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• T4. Local Area Networks. – – – – –

Introducción. Topologías. Arquitectura de niveles LAN. Token Ring. Ethernet. • Nivel Físico. • Nivel MAC. • Mecanismos de interconexión. Segmentación LAN.

– Fast Ethernet. • Hubs/Switches Fast Ethernet. • Congestión en Ethernet. 1

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Introducción.

• LAN: un sistema para conectar directamente varias computadoras (DTEs, nodos) entre sí. – Varios componentes: cables, NICs, repetidores … – Proporciona conexión entre computadoras. – Medio compartido: todos los nodos (DTEs) están conectados directamente al medio. LAN Medio compartido

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LAN: red que conecta directamente entre sí equipos situados en un ámbito geográfico local (unos centenares de metros o unos pocos Km).

ƒSuele ser administrada localmente por la misma empresa que dispone de la red (es una Red Privada).

ƒEl

alcance de la red es de unos centenares de metros o unos pocos kilómetros.

ƒOfrece velocidades de transmisión altas (decenas o cientos de Mbps).

El medio de transmisión es compartido por todas las estaciones. Por consiguiente es necesario el uso de un protocolo de acceso al medio (MAC) que permita a las estaciones acceder de forma coherente al medio. Las LANs se dividen en LANs cableadas (usan un medio guiado) y LANs sin hilos o Wireles (usan medios no guiados). Estudiaremos las LANs cableadas. Los componentes básicos de una LAN cableadas son:

ƒTarjetas

de red (NIC: Network Interface Cards) y drivers: los NICs implementan el hardware de red (nivel físico y MAC) de la LAN mientras que los drivers implementan el software de red (generalmente el MAC).

ƒCable: medio guiado (coaxial, par trenzado o fibra óptica). Los cables se instalan siguiendo los estándares de cableado estructurado (EIA 568).

ƒConectores: es lo que permite conectar el NIC al cable. BNC para coaxial, RJ45 para UTP y conectores SC o ST para fibras ópticas.

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Arquitectura de niveles LAN: e.g. Ethernet DIX vs Ethernet IEEE-802.3.

OSI, TCP/IP, Novel, SNA

Otras LAN: IEEE 802.4 Token bus FDDI (ANSI or ISO 9314) ATM LAN (ATM Forum)

IEEE 802.2 Ethernet

Enlace

DIX

Físico

IEEE 802.3 Ethernet IEEE 802.3 Phy

IEEE 802.5 Token ring IEEE 802.5 Phy

LLC

IEEE 802.11 IEEE 802.12 Wireless VG any LAN IEEE 802.11 IEEE 802.12 Phy Phy

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La arquitectura de niveles en una LAN suele constar de dos niveles: •El nivel físico: tiene como principales funciones la codificación de la inflormación (e.g. Manchester), la topología de la LAN (estrella, bus o anillo), los cables (UTP, STP, coaxial, fibra), los conectores, sincronización de bit, … •El nivel de enlace: puede dividirse en dos subniveles (no siempre): el nivel MAC (Medium Access Control) se encarga del formato de trama, de asignar una dirección a la estación, de asignar un detector de errores y de implementar el protocolo de acceso al medio. El subnivel LLC (Logical Link Control) se encarga de ofrecer servicios confirmados (ACKs), detectar errores, entramar y multiplexar jerarquías de protocolos de nivel superior (e.g. Novel, TCP/IP, …). Estos niveles están estandarizados por el IEEE. En el caso de que no estén estandarizados la LAN puede implementar sus propios niveles con sus propias funciones: caso de Ethernet-DIX o de ATM LAN.

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Topologías.

• Topologías físicas: – El medio y las estaciones se estructuran físicamente formando una topología (estructura) de red que puede ser un bus, un anillo o una estrella. Estrella

Bus

Hub Ring

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La topología es la estrucutura que forman el medio de transmisión y las estaciones conectadas al medio. Hay tres topologías físicas básicas: •Bus: típicas de las redes Ethernet •Anillo: típicas en Token Ring y FDDI •Estrella: utilizadas en todas las LAN actuales en substitución de los buses y los anillos.

