sistemas de telecomunicación redes y...

Redes y Servicios-Sistema de Créditos -Analista de Sistemas -Unidad Académica Río Gallegos 1

Sistemas de TelecomunicaciónRedes y Servicios

Junio 2002Docente:

Albert A. Osiris Sofía


REDES LOCALES Y METROPOLITANAS

IEEE 802.3 - ETHERNET


LA NORMA IEEE 802.3• Se caracteriza por:

– Topología en bus (física/lógica).

– Técnica de acceso CSMA/CD:• Método de acceso múltiple (Multiple Access).• Escucha de portadora (Carrier Sense).• Detección de colisiones (Collision Detect).


HISTORIA• 1976: red experimental de Xerox (ethernet).

– 100 nodos, 1 km coaxial, CSMA/CD, 2.94 mbps.• 1980: Xerox, Digital, Intel: libro azul de la ethernet.

– 10 mbps.• 1981: Xerox, Digital, Intel: libro azul de la eth. II.

– La ethernet actual.• 1982: formación del grupo de estudio IEEE 802.3.

– Toma como base la ethernet.– Desde entonces se han normalizado múltiples variantes de su nivel

físico.


EL MÉTODO DE ACCESO CSMA/CD

• Escucha de portadora (Carrier Sense).– Si el medio está libre: Se transmite.– Si el medio está ocupado: Se deja paso =“DEFERENCIA”

• Detección de colisiones (Col lision Detect).– Durante la transmisión, se analiza la señal.– Si se detecta colisión:

• Se refuerza la colisión.• Se deja de transmitir.• Se entra en una espera de duración aleatoria.

• No hay prioridades.• No se garantiza un tiempo máximo de acceso a la red.


DEFINICIONES• JT (Jam Time) = Tiempo de refuerzo de la

colisión.

• RTD (Round Trip Delay) = Retardo de propagación de ida y vuelta, extremo a extremo.


VENTANA DE COLISIÓNt = 0

t = RTD/2 Colis ión

t = RTD/2 + JT Jam

t = RTD + JT Detecciónde colis ión


VENTANA DE COLISIÓN• Para detectar una colisión, se debe estar aún

transmitiendo

• Definición:– Ventana de col isión (Slot Time) = RTD + JAM TIME

• Hasta que no transcurre la Ventana de Colisión no estamos seguros de no tener colisión.

⇒Los paquetes no pueden ser menores de Slot Time


VENTANA DE COLISIÓN

• L/C >= RTD + JT

• Lred(m) <= (Ltrama(m) – JT(s)*C(m/s))

2


CSMA/CD, SENSIBLE AL RETARDO

• Relación entre:– Velocidad de propagación

• (constante, ~ 0,7c ~ 1 µs/100m)– Longitud de la red.– Régimen binario.– Longitud mínima de trama.

Detección deColis ión Colis ión

⇒ RTD


VALORES DEL IEEE 802.3

• R = 10 Mbps• Ventana de colisión = 512 bits

= Tamaño mínimo de tra ma• Jam Ti me = 32 bits• Tamaño má ximo de tra ma = 1518 octetos• Inter Fra me Gap (TD) = 9,6 µs – 96 bits• Tamaño aproximado Red = 2.5 km


EL ALGORITMO DE RETROCESO (“BACKOFF”)

Retroceso exponencial binario truncado

• Después de una colisión, antes de reintentar la transmisión espera un tiempo R x (Slot Time)– R = variable aleatoria entera, uniforme– 0 ≤ R ≤ 2k– k = min(N, 10)– N = Número de retransmisión.

• Se intenta hasta 16 veces.• No se garantiza un tiempo máximo de acceso


FORMATO TRAMA IEEE 802.3• Preámbulo: - 7 octetos “10101010”

- para establecer sincronismo• Delimitador comienzo:- 1 octeto “10101011”• Direcciones: - 6 octetos cada una

- direcciones IEEE

• Longitud: - 2 octetos- longitud del campo de datos

• Datos LLC + Relleno: ≥ 46 octetos≤ 1500 octetos

• CRC: - 4 octetos- Sobre direciones, longitud,

datos y relleno

PREÁMBULO

DELIM. C OMIEN ZO

DIR. DESTIN O

LONGI TUD

DIR. FUEN TE

DATOS ( LLC)

