Ethernet. Ing. Alvaro Pachón Universidad Icesi. Marzo 2003.

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1 Ethernet Ing. Alvaro Pachón Universidad Icesi. Marzo 2003.

2 Contenido de la Presentación 1. Ethernet y el Modelo de Referencia OSI. 2. Evolución Histórica de Ethernet. 3. Ethernet. 4. Fast Ethernet. 5. Gigabit Ethernet.

3 1. Ethernet y el Modelo de Referencia OSI.

4 Ethernet y el Modelo OSI. ANSI y el IEEE han usado el modelo de referencia OSI para definir Ethernet. NIVELES SUPERIORES LOGICAL LINK CONTROL -LLC RED ENLACE MAC MAC MAC FISICO MEDIO FISICO

5 1.1. Nivel Fisico Ethernet. Define la señalización eléctrica, los símbolos, los estados de línea, los requerimientos de reloj, la codificación de los datos y los conectores usados para la transmisión de datos. MEDIO FISICO ETHERNET

6 1.1. Nivel Fisico Ethernet. NIVELES SUPERIORES Interfaz Independiente del Medio Interfaz Dependiente del Medio MEDIO FISICO ETHERNET

7 1.1. Nivel Fisico Ethernet. Los niveles superiores le hablan al nivel físico a través de una interfaz predefinida: En 10 Mbps, se utiliza una Attachment Unit Interface (AUI) En 100 Mbps, se utiliza una Media-Independent Interface (MII). En 1000 Mbps, se utiliza una Gigabit Media-Independent Interface (GMII).

8 1.1. Nivel Fisico Ethernet. El nivel 1 establece una interfaz al cable en uso a través de una interfaz dependiente del medio: MDI-Medida Dependent Interface.

9 1.2. Nivel de Enlace de Datos. El nivel de enlace de datos está constituido por dos piezas separadas: El Logical Link Control-LLC. El Medium Access Control-MAC. El LLC es una interfaz estandarizada entre el hardware MAC específico y el nivel 3. El IEEE ha publicado una especificación LLC muy completa denominada 802.2, esta función se implementa en software.

10 1.2. Nivel de Enlace de Datos. El nivel MAC describe la forma en la cual una estación programa, transmite y recibe datos en un ambiente de medio compartido. Todas las especificaciones MAC aprobadas por el IEEE usan la interfaz LLC para hablarle al nivel 3. El nivel MAC: Asegura su transferencia confiable a través del enlace. Genera direcciones físicas fuente y destino para una trama. Sincroniza la transmisión Reconoce errores

11 2. Evolución Histórica de Ethernet.

12 2. Evolución Histórica de Ethernet Ethernet experimental. Bob Metcalfe y David Boggs. Xerox PaloAlto Research Center. Conexión Computador-Impresora Láser (2.94 Mbps) Ethernet Blue Book o DIX Standard. Se define Thick Ethernet (10 Base 5) con base en el protocolo CSMA/CD a 10 Mbps Versión final de DIX (V2.0) Primer estándar IEEE para tecnología Ethernet. IEEE Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect Access Method and Physical Layer Specifications

13 2. Evolución Histórica de Ethernet IEEE 802.3a. Thin Ethernet/ Cheapernet /10Base2. Implementa una topología en bus (dificil de administrar) Aparecen dos estándares: Para Fibra Optica y Cable UTP IEEE 802.3d. Fiber Optic Inter-Repeater Link (FOIRL). IEEE 802.3e. Estándar Ethernet sobre UTP a 1 Mbps IEEE 802.3i. 10 Base-T. Operación Ethernet sobre cable UTP de CAT3. Utiliza topología en Estrella IEEE 802.3j. 10 Base-F (FP,FB y FL). Actualiza FOIRL.

