Capitulo V: IEEE Redes Ethernet

Transcripción

1 Capitulo V: IEEE Redes Ethernet 5.1 Introducción Historia A principios de los años 70 a un grupo de ingenieros de Palo Alto Research Center, dependiente de Xerox Company, se les encargó desarrollar La Oficina del Futuro. Este grupo fue el creador del mouse, la idea de ventana y un entorno de programación orientado a objetos (Smalltalk). Además, Bob Metcalfe, uno de los ingenieros de este grupo, recibido en el MIT, dio el concepto básico que hoy utilizan todas las redes Ethernet. La idea de este sistema es la de difundir los paquetes de información, con facilidad de reenviar los paquetes que se pierdan, para asegurar el arribó seguro de los mismos. Cuando se instala una red LAN es muy importante saber cual es el uso que va a tener para así poder decidir que tipo de acceso conviene más. Los tres tipos más destacados de metodos de acceso para redes LAN son: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Detección de Colisión Token-passing Ring Token-passing Bus Estos métodos son utilizados por las redes Ethernet, Token Ring y ARCnet respectivamente. Poseen como característica en común que las computadoras pertenecientes a la red comparten el mismo medio de transmisión de datos (cableado), pudiendo darse (y ocurre) el caso de que más de un terminal deseen enviar datos en el mismo instante, provocando así las denominadas colisiones. Los métodos para evitar esto y para reenviar los datos en caso de colisión están especificados por el Institute of Electrical and Electronic Engendres (IEEE). Los métodos utilizados por ARCnet y Token Ring no presentan colisiones debido a que la estación debe esperar la autorización para poder acceder a la red, este método es llamado Determinista. El token le indica al host que tiene permiso para transmitir. Esto está organizado de forma tal que brinda igual posibilidad de acceder a la red a todas las computadoras mientras se va rotando por toda la red la señal de permiso Modelo IEEE 802 Los protocolos existentes para transmisión en redes de área local (LAN), tratan sobre como enviar y recibir bloques de datos en esas redes. Según el modelo OSI, los protocolos de capas superiores son independientes de la arquitectura o forma de la red. Por tanto los primeros protocolos, están íntimamente relacionados con las capas inferiores del modelo. Un estándar de ello fue definido por la IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineer) mediante el comité 802 y ha sido adoptada por todas las organizaciones que trabajan en estándares LAN. En la siguiente figura Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 55

2 se puede observar una comparación entre las capas del protocolo IEEE 802 con las del modelo OSI: La capa inferior del modelo de referencia IEEE 802 es la capa física del modelo OSI. Por encima de ella se encuentran las funciones asociadas a los servicios ofrecidos a los usuarios LAN. Entre ellas se encuentran las siguientes: En transmisión: ensamblado de datos en tramas con campos con dirección y de detección de errores. En recepción: desensamblado de tramas, reconocimiento de dirección y detección de errores. Control de acceso al medio de transmisión. Interfase con las capas superiores y control de errores y de flujo. Estas funciones se asocian generalmente a la capa 2 del modelo OSI. El último punto arriba descrito, forma parte la capa de Control de Enlace Lógico (LLC, Logical Link Control). Los tres primeros se agrupan en la capa de Control de Acceso al medio (MAC, Media Access Control). Esta separación de funciones se debe a: La lógica necesaria para la gestión de acceso a un medio compartido no se encuentra en la capa 2 de control de enlace de datos tradicional (OSI). Se pueden ofrecer varias opciones de MAC para el mismo LLC. Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 56

