0A dan 0x73.

• Konversi Heksadesimal

Konversi angka antara nilai desimal dan heksadesimal sangatlah mudah, tetapi membagi atau mengalikan dengan 16 secara cepat tidak selalu mudah. Jika konversi seperti itu diperlukan, biasanya lebih mudah untuk mengubah nilai desimal atau heksadesimal menjadi biner, dan kemudian mengonversi nilai biner ke desimal atau heksadesimal yang sesuai.

2. MAC Address: Ethernet Identity

Untuk mencegah overhead yang berlebihan yang terlibat dalam pemrosesan setiap frame, alamat MAC dibuat untuk mengidentifikasi sumber dan tujuan sebenarnya. Pengalamatan MAC menyediakan metode untuk identifikasi perangkat di tingkat yang lebih rendah dari model OSI. Meskipun Ethernet sekarang telah dialihkan ke NIC dan sakelar dupleks penuh, masih mungkin bahwa perangkat yang bukan tujuan yang dimaksud akan menerima bingkai Ethernet.

Struktur MAC Address

Nilai alamat MAC adalah akibat langsung dari aturan yang diberlakukan IEEE bagi vendor untuk memastikan alamat yang unik secara global untuk setiap perangkat Ethernet. IEEE mengharuskan vendor untuk mengikuti dua aturan sederhana, seperti:

• Semua alamat MAC yang ditetapkan ke NIC atau perangkat Ethernet lainnya harus menggunakan OUI yang ditetapkan vendor tersebut sebagai 3 byte pertama.
• Semua alamat MAC dengan OUI yang sama harus diberi nilai unik dalam 3 byte terakhir.

3. Frame Processing

Alamat MAC sering disebut sebagai alamat burned-in (BIA) karena, secara historis, alamat ini dibakar ke dalam ROM (Read-Only Memory) pada NIC. Ini berarti bahwa alamat dikodekan ke dalam chip ROM secara permanen. Ketika komputer dimulai, hal pertama yang dilakukan NIC adalah menyalin alamat MAC dari ROM ke DALAM RAM. Ketika perangkat meneruskan pesan ke jaringan Ethernet, perangkat akan melampirkan informasi header ke bingkai. 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. Bergantung pada perangkat dan sistem operasi, Anda akan melihat berbagai representasi alamat MAC. Router dan sakelar Cisco menggunakan bentuk XXXX.XXXX.XXXX di mana X adalah karakter heksadesimal.

5. Unicast MAC Address

Alamat MAC unicast adalah alamat unik yang digunakan ketika bingkai dikirim dari satu perangkat transmisi ke perangkat tujuan tunggal. Meskipun alamat MAC tujuan dapat berupa alamat unicast, broadcast, atau multicast, alamat MAC sumber harus selalu unicast.

6. Broadcast MAC Address

Paket siaran berisi alamat IPv4 tujuan yang memiliki semua yang 1 di bagian host. Penomoan di alamat ini berarti bahwa semua host di jaringan lokal (domain siaran) akan menerima dan memproses paket. Banyak protokol jaringan, seperti DHCP dan ARP, menggunakan siaran. Ketika paket siaran IPv4 dienkapsulasi dalam bingkai Ethernet, alamat MAC tujuan adalah alamat MAC siaran FF-FF-FF-FF-FF-FF dalam heksadesimal (48 yang dalam biner).

7. Multicast MAC Address

Alamat multicast memungkinkan perangkat sumber mengirim paket ke sekelompok perangkat. Perangkat yang termasuk dalam grup multicast diberi alamat IP grup multicast. Kisaran alamat multicast IPv4 adalah 224.0.0.0 hingga 239.255.255.255. Rentang alamat multicast IPv6 dimulai dengan FF00::/8. Alamat multicast akan digunakan dalam game jarak jauh, di mana banyak pemain terhubung dari jarak jauh tetapi memainkan game yang sama.

Switch LAN

MAC Address Table

1. Switch Fundamentals

Switch Ethernet Layer 2 menggunakan alamat MAC untuk membuat keputusan penerusan. Ini sama sekali tidak menyadari protokol yang dibawa dalam bagian data frame, seperti paket IPv4. Switch membuat keputusan penerusannya hanya berdasarkan alamat MAC Ethernet Layer 2. Tidak seperti hub Ethernet lama yang mengulang bit semua port kecuali port masuk, switch Ethernet berkonsultasi dengan tabel alamat MAC untuk membuat keputusan penerusan untuk setiap frame. Pada gambar, swicth empat port baru saja dihidupkan. Itu belum mempelajari alamat MAC untuk empat PC yang terpasang.