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Nivel Físico: cableado

• La instalación del cable tiene un gran impacto en la calidad, fiabilidad y flexibilidad de la red. • Planificación de una red estructurada: – Elegir la localización y el entorno implica: • conocer las necesidades de los usuarios (movim. usuarios) • conocer las necesidades de crecimiento de la empresa • conocer el entorno de la empresa (decisiones administrativas)

– Incluir mapas y diagramas que indiquen número de habitaciones, número de usuarios, localización de habitaciones para equipos, previsiones de seguridad – Instalación del cable: UTP-5 y una línea de fibra óptica – Certificación del cable: testeo del cable y control de calidad 5

La planificación de una red es muy dependiente de cómo está cableado un edificio. El EIA (Electronic Industry Association) define en sus documentos EIA-568/569 todas las características necesarias para cablear un edificio comercial. Entre otras cosas define tipos de cableado estructurado, la elección de la habitación de las comunicaciones donde se situarán los equipos de red, las longitudes de los cables entre dicha habitación y las áreas de trabajo, armarios de conexiones intermedios, .... Todo este conjunto de normativas están definidas para garantizar que los usuarios de la red no verán una degradación del servicio (acceso a los servidores) debido a la disposición Física de la red. El impacto que puede tener el cableado y disposición de los equipos en el rendimiento de la red es enorme. Por ejemplo, el hecho de que una estación de trabajo esté situada más lejos de lo permitido puede hacer que el usuario de esta estación de trabajo pierde gran cantidad de tramas de nivel 2 en su acceso a un servidor, lo que se traduce en grandes retardos debido a las retransmisiones que sufren dichas tramas. Por otra parte, el cableado estructurado del edificio permite a los administradores de red una gran flexibilidad a la hora de cambiar usuarios de ubicación, hacer crecer su red hacia nuevas tecnologías (redes de mayor velocidad), instalar nuevos equipos (e.g. Servidores), elegir políticas de acceso de usuarios a diversos servicios, impedir el acceso por parte de usuarios externos a la red (e.g. Hackers), ...

5


Nivel Físico: cableado

• Cableado estructurado: EIA 568/569 – Define las características eléctricas de los cables y las longitudes (cableado vertical y horizontal). • • • • • • •

UTP-3: (100 Ohm) cable y conector con Bw hasta 16 MHz UTP-4: (100 Ohm) cable y conector con Bw hasta 20 MHz UTP-5: (100 Ohm) cable y conector con Bw hasta 100 MHz STP tipo-1: (150 Ohm) cable y conector Bw hasta 100 MHz MMF: Fibra MultiModo ( dos fibras por cable) Cableado horizontal: hasta 100 metros con UTP Cableado vertical: típicamente coaxial, UTP-5 o fibra óptica.

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El EIA define como cables más inportantes a la hora de instalar redes los pares trenzados UTP-5 y las fibras ópticas multimodo. Define dos tipos de cableado:

9 cableado

horiontal: el que horizontalmente desde las estaciones de trabajo a los armarios de conexiones (patch pannels) intermedios situados en habitaciones de comunicaciones intermedios (IDFs: Intermediate Distribution Facilites) y,

9 Cableado

vertical o backbone: el que va desde los armarios de conexiones intermedios a los armarios de comunicaciones principales en la habitación de comunicaciones principal (MDF: Main Distribution Facility). El EIA define la cantidad de metros de cada tipo de cable entre los distintos armarios de conexiones, tanto en cableado horizontal como en vertical.

6


Nivel Físico: cableado

• E.g. Cables recomendados: – 100 Ohm UTP-5 (4 pares) – 2 fiber (duplex) 62.5/125 µm optical fiber

Par trenzado (UTP), RJ45

Coaxial, BNC

Fibra óptica,SC o ST 7

El EIA define entre otras cosas las características eléctricas del cable como el tipo de conector utilizado. E.g: RJ4 para un par trenzado, BNC para un coaxial, SC o ST para una fibra óptica.

7


Nivel Físico: cableado

• Patch pannels: elementos pasivos de nivel 1 que permiten conectar cables

Patch pannels

Racks 8

Los armarios de conexiones o patch pannels son elementos pasivos que permiten conectar cables desde un punto a otro. La idea es consiguir agrupar todos los cables en un solo dispositivo. Un patch pannel de tamaño mediano puede tener del orden de 48 conectores. Cada cable es importante que vaya etiquetado, asi como cada uno de los conectores del patch pannel. Los patch pannels se pueden agrupar racks. Cada rack podría tener media docena de patch pannels. El EIA define la cantida de metros que puede haber entre patch pannels y entre el patch pannel y la roseta del área de trabajo. E.g. Para UTP, tiene que haber como mucho 3 metros entre la estación de trabajo y la roseta, 90 metros entre roseta y patch pannel y 6 metros entre rosetas dentro de la habitación de comunicaciones donde está situado el patch pannel.