3 5.1.3 Control de Acceso al Medio Todas las LAN constan de un conjunto de dispositivos que deben compartir la capacidad de transmisión de la red, de manera que se requiere de algún método de control de acceso al medio con objeto de hacer un uso eficiente de esta capacidad. Esta es la función del protocolo de acceso al medio(mac). El control se puede clasificar en base a donde se realiza: Mediante una unidad central. De manera descentralizada. En el primer caso se diseña un controlador con autoridad para conceder el acceso a la red, de tal forma que un host (estación de trabajo, computadora o equipo conectado a la red) que quiera transmitir deberá esperar hasta que la autoridad le de permiso para hacerlo. En el segundo, los diversos host realizan conjuntamente la función de control de acceso al medio para determinar de manera dinámica el orden en el que transmitirán. También el control tiene una clasificación de acuerdo cómo se realiza: Sincrónicamente. Asincrónicamente. En el primer caso se asigna, de manera estática, una capacidad del canal a cada conexión a la red. Esto no es óptimo, ya que las necesidades de las estaciones son casi impredecibles. Entonces es preferible tener la posibilidad de reservar capacidad, pero de manera dinámica o asíncrona para dar respuesta a solicitudes de manera casi inmediata Redes El protocolo de acceso al medio mas usual en topologías en anillo es el de paso testigo o token ring. Esta técnica se basa en el uso de una trama pequeña, denominada testigo o token, que circula cuando los hosts están libres. Cuando un host desea transmitir debe esperar a que le llegue el token. En este caso, toma el token cambiando uno de sus bits, lo que lo convierte en la secuencia de comienzo en las tramas de datos. Posteriormente, la estación añade y transmite el resto de los campos requeridos en la construcción de la trama. Cuando una estación toma el token y comienza a transmitir, en el anillo deja de estar presente el token, de manera que el resto de los hosts que deseen transmitir deberán esperar. La trama en el anillo realiza una vuelta completa y se absorbe en la estación transmisora, que insertará un nuevo token en el anillo cuando cumpla una de las condiciones: La estación haya terminado de transmitir. Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 57

4 Los bits iniciales de la trama transmitida hayan vuelto a la estación (después de una vuelta en el anillo). Una vez que se ha insertado un nuevo token en el anillo, el siguiente host de la secuencia que disponga de datos a transmitir podrá tomar el token y llevar a cabo la transmisión. En la figura se observa a técnica. A envía un paquete a C, quien lo recibe y envía sus propios paquetes a A y D. Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 58

5 5.2 Ventajas de las redes Ethernet Fácil instalación: Las formas de conexión más comunes son el cable coaxil y el par trenzado. Si se utiliza el coaxil solo basta poseer los conectores T, los conectores y por supuesto las placas de red, es importante destacar que no es necesario poseer un Hub. Tecnología conocida: Es el sistema que domina el mercado desde hace varios años. Placas de bajo costo: Actualmente las placas de red se pueden conseguir a partir de los $18. Varias formas de cableado. 5.3 Desventajas de las redes Ethernet Decrecimiento del rendimiento en redes de muchos terminales: medida que crece la red decrece la performance porque se experimentan mayor número de colisiones. Para algunos CSMA/CD es la mejor ventaja de las redes Ethernet y para otros es la flaqueza principal. Dificultad para encontrar los problemas: Este punto se ve cada día menos debido a que es propio de los cableados coaxiales, encontrar en que conector está el problema es una labor tediosa y el principal problema es que toda la red deja de funcionar. 5.4 Protocolos de acceso múltiple Los protocolos en los que las estaciones detectan una portadora y actúan de acuerdo con ella se llaman: Protocolos con detección de Portadora, y se clasifican de la siguiente manera: CSMA Persistente: Cuando una estación tiene datos para transmitir, primero escucha el canal para ver si otra estación esta transmitiendo en ese momento, si el canal está ocupado la estación espera hasta que se desocupa. Cuando la estación detecta un canal en reposo transmite un marco. Si ocurre una colisión, la estación espera una cantidad aleatoria de tiempo y retransmite. El retardo de la propagación por el canal es importante en el desempeño del protocolo. Sean los siguientes casos. Supongamos que una estación esta lista para transmitir, por lo tanto ésta detecta el canal y al estar éste desocupado manda el paquete. Como el marco a causa del tiempo de propagación no ha llegado a la segunda estación, ésta detectará que el canal está habilitado y manda su marco produciéndose una colisión. Aunque el retardo de propagación sea cero habrá siempre una colisión, cuando dos estaciones transmiten simultáneamente. Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 59

