Ethernet / IEEE 802.3

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1 Ethernet / IEEE Comunicación Datos I Ingeniería en Sistemas Facultad Cs. Exactas, Universidad Nacional Centro la Prov. Bs. As

2 Desarrollada por DEC, Xerox e Intel (Ethernet) Características Liberada por Xerox para que se utilice por cualquier empresa Ambas normas (Ethernet y IEEE 802.3) coexisten actualmente Topologías bus o estrella. Protocolo acceso al medio: CSMA/CD 1-persistente; binary exponential backoff (10Mbps, 100Mbps, 1000Mbps) y full duplex (línea dicada) 10Mbps, 100Mbps, 1000Mbps Standards en uso: velocidas 10Mbps, 100Mbps y 1000Mbps Cables soportados: Coaxial lgado (10Mbp) Pares cables trenzados (UTP) ( Mbp) Fibra óptica. ( Mbp)

3 Evolución l Protocolo Xerox Palo Alto Research Center: Robert M. Metcalfe, 2.94Mbps. (1972) DEC-Intel-Xerox (DIX Ethernet Statndard): Ethernet V1, 10Mbps (1980) DEC-Intel-Xerox (DIX V2.0): Ethernet V2, 10 Mbps (1982) CSMA/CD, 10 Mbps (1985) IEEE 802.3a-1985: cable coaxial lgado a 10 Mbps, IEEE 802.3c-1985 especificaciones un repetidor 10 Mbps. IEEE 802.3d-1987: enlace fibra óptica, 10 Mbps (hasta 1000m distancia) IEEE 802.3i-1990: par trenzado a 10 Mbps EEE Ij-1993: enlace fibra óptica, 10 Mbps (hasta 2000 m distancia) IEEE 802.3u-1995: par trenzado a 100 Mbps (Fast Ethernet) y autonegociación. IEEE 802.3x-1997: estándar para full duplex IEEE 802.3z-1998: estándar para 1000 Mbps (Gigabit Ethernet) sobre fibra óptica. IEEE 802.3ab-1999: Gigabit Ethernet sobre par trenzado IEEE 802.3ac-1998: extensión l tamaño l frame Ethernet a 1522 bytes para incluir la etiqueta VLAN IEEE 802.3ae-2002: Especificación para 10 GigaBit Ethernet

4

5 Ethernet consta cuatro elementos básicos: Ethernet El medio físico: compuesto por los cables y otros elementos hardware, como conectores, utilizados para transportar la señal dos utilizan entre los computadores conectados a la red. Los componentes señalización: dispositivos electrónicos estandarizados (transceivers) que envían y reciben señales sobre un canal Ethernet. El conjunto reglas para accer el medio: protocolo utilizado por la interfaz (tarjeta red) que controla el acceso al medio y que le permite a los computadores accer (utilizar) forma compartida el canal Ethernet. Existen dos modos: half y full duplex El frame Ethernet: conjunto bits organizados frame es utilizado para llevar los datos ntro l sistema Ethernet. También recibe el nombre marco o trama.

6 Notación

7 Tecnologías

8 Ethernet- Half Duplex Pue usarse sobre cualquier medio Obligatorio en aquellos que no soportan transmisión bidireccional simultanea Si otra interfaz (tarjeta red) está transmitiendo habrá una señal sobre el canal, que es llamada carrier. Basado CSMA/CD (CarrierSense Multiple Access with Collition Detection) El acceso al canal compartido está terminado por un mecanismo control acceso al medio embebido en la interfaz (tarjeta red) Ethernet instalada en cada estación Todas las otras interfaces ben esperar un tiempo nominado IFG (interframe gap 96 bit times: tiempo que tomaría transmitir 96 bits) hasta que el carrier termine, antes por transmitir Todas las interfaces Ethernet tienen la misma habilidad para enviar frames sobre el medio. Ninguna tiene prioridad (Multiple Access) A la señal le toma un tiempo finito viajar s un extremo l cable Ethernet al otro. Se pue sensar la colisión señales y tener la transmisión (Collision Detect) Retransmisión Algoritmo Backoff exponencial Evitar retransmisiones simultaneas Tiempo aleatorio multiplo l slot_time

9 Ethernet- Full Duplex Envío y recepción datos simultáneamente (en teoría ofrece el doble ancho banda). No se comparte el segmento físico: sólo se interconectan dos dispositivos. Las dos estaciones ben ser capaces y estar configuradas para trabajar en full duplex. El medio be tener trayectorias inpendientes para transmitir y recibir datos que operen manera simultánea (no se utiliza CSMA/CD, aunque se respeta el IFG) 10BaseT, 10Base-FL, 100BaseTX, 100BaseFX, 1000Base-SX, 1000Base-LX, 1000Base-CX y 1000Base-T puen usar full duplex En fibra óptica, los enlaces full duplex puen ser más largos que en half duplex. Configuración típica: un switch central con un port por equipo