8


Nivel Físico: cableado

• Elementos de un edificio cableado: – Area de trabajo: estaciones de trabajo (son los clientes) – IDF/MDF (Intermediate/Main Distribution Facility) o Wiring Closets es donde se sitúan los equipos: patch pannels, hubs, switches, routers, servidores • 1 IDF por cada 1000 mt2 de área de trabajo (elige un radio de 50 mt sobre el plano del edificio cuyo centro es el IDF) • MDF: el más cercano al POP

– POP (Point of Presence): lugar donde la operadora de telecomunicaciones instala su punto de acceso – Cableado horizontal (100 mt UTP) y vertical 9

El EIA específica que debe haber una habitación de comunicaciones (DF: Distribution Facility) cada 1000 mt2. Este número viene de que se asume que cada área de trabajo es de uns 10 mt 2. En el caso de que el área supere los 1000 mt2, será necesario definir varios DFs.

9 MDF (Main Distribution Facility) 9 IDF (Intermediate Distribution Facility) El MDF servirá de punto de referencia a todos los IDFs. Eso significa que todos los IDFs se conectarán a través de patch pannels al MDF con cableado vertical. Los IDFs no se conectan nunca entre sí. El MDF además se conectará al POP (Point of Presence) donde está situado el punt o de acceso a la WAN (acceso al exterior). La elección de estás habitaciones es uno de los puntos críticos a la hora de cablear el edificio. Generalmente hay que tener en cuenta criterios administrativos (disponibilidad de habitaciones) y criterios técnicos (humedad, temperatura, acceso a la habitación, tamaño, suelo, conductos de agua, fluorescentes, ....).

9


Nivel FĂ­sico: cableado

Area de trabajo IDF

Cableado horizontal Cableado Vertical o Backbone

IDF

Cableado horizontal

MDF 2 Km de fibra FDX POP

10

10


Nivel Físico: cableado

• Temas adicionales a tener en cuenta: – Tomas de tierra de los computadores – Tomas de tierra de los edificios – Perdidas de corriente eléctrica (Uninterruptible Power Supplies, UPS) – Introducción de señales no deseadas o picos de energía (surge suppressors) – Incluir etiquetas a todos los cables y conectores – Hacer mapas de cómo está cableado el edificio

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Aparte de los temas mencionados hay todo un conjunto de temas añadidos que hay que tener en cuenta a nivel Físico. Por ejemplo, las tomas de tierra de los computadores y entre los distintos edificios puede hacer que haya diferenciales de carga de forma que se creen campos electrostáticos en por ejemplo carcasas de equipos, barandillas de la escalera, ... que pueden producir descargas en los usuarios o incluso dañar los equipos. Otro problema a tener en cuenta es la introducción de señales no deseadas y la perdida de energía debido a el corte de la corriente eléctrica. Todo sistema en red debe tener supresores de picos de energía (surge supressors) y fuentes de corriente alternativas. Además es esencial un buen diagrama del cableado del edificio con un buen etiquetado.

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Topologías

• Topologías LANs actuales: – Lógicamente son buses, anillos o estrellas. – Físicamente son estrellas (hubs).

• Hubs: dos filosofías. – Por difusión (Broadcasting) o compartido (Shared). – Por conmutación (Switching). 12

Actualmente debido al cableado estructurado la topología física más usada es la estrella. La idea es utilizar un dispositivo físico (llamado Hub o concentrador) que físicamente tiene una topología en estrella pero que logícamente (internamente) sigue implementando un bus o un anillo. Los dispositivos físicos más usados en LANs son: •Hubs: estrella que implementa internamente un bus. Se usa en redes Ethernet. Es un dispositivo que funciona por disfusión, es decir, cunado una estación transmite una trama, el hub propaga esta trama por todos los puertos de salida de forma que todas las estaciones reciben una copia de la trama. •MAU (Multistation Access Unit): estrella que implementa internamente un anillo. Se utiliza en redes Token Ring. Es un dispositivo que funciona por comparticion, es decir, la trama se tranmite por puertos específicos siguiendo un algortimo determiando. •Switch: estrella que implementa ya sea un bus o un anillo dependiendo del tipo de red. La trama transmitida por una estación es transmitida por un puerto determinado dependiendo de la dirección de la estación (dirección MAC).