6 5.4.2 CSMA no persistente: Laboratorio de Redes El protocolo es similar al anterior, donde una estación antes de enviar un marco detecta el canal, si éste esta libre transmite su marco. Si el canal esta en uso la estación no observa continuamente el canal a fin de tomarlo de inmediato al detectar el final de la transmisión previa. Lo que en realidad hace la estación es esperar un período de tiempo aleatorio y repite el algoritmo CSMA persistente_p: Se aplica a canales ranurados. Cuando una estación esta lista para enviar escucha el canal. Si el canal esta en reposo la estación transmite con una probabilidad p. Mientras que con una probabilidad q=1-p se espera la siguiente ranura. Si la ranura esta en reposo, la estación transmite o espera nuevamente con probabilidad p y q. Si otra estación comienza a transmitir, la estación espera un tiempo aleatorio y comienza de nuevo. Si la estación detecta que el canal esta inicialmente ocupado, espera hasta la siguiente ranura y comienza de nuevo el proceso de detección CSMA/CD: Acceso múltiple con detección de portadora con detección de colisión. Si dos estaciones detectan que el canal esta inactivo y comienzan a transmitir simultáneamente, ambas detectarán la colisión casi de inmediato, en lugar de terminar de transmitir sus marcos que están irremediablemente alterados, deben detener abruptamente la transmisión tan pronto como detectan la colisión, lo cuál ahorra tiempo y ancho de banda. Por lo tanto el CSMA/CD consistirá en períodos alternantes de contención y transmisión, ocurriendo períodos muertos cuando todas las estaciones están calladas. Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 60

7 Transmisión Laboratorio de Redes Con el método CSMA/CD las estaciones deben atravesar por cinco pasos antes de completar el proceso de transmisión. 1) Escuchar antes de transmitir La estación está continuamente monitoreando si sobre el cableado se encuentra la señal de Carrier On, generalmente se reconoce a través de que el cableado posee un cierto valor de tensión. Si la estación no reconoce la señal Carrier On supone que la red está disponible y comienza a transmitir. Si la línea está ocupada el paquete colisiona con la señal que se encuentra viajando por el cable. Este paso se asemeja a una llamada en conferencia en un sistema de telefonía, si más de un usuario habla al mismo tiempo, no se pueden entender. 2) Esperar si el cable está ocupado Una vez que una estación detecta una colisión, aborta transmisión, espera un tiempo aleatorio e intenta de nuevo, suponiendo que ninguna otra estación ha comenzado a transmitir durante ese lapso. Una placa de red que funcione correctamente no va a enviar una señal mientras el cable esté ocupado. El tiempo de espera (deferral time) es el que la estación debe esperar antes de que la línea se desocupe para intentar transmitir. 3) Transmitir y detectar colisiones Cuando el cableado está disponible (Carrier Off), el host comienza a transmitir. Si el cable es coaxil la señal se propaga en ambas direcciones (izquierda y derecha). Si otra estación transmite al mismo tiempo los paquetes colisionan en el cable convirtiéndose en fragmentos de los paquetes originales. Las colisiones son detectadas debido a que la señal que hay en la línea es igual o mayor que la producida por dos placas simultáneamente, es decir Las colisiones pueden detectarse observando la potencia o el ancho del pulso de la señal recibida y compararla con la señal transmitida. A pesar de que esté ocurriendo una colisión puede que un terminal no detecte el problema y comience a transmitir, provocando así una nueva colisión. Por esto es que las placas envueltas en la colisión transmiten la señal de jam (embotellamiento, atasco) para mantener ocupado el canal y evitar nuevas colisiones. El Jam debe ser un paquete de no menos de 32 bits que no deben ser iguales al valor de CRC del paquete que colisionó. Las estaciones que participaron de la colisión incrementan su contador de intento de transmisión. 4) Esperar antes de retransmitir Si las estaciones retransmiten luego de la colisión, es muy probable que los paquetes vuelvan a colisionar. La opción por la que se optó frente Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 61