RELLENO

CRC

MSB LSB


DIRECCIONES

• Todas las estaciones escuchan todas las transmisiones

⇒Se necesitan direcciones– Cada estación tiene una dirección individual– Además hay direcciones de grupo

• Engloban a más de una estación– Cada trama lleva

• Una dirección destino (individual o de grupo)• Una dirección fuente (individual)


DIRECCIONES IEEE• Formato:

– 6 octetos (248 direcciones)– Primer bit transmitido indica individual o de grupo

• Cada estación tiene una dirección individual• Toda estación pertenece a un grupo

– Segundo bit transmitido indica universal o local• Las direcciones únicas son administradas por el IEEE

– Asigna 3 primeros octetos a cada fabricante (1000 $)– El fabricante asigna los otros tres a sus productos

• No son jerárquicas– No guardan ninguna relación con la localización


PRESTACIONES

• El comporta miento del CSMA/CD empeora:– Cuando se transmiten tramas pequeñas.

• InterFrame gap, más colisiones– Cuando aumenta la carga.

• Más colisiones– Cuando aumenta el número de estaciones.

• Más colisiones


PRESTACIONES

Nodos

10

8

6

4

2

00 5 10 15 20 25

Tráfico cursado(Mbps)

Tramas grandes

Tramas pequeñas

10

8

6

4

2

00 2 4 6 8 10 Tráfico

ofrecido(Mbps)

Tráfico cursado(Mbps)

Tramas grandes

Tramas pequeñas


TRAMA ETHERNET V.2• Diferencias:

– LLC no va por encima de Ethernet.– En lugar del campo de longitud hay un campo de

tipo.• Asignado a cada protocolo en el RFC 1340.• El valor mínimo asignado es el 5DD hex (1501 decimal).• El valor máximo de longitud 802.3 es 1500.• Puede coexistir tráfico Ethernet y 802.3.

– Para eliminar el relleno se confía en el protocolo superior.


NIVEL FÍSICO IEEE 802.3IEEE Nombre Comercia l10Base5 Thick Ethernet10Base2 Thin Ethernet10BaseT Par trenzado, 10 Mbps.10BaseF Fibra Óptica, 10 MbpsFOIRL F.O. entre repetidores10BROAD36 Ethernet Banda Ancha1Base5 Par trenzado, 1 Mbps100BaseT,F Fast Ethernet1000BaseF Gigabit Ethernet


Topología Física y LógicaTopología Fís ica: Estrella

Topología Lógica: Bus

Topología Lógica: Anillo


10BASE5 (THICK ETHERNET)• 1983.• Como Ethernet V.2

DTE

MAU

COAXIAL GRUESO(500 m )

CONECTORVAMPIRO

CABLE AUI(50 m)

CONECTOR NMACHO

TERMINADO R50 Ω

CONECTOR AU I15 PINES

TARJETAETHERNET


10BASE5 - MEDIO DE TRANSMISIÓN• Coaxial amarillo, marcas cada 2,5 m (RG8 ó RG213)

– 10,2 mm diámetro externo.– Atenuación = 8,5 dB/500 m (a 10 MHz).– Propagación > 0,77 c.– Jitter < 8ns/500 m.– Impedancia = 50 Ω.

• Conector Tipo N o vampiro.• Extremos terminados.• Codificación Manchester no balanceada +/- 0,85 V.

+0,8 5 V

-0,8 5 V

1 0 0 0 0 1 0 1


10BASE5 - AUI

• Cable AUI:– Attachment Unit Interface– Conector AUI 15 pines.– Cable 5 pares apantallados

individualmente:• Tran smisión (pine s 3, 1 0, 1 1)• Recepción (pines 5, 12 , 4)• Control Tran smis ión (pines 7, 1 5, 8)• Control Recepción (pines 2, 9 , 1)• Alimen tación (pines 6, 1 3, 1 4)• Masa (carcasa)

DTE

MAU

HEMBRA

MACHO

HEMBRA

MACHO

CABLEAUI


10BASE5 - INSTALACIÓN

• 1 segmento coax. < 500 metros.• Cable AUI < 50 m.• Transceptor:

– Distancia múltiplo de 2,5 m.– 50 MAUs/segmento máximo.

• Puede haber más de 1 nodo (MAC) por transceptor.


10BASE2 (THIN ETHERNET)

• 1985.

DTE TARJETAETHERNET

• Cable:– Coaxial RG-58 (5 mm)

• Más flexible.• No suele haber

transceptor ni cable AUI.

