Tema 5 Ethernet /Maquetado, y pasado por espinardo

Transcripción

1 Tema 5 Ethernet /Maquetado, y pasado por espinardo La idea original de Ethernet se estudio a principios de los 70 en la Universidad de Hawai. Se desarrollo un sistema llamado Alohanet, para permitir que varias estaciones de las islas Hawai, tuvieran acceso por radiofrecuencia. La primera LAN del mundo fue la version original de Ethernet, cuando Robert Metcalfe sus compañeros de Xerox, la diseñaron hace mas de treinta años. El primer estandar Ethernet fue publicado por un consorcio firmado por Digital Equipment Company, Intel y Xerox (DIX). Metcalfe queria que ethernet fuera un estandar abierto. Los primeros productos que se desarrollaron utilizando el estándar de Ethernet se vendieron a principios de la década de Ethernet transmitía a una velocidad de hasta 10 Mbps en cable coaxial grueso a una distancia de hasta 2 kilómetros y medio (Km) 100 Mbps Mbps... Introducion (II). En 1985, el instituto de ingenieros Electricos y Electronicos (IEEE) publico los estandares para la Lan, compatible con el Modelo OSI. El estandar para ethernet es el Otros estandares: (Token Bus), (Token Ring IBM) (Inalambrica) El IEE anuncio un estandar para 100 Mbps y 1999 estandares para Ethernet de un gigabit por segundo Ethernet 10-G Todos los estandares son basicamente compatibles con el estandar original de ethernet. Denominacion La descripcion abreviada consta de: Un numero que indica el numero de MBPS que se transmiten La palabra Base, que indica que se utliza la señalicacion de banda base. Numeros (2 y 5), que hacen referencia a la longitud del segmento del cable coaxial (185 m ha sido redondeando a 2, para 200) Una o mas letras de alfabeto que indicvan el tipo de medio utilizado: CF = Fibra optica, T=UTP Ethernet emplea señalizacion banda base: La señal se transmite directamente por el medio de transmision, sin utilizar una señal portadora (sin modulacion)

2 10 Base T 100 ' ' ' ' 10 Base 2 (18 metros) 100 Base 5 (500 metros) El 100, el indica la velocidad 100 Base FX (Fibra optica) Nombre TEGNOLOGIAS ETHERNET L. Maxima por segemento Cable Conector 10BASE5 500 m RG8 (Coaxial Grueso) AUI (SEMEJANTE AL DB25) 10BASE2 185 m RG58 (Coaxial Fino) BNC 10BASE-T 100 m UTP CAT 3 RJ45 100BASE-TX 100 m UTP CAT 5 RJ45 100BASE-FX MM SC 1000BASE-T 100 m UTP CAT 5E (6) RJ BASE-SX MM/SM SC 1000BASE-LX MM/SM SC 100GBASE VARIOS VARIOS (Hasta 40 km) MM (Multimodo) SM (Monomodo) SC DIRECCIONAMIENTO MAC Forma de indentificar las computadoas de manera exclusiva. La direccion física, direccion MAC, direccion de hardware o direccion NIC (Network Interface Card), se hubica en la NIC. MAC: Control de acceso al medio. Estas direccion se graban en la memoria de la NIC, y se copian en la memoria ROM del PC cuando arranca. Los primeros seis dígitos hexadecimales, que IEEE administra, identifican al fabricante o al vendedor. Esta porción de la dirección de MAC se conoce como Identificador Exclusivo Organizacional (OUI). Los seis dígitos restantes son el numero de serie de la NIC.

