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Apuntes de clase sobre modelos clásicos de Ethernet.

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  • 1. ETHERNET 802.3 Ethernet La Ethernet de 10 Mb/s Redes de Área Local C.F.G.S. “Administrador de Sistemas Informáticos” David H. Martín Alonso - Febrero 2004 -
  • 2. 2 ETHERNET Tabla de Contenidos Historia Identidad Tecnológica Señalización MAC 10BASE5 – Coaxial Grueso 10BASE2 – Coaxial Fino 10BASE-T – Par Trenzado Direcciones MAC Tramas Diseño de la Red VLAN Bibliografía ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 3. 3 ETHERNET Historia [TFest] Modelo actual de LAN más universal Basado en el sistema ALOHA 1970's: Primera Ethernet experimental a 2'94 Mb/s PARC (Xerox Palo Alto Research Center) 1976: Publicado y patentado por Robert Metcalfe & Co. 1980: Alianza Digital – Intel – Xerox DIX – Ethernet 1.0 1983: Publicación del primer estándar IEEE 802.3 1995: 100 Mb/s 1998: 1 Gb/s 2002: 10 Gb/s ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 4. 4 ETHERNET Identidad (I - Tecnología) Medio Físico común / compartido por todos los nodos Bus de cable coaxial Evoluciona a cableado estructurado con par trenzado Método Aleatorio de Acceso al Medio CSMA/CD Por contienda Semidúplex (Shared Ethernet – Compartida) Evoluciona a Full Dúplex sin colisiones (Switched Ethernet – Conmutada) El respeto a las señas de identidad era esencial en un contexto de competencia (Fast Ethernet). En la situación actual de hegemonía hay más flexibilidad para incorporar nuevas tecnologías. ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 5. 5 ETHERNET Identidad (II - Denominación) Diversas denominaciones: Ethernet – del éter luminífero: mito de la propagación radioeléctrica DIX – Alianza Digital – Intel – Xerox IEEE 802.3 – Aunque mínimas, existen diferencias sobre Ethernet – DIX – ISO/IEC 8802-3 ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 6. 6 ETHERNET Señalización Manchester Se representan los dígitos binarios por cambios de nivel de distinto signo Niveles: ±0,85 V (y 0 V en silencio) Velocidad de transmisión: 10 Mb/s (1 bit ~ 0,1 µs) Velocidad de modulación: 20 Mbaud Ranura de tiempo: 51.2 µs 1 0 Doble del retardo máximo (2) Asociado al diámetro o distancia máxima en la red – 2 interfaces (tarjetas) + longitud cable + número de repetidores Determina el tamaño mínimo de trama: 512 bits (64 Bytes) Determina el tiempo de espera en caso de colisión ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 7. 7 ETHERNET MAC (I) Control de Acceso al medio: CSMA/CD Acceso aleatorio – por contienda – con escucha Antes de transmitir se espera a que el medio esté disponible 1-persistente Cuando el canal se encuentra disponible se inicia inmediatamente la transmisión (probabilidad 1) Durante la transmisión se mantiene la escucha para detectar posibles colisiones   ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 8. 8 ETHERNET MAC (II) A pesar del CSMA se pueden producir colisiones Un equipo está transmitiendo, pero por efecto del tiempo de propagación de la señal, los demás nodos de la red tardan en enterarse. Ventana de colisiones: tiempo de propagación entre los extremos más alejados. Asociado a la velocidad de propagación en el cable – Fracción de la velocidad de propagación de la luz en el vacío – Del orden de (2/3)·c Asociado al retardo de los dispositivos – Tarjetas – Repetidores (Dispositivos de retransmisión Nivel 1) ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 9. 