– Atenuación = 8,5 dB/185 m (a 10 MHz).

– Propagación > 0,65 c.– Jitter < 8ns/185m.– Conector BNC tipo T.– Extremos terminados.– Cod. Manchester no

balanceada.

BNCHEMBRA

T BNC

TERMINADO RBNC 50 Ω

COAXIALFINO


10BASE2 - INSTALACIÓN

• 1 segmento coax. < 185 m.

• Nodos:– Distancia mínima entre nodos de 0,5 m.– Máximo 30 MAUs por segmento.


10BASET• 1990.• Topolgía f ísica en árbol, lógica en bus.

MUL TIRREPETID OR(“HUB” )


10BASET - MEDIO TRANSMISIÓN

• Cable:– UTP 4 pares ( sólo se usan dos), 24 AWG.– Atenuación: 11,5 dB/100 m ( 10 MHz).– Impedancia: 100 Ω.– Conector RJ45.– Cod. Manchester balanceada +/- 5 V.


CONECTORRJ45

CABLE UTP

PAR DETRANSMISIÓ N

PARES SINUTILI ZAR

PAR DERECEPCIÓN

1 Tx+

2 Tx-

3 Tx+

6 Tx-

1 Tx+

2 Tx-

3 Tx+

6 Tx-

1 Tx+

2 Tx-

3 Tx+

6 Tx-

1 Tx+

2 Tx-

3 Tx+

6 Tx-

10BASET - MEDIO TRANSMISIÓN

HUBESTACIÓN

HUBHUB


10BASET - INSTALACIÓN

• Longitud máxima 100 m. – depende de tipo cable.

• Topología en estrella:– Concentradores (multirepetidores).

• Detección de fallos:– Pulso de 100 ns cada 16 ms.


R

R

FOIRL - ENLACE F.O. ENTRE REPETIDORES

• 1987• Obsoleto• Cable:

– Enlace dúplex F.O. (50/125, 62,5/125, 80/125 ó 100/140)

• Instalación:– Sólo entre

repetidores.– Máximo 1 Kilómetro


10BASEF• 1993.• Permite conectar por fibra estaciones.

10Base -FP(1 Km . diá m)

10Base -FB(2 Km )

10Base -FB(2 Km )

10Base -F L(1 Km )

FOIR L

10Base -T(100 m )

HUBPASIVO

HUBACTIVO

HUB10Base -T


10BASEF - TIPOS• 10BASE FP (Passive):

– MAU en estrella pasiva.– 1 Km. de diámetro. Hasta 33 puertos.

• 10BASE FB (Backbone):– Troncal F.O.– Transmisión síncrona.– Extiende a 2 Km.

• 10BASE FL (Link):– Compatible con FOIRL.


ETHERNET A 100 Mbit/s

• Varias propuestas de Ethernet a 100 Mbps.

IEEE 802.3 U IEEE 802.12Designación 100BaseT 100VG-AnyLANProtocolo MAC CSMA/CD DemmandPriorityNive l Físico T4 TX FX CuartetoCable Cat 3, 4, 5 Cat 5 F.O. Cat 3, 4, 5, FONum.Cables 4 pares 2 pares 2 hilos 4 pares

Transmisión Semi -Dúp Full-Dúplex Full-Díplex Semi-DuplexCodif. Bloque 8B/6T 4B /5B 4B/5B 5B/6BCod. Bit NRZI MLT -3 NRZI NRZI


100Base-T (FAST ETHERNET)• IEEE 802.3u• Junio 1995• 100 Mbit/s• CSMA/CD• Topología en estrella

(lógica en bus)

MAC CSMA/CD a 100 Mbps

100Base-TX2 hilos

Cat. 5 UTPTipo 1 STP

100Base-T44 hilos

Cat. 3, 4, 5UTP

100Base-FXF.O.