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Token Ring

– Físico: una estrella (MAUs: Multistation Access Unit). – Lógico: anillo con MAC por paso de testigo (token). – Anillo: conjunto de repetidores conectados entre sí con enlaces HDX punto-a-punto formando un lazo cerrado. Cada estación se conecta al repetidor con un enlace FDX punto-a-punto.

– Vt de 4 Mbps y 16 Mbps, con STP, UTP y MMF.

MAU Ring

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Tecnología de red de área local diseñada originalmente por IBM en los años 70 y estandarizada por el IEEE con el nombre IEEE 802.5. Este estándar está basado en el Token Ring (TR) de IBM, aunque no son exactamente iguales. TR está basado en un anillo con acceso al medio por paso de testigo. Actualmente IBM define el TR con una topología en estrella con par trenzado como cable principal. Usa como acceso al medio la técnica de paso de testigo. Los TR funcionan a 4 o 16 Mbps sobre par trenzado con 260 estaciones por segmento de red (un segmento es un anillo, los segmentos se separan por bridges o switches) y cable STP o 72 estaciones por segmento con cable UTP. La codificación es Manchester diferencial. TR define un sistema de prioridades para que ciertas estaciones usen el anillo más frecuentemente que otras estaciones. El anillo forma un enlace cerrado conectado a través de repetidores activos (regeneran y retransmiten los bits). Las estaciones se conectan a los repetidores usando un enlace bidireccional.

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Token Ring

• Repetidores: – Regeneran y retransmiten los bits. – Introducen un retardo de B bits. – Repetidores en estado de transmisión. • Transmiten las tramas de una estación hacia el siguiente repetidor.

– Repetidores en estado de escucha. • Retransmiten las tramas hacia los siguientes repetidores. • Pueden detectar patrones de bits o modificar bits de las tramas.

– Repetidores en estado de cortocircuito. • Aíslan una estación del anillo.

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Los repetidores pueden estar en tres estados distintos: •Estado de transmisión: es el estado del respetidor perteneciente a la estación transmisora. La estación transmite una trama que el repetidor regenera y retransmite al siguiente repetidor. •Estado de escucha: es el estado de aquellos repetidores conectadas a las estaciones receptoras. Estos repetidres además de regenerar y retransmitir las tramas hacia el siguiente repetidor, copian la trama y la retransmiten a la estación en el caso de que la dirección MAC destino pertenezca a la estación a la que están conectadas. En este estado es posible modificar bits de las tramas si el algortimo de acceso al medio lo considera necesario. •Estado de cortocircuito: estado en el que el repetidor se comporta como un cable, es decir, es como si no existiese un repetidor.

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Token Ring

• MAC: – “Token passing”: una trama especial (token) se pasa entre las estaciones. Quien tiene el token transmite una trama de información. – Anillos de baja velocidad: • Single Packet. • Single Token.

– Anillos de alta velocidad: • Multiple Token.

– Cálculo de eficiencias y velocidades efectivas.

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El acceso al medio de los TR se basa en el paso de testigo. Este algoritmo consiste en que sólo puede transmitir la estación que posee una trama especial llamada testigo (token). Una vez transmitida la trama, la estación libera el testigo que pasa a la siguiente estación. Así se repite el proceso continuamente. Hay tres filosofías de liberación del testigo: •Single Packet: la estación transmisora libera el testigo cuando recibe el último bit de la trama. Es decir el último bit de la trama ha dado la vuelta completa al anillo. •Single Token: la estación transmisora libera el testigo cuando recibe el primer bit de la trama. Es decir el primer bit de la trama ha dado la vuelta completa al anillo. •Multiple Token: la estación transmisora libera el testigo inmediatamente después de haber transmitido el último bit de la trama.

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Ethernet (IEEE 802.3).

