Capítulo 5 Fundamentos de Ethernet

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1 Ethernet, en sus varias formas, es la tecnología de red de área local (LAN) más ampliamente utilizada. Los objetivos de su diseño incluye la simplicidad, un bajo coste, la compatibilidad, el poco retardo y la alta velocidad.

2 Ethernet fue diseñada para llenar el vacío existente entre las redes de larga distancia, las redes de baja velocidad y las redes especializadas en salas de computadoras que transportan datos a altas velocidades en distancias muy pequeñas.

3 Historia y evolución de Ethernet.- Las redes LAN son redes de alta velocidad y con un nivel muy bajo de errores que cubren un área geográfica relativamente pequeña (unos pocos cientos de metros). Ethernet es la tecnología LAN dominante a nivel mundial.

4 Desde su origen en los años 70, Ethernet ha evolucionado hasta equipararse con el aumento de demanda en las redes LAN de alta velocidad. Cuando se desarrolla un nuevo medio, como la fibra óptica, Ethernet se adapta para beneficiarse del gran ancho de banda de la fibra.

5 El mismo protocolo que transportaba datos a 3 Mbps (1973) ahora lo hace a 10Gbps. Con la introducción de Gigabit Ethernet, que comenzó como una nueva tecnología LAN, se han extendido ahora los espacios que hacen ya de Ethernet un estándar de área metropolitana e incluso de red de área amplia.

6 Introducción a Ethernet.- La idea original que hizo crecer a Ethernet fue permitir a dos o más usuarios el empleo del mismo medio sin que las señales de cada uno interfiriese con las del otro.

7 Concentrador Una LAN sencilla

8 El sistema ALOHANET que desarrolló la Universidad de Hawai, que consistía en instalar varias estaciones que compartieran el medio sin interferencias fue en lo que se basó Ethernet para diseñar sus componentes y dispositivos.

9 Este trabajo formaría tiempo después las bases para el famoso método Ethernet MAC, conocido como acceso múltiple con detección de portadora y detección de colisiones (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access Collision Detect).

10 La versión original de Ethernet fue diseñada hace más de 30 años por Robert Metcalfe y sus compañeros de Xerox por la DIX (DEC, Intel y Xerox). En los años 80 la DIX hizo su nueva norma que era abierta, lo que quería decir que podía ser usada por otra compañía.

11 Estos productos transmitían a 10 Mbps sobre cable coaxial fino a una distancia máxima de 2 Km. EL IEEE en 1985 crea el famoso 802 y la que está basada en Ethernet es la Las diferencias entre la Ethernet de la DIX y la son mínimas.

12 El IEEE divide la capa de enlace de datos OSI en dos subcapas separadas Control, de acceso al medio (MAC, Media Access Control) y control de enlace lógico (LLC, Logical Link Control).

13 En 1995 el IEEE anunció una norma para Ethernet a 100Mbps. En 1998 y 1999 aparece la Ethernet a 1 Gbps. En junio del 2002 aparece IEEE Ethernet a 10 Gbps. Todas ellas son normas Ethernet (802.3)

14 Reglas para los nombres Ethernet IEEE.- La familia Ethernet está compuesta por Ethernet original (10 BASE-T), Fast Ethernet (100BASE-TX y 100BASE-FX),, Gigabit Ethernet (1000BASE-T y 1000BASE-X) y Ethernet a 10 Gbps.

15 Dos funciones permanecen constantes en Ethernet a lo largo de todas sus formas: el formato de trama básico y las subcapas IEEE de la capa 2 OSI. Cuando Ethernet necesita expandirse para añadir un nuevo medio o capacidad, IEEE lanza un nuevo suplemento para la norma

16 10BASE5 (IEEE 802.3) 10BASE2 (IEEE 802.3a) 10BASE-T (IEEE 802.3i) 10BASE-TX (IEEE 802.3X)

17 10 BASE 5 Cantidad de Mb que transmite Señal de banda base que se emplea Longitud del segmento de cable La T = Cable par trenzado sin apantallar; La F = cable de fibra óptica.

18 La señalización de banda base es el método más sencillo de señalización. El ancho de banda total del medio de transmisión se emplea para la señal. Se transmite directamente la señal de datos (un voltaje en UTP o flash en fibra óptica) sobre el medio de transmisión.

19 Un segundo método de señalización es la de banda ancha. La señal de datos nunca se coloca directamente en el medio de transmisión. En su lugar, la señal de datos modula una señal análoga, que se llama señal portadora, y después se transmite. Las difusiones por radio y la TV por cable utilizan este tipo de señalización.

20 Los objetivos de la IEEE son: Proporcionar la información de ingeniería necesaria para la construcción de dispositivos que cumplan con la norma Ethernet. No reprimir las innovaciones de los fabricantes

21 IEEE / Ethernet y el modelo OSI.- Las normas de las redes LAN definen el medio físico y los conectores que se emplean para conectar los dispositivos al medio en la capa física del modelo de referencia OSI.

22 Además, las normas de las redes definen como encapsular el tráfico específico del protocolo de modo que el tráfico que vaya a los diferentes protocolos de capas superiores, pueda utilizar el mismo canal.

23 Control de acceso al medio (MAC 802.3). Define el modo de transmitir la trama por el hilo físico. Maneja la dirección física. Control de enlace lógico (LLC 802.2). Responsable de identificación lógica de los diferentes tipos de protocolos y de su posterior encapsulación.

24 Ethernet IEEE IEEE 802.3u IEEE 802.3z IEEE 802.3ab Capítulo 5 Capa de enlace de datos Subcapa LLC Subcapa MAC IEEE Capa física Capa física

25 Limitación de la capa 1 Solución de la capa 2 1. No puede comunicar con las capas superiores. Comunica con las capas superiores a través de la LLC. 2. No puede identificar a las computadoras. Identifica a las computadoras utilizando el esquema de direccionamiento MAC.