10 Ethernet/IEEE 802.3: Formato frame PRE (7) SF (1) D.DEST (2 o 6) D.ORIG (2 o 6) LONG DATOS (VARIABLE) (2) Cubierto por FCS PAD (V) FCS (4) PRE PRE (Preámbulo): (Preámbulo): 7 7 bytes bytes (duración (duración 5,6 5,6 microseg) microseg) sincronización sincronización clock clock SF SF (Delimitador (Delimitador frame): frame): 1 1 byte byte sincronización sincronización a a frame. frame. Direcciones: Direcciones: Asignadas Asignadas (globales) (globales) por por la la IEEE-Registradas IEEE-Registradas por por hardware hardware en en la la placa placa grupos: grupos: unicast: unicast: una una sola sola placa placa (1er (1er bit bit en en 0) 0) (origen, (origen, stino) stino) multicast: multicast: grupo grupo lógico lógico placas placas (1er (1er bit bit en en 1) 1) (stino) (stino) broadcast: broadcast: todas todas las las placas placas (todos (todos los los bits bits en en 1) 1) (stino) (stino) (FF:FF:FF:FF:FF:FF) (FF:FF:FF:FF:FF:FF) LONG(Longitud): LONG(Longitud): Cantidad Cantidad bytes bytes en en el el campo campo datos datos (0 (0 a a 1500) 1500) (IEEE (IEEE 802.3) 802.3) Tipo Tipo protocolo protocolo encapsulado encapsulado en en el el frame frame (Ethernet) (Ethernet) DATOS: DATOS: Datos Datos l l nivel nivel superior superior (LLC (LLC si si IEEE IEEE 802.3) 802.3) sincronización sincronización a a frame. frame. PAD: PAD: Campo Campo relleno relleno para para lograr lograr el el tamano tamano mínimo mínimo permitido permitido para para un un frame frame (64 (64 bytes bytes s s dirección dirección origen origen hasta hasta FCS FCS inclusive) inclusive) FCS: FCS: Código Código cíclico cíclico que que cubre cubre s s dirección dirección stino stino hasta hasta PAD PAD inclusive inclusive 10

11 Dirección MAC La Media Access Control Address o dirección control acceso al medio es un número hardware único que se asigna dispositivo Ethernet en el momento su fabricación. Por lo general, la dirección MAC no se pue modificar. Conocer la dir MAC un dispositivo Linux - ifconfig Windows - ipconfig /all

12 Dominio colisión (DC): Dominio colisión Parte la red en que la transmisión un equipo interfiere con la los más Problemas escalabilidad (Ethernet, carga hasta 40%) Protocolos acceso al medio (CSMA/CD) (ntro l DC) Segmentación un dominio colisión (nivel 2 o superior) (separa DCs) A B A 220 B Tráfico entre nodos X ---Y: 500 X J: 10 X K: 20 X A: 1800 X B : 100 Y J: 10 Y K: 10 Y A: 2000 Y B: 50 J K: 800 J A : 20 J B : 2000 K B 1400 X Y J K TOTAL: 8720 X Y J K TOTAL: 4520 TOTAL: 4420 X ---Y: 500 X J: 10 X K: 20 X A: 1800 X B : 100 Y J: 10 Y K: 10 Y A: 2000 Y B: 50 J A : 20 X J: 10 X K: 20 X B : 100 Y J: 10 Y K: 10 Y B: 50 J K: 800 J A : 20 J B : 2000 K B

13 Dispositivos: repetidor Operan en el nivel físico l molo ISO Introducen muy poca mora Extienn la longitud la red Aumenta el dominio colisión Cantidad equipos limitada. Protocolo requiere que la señal alcance toda la red Regla segmentos 4 repetidores 3 activos R E P 13

14 Dispositivos: Hub Opera a nivel físico l molo ISO Repetidores multipuertos. Permite crear topologías centralizadas (star) Genera señal colisión Facilita tección fallas Replica Señal por todas las salidas. Baja mora Aumenta el dominio colisión Dispositivo simple, reemplazado por los switches o bridges Configuración Original 14

15 Dispositivos: bridge/switch Nivel 2 ISO Analiza los frames a nivel MAC Mayor mora que un hub Separa en dominios colisión Permite compatibilizar segmentos diferentes velocidas BR BR Backbone 100 Mbps BR HUB Switch Switch Bridge multipuerto Creación VLANs Los switches permiten enlazar un amplio número LAN s Ethernet, siendo capaz soportar miles estaciones. DC Mbps DC 2 10 Mbps 15

16 Dispositivos: Router Operan en el nivel 3 la ISO (Nivel Red) Interconexión Res Al Menos 2 Un paquete normalmente pasa por varios routers antes llegar a su stino final. Routeo Tablas / Algoritmos Trayecto mas corto Menor tiempo. 16