3 Fabricante asginado en tarjetas NIC (Interfaces) Identificador exclusivo de la organización (OUI) < Bits -----> < Bits ----> < Digitos hexadecimales-----> < Digitos hexadecimales-----> < F------> <---- 3A07B > <---- Cisco---> <------Dipositivo Especifico -----> COMANDO VER PARAMETROS IP En Windows: En Linux El comando ipconfig, muestra la direccion IP. El comando ipconfig /all muestra la direccion MAC e IP El comando ifconfig muestra direcciones MAC e IP. TRAMA ETHERNET El Preámbulo ( ) es un patrón alternado de unos y ceros que se utiliza para la sincronización de los tiempos en implementaciones de 10 Mbps y menores de Ethernet. Las versiones más veloces de Ethernet son síncronas y esta información de temporización es redundante pero se mantiene por cuestiones de compatibilidad. Un Delimitador de Inicio de Trama es un campo de un octeto que marca el final de la información de temporización y contiene la secuencia de bits Al igual que el preambulo, estas dos capas no se tienen en cuenta a la hora de calcular el tamaño maximo o minimo de la trama. Dirección destino El campo de dirección destino contiene la dirección destino MAC. El campo de direccion de origen contiene la direccion MAC de origen. El campo longitud/tipo Si el valor es <1536 (decimal), 0x600 (Hexadecimal), el valor indica la longitud en bytes del siguiente campo. (0 N 1500) Si el valor es >= 0X600, indica el tipo de protocolo y entoces el contenido del campo de datos lo descodifica, el protocolo de capa superior implicado. (entonces el contenido del campo de Data es codificado de acuerdo al protocolo indicado) La RFC 1700 tiene una lista de protocolos Ethernet. 0x806 ARP 0X800 IPV4

4 7 Bytes 1 Byte bytes 6 bytes 2 bytes 0 N Bytes PRE SFD MAC DST MAC ORIGEN LIT DATOS FCS (CRC)ç 1500 (Longitud datos) mas 18 (6 mas 6 mas 2 mas 5)= 1528 Bytes (Longitud tramas) 46 (Longitud datos) mas 18 (6 mas 6 mas 2 mas 5)= 64 Bytes (Longitud tramas) TRAMA ETHERNET (II) Las capas de datos y relleno, en caso necesario. La unidad maxima de tranmision (MTU) para ethernet es de 1500 octetos de datos. Se inserta un relleno no especificado inmediatamente después de los datos del usuario cuando no hay suficientes datos de usuario para que la trama cumpla con la longitud mínima especificada de 46 octetos de datos. Ethernet especifica que cada trama tenga entre 64 y 1518 octatos de longitud. Es necesario un tamaño minimo de trama para que, si ha habido colision en el extremo opuesto de la linea, esta sea detectada antres de que el host deje de transmitir. PC > XDPOM PC2 < > TRAMA ETHERNET (III) Una secuencia de verificacion de trama (FCS) cheksum o suma de verificacion contiene un valor creado por el dipositivo emisor y recalculado por el dipositivo receptor para verifivar la existencia de tramas dañadas. Si ambos valores no coinciden, la trama esta dañada y es descartada y se deben iniciar retransmisiones por un protocolo de capa superior orientado a conexión. El codigo de verificacion que se emplea se denominica CRC (Codigo de redundancia ciclica) Las capas que se incluyen en el calculo de CRC van desde la direccion de destino hasta la capa de datos / relleno CALCULO FCS Preambulo SFD DESTINO ORIGEN LONGITUD /TIPO DATOS RELLENO a FCS CSMA /CD Cuando un nodo desea enviar datos, primero debe determinar si el medio de la red esta ocupado (CS o CD XD). Si lo esta, espera a que quede libre (Persistente) Si el medio no esta ocupado, comenzara a transmitir y a escuchar. El nodo escuha para asegurarse que ninguna otra estacion transmita al mismo tiempo. Si esto sucede se producidira una colision (CD)