• Ethernet. – Topología: bus (tecnología “vieja”) o estrella (por difusión o conmutado). – MAC: del tipo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). – Vt de 10 Mbps, 100 Mbps y 1 Gbps sobre cables STP, UTP, MMF y SMF. – Dos versiones: • IEEE 802.3 es la versión estandarizada por IEEE de Ethernet • Ethernet DIX (Digital/Intel/Xerox) es la versión original creada por estas empresas (IEEE 802.3 y Ethernet DIX son compatibles) 16

Ethernet es una de las LANs más instaladas en entornos empresariales (pequeña/mediana empresa y departamentos de grandes empresas). Se basa inicaialmente en una topología en bus aunque evoluciono a uan topología en estrella (Hub) que internamente implementa un bus. El acceso al medio es CSMA/CD y se basa en escuchar el medio para ver si está ocupado por alguna trama de alguna estación antes de transmitir tramas. A pesar de que se escuche el medio las tramas pueden “colisionar” en el medio con lo que es necesario retransmitirlas. Ethernet forma una familia de LANs que abarca Ethernet (10 Mbps), Fast Ethernet (100 Mbps) y Gigabit Ethernet (1000 Mbps). Hay dos verisones de Ethernet totalmente compatibles: Ethernet-DIX (también llamada Ethernet-II) diseñada por las empresas que originaron Ethernet, y Ethernet IEEE-802.3 que pertenece al estándar IEEE. La diferencia entre ellas está en el número de niveles que implementa y en el formato de trama. IEEE 802.3 usa un nivel de enlace con dos subniveles (MAC y LLC) mientras que Ethernet-II sólo usa MAC. El nivel físico es común a ambos (configuraciones topológicas, codificaciones, …). Ethernet define 4 configuraciones básicas: 10Base2, 10Base5, 10BaseT y 10BaseF. Fast Ethernet define 3: 100BaseT4, 100BaseTx y 100BaseFX.

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Ethernet (IEEE 802.3). Nivel Físico.

• Los viejos 10Base2 - 10Base5 buses coaxiales. 10Base5 10Base2 Cable type coaxial coaxial 50 Ω 50 Ω Cable Diameter 10 mm 5 mm Signaling base-band (Manchester) Vt 10 Mb/s 10 Mb/s Lmax(segment) 500 mt 185 mt Net-length 2.5 Km 1 Km # nodes/seg. 100 30 node spacing 2,5 mt 0,5 mt

Impedancias Taps

Bus

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Ethernet surje como una tecnología en bus con cable coaxial. Hay dos tipos de configuraciones básicas en coaxial:10Base2 (llamado ThinNet o CheapNet) y 10Base5 (llamado ThickNet). Se diferencian en el tipo de coaxial que usan. Las dos tienen común la Vt (10 Mbps) y la codificación (Manchester). Un bus (lo llamaremos segmento) se conecta a las estaciones usando conectores (taps). •En el caso de tener un 10Base2 los conectores son del tipo BNC-T. Este conector conecta la NIC (tarjeta de red) de la estación al cable coaxial. Es la NIC la que implementa todo el hardware. •En el caso de tener un 10Base5 se usa un transceiver para conectar la NIC al cable. El hardware está repartido entre la NIC y el transceiver. Al transceiver se le llama AUI (Attachment Unit Interface) y a los conectores de la NIC y el transceiver se les llama conectores AUI. Las estaciones trasnmiten tramas (flujos de bits en nivel físico) que se propagan en ambas direcciones del coaxial. Estos bits llegan a todas las estaciones que tendrán que detectar si las tramas son para ellas o no (lo hace el MAC). A nivel físico, la señal propagada (un Manchester) llega hasta el final del coaxial donde es absorvido por una resistencia (llamada impedancia).

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Ethernet (IEEE 802.3). Nivel Físico.

• Los “viejos” buses coaxiales: 10Base2 - 10Base5. – Substituidos por los repetidores (hubs).

• 10BaseT: El repetidor clásico (hubs). – Cable UTP (100 Ω ): UTP-3 o UTP-5 – Banda base (Manchester), 100 mt/segmento

RJ45

AUI

BNC

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Los coaxiales tienden a ser substituidos por topologías en estrella (Hubs) sobre todo debido al cableado estructurado (instalan UTP y fibras) con cableado horizontal y vertical. Las configuraciones básicas en estrella son 10BaseT (par trenzado UTP-3 y UTP-5) y 10BaseF (fibra óptica). Los Hubs implementa internamente un bus. Las estaciones se conectan en el caso de UTPs con un conector RJ45 entre los NICs de la estación y el puerto del Hub. Cuando una estación transmite tramas, los bits (codificados como un Manchester) se propagan por el cable y son retrasmitidos por todos los puertos de salida del Hub. Por consiguiente a efectos prácticos funciona exactamente igual que los buses coaxiales. Los Hubs pueden tener puertos con RJ45 para 10BaseT, pero también puede incluir puertos con conectores BNC o AUIs para conectarse a 10Base2 o 10Base5. Como en los buses coaxiales las estaciones tienen que usar el MAC para detectar la dirección MAC de la estación destino y así detectar que la trama es para esa estación. Pero las tramas las reciben todas las estaciones conectadas al Hub. Se dice que tanto los buses coaxiales como los Hubs son dispositivos broadcast (o por difusión).