9 ETHERNET MAC (III) Detección de colisiones: Las tramas tienen que ser mayores que la ventana de colisiones (1 ranura = 512 bits = 51.2 µs) para que el emisor detecte las colisiones. El emisor conoce así el error y la conserva para reenviarla Termina de transmitir con una señal de ruido de 32 bits Equivale a un CRC erróneo TODOS los demás equipos reciben una trama incorrecta ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 10. 10 ETHERNET MAC (IV) Retroceso exponencial binario Tras una colisión se introducen ranuras de contención Tiempo de espera aleatorio Con sucesivas colisiones se incrementa el rango Adaptación automática a las condiciones de tráfico – 0 ó 1 ranuras de espera tras la primera colisión – n-1 0-2, 0-4 (0-2 ) hasta la décima colisión consecutiva – 0-1024 hasta la 16 y ahí se desiste y devuelve error ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 11. 11 ETHERNET 10BASE5 – Coaxial Grueso (I) Cable coaxial grueso de 50 Ω (impedancia característica) Forma de manguera amarilla – 500 m máximo por segmento Marcas de conexión cada 2,5 m Conectores tipo N en los extremos para las impedancias – Uno solo de los extremos conectado a tierra. Transceptores: MAU (Medium Attachment Unit) TRANSmisor reCEPTOR Responsables del aspecto eléctrico de la conexión – Envío de señal, detección de portadora, detección de colisiones Cable de conexión: AUI (Attachment Unit Interface) 50 m máximo 5 pares – 2 de datos + 2 de control [ + alimentación transceptor ] Conector tipo D de 15 pines (DB-15) ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 12. 12 ETHERNET 10BASE5 – Coaxial Grueso (II) MDI medium dependent interface Tipo de cable Coaxial (grueso) Impedancia 50 Ω Longitud segmento 500 m Segmentos totales 5 Conexiones por segmento 100 MAU's Separación entre conexiones 2'5 m Longitud del cable AUI 50 m AUI attachment unit interface MAU medium attachment unit ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 13. 13 ETHERNET 10BASE5 – Coaxial Grueso (III) Tarjeta [http://www.a2zcables.com/] LLC MAC PLS AUI RG: Radio Grade VG: Voice Grade MAU AWG: American Wire Grade MDI El índice es inverso al diámetro: CABLE RG6 es coaxial grueso y RG58 fino ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 14. 14 ETHERNET 10BASE2 – Coaxial Fino (I) Cheapernet: Versión económica de Ethernet Llave del éxito posterior y de la hegemonía actual IEEE 802.3a (1985) Cable coaxial fino RG58 de 50 Ω 185 m máximo por segmento Conexión cada 0,5 m mínimo Conectores en T tipo BNC: Bus “desmontable” Transceptores integrados con la interface en el DTE No requiere electrónica de red: $$$ El bus es muy vulnerable por los “empalmes” ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 15. 15 ETHERNET 10BASE2 ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 16. 16 ETHERNET 10BASE2 – Coaxial Fino (III) Tipo de cable Coaxial (fino) Impedancia 50 Ω Longitud segmento 185 m Segmentos totales 5 Conexiones por segmento 30 Separación entre conexiones 0'5 m ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 17. 17 ETHERNET 10BASE-T – Par Trenzado (I) Ethernet sobre cableado estructurado IEEE 802.3i (1990) Par trenzado (UTP3 y superiores) de 100 Ω Usa sólo 2 pares: pares 2 y 3 (pines 3-6 y 1-2) – Tx en 1-2 y Rx en 3-6 – Pares naranja y verde – Se pueden cruzar para conectar directamente dos DTE 100 m máximo por equipo (cable rígido) Hasta unos 5m de cable flexible (latiguillos de conexión) Conectores tipo telefónico RJ45 de 8 pines Cableado estructurado: ISO 11801 – EIA/TIA 568A ó 568B Requiere de concentradores (hubs / multirrepetidores) Protección frente a fallos y monitorización ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 18. 