5 Cuando se produce una colision, cada nodo que se encuentra en transmision continua transmitiendo una señal de congestion (jam) de 32 bits , a fin de asegurar que todos los dipositivos detecten la colision La señal electrica tarda un tiempo en llegar por el cable (retardo) y cada repetidor introduce pequeño retraso en el envio de la trama (latencia), debido al retardo y a la latencia es posible que mas de una estacion comienze a transmitir a la vez o casi al mismo tiempo. Esto produce una colision. CSMA /CD II A continuacion las estaciones que sufrieron la colision deben esperar un periodo pseudoaleatorio cada vez potencialmente mayor antes de intentar la retransmision. El periodo de espera es aleatorio para que dos estaciones no demoren la misma cantidad de tiempo antes de efectuar la retransmision, lo que causaria colisines adiciones (Algoritmo exponencial de Backoff). Si la capa MAC no puede enviar la trama despues de direcciones de dieciseis intentos se abandona el intento y genera un error en la capa de red, tal episodio es verdaderamente raro. El maximo retraso de ida de ida y vuelta para un dominio de colision a 16 Mbps es de 512 tiempos de bits ( ), un valor que determina el tamaño minimo de la trama. Este valor es apenas mayor que la cantidad de tiempo teorica necesaria para realizar una tramision entre los puntos de maxima separación de un dominio de colisión, colisionar con otra transmisión en el último instante posible y luego permitir que los fragmentos de la colisión regresen a la estación transmisora y sean detectados.para que el sistema funcione, la primera estación debe enterarse de la colisión antes de terminar de enviar la trama legal de menor tamaño. (64 bytes) 512 x 1/10.10 exponente 6 = 512 MS 10 Mbps colision _ > < EJERCICIOS Dibujar la trama ethernet para enviar desde el host (origen) al host de destino 100 bytes de... 00: : 00:07 OR 00: : 00:08 DEST PRE SFD bytes DEST ORIGEN Repetir el ejercicio anterior con 30 bytes de datos. CRC PRE SFD bytes mas 16 (relleno) CRC

6 CSMA/CD III Algoritmo Exponencial de Backoff o retroceso exponencial binario. Tras la enesima colision de una trama, Tiempo de espera = K * 512 tiempos de bit. Donde K se elige aleatoriamente de entre (0, 1, , 2 exponiente n 1) m= minimo (n, 10), n es el numero de intentos de transmision. Ejemplos: Un nodo es una red ethernet de 10 Mbps ( el tiempo de bit es 0,1 ms (micro)) intenta transmitir por segunda vez y se produce una colision m = minimo (2,10) -> 2º Colision = 2 Se elige un K (0, 1, 2,3 (2 exponente n 1)). K=2 Tiempo de espera = 2 x 512 x 0,1 = 104,2 (ms(microsegundos) Probabibilidad colision ¼ = 25 % 3º Colision -> Probabilidad colision 1/8 = 12.5 % 4º Colision 5º Colision m = min (3,10) = 3 k (0, ( 2 Exponente tres -1)) T. Espera= 6 x 512 x 0,1 = 300 (microsegundos) K ( (2 Exponente 4 menos 1)) Probabilidad colision = 1/16 = 0,625 % K = ( (2 Exponente 5 menos 1) Probabilidad colision= 3, Ultima.. K = ( (2 Exponente 10 1)) Probabilidad minima = 1/1024 = 0,098 x 10 a Colisiones y siguientes (No se que quiere decir)

7 CSMA/CD (IV) Ethernet es una tegnologia de transmision por difusion: Todos los dipositivos de una red pueden ver todas las trampas que pasan por el medio de red. Sin embargo, no todos procesan los datos, solo los dipositivos cuyos direcciones MAC coinciden con las direcciones MAC de destino transportadas por las tramas, copian la trama en su bufer. El resto la descartan Con ethernet compartida tradicional los dipositivos solo pueden transmitir de uno en uno. Esto no sucede con ethernet conmutada (switch), que se vera mas adelante. Spoofing... ARP-POISONING Tipos de funcionamiento: AUTONEGOCIACION Unidireccional, la señal solo viaja en una direccion, TV, radio. (E >R) Semiduplex o half duplex: La señal viaja en ambas direcciones, pero no ambas al mismo tiempo. Walki taliks, Ethernet Original. E > R E < R Duplex o full duplex, la señal viaja en ambos direcciones al mismo tiempo. Telefono, Ethernet conmutada: 20 Mbps con Ethernet a 10 Mbps o 200 Mbps con ethernet a 100 Mbps. 100 < > 200 (no correcto) <