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Ethernet (IEEE 802.3). Nivel Físico.

• The 10BaseF. – Fibra óptica (MMF: multimodo o SMF: monomodo), – Codificación: Manchester. – 10BaseFP (passive star): repetidor óptico pasivo con un máximo de 33 nodos y 1Km/segmento.

– 10BaseFL (link): interconecta nodos o repetidores con un límite de 2 Km.

– 10BaseFB (backbone): interconecta repetidores hasta 2 Km entre ellos con transmisión síncrona (hasta 15 repetidores en cascada), excediendo el límite de la regla 5-4-3.

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El funcionamiento de los Hubs 10BaseF es exactamente igual a los 10BaseT excepto en el hecho de que los 10BaseF usan como medio de transmisión fibra óptica. Los conectores son del tipo SC o ST. Se puede usar fibra monomodo (SMF) o multimodo (MMF). La codificación sigue siendo Manchester. 10BaseF define 3 variantes: •10BaseFP sería el equivalente a un bus optico (repetidor óptico pasivo). •10BaseFL sería el equivalente a un 10BaseT pero con fibra óptica (es un Hub activo). •10BaseFB se usa para interconectar multiples hubs en cascada y así incrementar la longitud de la red excediendo la regla de que sólo haya 5 segmentos de red conectados entres sí.

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Ethernet (IEEE 802.3). Nivel MAC.

• Formatos de trama Ethernet-II versus IEEE-802.3 bytes

8

6

Preamble

bytes 7

Dest. 1

2/6

Pream SFD Dest.

6

2

Sour. Type 2/6

2

Sour. Length

46 < Data < 1500 Data 46 < Data < 1500 Data and padding

4

Tramas

CRC CRC Ethernet 4 CRC

Tramas IEEE

– Type: define el tipo de protocolo de nivel superior (e.g. IP: 0800, AppleTalk: 809B, NetWare IPX: 8137, ARP: 0806, RARP: 8035). – Length: define la longitud de datos (Data ≤ 1500 bytes), nivel superior identificado por dirección SAP del LLC. 20

El formato de trama depende de si es Ethernet-II o Ethernet IEEE 802.3. Ambas versiones coinciden en el mismo tamaño de trama: Lmin=64 bytes≤ L ≤Lmax=1518 bytes. El preámbulo lo introduce el nivel físico para obtener sincronización de bit. Las tramas Ethernet constan de un campo de dirección MAC origen (identifica la estación transmisora) y uno de dirección MAC destino (define la estación destino). La dirección MAC es de 6 bytes con subcampos: I/G + U/L + OUI + OUA. •I/G (1 bit):Individual/Group address flag (0 si unicast, 1 si multicast). •U/L (1 bit): Universal/Local administration flag •OUI (22 bits): Organizationally Unique identifer: identifica la empresa que manufactura la tarjeta de red. •OUA (24 bits): Organizationally Unique Address: identifica cada tarjeta de la serie de esa empresa. El campo tipo (para Ethernet-II) identifica la pila de protocolo superior y la el campo longitud (Ethernet IEEE 802.3) identifica el número de datos que contiene el campo “datos”. La identificación de pila de protocolos la hace en este caso el nivel superior (LLC).

20


Ethernet (IEEE 802.3). Nivel MAC.

• CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Colision Detection * Ver fichero adjunto con el flow-chart del algoritmo CSMA/CD

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MAC en Ethernet (CSMA/CD): Velocidad transmisión (Vt):

10 Mb/s

Inter-Packet Gap (IPG):

9,60 µs (96 bits)

Tiempo de Bit (Tb):

1/Vt=100 ns

Tiempo de ranura:

51,2 µs (512*Tb)

Límite intentos de transmisión:

16

Límite Back-off:

10

Tamaño señal Jamming (J):

32 bits

Tamaño de trama (L):

64 ≤ L ≤ 1518 bytes

Tamaño dirección MAC:

48 bits (6 bytes)

El algoritmo CSMA/CD se basa en que la estación transmisora escucha el medio de transmisión antes de transmitir una trama. Si el medio está ocupado, sigue escuchando hasta que esté libre. Una vez libre espera un tiempo fijo (IGP tiempo mínimo entre dos tramas consecutivas) y transmite. Cada Tb comprueba que no haya una colisión. En el caso de que lo haya envía una señal jamming, incrementa el contador de intentos (máximo 16 intentos de retransmisión por trama), espera un tiempo de back-off y vuelve al inicio del algoritmo (escuchar el medio).