8 a este problema es el de que cada terminal espere un tiempo aleatorio antes de la retransmisión. Este período de tiempo se genera a través de un algoritmo llamado de backoff. 5) Retransmitir o abortar Frente a colisiones constantes de un paquete de datos, la estación intentará retransmitirlo hasta 16 veces antes de abortar la operación. Cuando la estación termina de retransmitir y no encontró señal de colisión, se considera que la transmisión tuvo éxito. Si el usuario lo desea, cada estación puede ejecutar el algoritmo SQE (Signal Quality Error) después de una transmisión exitosa. Este proceso verifica que la detección de colisión de la placa esté funcionando correctamente Recepción Una estación al recibir un paquete debe atravesar por 4 pasos. 1) Mirar por los paquetes entrantes y detectar fragmentos: En las redes LAN todas las estaciones reciben y pueden ver los paquetes. La máquina de destino verifica que posea el largo mínimo especificado (64 bytes), si esto no se cumple el paquete es un fragmento proveniente de una colisión. 2) Chequeo de la dirección de destino: Antes de verificar si el paquete es o no un fragmento, la estación receptora chequea la dirección de destino. Si el paquete posee en el campo destino la dirección MAC de la placa, es un broadcast o un multicast al cual pertenece, procede a verificar la integridad del mismo. 3) Chequeo de la integridad del paquete: En este punto tenemos un paquete que cumple con el tamaño mínimo especificado por la norma y su dirección de destino es la de la estación o al menos es una dirección conocida. El problema que queda por verificar del paquete es si los datos contenidos son correctos. Los chequeos que se realizan son los siguientes: Largo del paquete: si la trama posee más de 1518 bytes se lo considera sobredimensionado (oversized); problema provocado por un driver de red defectuoso. Bits cambiados: consiste en verificar si algún bit ha cambiado (swapped), de cero pasó a ser un uno o viceversa. La deteción de bits cambiados se realiza a través del CRC (Cyclical Redundancy Check) o Chequeo Cíclico de Redundancia, que verifica la alineación de la trama. Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 62

9 Alineación de la trama: si una trama está desalineada los datos que la componen no responden a los 8 bits de límite (algún dato no es un byte completo). Si la trama responde a los 8 bits por byte pero no pasa el test de CRC, se considera un error de CRC. Si alguno de estos test no es pasado por la trama, los datos contenidos en la misma no se entregan a las capas superiores de la estación. 4) Procesamiento del paquete: Por más que el paquete haya pasado satisfactoriamente los tests anteriores pueden seguir existiendo problemas en la trama. Si la estación detecta errores de comunicación se debe verificar en las estructura interna del paquete. Un error posible es en los encabezados, que pueden poseer datos erróneos. 5.5 Algoritmo de contención Muchos podrán pensar que el tiempo mínimo requerido para detectar una colisión es solo el tiempo que tarda la señal en propagarse a través del cable de una estación a la otra, pero esta conclusión es totalmente errónea. Para aclarar esto consideremos el siguiente ejemplo: A B A B A B A B En un tiempo t 0 una estación empieza a transmitir Definimos el tiempo τ como el requerido para que una señal se propague entre dos estaciones lejanas (principio_fin). En un tiempo t=(τ ε), es decir un instante antes de que la señal llegue a la estación más lejana, ésta comienza a transmitir, detectando de inmediato la colisión y se detiene. Como resultado de esta colisión se origina una pequeña ráfaga de ruido que no llega a la estación primera hasta una tiempo (2τ ε) Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 63

10 Conclusiones Podemos afirmar que para el peor de los casos, una estación no puede estar segura de que ha tomado el canal hasta que ha transmitido durante 2τ sin detectar colisión. A causa de esto se modelan las ranuras de contención con un ancho de 2τ. La detección es un proceso analógico, el hardware de la estación debe escuchar el cable mientras transmite, si lo que lee es distinto de lo que puso en él, sabe que está ocurriendo una colisión. Ejemplo: En un coaxil de 1 Km de longitud, con un τ=5microseg, suponiendo que cada ranura es de 1 bit. Una vez tomado el canal una estación puede transmitir con cualquier tasa que desee, no solo a 1 bit cada 2τ segundos. 5.6 Estándares IEEE y Ethernet El estándar IEEE es para una LAN CSMA/CD persistente-1: Cuando una estación quiere transmitir escucha el cable, si está ocupado la estación espera hasta que se desocupe, caso contrario transmite de inmediato. Si dos o más estaciones comienzan a transmitir simultáneamente por un cable inactivo, habrá una colisión. Todas las estaciones en colisión esperan un tiempo aleatorio y repiten de nuevo todo el proceso Cableado del El nombre de Ethernet se refiere generalmente al cable utilizado en la interconexión de los dispositivos de red y comúnmente se utilizan los siguientes tipos de cableado: 10 BASE 5 Capacidad de Transmision Distancia maxima en cientos de metros Banda Base. Señal no Modulada Figura : Identificación de cada componente del estándar de cableado Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 64