14 2. Evolución Histórica de Ethernet IEEE 802.3u. 100Base-T. Llamada Fast Ethernet. Tres versiones: 1) 100-Base TX: Opera sobre dos pares UTP CAT 5. 2) 100-Base T4: Opera sobre cuatro pares UTP CAT 3. 3) 100-Base FX: Opera sobre dos fibra multimodo IEEE 802.3x. Define la operación Ethernet Full-Duplex Ethernet sin CSMA/CD sobre enlaces punto_a_punto IEEE 802.3z Base-T. Llamada Gigabit Etherne Soporta tres medios: 1) 1000-Base SX: 850 nm Fibra Multimodo. 2) 1000-Base LX: 1300 nm Fibra Multimodo/Monomodo. 3) 1000-Base CX: Cable STP.

15 2. Evolución Histórica de Ethernet IEEE 802.3ac. Extensiones VLAN Tagging sobre Ethernet IEEE 802.3ab Base-T. Define la operación Ethernet a 1 Gbps sobre 4 pares de cable UTP CAT IEEE 802.3ae. 10 Gbps Ethernet.

16 3. Ethernet.

17 3.1. MAC Ethernet CSMA/CD. Preámbulo El Preámbulo es enviado para permitir que el receptor pueda sincronizarse con la transmisión que llega y ubicar el inicio de la trama. Es una secuencia De siete bytes de longitud

18 3.1. MAC Ethernet CSMA/CD. Preámbulo Delimitador inicio trama (SFD) El delimitador de inicio de trama SFD-Start of Frame Delimiter. Indica el comienzo de la trama MAC. Es un octeto con la secuencia

19 3.1. MAC Ethernet CSMA/CD. Preámbulo Delimitador inicio trama (SFD) Dirección Fuente Dirección Destino La dirección fuente denota el emisor. Cada nodo tiene una única dirección, sus tres primeros bytes permiten identificar el proveedor. La dirección destino especifica la estación a donde será enviada la trama.

20 3.1. MAC Ethernet CSMA/CD. Preámbulo Delimitador inicio trama (SFD) Dirección Destino Dirección Fuente Dirección Destino Longitud DATOS PAD Este campo especifica la longitud total de los datos que serán transmitidos. Puede variar entre Bytes.

21 3.1. MAC Ethernet CSMA/CD. Preámbulo Delimitador inicio trama (SFD) Dirección Destino Dirección Fuente Dirección Destino Longitud DATOS PAD FRAME CHECK SEQUENCE Asegura la precisión en la transmisión a través del método de CRC- Cyclical Redundancy Check.

22 3.1. MAC Ethernet CSMA/CD. Preámbulo Delimitador inicio trama (SFD) Dirección Destino Dirección Fuente Contenido generado por Longitud DATOS Contenido generado por FRAME CHECK SEQUENCE Contenido generado por 802.3

23 3.2. Tipos de Trama Ethernet. La única diferencia entre las tramas se encuentra en el campo de 2 bytes destinado al tipo o longitud de trama. La trama Ethernet original fue especificada por Digital, Intel y Xerox, conocida como DIX Ethernet V2.0 o Ethernet II. La trama Ethernet IEEE la reemplazó posteriormente.

24 3.2. Parámetros Trama Ethernet. La mayoría de los parámetros se listan en tiempos de bits. La MAC Ethernet es inherentemente escalable.

25 3.3. Niveles Fisicos Ethernet.

26 BASE-T. Estándar 802.3i adoptado por el IEEE en Características: Utiliza dos pares de cable UTP (uno para Tx y otro para Rx) Utiliza Codificación Manchester. Incorpora la característica Link Integrity. Desde la perspectiva del cableado representa un paso hacia atrás.

27 BASE-F. Estándar basado en la especificación FOIRL (Fiber Optic InterRepeater) en Utiliza dos hilos de fibra, uno para transmitir y otro para recibir. Fibra Multimodo (MMF) de 62,5/125 µm es usada para portar luz infraroja generada por un LED. Utiliza los conectores IEC BFOC/2,5 conocidos como ST. 10BASE-F es un término sombrilla que cobija tres diferentes especificaciones de fibra óptica: 10BASE-FL (reempl. FOIRL), 10BASE-FP (P=Passive) y 10BASE-FB (B=Backbone):