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Ethernet (IEEE 802.3). Mecanismos de Interconexión.

• Repetidores (Hubs): extienden la longitud del cable físico. – Amplifica y regenera señales de un segmento al siguiente. – Sólo 1 Dominio de colisiones. E.g. 5-4-3 repeater rule: repetidor Segmento 2 repetidor

Segmento 3

Segmento 4

repetidor

repetidor Segmento 1 Segmento 5 22

Las configuraciones básicas definen el tamaño máximo de un segmento Ethernet (en 10Base2 es 185 mt, en 10Base5 es 500 mt, en 10BaseT es 100 mt y en 10BaseF depende de la fibra). Si queremos aumentar el tamaño de la red (Diámetro de la Red) hasta su tamño máximo (Diámetro Máximo de la Red) hay que utilizar repetidores. Las configuraciones básicas defienen cual es Diámetro Máximo de la Red: en un 10Base2 era 1 Km, en un 10Base5 era 2.5 Km. La razón del límite de una red está en CSMA/CD. Si la latencia (máximo retardo (ida y vuelta) de un bit entre dos estaciones es mayor que la Ttmin=512*Tb = 51,2 µs, CSMA/CD no detecta colisiones). El repetidor es un dispositivo hardware (puede ser un Hub) que conecta dos segmentos de cable, amplificando y regenerando la señal (Manchester) que proviene de un segmento y retransmitiendola por el otro. El mayor problema de los repetidores es que cuando se produce una colisión también es propagada por el repetidor hacia todos los segmentos a los que está conectados. Al área en el que cuando se produce una colisión esta es propagada se le llama Dominio de Colisiones. Para evitar que el dominio de colisiones sea muy grande ha yuna regla llamada 5-4-3 que dice que dos estaciones no pueden estar separadas por más de 5 segmentos, 4 repetidores y sólo 3 de los 5 segmentos pueden estar poblados con estaciones.

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Ethernet: Máximo Diámetro de la Red

• Hay tener cuenta la ventana de colisiones. – Ventana de Colisiones: tiempo entre que el MAC transmite el primer bit de la trama y el tiempo que puede detectar una colisión entre cualquier nodo de la LAN. – Define 2 parametros que son importantes: • DRM= Diámetro de Red Máximo ≤ Ventana Colisión Máximo. • Tamaño de Trama Mínimo (Lmin)= 512 bits = 64 bytes.

DRM ≤ Ventana Colisión Máxima = 512 Tb DRM=2*(Σ Enlaces+ Σ Repetidores + NIC1 + NIC2) + Margen

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La ventana de colisiones (también llamada tiempo de vulnerabilidad, Tv) nos permite conocer durante cuanto tiempo el sistema es vulnerable de que haya colisiones dado que una estación ha tranmitido una trama. En CSMA/CD la ventana de colisiones es de 2 Tpmax . Es decir, dos veces el tiempo de propagación entre las estaciones más alejadas. Este parametro nos define el tamaño mínimo de una trama Ethernet: si la trama mide menos que 2 Tpmax puede suceder que no se detecte una colisión. Eso es debido a que hay que dar tiempo a que si se produce una colisión entre las dos estaciones más lejanas el primer bit de la trama llegue a la estación más lejana (un Tp), esta detecte la colisión y transmita su jamming (otro Tp). El segundo parámetro que define es el diámetro máximo de la red. El máximo retardo de la red (tarjetas, propagación, repetidores) ha de ser menor que la vulnerabilidad. Si dejamos que cada LAN fije su máximo tiempo de propagación (y por tanto su propia vulnerabilidad), estamos fijando un tamaño de trama mínima para cada LAN. Eso haría que una Lmin1 lo fuese en una LAN1 pero no lo fuese en otra LAN2 (Lmin2<Lmin1). La solución está en fijar el tamaño de trama mínima a un valor (Lmin=512 bits), la vulnerabilidad por tanto a Tv=512 Tb y que el maximo retardo sea menor que Tv.