11 10 BASE Tx Capacidad de Transmision Medio fisico de transmision utilizado Banda Base. Señal no Modulada Figura : Identificación de cada componente del estándar de cableado a) 10BASE5: Llamado Ethernet grueso Se asemeja a una manguera de jardín amarilla con marcas cada 2,5 metros para indicar los puntos de las derivaciones. Las conexiones a él se hacen con derivaciones vampiros, en las que se introduce una punta hasta la mitad del núcleo del cable coaxial La notación significa que opera en 10 Mbps, usa señalización en banda base y puede manejar segmentos de hasta 500 metros. Las derivaciones vampiros son más fáciles de usar y más confiables. El cable se sujeta firmemente un transceptor alrededor del cable, para que la derivación haga contacto con el núcleo interno. El transceptor contiene la electrónica que maneja detección de portadora y detección de colisiones Al detectar una colisión, el transceptor pone una señal no válida especial en el cable para asegurar que todos los demás transceptores también se den cuenta de que ha ocurrido una colisión. Un cable transceptor conecta el transceptor a una tarjeta de interfaz en la computadora, esta contiene un chip controlador que transmite marcos al transceptor y recibe marcos de él. El controlador ensambla los datos en el formato de marco adecuado. Un cable transceptor puede tener hasta 50 metros de longitud y contiene 5 pares trenzados aislados individualmente. Dos pares son para entrada y salida de datos. Dos pares son para entrada y salida de señales de control. El quinto par, no siempre se usa, permite que la computadora energice la electrónica del transceptor. Algunos transceptores permiten la conexión de hasta ocho computadoras cercanas a ellos, a fin de reducir la cantidad de transceptores necesarios. Las redes que utilizan 10base5 son también llamadas thicknets (redes gruesas) y los cables son de color amarillo brillante (solo por convención). Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 65

12 Especificaciones: Taps por segmento 100 Máxima separación entre nodos 5 segmentos / 4 repetidores Largo máximo del segmento 500 metros Extensión de la red 2500 metros Largo mínimo entre transceptores 2.5 metros Largo máximo del cable del transceptor 50 metros b) 10 BASE2 Llamado Ethernet delgado Se dobla con demasiada facilidad Las conexiones se hacen usando conectores BNC estándar de la industria para uniones T. Es barato y fácil de instalar, pero solo puede extenderse 200 metros y puede manejar 30 máquinas por segmento de cable. La conexión al cable es sólo un conector BNC pasivo de unión T La electrónica del transceptor esta en la tarjeta controladora. Cada estación tiene su propio transceptor. La red debe tener en cada uno de sus extremos el terminador, es un conector tipo BNC que es su interior posee una resistencia de 50, cada placa de red ve una resistencia de 25. Estas redes son también conocidas como thinnets (redes finas) o chapernets (redes baratas). Especificaciones: Taps por segmento 30 Separación máxima entre nodos 5 segmentos / 4 repetidores Largo máximo del segmento 185 metros Extensión de la red 925 metros c) 10 BASET: Surge debido a los problemas para la localización de rupturas de cable. Las estaciones tienen alambres que conducen a un concentrador(hub) central. Estos alambres son pares trenzados telefónicos. No hay cables, solo consiste en un concentrador o Hub Es más fácil agregar o remover estaciones y las rupturas de cable pueden detectarse con mayor facilidad. El concentrador o Hub cuesta mucho. Ofrece facilidad en el mantenimiento. La desventaja es que tiene una longitud máxima de cable de 100 metros o 150 metros con par trenzado de alta calidad clase 5. Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 66