26 Limitación de la capa 1 Solución de la capa 2 3. Solo puede describir flujos de bits. Utiliza las tramas para organizar o agrupar los bits. 4. No puede decidir que computadora va a transmitir datos binarios de un grupo que está intentando describir. Utiliza la subcapa MAC para alcanzarlos.

27 Direccionamiento MAC.- Cada computadora tiene una manera única de identificarse, y en la red, tiene una dirección física. Con el nombre de Control de acceso al medio MAC la dirección física se ubica en la NIC.

28 Cada dispositivo (PC, router, switch) con una interfaz Ethernet a la red LAN debe tener una dirección MAC; de otro modo, no podrían comunicarse con otros dispositivos. Sin direcciones MAC, la LAN solo sería un grupo de computadoras sin identificadores y sería imposible enviar una trama.

29 Una dirección MAC tiene una longitud de 48 bits. Identificador Único de Organización (OUI) Asignado por fabricante 24 bits 24 bits 6 dígitos hex 6 dígitos hex F CISCO 3A 07 BC Dispositivo particular

30 Las LAN Ethernet y son redes de difusión. Todas las estaciones ven todas las tramas. Cada estación examinará la trama para determinar que estación es la destino.

31 Entramado en General.- El entramado proporciona la siguiente información: Que computadoras se comunican entre si. Cuando inicia y cuando finaliza una comunicación.

32 Reconocimiento de errores. A quien le toca hablar. Donde se ubican los datos en la trama. Una trama es la unidad de datos del protocolo de capa 2.

33 V Bit V Byte t t Flujo de bits de bytes guardados V 0 1 Byte 1 Byte t Trama genérica A B C D E F

34 Una trama genérica sencilla tiene secciones denominadas campos, que a su vez están compuestos por bytes. Campo de inicio de la trama. Campo de dirección. Campo de longitud / tipo / control. Campo de datos. Campo de secuencia de verificación de trama (FCS, Frame Check Sequence).

35 Formato de trama genérico Nombre de Campo A B C D E Campo de inicio de trama Campo de dirección Campo de longitud / tipo / control Campo de datos Campo FCS

36 ESTRUCTURA DE TRAMA ETHERNET IEEE Preámbulo 7 SFD 1 Destino 6 Origen 6 Longitud/ Tipo 2 Datos Relleno FCS 46 a

37 Funcionamiento de Ethernet.- El Control de Acceso al Medio hace referencia a los protocolos que deciden a que computadora se le permite transmitir datos en un entorno de medio compartido (dominio de colisión).

38 Existen dos extensas categorías de MAC: Determinista, por turnos. No Determinista, el primero que llega es el primero que se sirve. Token Ring y FDDI son deterministas y Ethernet /802.3 es no determinista.

39 ( 1 ) ( 2 ) colisión congestión congestión congestión congestión Algoritmo de retardo ( 3 ) ( 4 )

40 El host quiere transmitir Detectada la portadora? no Ensamblar trama si Proceso CSMA / CD Iniciar transmisión Se ha detectado colisión? no Mantener transmisión si no Señal de congestión de difusión Intentos = Intentos + 1 Ha finalizado la transmisión? Intentos > Demasiados? no El algoritmo calcula el retardo si Transmisión completa si Demasiadas colisiones; abortar transmisión Esperar 1 microsegundo

41 Manipulación de errores.- El más común error en Ethernet son las colisiones, que pueden ser de los siguientes tipos: Colisión local Colisión remota Colisión atrasada

42 Colisión local, en el mismo segmento de red. Colisión remota, trama de longitud menor a la permitida y tiene una suma de comprobación FCS no válida. Colisión atrasada, es cuando ocurre la colisión luego de transmitido los primeros 64 octetos.

43 Redes conectadas directamente.- Entorno de medio compartido. Entorno de medio compartido extendido. Entorno de red punto a punto.

44 Entorno de medio compartido. Medio compartido (varios accesos)

45 Entorno de medio compartido extendido. Medio extendido (Accesos múltiples con dispositivos de red de capa 1)

46 Entorno de red punto a punto. Redes conectadas directamente

47 Redes indirectamente conectadas.- Circuito conmutado. Paquete conmutado.

48 Circuito conmutado, conexión física de extremo a extremo. Conexión punto a punto. Conmutación de Circuito No hay colisiones.

49 Paquete conmutado, se crean conexiones punto a punto lógicas. Conmutación de Paquetes No hay colisiones.

50 Colisiones y dominios de colisión.- Una colisión puede producirse cuando 2 bits se propagan al mismo tiempo y en la misma red. Los dominios de colisión son los segmentos de red físicos conectados donde pueden ocurrir colisiones.

51 Aplicación Presentación Sesión Segmentación del dominio de colisión Transporte Red Enlace de Datos Física Rompe el dominio de colisión Rompe el dominio de colisión Un dominio de colisión

52 Romper o incrementar el número de dominios de colisión con los dispositivos de capa 2 y 3 se llama segmentación. Dominio de colisión

53 Dominios de Difusión.- Un dominio de difusión es una agrupación de dominios de colisión conectados por dispositivos de capa 2. Dividir una red LAN en varios dominios de colisión mejora la eficacia de la red permitiendo varias transmisiones simultáneas de datos en dominios de colisión separados.

54 Flujo de Datos.- La regla básica ha seguir es: Dispositivos de capa 1 siempre envían la trama. Dispositivo de capa 2 quiere enviarla, es decir la envía siempre y cuando no haya nada que lo impida. Dispositivo de capa 3 no envía a no ser que tenga que hacerlo.

55 X C Y A B

56 Segmentos de Red

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