18 ETHERNET 10BASE-T – Par Trenzado (II) Tipo de cable Par Trenzado ( > UTP3 ) Impedancia 100 Ω Longitud segmento 100-150 m (cable rígido) Segmentos totales 5 Conexiones por segmento 2 ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 19. 19 ETHERNET Otros tipos de Ethernet 802.3 10BASE-FOIRL – IEEE 802.3d (1987): Fibra óptica entre repetidores 10BASE-F – IEEE 802.3j (1993): Fibra óptica 10BROAD36 – IEEE 802.3b (1985): Banda Ancha Ethernet Full-Dúplex – IEEE 802.3x (1997): Funcionamiento full-dúplex alternativo a CSMA/CD Ethernet Conmutada (Puentes) – IEEE 802.1D (1990) Ethernet segmentada (VLAN's) – IEEE 802.1Q (1998) ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 20. 20 ETHERNET Direcciones MAC [EthF] [RFC1374] Cada Interface (tarjeta de red) tiene una dirección única 6 Bytes Pudieran ser 2, pero no se usa Única, Universal asignada por el fabricante (802.1a) Pudiera ser local, pero no se usa Se escriben en hexadecimal, separadas en bytes por “:” Ej.: 00:50:BF:5D:17:F7 Hay direcciones destino de Grupo (Multicast, multidestino) El primer bit (transmitido) es 1 (bit I/G: individual/grupo) Ej.: 09:... (Ojo: En Ethernet el bit menos significativo del Byte superior, TR al revés) Arquitecturas Little Endian/Big Endian. La red y la pizarra son BE. El segundo bit indica direcciones Locales (bit U/L: universal/local) ...y una dirección de destino genérica para difusión (Broadcast) Todos los bits a 1: FF:FF:FF:FF:FF:FF ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 21. 21 ETHERNET Tramas (I) Preámbulo 7 Bytes (10101010) Inicio 1 Byte (10101011) MAC Destino 6 Bytes MAC Origen 6 Bytes Tipo/Tamaño 2 Bytes Datos/Relleno 46 Bytes (mín.) a 1500 Bytes (máx.) Checksum (CRC) 4 Bytes Tamaño (MAC→CRC) 64 Bytes (mín.) a 1518 Bytes (máx.) 1522 Bytes (máx.) con id. VLAN (802.3ac) Pausa inter-tramas 12 Bytes ~ 9,6 µs Los bytes se transmiten empezando por el bit menos significativo (LSB) Preámbulo Destino Origen CRC Tipo Datos Relleno 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 22. 22 ETHERNET Tramas (II) [EthF] [Leon-352] [RFC1700-166] Trama DIX – Ethernet II Trama 802.3 (802.2) Tipo (2) > 0x0600 (1536) Inicio como 802.4/802.5 Ej.: IPv4=0x0800 ¿ISO-OSI? Longitud (2) <= 0x05DC Trama 802.3 (Novell) DSAP (1) y SSAP (1) Longitud (2) <= 1500 Control (1) Datos comienzan 0xFFFF Trama 802.2 SNAP (No existe SAP 0xFF) Sub-Network Access Protocol 802: La funcionalidad del OUI (3) y Tipo (2) tipo se coloca en zona de Añaden más tipos datos, a modo de LLC-PDU DSAP y SSAP: 0xAA Ethernet II SAP SNAP 802.3 - Novell 802.3 - 802.2 802.2 SNAP 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 23. 23 ETHERNET Diseño de la Red (I) La distribución de los repetidores tiene restricciones Sumado al cable tienen que ajustarse al tamaño de trama No se limita el tamaño de la red, sino la distancia máxima Se emplean un par de reglas estimando retardos estándar NO SON VÁLIDAS en redes de alta velocidad a 100 Mb/s No más de DOS REPETIDORES entre nodo y nodo Los segmentos se cruzan a 100 m (2 AUI de 50 m) Una pareja con conexión directa cuenta como 1 Se pueden utilizar concentradores en estrella (multirrepetidores) R R R R ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 24. 