13 Especificaciones: Máxima cantidad de nodos por segmento 512 Concentradores (HUB) en secuencia máximo 4 Máxima separación de nodos 5 segmentos / 4 repetidores Largo máximo entre el terminal y el 100 metros concentrador El nuevo estándar 100baseT es soportado por los cableados UTP, el upgrade se realiza cambiando solamente las placas de red y los HUBs. La especificación 100baseT es para las nuevas redes de 100 Mbit/seg de velocidad de transmisión; mientras que las redes Gigabit Ethernet ya son un echo. d) 100 BASE-TX Tipo de medio: Par Trenzado Entrelazado(UTP). Cable de 8 hilos Ancho de Banda: 200 Mhz Capacidad: 100 Mbps Longitud Máxima del Segmento: 100 metros e) 100 BASE-FX Tipo de medio: Fibra Optica multimodo. Tamaño: 62,5/125 micrones Ancho de Banda: del orden del Ghz Capacidad: 100 a 1000 Mbps Longitud Máxima del Segmento: 2500 metros f) 10BaseF Utiliza fibra óptica Es una alternativa cara, debido al costo de las conectores y de los terminadores Excelente inmunidad al ruido. Apto para usar en conexiones entre edificios o entre Hub muy separados. Se debe tener presente que un sistema puede contener múltiples segmentos de cables y múltiples repetidores, pero ningún par de repetidores Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 67

14 puede estar separado por más de 2,5 Km y ninguna trayectoria entre dos transceptores puede atravesar más de cuatro repetidores. En las siguientes tablas se puede apreciar un resumen de todos los tipos de cableados que pueden utilizarse sobre redes Ethernet de diferentes capacidades: 10 Mbps, 100 Mbps y 1000 Mbps. Medio Transmisión Técnica de señalización Topología Longitud máxima Nodos por segmento Diámetro del cable Tabla: Estándares de cableado para redes Ethernet de 10 Mbps 10 Base-5 10 Base-2 10 Base-T 10 Ancha36 10 Base-FL Cable Coaxil Cable Coaxil Cable Coaxil 75 Fibra Optica Par Trenzado 50 Ohms 50 Ohms Ohms MM Banda Base Manchester Banda Base Manchester Banda Base Manchester Banda Ancha DPSK Manchester Si/No Bus Bus Estrella Bus Estrella mm 5 mm 0,4 0,6 mm 0,4 1,0 mm 62,5/125 mm Medio de Transmisión Técnica de Señalización Longitud Máxima Nodos por Segmento Diámetro del Cable Tabla: Estándares de cableado para redes Ethernet de 100 Mbps 100 Base-Tx 100 Base-Fx 100 Base-Fx 100 Base-T4 2 Pares Fibra Optica Fibra Optica 4 Pares Trenzados Multimodo Monomodo Trenzados 4B 5B, NRZI 4B 5B, NRZI 4B 5B, NRZI 8B 6T, NRZ 100 m 2000 m m 100 m ,4 0,6 mm 62,5/125 µm 9/125 µm 0,4 0,6 mm Medio de Transmisión Técnica de Señalización Longitud Máxima Diámetro del Cable Tabla: Estándares de cableado para redes Ethernet de 1000 Mbps 1000 Base-Tx 1000 Base-Sx 1000 Base-Lx 1000 Base-LH Fibra Optica Fibra Optica Fibra Optica 4 pares trenzados Multimodo Monomodo Monomodo TX/T2 100 m 220 m m m 0,4 0,6 mm 62,5/125 µm 9/125 µm 9/125 µm Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 68

15 Ninguna de las versiones de la norma usa codificación binaria directa con 0 volts para un bit 0 y 5 volts para un bit 1, ya que las estaciones no pueden distinguir entre un transmisor inactivo (0 Volts) y un bit 0 (0 Volts). Por tal razón se utiliza la codificación Manchester y Manchester diferencial para que los receptores determinen sin ambigüedades el comienzo, el final o la mitad de cada bit sin referencia a un reloj externo. En este tipo de codificación cada periodo de bit se divide en dos intervalos iguales: un bit binario 1 se envía teniendo el voltaje alto durante el primer intervalo y bajo durante el segundo y un bit binario 0 se envía teniendo el voltaje bajo durante el primer intervalo y alto durante el segundo. Una de las ventajas es que el receptor se sincroniza con el transmisor, pero es que se requiere el doble del ancho de banda que la codificación binaria directa. En la codificación Manchester diferencial un bit 1 se indica mediante la ausencia de una transmisión durante el comienzo de un intervalo, mientras que el bit 0 se indica mediante la presencia de una transmisión al inicio del intervalo. Esta codificación requiere equipo más complejo, pero es más inmune al ruido que la primera. La señal alta es de 0,85 volts, mientras que la señal baja es de - 0,85 volts. Conclusiones: La especificación 10base5 ha quedado totalmente obsoleta debido a su alto costo y poca flexibilidad. La ventaja principal que posee es el largo Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 69