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Ethernet (IEEE 802.3u). Fast Ethernet Físico.

• Repetidor: nivel Físico. – 100BaseFX: cable de fibra óptica. – 100BaseTX: UTP-5 cable de cobre usando 2 pares trenzados.

– 100BaseT4: UTP-3 cable de cobre usando 4 pares trenzados. • TX/FX es realmente Full-Duplex (caminos separados para transmitir/recivir). • Ambos TX/T4 usan conectores RJ45. • Es posible usar STP pero no lo recomiendan.

– Autonegociación: permite detectar nivel físico y MAC. 24

Fast Ethernet es la evolución de Ethernet hacia una LAN de alta velocidad. La característica más importante de esta evolución es el paso de 10 Mbps de Ethernet a 100 Mbps de Fast Ethernet. Para obtener esta velocidad hay que usar codificaciones digitales más complejas. Hay 3 configuraciones básicas en Fast Ethernet: •100BaseTX: usa UTP-5 en FDX (usa dos pares del RJ45) •100BaseT4: usa UTP-3 en HDX (usa tres pares del RJ45) •100BaseFX: usa fibra óptica. Tanto los hubs como los switches permiten puertos 10/100 (puertos en 10Base y puertos en 100Base). Además es posible conectar un 10BaseT a un 100BaseTX/T4. La tarjeta usa un mecanismo de “autonegociación”: es un pulso eléctrico de integridad que le permite detectar si las tarjertas son 10 o son 100. A continuación negocian trabajar a la velocidad más restrictiva.

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Ethernet (IEEE 802.3u). Repetidores Fast Ethernet.

• Repetidores Clase I: – Solo un repetidor Clase I en una red Fast Ethernet. – Permite puertos T4, TX y FX en el mismo repetidor.

• Repetidores Clase II: – – – –

Uno o dos repetidores Clase II en un red Fast Ethernet. Los dos repetidores se conectan con un puerto de 5 mt. Todos los puertos son T4. Todos los puertos son Up-link port TX y FX.

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Fast Ethernet define dos tipos de repetidores: clase I y clase II. La razón está en que el repetidor clase I está pensado como un Hub 100BaseT/F al que sólo hay conectados estaciones, pero no otro repetidor. Si queremos conectar dos hubs 100Base hay que definir un estándar que cumpla los requisitos Ethernet (Máximo Diámetro de la Red dependiente de la ventana de colisiones). Ese estándar es el clase II. El clase II se puede usar como un solo repetidor o conectado a un segundo repetidor (también clase II) a través del llamado “up-link port”. Este cable tiene una longitud máxima de 5 metros (es la máxima distancia que se permite entre dos hubs 100Base). Eso hace que los clase II no sean muy utilizados. Si queremos aumentar el número de puertos de un clase I dentro del mismo dominio de colisiones, podemos usar otra técnica distinta a la de interconectar dos hubs: usar apilables (del inglés “stackable”)..

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Ethernet (IEEE 802.3u). Repetidores Fast Ethernet.

• Apilables: repetidores individuales de 8,12,16 o 24 puertos. – Stacks: incrementar el numero de puertos en los repetidores Clase I. – Repetidores individuales donde todos los puertos están en el mismo dominio de colisiones. – No estándares para los apilables, todos los repetidores de la pila deben ser del mismo fabricante. – Es posible segmentar apilables en más de un dominio de colisiones. Class I repeaters Intra-hub Connections Internal digital buses Control Bus 26

Un apilable es un clase I que interconecta los buses internos a través de una conexión interna (“Intra- hub connection”). De esta forma escalamos el repetidor para que permita más puertos 100Base dentro del mismo dominio de colisiones. Se llaman apilables porqué los repetidores se colocan uno encima de otro. Notar que la conexión Intra-hub no es una conexión entre dos puertos 100Base (los paquetes no tienen que ser traducidos por el nivel físico, sino que se transmiten digitalmente por el bus), sino que se puede ver como un “alargamiento” del bus interno. Por consiguiente no es una conexión entre dos hubs. La desventaja que tiene esta técnica es que los apilables no están estandarizados, por lo que deben ser del mismo fabricante para que la conexión Intra-hub sea compatible.

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Conectores y Medios de Transmisión