8 Al crecer ethernet de 10 a 100 y 1000 Mbps, fue necesario hacer que cada tegnologia pudiera operar con lodemas de forma automatica. Se desarrollo un proceso de auto-negociacion(de las velocidades y modo half duplex o full duplex) para los cables de pares. AUTONEGOCIACION (II) Son dos los metodos para lograr un enlace en ful duplex Forzar administrativamente a ambos extremos del enlace a una conexión ful duplex. Ejemplo ( Imaginario) Ciclo de auto-negociacion completo, en el que se intenta conectar por orden de prioridad los nodos BASE-T full duplex BASE-T half duplex BASE-T full duplex BASE-T half duplex BASE-T full duplex 6. 10BASE-T half duplex AUTONEGOCIACION (III) En el cable UTP una colision ocurre cuando una estacion detecta una señal en el par de de recepción (RX) al mismo tiempo que esta enviando una señal en el par de retransmision (TX). Como las dos señales se encuentran en pares diferentes no se produce un cambio en la caractericitica de la señal (Una colision Real ). Las colisiones se reconocen de en UTP solo cuando la estacion opera en half duplex. La unica diferencia funcional entre la operación en half duplex y ful duplex en este este aspecto es si es posible o no que los pares de transmisión y de recepción se utilicen al mismo tiempo. Identica situacion ocurre con las implementaciones en fibra Todos los implementaciones en cable coaxial son half duplex por naturaleza, ya que tienen un solo cable para enviar y recibir datos y no pueden operar en full duplex En modo full se duplex se (prescinde) de CSMA/CD

9 AUTONEGOCIACION (IV) Algunas tarjetas de red tienen un LED con la leyenda COLP(COLISION)/FUDUP(FUL DUPLEX), ya que una transmision bidireccional puede ser full-duplex o considerarse comouna colision Una diafonía excesiva, puede hacer que una estación perciba su propia transmisión como si fuera una colision local. ETHERNET 10 Mbps La codificacion utilizada en los sistemas de 10 Mbps se denominca codificaciones manchester. Se emplean los valores 0 y -1V. Un borde que cae se interpreta con 0 Binario. Un borde ascendete se interpreta como1 binario (0 V) V REGLA Entre dos host no pueden haber mas de 5 segmentos, ni mas de cuatro repetidores, ni mas de tres segmentos poblados. Los otros dos segmentos (no poblados) reciben el nombre de segmentos de enlace. La fiabilidad es evitar retardos excesivos en la transmision de la señal. Otra definicion: La regla limita el uso de repetidores y dice que entre dos equipos de la red no podrá haber más de 4 repetidores y 5 segmentos de cable. Igualmente sólo 3 segmentos pueden tener conectados dispositivos que no sean los propios repetidores, es decir, 2 de los 5 segmentos sólo pueden ser empleados para la interconexión entre repetidores.

10 La siguiente figura nos muestra una red mal diseñada y que no cumple la regla En esta red existen 5 repetidores (concentradores en este caso) conectados en topología de árbol. Se puede ver trazada la ruta existente entre el ordenador A y el B que este caso son los puntos más distantes de la red. Si se analiza se puede ver que existen 5 repetidores y 6 segmentos de cable entre ellos. Esta red no funcionaría adecuadamente ya que el retardo introducido por los repetidores sería excesivo. Por ejemplo, la red de la figura tiene más de 4 repetidores pero no excede este número entre dos dispositivos cualquiera.