16 de red que soporta pero en este momento el costo de una instalación de fibra óptica se encuentra a niveles alcanzables y ofrecen una gran escalabilidad frente a los 10Mbits/seg de la red coaxial. La especificación 10baseT gano mucho terreno sobre las redes basadas en coaxil 10base2 debido a su gran modularidad, costo, opción a las nuevas velocidades de transmisión y la ventaja principal de los cableados estructurados es que como todas la estciones están conectadas a un concentrador, un problema de cableado solo interrumpe la conexión de la máquina que lo utiliza y de toda la red Protocolos de subcapa MAC del Cada trama Ethernet consta con la siguiente estructura. a) Preámbulo: posee 7 Bytes, cada uno de los cuales contiene el patrón de bits La codificación Manchester de este patrón produce una onda cuadrada de 10 MHz durante 5,6 microseg para permitir que el reloj del receptor se sincronice con el del transmisor. b) Inicio del marco: posee 1 byte, contiene el patrón él cual indica el inicio del marco mismo. Utiliza 0,8microseg. c) Dirección de destino: se permiten direcciones de 2 bytes a 6 bytes, pero el estándar de banda base de 10Mbps usan solo direcciones de 6 bytes. El bit de orden mayor puede ser: 0 para las direcciones ordinarias 1 para las direcciones de grupo: permiten que varias estaciones escuchen en una sola dirección, cuando se envía un marco a las estaciones de grupo se denomina multidifución. Las direcciones que consisten en todos bits 1 está reservada para la difusión, donde el marco es entregado a todas las estaciones de la red. Otro parámetro importante es el bit 46, el cual distingue dos clases de estaciones: 1) Estaciones locales: las direcciones son asignadas por cada administrador de la red y no tienen significado fuera de la red local. Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 70

17 2) Estaciones globales: son asignadas por la IEEE para asegurar que no halla dos estaciones en ningún lado del mundo con la misma dirección. Con 48-2=46 bits disponibles podemos establecer 7x10 13 direcciones globales diferentes. La porción de trama que ocupa es de 4,8µseg. d) Dirección de origen: especifica la dirección de origen de la maquina transmisora. e) Campo Longitud: posee 2 bytes, e indica cuantos bytes están presentes en el campo de datos. Toma 1,6 µseg. f) Campo de Datos: posee de bytes. Un campo de 0 bytes presenta el problema de que cuando un transceptor detecta una colisión, trunca el marco actual, lo que significa que aparecen bits perdidos y pedazos de marcos en el cable. El marco debe poseer como mínimo un tamaño de 64 bytes por las siguientes razones. Para diferenciar los marcos válidos de los de la basura, la norma establece que los marcos válidos deben poseer como mínimo 64 bytes de longitud, desde la dirección de destino hasta la suma de comprobación. Si la parte de datos de un marco es de menos de 46 bytes, se usa el campo de relleno, mediante el cuál se rellena el marco hasta alcanzar el tamaño mínimo. Con esto se evita que una estación complete la transmisión de un marco corto antes de que el primer bit llegue al extremo mas alejado del cable, donde podría tener una colisión con otro marco. A B A B A B A B Se originan la siguiente secuencia 1) La estación A envía un marco en un tiempo t 0, a través del cable. 2) τ es el tiempo que tarda el marco en ir de A hasta B. 3) Justo antes de que el marco A llegue a B, esta empieza a transmitir. En este momento definimos un tiempo t = τ ε. Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 71