28 3.6. Ethernet Half y Full Duplex. Ethernet es un método de acceso al medio compartido. Por definición, un método de transmisión LAN sobre medio compartido implica una operación Half-Duplex. Esquema eficiente para transmisión sobre cable coaxial. En los 90 s, con la introducción de 10BASE-T, se podía contar con caminos de recepción y transmisión separados. En 1992, Kalpana vió la oportunidad de doblar efectivamente la velocidad de Ethernet permitiendo la transmisión full-duplex

29 3.6. Ethernet Half y Full Duplex. La propuesta de Kalpana implicaba una modificación en el algoritmo Ethernet: No se requiere sensado de portadora. No se requiere jam para la detección de colisiones. Ethernet full-duplex significa correr Ethernet SIN operación MAC CSMA/CD, el único problema que persiste es el control de flujo. En 1997, el estándar 802.3X full-duplex/flow control fue aprobado. Full-Duplex ha jugado un papel importante en la introducción de Fast y Gigabit Ethernet.

30 4. Fast Ethernet.

31 4. Fast Ethernet. La mejora en el throughput en la LAN Ethernet: Fuente de búsqueda de alternativas de alta velocidad. FDDI propuesta como La próxima generación en tecnología LAN fracasó. Surgen dos tendencias: Primera: Abandonar Ethernet y adoptar una nueva tecnología. Segunda: Repotenciar Ethernet (que finalmente fue la tendencia que se impuso).

32 4. Fast Ethernet. Se adoptan tres medios, surgen tres estándares Fast Ethernet 100 Base-T4: Utiliza cable de categoría 3 con una distancia máxima de segmento de 100 metros. 100 Base-TX: Utiliza cable de categoría 100BASE-X 5 con codificación 4B/5B, capacidades full-duplex y distancia máxima de segmento de 100 metros. 100 Base-FX: Utiliza cable de fibra óptica con codificación 4B/5B, tiene un límite de distancia de 2000 metros, tiene capacidades full-duplex.

33 4. Fast Ethernet- 100 BASE TX.

34 4. Fast Ethernet- 100 BASE FX.

35 4. Fast Ethernet. Nivel Enlace Datos Nivel Físico LLC- Logical Link Control Layer MAC- Media Access Control Layer Reconciliation Sublayer PCS- Physical Coding Sublayer. PMA- Physicial Medium Attachment MII- Medium Independent Interface PMD- Physical Medium Dependent. Autonegociación MDI- Medium Dependent Interfac Medio Físico- 100 Mbps

36 4. Fast Ethernet. Provee un mecanismo para enlazar el control de acceso al medio Ethernet con el dispositivo de nivel físico (Physical Layer Device -PHY) que envía señales en la red. El conjunto de especificaciones Fast Ethernet y los estándares de medios para 100 Mbps son llamados 100 Base-T. Todo el sistema 100Base-T comparte una especificación MAC común, cada variante tiene su propio nivel físico o transceiver El transceiver puede estar integrado directamente en el dispositivo de red o localizado externamente a través de un conector con una interfaz independiente del medio. La interfaz independiente del medio (Media Independent Interface-MII):

37 5. Gigabit Ethernet.

38 5. Gigabit Ethernet. Es una adición sobre la familia ha sido definida como el estándar IEEE 802.3z. Resultado de la presión competitiva de ATM por conquistar el mercado LAN. Dos grupos desarrollaron la tecnología en forma simultánea: El Comité IEEE 802.3z. La Alianza Gigabit Ethernet Alliance. Escalable desde Ethernet y Fast Ethernet.

39 5. Gigabit Ethernet. El Task Force IEEE 802.3z ha desarrollado el estándar a partir de la especificación (Ethernet) y ANSI X3T11 (Fibre Channel) para la Interfaz Física. Se identifican tres implementaciones para el enlace: Tecnología Medio Tipo Longitud Distancia Físico de Onda 1000 Base SX Fibra Multimodo 850 nm m 1000 Base LX Fibra Monomodo 1300 nm. Hasta 3 Km 1000 Base CX Cobre - - Hasta 25 m

40 5. Gigabit Ethernet. El Task Force IEEE 802.3ab ha definido un estándar, 1000 Base-T, para ser usado con cable de cuatro pares de CAT-5 o CAT-5E hasta 100 m. La adopción de un canal físico de fibra (Fiber Channel) ayudó al rápido desarrollo de productos 1000Base-X. La tecnología 1000 Base-T NO usa la especificación Fiber Channel y NO es parte de la familia 1000Base-X.