11 En esta red sólo hay un dominio de colisión ya que sólo usa repetidores para extender la red. En una topología física de bus lineal se debe seguir la Regla (máximo de 5 segmentos con 4 repetidores y 3 segmentos poblados). La regla requiere que se cumpla con las siguientes pautas: -Cinco segmentos de medios de red. -Cuatro repetidores o hubs -Tres segmentos de host de red -Dos secciones de enlace (sin hosts) -Un dominio de colisión grande La regla también explica cómo mantener el tiempo de retardo del recorrido de ida y vuelta en una red compartida dentro de los límites aceptables, de otro modo todas las estaciones de trabajo no podrán escuchar todas las colisiones en la red. 10BASE Mbps a traves de un cable coaxial grueso, de hoy su nombre thickset. Fue el primer medio que se utilizo para ethernet. En la actualidad, puede hallarse en instalaciones antiguas Al, igual que ocurre con los sistemas 10Base2, una ruptura de cable 10BASE5, provoca la caida de toda la red. Topologia logica y fisica en bus

12 Cada uno de los cincos segmentos puede medir hasta 500 metros de largo. El tamaño maximo de la red es de 2500 metros. Cada estacion se conecta a un tranceptor del cable a traves de un cable AUI (Interfaz de conexión a unidad, similar a un cable paralelo), que puede llegar a los 50 metros. DIBUJO Requiere terminadores de 50 Ohmnios en los extremos de cada segmento para evitar el rebote de la señal. Hasta 100 estaciones pueden existir en cualquier segmento 10BASE5 (máximo 300) Debido a que el medio es un solo cable coaxial, solamente una estacion puede transmitir al mismo tiempo, de los contrariose produce una colision. Por lo tanto 10BASE5 solo transmite en half duplex. Dibujo 10BASE La instalacion fue mas sencilla a su menor tamaño (Se suele llamar Thinnet) y... peso, y por su mayor flexibilidad, tambien se denomina cheapnet por su menor coste. Tiene un conductor central tren... en lugar de salido, como el coaxial... Topologia logica y fisica en bus. 10BASE2 Cada uno de los cincos segementos puede medir hasta 185 metros de largo. El tamaño maximo de la red es de 925 m. Cada estacion se conecta directamente a un conector BNC con forma de T del cable coaxial.

13 Requiere terminadores de 50 Ohmnio en los extremos de cada segmento. Hasta 30 estaciones pueden exisitir en cualquier segmento 10BASE2 Half duplex. 10BASET Utiliza UTP CAT3 y cada uno de ellos puede medir hasta 100 m de largo. El tamaño maximo de la red es de 500 m (con hubs) Topologia logica en bus, como en cable coaxial (Topologia fisica en estrella) Hasta 1024 estaciones pueden conectar a un concentrador 10BASET Pinout RJ-45 10BASET (I) En el hub concentra los cables que parte desde cada PC, dando lugar a una topologia fisicsa en estrella. Los hubs son repetidores multipuerto y cuentan en la regla Para evitar que se exceda esta regla, cuando se requiera el uso de multiples hubs es recomendable organizarlos en forma de estrella en lugar de encadenados.

14 Los hubs se interconectan a traves de un puerto especial denominado UPLINK, OUT PORT, ETC... mediante un latiguillo cruzado. 10BASE-T (III) Al principio 10BASE-T era half duplex; mas tarde se agregaran caracterizticas de full duplex. 10 Mbps de trafico en modo half duplex y 20 Mbps en modo full duplex. Las conexiones estacion_hub solo pueden ejecutarse en modo half duplex 100BASET Tambien conocida como fast ethernet (Ethernet Rapida), es una serie de tegnologias. Las dos que han adquirido revelancia son: 100BASE-TX(UTP) -> Duplex Cable UTP CAT 5. Distancia maxima de 100 m 1997 se ha introducido la capacidad full duplex. 100 Mbps de trafico en modo half duplex y 200 Mbps en modo full duplex.