62,5/125micras

PHY

MI I Media Independen Interface


100Base-T - MÉTODO DE ACCESO (MAC)

• CSMA/CD a 100 Mbps– Idéntico al del resto de los IEEE 802.3– Sólo que 10 veces más rápido

• Igual formato de tra ma– Tamaño mínimo sigue siendo 64 octetos⇒ Diámetro máximo de la red 10 veces menor

(por la ventana de colisión)


100Base-T - MEDIA INDEPENDENT INTERFACE (MII)

• Equivalente al AUI de 10Base-5

• Interfaz eléctrico entre MAC y PHY– Conector de 40 pines– Independiente del nivel físico– Soporta tanto 10 Mbps como 100 Mbps

• Opcional


100Base-T - NIVEL FÍSICO• Tres alternativas de cableado:

– 100Base-TX • 2 pares UTP Cat.5 o STP Tipo1• Un par de trans., otro de recep. (full-dúplex)• Funcionamiento idéntico a 10Base-T• Codificación 4B/5B MLT-3 (como CDDI)

– 100Base-T4 • 4 pares UTP Cat.3, 4 ó 5

• 3 pares de trans./recep. semidúplex• 1 par para detección de colisiones• Codificación 8B/6T NRZI

– 100Base-FX • Fibra óptica 62,5/125• Codificación 5B/6B NRZI (como FDDI)


100Base-T - TOPOLOGÍA

• Topología en estrella

• Dos tipos de repetidores:– CLASE I: Une segmentos de distinto medio– CLASE II: Une segmentos del mismo medio


Fast Ethernet, 802.3, 100BaseT• MAC: CSMA/CD idéntico 10BaseT• Velocidad de acceso 100 Mbps o 10 Mbps• Topología física obligatoriamente en estrella• Medio físico: UTP 3, 4 o 5, STP y FO• Sólo se ha modificado el nivel físico


Ventajas de mantener CSMA/CD• Ethernet conocida y mas aceptada por el

mercado• Bajo costo de implementación• Compatible con componentes actuales:

– Rede s ya instaladas– Bridge s– Analizadores de red– Gestión de red


Inconvenientes de CSMA/CD• Interrelación entre tamaño mínimo de trama,

velocidad de transmisión y retardo de propagación

• Resultado:• Diámetro máximo <= 250m• Hub-WS <= 100m (cobre), 200m (FO)• Hub-Hub <= 10m (máximo 2 hubs)


ETHERNET A 1 Gbit/s

• CSMA/CD a 1 Gbps• 802.3z

– 1000Base-CX, TWINAX, 25 m– 1000Base-LX, SMF, 1300– 1000Base-SX, MMF, 300-5 m

• 802.3ab– 1000Base-T, UTP, 100 m


GIGABIT ETHERNET - PHY• IEEE 802.3z• Ya en funcionamiento• Objetivos:

– 1000 Mbps– Formato de trama 802.3– Fácil interconexión con 10 y 100– Half y Full dúplex– Topología en estrella– CSMA/CD– Fibra óptica y UTP– Diámetro máximo 200m


GIGABIT ETHERNET - PHY

• 1 Gbps• Se decide util izar un nivel físico ya definido

– Nivel físico de • ATM• SONET• HIPPI• Fiber Channel

• Se opta por el Fiber Channel– Se dice que Gigabit Ethernet debería llamarse

Shared Fiber Channel


GIGABIT ETHERNET - MAC• CSMA/CD

– Con 64 octetos de tamaño mínimo de trama• 10 Mbps 2Km• 100 Mbps 200m• 1000 Mbps 20m

• Estensión de portadora (frame carrier extension)– Las tramas menores de 512 bits se p rolongan con

una señal especial– Así se puede tener una red de hasta 200m– Sólo un repetidor

• Prestaciones pobres


GIGABIT ETHERNET - MEJORAS• Varias propuestas para mejorar las

prestaciones– Packet bursting: se permite agrupar varias

tramas pequeñas en una de hasta 512 bytes– Colisiones virtuales: cuando hay colisión

vence el paquete que primero llega a l hub– Gigabuffer: especie de hub full-duplex con

control de flujo y buffer en cada puerto


DISEÑO DE RED IEEE 802.3• Elemen tos:

– Segmentos enlace (FO, UTP).– Segmentos c oaxial.– Repetidores.– Transceptor es (MAU).– Usuarios (DTE)

10Base -2

10Base -5

10Base -FP10Base -T

FOIR L

10Base -2


REGLAS DE DISEÑO• Reglas para 1 segmento:

– Longitud.– Número de MAUs.– Separación entre MAUs.

• Redes multisegmento: dos modelos.– Modelo 1: Reglas sencillas, ligeramente conservador.– Modelo 2: Más complicado. Se basa en cálculo de:

• Retardo de propagación.• Intervalo entre tramas.