17 Ethernet - Slot y Longitud la Red Unidad tiempo l protocolo acceso al medio Tiempo máximo que una estación pue tardar para tectar una colisión un frame transmitido por ella Denominado collision window Slot time = 2 * mora en el cable + margen seguridad mora en el cable = d. propagación + mora equipos + mora repetidores Trama Mínima 512 bytes - 64 Bytes - 10 y 100 Mbps 51,2 microseg calculada para un maximo aprox 2800 m y 4 repetidores (10Mbps) 5,12 microseg calculada para un maximo 205 m (100Mbps) En 1000Mbps 20m con el mismo slot time extensión la longitud minima frame a 4096 bits (para lograr 200 mts diametro) Agregado campo extensión al frame Mantiene compatibilidad SF D.DEST PRE (7) No agrega complejidad en los switches FCS que (4) soportan EXTENSION (V) (1) (2 o 6) diferentes velocidas Ineficiente para frames pequeños Frame Bursting D.ORIG LONG PAD DATOS (VARIABLE) (2 o 6) (2) (V) Longitud minima frame (Cubierto por FCS) Slot time =4096

18 Gigabit Ethernet: Frame bursting Solo utilizado en Gigabit Half Duplex La transmisión l primer frame limpia el canal para que se puedan transmitir la siguiente ráfaga frames. Una vez transmitido este primer frame, una estación equipada con frame bursting pue enviar datos enseguida durante bit times. Para frames pequeños y sin frame bursting la eficiencia l canal es sólo un 12%. la eficiencia pue llegar a un 90% 18

19 Ethernet half y full duplex Ventajas full duplex Mayor ancho banda No existe overhead bido a colisiones Logica mas simple, no se difiere la transmision No hay dominio colision, la distancia maxima pen l medio fisico y no l protocolo 19

20 Ethernet Medios Físicos

21 Topología Física y Lógica un bus

22 Fast Ethernet u: Red local alta velocidad Surge por la necesidad aumentar la velocidad las res locales Compatible con IEEE 802.3, sólo cambia la velocidad a 100Mbps Sólo es posible el uso hubs (no cable multiacceso) Cableado: NOMBRE CABLE L. MAX. SEGM 100Base-T4 par trenzado 100 m 100Base-TX par trenzado 100 m 100Base-F fibra óptica 2000 m

23 Cable UTP- Par trenzado Núm Pin RJ45 Color (T568A) Color (T568B) 1 White/Green White/Orange 2 Green Orange 3 White/Orange White/Green 4 (NU) Blue Blue 5 (NU) White/Blue White/Blue 6 Orange Green 7 (NU) White/Brown White/Brown 8 (NU) Brown Brown NU: no usados para Ethernet 10M o 100M

24 Tipos cable Ethernet Cable directo Conexión dispositivos no iguales (-hub, etc) Normas A o B en ambos conectores Cable cruzado Conexión dispositivos iguales (-, hub-hub) Normas diferentes en los conectores PIN Cable cruzado Conector 1 Conector 2 Blanco-Naranja Blanco-Ver Naranja Ver Blanco-Ver Blanco-Naranja Azul Azul Blanco-Azul Blanco-Azul Ver Naranja Blanco-Marron Blanco-Marron Marron Marron

25 Autonegociación Proceso standard que permite la configuración automática dispositivos Ethernet No es visible al operador la red Los dispositivos seleccionan el modo operación más eficiente en aspectos Velocidad Modo half o full duplex Etc Características Señalización propia Utilizada sólo en vínculos punto a punto Se realiza sólo al comienzo la operación l link. Operación Cada dispositivo anuncia sus capacidas para cada característica a negociar Se elige la común mayor prioridad (p.ej 100Mbps y 10Mbps) No SENSA el cable,, pue requerir configuración manual Problemas Bajar la velocidad l vínculo Prioridas autonegociación A 1000BASE-T, full duplex B 1000BASE-T C 100BASE-T2, full duplex D 100BASE-TX, full duplex E 100BASE-T2 F 100BASE-T4 G 100BASE-TX H 10BASET, full duplex I 10BASE-T

26 Operación en el modo sempeño más alto Ejemplo- Autonegociación Interface 10Mbps I Interface 100Mbps Hub A qué velocidad trabajarán los puertos l hub? La respuesta es: pen l diseñador l Hub. Opción 1: todos los puertos tendrán la mínima velocidad: 10BaseT Opción 2: Si hay estaciones a 100Mbps no se podrán conectar estaciones a 10 Mbps fijo (le enviará un mensaje intento conexión fallido). Opción 3: hub costoso, algunas estaciones se conectan a 10Mbps y otras a 100 Mbps, luego cada interfaz con una velocidad terminada se conectaria a un terminado switch. Los switches Ethernet con autonegociación si puen operar cada puerto a la velocidad que se requiera.

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