15 100BASE-FX Fibra optica multimodo con conector SC. Distancia maxima m. Aplicaciones de backbone, conexiones entre distintos edificios y... Se introdujo como alternativa a FDDI Nunca se adopto con éxito, debido a la pronta introduccion de Gigabit Ethernet de fibra y de cobre, que son en estos momentos la tegnologia dominante en instalaciones de Backbone GIGABIT ETHERNET Tambien conocida como gige es una serie de tegnologias. 100BASE-T Se diseño para funcionar en los cables de cobre CAT5 existentes, que pueden aprobar la certificacion CAT5e si estan correctamente terminados Como el sable CAT5e puede transportar de forma fiable hasta 125 Mbps de trafico, para obtenter Mbps de ancho de banda hasta utilizar los cuatros pares de hilos, en ligar de los pares tradiciones de 10BASE-T y 100BASE-TX, en full duplex. 125 x 4 pares x 2 full duplex = 1000 Mbps Por razones historicas 1000BASE-T admite half duplex, pero el uso mayoritario es en full duplex. VARIANTES GIGABIT ETHERNET 100BASET COBRE fibra SX (SHORT) MM-LED(62.5)-LASER(50) LX (LOSS) LASER MM(Multi)50-65mm/SM(Single) 10 mm (5000 metros) GIGABIT ETHERNET II 1000BASE-SX Y 1000BASE-LX Como se utilizan distintas fibras para transmitir (TX) recibir (RX) la conexión de por si es half duplex. Conector SC 1000BASE-SX Fibra optica multimodo Luz con longitud de onda de 85 mm Fuente LED (maximo de 225m o 275m) o laser (maximo m) Es la mas economica de las opciones, pero esto cubre distancias mas cortas.

16 1000BASE-LX Fibra optica multimodo (maximo 550 m) o monomodo (maximo 5000 m) Fuente laser de 1310 mm ETHERNET 10G Junio de Tambien conocida como 10 GbE, es una serie de tegnologias que utiliza solo fibra optica como medio de transmision en full duplex. La operación en una distancia de hasta 40 Km hace de 10 GbE una tegnologia MAN viable. Como solo se utilizan conexiones de fibra en half duplex el CSMA/CD no es necesario No se ha definido ningun repetidor para 10 GbE ya que explicitamente no admite las conexiones half duplex. EL FUTURO DE INTERNET Ethernet ha llegado a ser el estandar para las conexiones horizontales, verticales y entre edificios. El IEEE y la alianza de Ethernet de 10 Gbps se encuentran trabajando en estandares para 40, 200 e inclusive 160 Gbps. Las tecnologías que se adopten dependerán de un número de factores que incluyen la velocidad de maduración de las tecnologías y de los estándares, la velocidad de adopción por parte del mercado y el costo. E R Los medios de cobre e inalámbricos presentan ciertas limitaciones físicas y prácticas en cuanto a la frecuencia más alta con la se pueda transmitir una señal. Las limitaciones de ancho de banda en la fibra óptica son extremadamente amplias y todavía no están amenazadas. En los sistemas de fibra, son la tecnología electrónica (por ejemplo los emisores y los detectores) y los procesos de fabricación de la fibra los que más limitan la velocidad. Los adelantos futuros de Ethernet probablemente estén dirigidos hacia las fuentes de luz láser y a la fibra óptica monomodo.

17 EL FUTURO DE INTERNET II En los sistemas de fibra, la posibilidad de que ocurra un error en los datos durante el proceso de tranmision es muy baja, por lo que resulta sensanto trransmitir paquetes de datos grandes. Significa que el emisor tendra que generar menos cabezeras e informaciones finales, y que el receptor tendra que procesar menos de estas estructuras. El resultado es una reduccionen la cantidad de tiempo necesario para transmitir grandes cantidades de datos. Las WAN que usan fibra como medio de transmision suelen utilizar grandes paquetes de datos. Una trama Jumbo es una trama ethernet que lleva mas de 1500 bytes de datos. El limite superior de la cantidad de datos que puede transportar una trama ethernet Jumbo es el reducido de 9000 bytes.