MODELO 1• Entre dos DTEs puede haber a lo sumo:

– 5 segmentos.– 4 repetidores.

• Si hay 5 segmentos y 4 repetidores:– Como máximo tres segmentos pueden ser de coaxial.– Cada segmento de FO ≤ 500 m (300 m para 10BaseFP).

• Si hay 4 segmentos y 3 repetidores:– No hay límite de segmentos de coaxial.– Cada segmento de FO ≤ 1 Km (700 m para 10BaseFP).

• En cada segmento deben cumplirse los límites de:– Longitud.– Número de MAUs (cuentan las de los repetidores).– Separación entre MAUs.


Diámetro de red con el Modelo 1• DTE-DTE:

– Cobre: 100 m– F.O.: 420 m

• Un solo repetidor:– Clase I: 100 m en cobre + 130 (160) en F.O.– Clase II: 200 m en cobre. 320 m en F.O.

• Dos repetidores (deben ser de Clase II)– Cobre: 205 m– F.O.: 228 m


EVOLUCIÓN DE ETHERNET

• Full-dúplex Ethernet (IEEE 802.3)• 100 Mbps: 100BaseT (IEEE 802.3u)• 1 Gbps: Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z)• Otros

– Ethernet conmutada (Switched Ethernet)– Integración voz-datos: ISO-Ethernet (IEEE

802.9)– Autonegociación (IEEE 802.3u)– Control de f lujo (IEEE 802.3x)


REPETIDORES• Nivel I• Permiten alargar la longitud de la red.

• Une segmentos de red– Dos ó más.– Pueden utilizar distinto medio físico.– Pero deben ser:

• de la misma velocidad• usar el mismo MAC


FUNCIONAMIENTO REPETIDOR• Toma la señal de cada segmento y:

– Restituye la amplitud (compens a la atenuaci ón).– Recupera simetría (elimina com ponent e conti nua ).– Resincroniza la señal (elimina jitt er).– La retransmite por los demás segmentos.

• Propaga las colisiones.– Son un mismo dominio de col isión

• Introduce retardo ⇒ número li mitado.– En 802.3: cuatro.– En Ethernet: dos.


Caudal Agregado• Caudal Agregado ΣCi.

Inter- Red LAN


Aumento de Caudal

• Aumento de WS en el entorno local• Aumento de las prestaciones de las WS• Aplicaciones distribuidas: servidores de

archivo, servidores Web, etc.• Aplicaciones multimedia


Segmentación

Backbone distribuido o colapsado

• Mismas tarjetas de interfaz y equipamiento• Mismas infraestructuras de cableado

1 1

1


Problemas de Segmentación (I)

• No aumenta el caudal de pico:– Cuellos de botella

• Servi dores• Backbone• Etc.

– Multicasting entre segmentos


Problemas de Segmentación (II)

• Mayor complejidad de gestión• Limita el tamaño del grupo de trabajo• Interconexión de segmentos

– Cuello de botella en backbone– Costo de elementos adicionales– Mayor retardo y menor caudal


Conmutadores LAN (Bridge y Switch)

• Nivel II• Conceptualmente es un puente multipuerto:

mejora tecnológica de prestaciones / precio en el backbone

• Caso extremo: una WS por puerto• Caudal agregado: N*C/2• Dos tecnologías básicas:

– Almacenamiento y reenvío (buffered)– Pipelining o Cut Through


Almacenamiento y Reenvío (bridge)• Mayor retardo• Aísla colisiones• Comprobación CRC• Permite funciones de mas alto nivel• Faci li ta conexión de LANs de distinta

velocidad


Cut Trough (switch)• Menor retardo• Propaga colisiones y errores• Mejor comportamiento ante congestión

(binary exponential backoff)• Costo superior a almacenamiento y

reenvío


Routers• Nivel III• Para interconexión de redes• Integra redes física y tecnológicamente

discímiles


Tecnología “Full Duplex”

• Mejora adicional sobre la conmutación• Permite a una estación transmitir y

recibir• Ventaja: caudal agregado = N*C• Desventaja: cambio de tarjetas


Conmutación de puertos• Componente de las llamadas “LANs

virtuales”• Permite configurar remotamente la

asignación de un puerto a un segmento• Pueden integrar BRouters• Faci li ta la operación de grandes redes• Problemas para escalar• Pobre relación prestaciones / precio

sistemas de telecomunicación redes y...

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