24 ETHERNET Diseño de la Red (II) Enunciado alternativo en 10BASE-T: Regla 5-4-3 Entre dos nodos no se puede atravesar más de: 5 segmentos 4 repetidores 3 segmentos “poblados” Las otras dos tienen que ser conexiones directas entre hubs Se hace una distribución radial Los conmutadores (switch) son dispositivos de nivel 2 y no están sujetos a esas limitaciones H H Dividen en dos “dominios de colisiones” Tablas MAC de tamaño limitado: 2K, 8K,... H H H H H ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 25. 25 ETHERNET Diseño de la Red (III) ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 26. 26 ETHERNET Diseño de la Red (IV) Los hubs de gama baja hacen difícil la ampliación de la red Se conectan externamente por los puertos habituales Requieren un “cable cruzado” Están sujetos a las reglas de número Precio asequible Los dispositivos de gama alta son “apilables” Podemos conectar varios a alta velocidad Se configuran de forma solidaria Cuentan como un único dispositivo Puertos “Autosensibles” que realizan los cruces automáticamente Gestión remota, VLAN, etc. Los dispositivos modulares son muy flexibles pero caros Módulos especializados (Ej.: Fibra Óptica) ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 27. 27 ETHERNET VLAN's Los conmutadores de gama alta soportan VLAN's. Virtual LAN (802.1Q) Segmentación lógica para formar grupos independientes Ampliación de la trama Ethernet para VLAN's (802.3ac) Intercambio de VLAN's entre conmutadores Incorpora campos específicos de forma compatible – Tipo VLAN (2): 0x8100 (valor reservado en tipos Ethernet) – Control VLAN (2): Prioridad (3 bits), CFI (1 bit), id. de VLAN (12 bits) Puertos para dispositivos sin/con soporte de VLAN Trama normal: asignados a una VLAN concreta (estaciones) Trama 802.3ac: múltiples VLAN identificadas en trama (red) 802.3 VLAN 802.3ac VLAN 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 28. 28 ETHERNET Bibliografía (I)  [Tan4] Computer Networks (4ª Ed.) Andrew S.Tanenbaum Ed. Prentice Hall PTR (Pearson Educación) 2003 Libro de referencia, autoridad máxima en el tema. Nivel técnico medio.  [Leon] Redes de Comunicación Alberto León-García, Indra Widjaja Ed. McGraw-Hill 2000 Libro de referencia general de nivel técnico medio-alto ajustado a las clases.  [Mont] Página Personal de Rogelio Montañana Rogelio Montañana http://www.uv.es/~montanan/ Apuntes y materiales de las asignaturas de redes. Completisimo, claro y bien organizado.  [Rhys] Data Networks Resource: Ethernet, Data Cabling, etc. Rhys Haden http://www.rhyshaden.com/ Materiales variados sobre redes. Completo, detallado y claro. ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 29. 29 ETHERNET Bibliografía (II)  [EthF] comp.dcom.lans.ethernet FAQ http://www.faqs.org/faqs/LANs/ethernet-faq/ FAQ sobre Ethernet. Básico. Descripción, historia, tipos...  [TFest] TechFest http://www.techfest.com/ Material de referencia sobre redes. Avanzado.  [CSpur] Charles Spurgeon's Ethernet Web Site http://www.ethermanage.com/ethernet/ethernet.html Recopilación de materiales sobre Ethernet.  [Ank] Ethernet Technology James Antonakos, Circuit Cellar Online, Marzo 2002 http://www.circuitcellar.com/library/ccofeature/antonakos0302/ Recopilación de materiales sobre Ethernet. ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004
  • 30. 30 ETHERNET Normativa  [802] Get IEEE 802™ http://standards.ieee.org/getieee802/portfolio.html Sitio de distribución gratuita de los estándares 802  [RFC] IETF Request for Comments http://www.rfc-editor.org/ http://sunsite.cnlab-switch.ch/ftp/doc/standard/rfc/mini-index.html Documentación del IETF relacionada con Internet ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004

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