18 4) B detecta que recibe mas potencia de la que envió, es decir detecta una colisión y cesa la transmisión generando una ráfaga de ruido de 48 bits para avisar a las demás estaciones. 5) Después de un tiempo 2τ la estación A ve la ráfaga de ruido y aborta la transmisión, esperando un tiempo aleatorio antes de reintentar. 6) El tiempo mínimo que requiere este campo es de 36,8 microseg. Obsérvese que si una estación transmite un marco muy corto, existe la posibilidad de que haya una colisión pera esta no se da por aludida ya que puede pensar que la transmisión fue llevada a cabo correctamente antes de que llegue la ráfaga de ruido durante el tiempo 2τ. Por lo tanto, una transmisión fue llevada a cabo con éxito solo si los marcos tardan más de 2τ en enviarse. Para una LAN de 10 Mbps con una longitud máxima de 2500 metros y cuatro repetidores, el marco mínimo permitido es de 51,2 µseg. Este tiempo corresponde a 64 bytes. A medida que aumenta la velocidad de la red, la longitud mínima del marco debe aumentar o la longitud máxima del cable debe disminuir, de manera proporcional. Calculo del tiempo Para un marco mínimo de 64 bytes, tenemos para un tiempo τ 512 bits que transmitir, si lo hacemos a una velocidad de 10 Mbps(norma), haciendo una analogía con física, obtenemos: Velocidad = 10 Mbps Espacio = 64 bytes Tiempo =? V = E / T T = E / V = 512 bits / 10 Mbps T = 51,2 µseg. g) Campo suma de comprobación (CRC): es un código de dispersión de 32 bits de datos. Si algunos bits de datos se reciben erróneamente (por ruido), la suma de comprobación casi con certeza estará mal y se detectara el error. El algoritmo utilizado es el CRC (Cyclical Redundancy Check). Su duración de transmisión es de 3,2µseg. Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 72

19 5.6.3 Algoritmo de retroceso exponencial de Backoff Cuando se origina una colisión, el tiempo se divide en ranuras discretas cuya longitud es igual al tiempo de propagación de ida y vuelta en el peor de los casos 2τ, contemplando la trayectoria mas larga permitida por el 802.3(2500 metros), donde el tiempo de ranura se estableció en 512 tiempos de bits o 51,2 µseg. Se siguen las siguientes secuencias, denominado algoritmo de retroceso exponencial: 1) Tras la primera colisión, cada estación espera 0 o 1 tiempos de ranura antes de intentarlo de nuevo. 2) Si dos estaciones entran en colisión y ambas eligen el mismo número aleatorio, habrá una nueva colisión. 3) Tras la segunda colisión, cada una escoge 0,1,2 o 3 ranuras al azar y espera ese número de tiempo de ranura. 4) Si ocurre una tercera colisión, entonces la siguiente vez el número de ranuras se escogerá al azar del intervalo 0 a ) En general para i colisiones, se escoge un número aleatorio entre 0 a 2 i -1, y se salta ese número de ranuras. 6) Tras haber alcanzado las 10 colisiones, el intervalo de aleatorización se congela en un máximo de 1023 ranuras. 7) Tras 16 colisiones, el controlador no prosigue mas e informa de un fracaso a la computadora. La recuperación es trabajo de las capas superiores. Si el intervalo de aleatorización para todas las colisiones fuera de 1023, la posibilidad de que chocaran dos estaciones una segunda vez será insignificante, pero la espera promedio tras una colisión será de cientos de tiempos de ranura, introduciendo un retardo significativo. Por otra parte, si cada estación se retrasan 0 o 1 ranuras, al tratar de transmitir 100 estaciones al mismo tiempo, habrá colisiones una y otra vez, hasta que 99 de ellas transmitan en la ranura 0 y la restante en la ranura 1. Haciendo que el intervalo de aleatorización crezca exponencialmente a medida que ocurren más y más colisiones, el algoritmo asegura un retardo pequeño cuando solo unas cuantas estaciones entran en colisión, pero también asegura que la colisión se resuelva en un intervalo de tiempo razonable cuando hay colisiones entre muchas estaciones. Este algoritmo no garantiza que los datos transmitidos por el cable no sean afectados por el ruido y se reciba en la otra estación datos erróneos, para esto hay que verificar el Checksum de la trama. Luego de esto hay que enviar la confirmación de que se recibieron los datos correctos o pedir una retransmisión, esta parte del protocolo se la considera como un paquete cualquiera, por lo tanto se verá expuesta también a sufrir colisiones. Curso de Capacitación en Networking Universidad Tecnologica Nacional 73