2. Mempelajari Alamat MAC

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

3. Filtering Frames

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

Switch Forwarding Methods

1. Metode Frame Forwarding di Cisco Switches

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

• Store-and-forward switching
• Cut-through switching

2. Cut-Through Switching

Dalam cut-through switching, sakelar bertindak atas data segera setelah diterima, bahkan jika transmisi tidak selesai. Switch menyangga frame yang cukup untuk membaca alamat MAC tujuan sehingga dapat menentukan ke port mana untuk meneruskan data. Alamat MAC tujuan terletak di 6 byte pertama dari frame setelah pembukaan. Switch mencari alamat MAC tujuan dalam tabel switching, menentukan port antarmuka keluar, dan meneruskan frame ke tujuannya melalui port switch yang ditentukan. Saklar tidak melakukan pengecekan error apapun pada frame.

Putar animasi untuk mendemonstrasikan proses peralihan pintas.

Ada dua varian peralihan pintas:

• Fast-forward switching 
• Fragment-free switching 

3. Memory Buffering on Switches 

Sakelar Ethernet dapat menggunakan teknik buffering untuk menyimpan bingkai sebelum meneruskannya. Buffering juga dapat digunakan saat port tujuan sibuk karena kemacetan dan switch menyimpan frame hingga dapat dikirim.

Seperti yang ditunjukkan pada gambar, ada dua metode buffering memori: memori berbasis port dan memori bersama.

Switch Port Settings

1. Duplex and Speed Settings

 Dua dari pengaturan paling dasar pada sebuah switch adalah pengaturan bandwidth dan dupleks untuk setiap port switch individual. Ada dua jenis pengaturan dupleks yang digunakan untuk komunikasi di jaringan Ethernet :

• Full-duplex : Kedua ujung koneksi dapat mengirim dan menerima secara bersamaan.
• Half-duplex : Hanya satu ujung koneksi yang dapat dikirim dalam satu waktu.

2. Auto-MDIX

Selain memiliki pengaturan dupleks yang benar, jenis kabel yang benar juga harus ditentukan untuk setiap port. Koneksi antara perangkat tertentu, seperti switch-to-switch, switch-to-router, switch-to-host, dan perangkat router-to-host, memerlukan penggunaan jenis kabel tertentu (crossover atau straight-through). Sebagian besar perangkat sakelar sekarang mendukung perintah konfigurasi antarmuka otomatis mdix di CLI untuk mengaktifkan fitur crossover antarmuka tergantung media otomatis (MDIX) otomatis.

Address Resolution Protocol

MAC dan IP

1. Tujuan di Jaringan yang Sama

Ada dua alamat utama yang ditetapkan ke perangkat di LAN Ethernet :

• Physical address (MAC address) : Digunakan untuk komunikasi Ethernet NIC ke Ethernet NIC di jaringan yang sama.
• Logical address (IP address) : Digunakan untuk mengirim paket dari sumber asli ke tujuan akhir.

2. Destination Remote Network

Ketika alamat IP tujuan berada 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 membawa surat ke kantor pos setempat. Yang perlu mereka lakukan hanyalah membawa surat tersebut ke kantor pos dan kemudian menjadi tanggung jawab kantor pos untuk meneruskan surat tersebut ke tujuan akhirnya.

ARP 

1. Introduction to ARP

Untuk menentukan alamat MAC tujuan, perangkat menggunakan ARP. ARP menyediakan dua fungsi dasar :

• Menyelesaikan alamat IPv4 ke alamat MAC.
• Mempertahankan tabel pemetaan.

2. Fungsi ARP

ketika sebuah paket dikirim ke lapisan data link untuk dienkapsulasi ke dalam bingkai Ethernet, perangkat merujuk ke tabel dalam memorinya untuk menemukan alamat MAC yang dipetakan ke alamat IPv4.

Masalah ARP

1. ARP Broadcasts

Sebagai broadcast frame, permintaan ARP diterima dan diproses oleh setiap perangkat di jaringan lokal. Pada jaringan bisnis biasa, broadcasts ini mungkin akan berdampak minimal pada kinerja jaringan. Namun, jika sejumlah besar perangkat akan dihidupkan dan semua mulai mengakses layanan jaringan pada saat yang sama, mungkin ada penurunan kinerja untuk jangka waktu yang singkat, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Setelah perangkat mengirimkan ARP broadcasts awal dan mempelajari alamat MAC yang diperlukan, dampak apa pun pada jaringan akan diminimalkan.

2. ARP Spoofing

Dalam beberapa kasus, penggunaan ARP dapat menyebabkan potensi risiko keamanan yang dikenal sebagai spoofing ARP 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 mengirimkan balasan ARP dengan alamat MAC-nya sendiri. Penerima balasan ARP akan menambahkan alamat MAC yang salah ke tabel ARP-nya dan mengirim paket ini ke penyerang.