41 Gigabit Ethernet-Características. Completa interoperabilidad con Ethernet/Fast Etherne Preserva la inversión en estaciones de usuario, hubs, switches y enrutadores. Asegura que los usuarios finales puedan seleccionar equipos sin el riesgo de incompatibilidades. Conformidad con el estándar Ethernet. Retiene el mismo formato de trama Ethernet y los tamaño de trama mínimo (64 bytes) y máximo (1514 bytes). Conformidad con las especificaciones LLC.

42 Gigabit Ethernet-Características. Método CSMA/CD extendido. Expansión para mantener en 200 metros el diámetro de colisión a velocidades de Gigabit. Se extiende el tiempo de CSMA/CD mínimo y el tiempo de slot Ethernet de 64 a 512 bytes. Trama Ethernet convencional Trama Gigabit Ethernet

43 5. Gigabit Ethernet. Desarrollada para incrementar: La velocidad de conexión al servidor. La capacidad y ancho de banda para los backbone de edificios y campus: - Agregando tráfico entre clientes y servidores. - Conectando múltiples switches 100 Base-T a través de switches 100/1000 Mbps.

44 5. Gigabit Ethernet. Backbone de dispositivos 1000Base-X Granja de Servidores Granja de Servidores

45 5. Gigabit Ethernet. Por qué una emanda por onexiones de Red a tan Respuesta: altas tasas? Por los voraces requerimientos de Ancho de Banda de las Nuevas Aplicaciones Modelamiento 3D. Animación CAD/CAM. Imágenes Médicas. Data Warehouse. BackUps de Red. Aplicaciones Internet e Intranet (multimedia al desktop

46 Arquitectura de Protocolos.

47 5. Gigabit Ethernet. Nivel Enlace Datos Nivel Físico LLC- Logical Link Control Layer MAC- Media Access Control Layer Reconciliation Sublayer PCS- Physical Coding Sublayer. PMA- Physicial Medium Attachment GMII-Gigabit Media Independent Interface PMD- Physical Medium Dependent. MDI-Media Dependent Interface Medio Físico Mbps

48 odelo OSI. plicación resentación Logical Link Control-LLC Media Access Control-MAC Gigabit Media Independent Interface-GMII Sesión ransporte 1000 BASE-X Cod/Decod 8B/10B Physical Coding Sublayer (PCS) 1000 BASE-T Cobre Cod/Decod Physical Coding Sublayer (PCS) Red Enlace Físico Serializador/Deserializador Physicial Medium Attachment-PMA Transceiver UTP Physical Medium Dependent-PMA 1000BASE-LX PMD 1000 BASE-SX PMD 1000 BASE-CX PMD 1000 BASE-TX PMD

49 5. Gigabit Ethernet. GMII- Gigabit Media Independent Interface. Interfaz encargada de enlazar las funciones de nivel MAC y de nivel físico del dispositivo GbE. Permite que cualquier nivel físico sea usado con el nivel MAC. Análoga a la AUI (Ethernet) y a la MII (Fast Ethernet) Provee trayectorias separadas de Tx/Rx de 8 bits, puede soportar operación full/half duplex.

50 5. Gigabit Ethernet. Se adoptan tres estándares para GigabitEthernet: 1000 Base-SX: Utiliza Fibra Optica Base-LX: Utiliza Fibra Optica Base-CX: Utiliza cable STP.

51 BASE-SX.

52 BASE-SX. IEEE Ethernet IEEE LLC IEEE CSMA/CD Niveles Superiores IEEE PHY Layer NSI X3T11 Fibre Channel FC-4 Upper Layer Mapping FC-3 Common Services FC-2 Signaling FC-1 Encode/Decode IEEE 802.3z GbE IEEE LLC IEEE CSMA/CD 8B/10B Encode/Decode Serializer/Deserializer Connector

53 BASE-LX.

54 BASE-CX.

55 BASE-T.

56 5. Gigabit Ethernet.

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