Curso 2012/2013 ARC1 Tema 6 Norma IEEE 802.3 Este material está basado en el realizado por la Prof. Ana Verónica Medina Rodríguez en cursos anteriores
Índice Introducción. Nivel Físico Alternativas a 10 Mbps. 10base5. 10base2. 10baseT. Otras alternativas Fast Ethernet Gigabit Ethernet 10 Gigabit Ethernet Autonegociación. Subnivel MAC Formato MAC_PDU Control de Acceso al medio. Direccionamiento lógico. Ethertype 2
IEEE 802.3 Introducción Normas LAN/MAN LLC MAC FÍSICO 3
Introducción 1973, Robert Metacalfe desarrolló el primer sistema Ethernet para Xerox. 1979, Digital, Intel y Xerox (DIX) publican Ethernet versión 1 (libro azul). 1980, IEEE crea el proyecto 802. 802.3 incompatible con especificación libro azul. 1982, DIX publica Ethernet (v2.0), compatible con 802.3. 1983, IEEE aprueba 802.3 Hoy en día, El término ethernet se utiliza para referirse a la norma IEEE 802.3. 4
Introducción Estructura de la norma LLC MAC FÍSICO 5
Introducción Subnivel MAC: Ofrece a su nivel superior un servicio no orientado a la conexión MAC_CONTROL: Opcional, se encarga de implementar un mecanismo de control de flujo en el caso de que se opere en modo full-duplex. MAC_MEDIA ACCESS CONTROL: Realiza las funciones de nivel de enlace de datos (orientado al bit): Sincronismo de trama. Direccionamiento físico. Detección de errores. Control de acceso al medio (Coordinación del enlace). Direccionamiento lógico. No siempre MAC_CONTROL(OPTIONAL) MAC-MEDIA ACCESS CONTROL 6
Introducción Nivel Físico: Ofrece al subnivel MAC un servicio de envío/recepción de bits además de: Avisar si hay actividad en el medio (señal CS). Avisar si se han detectado colisiones (señal CD). Está estructurado en capas: PLS (Physical Layer Signaling): Interfaz con subnivel MAC. PMA (Physcal Medium Attachment): Conexión física, incluye la MAU (Medium Attachment Unit). MDI (Medium Dependent Interface): Conector. 7
Nivel Físico Nomenclatura Hasta 10 Mbps (coaxial). VBANDAD.- V: Velocidad. Mbps Banda: Base o Ancha. D: Distancia en múltiplos de 100 metros de un segmento*. 10BASE5 10 Mbps. Banda Base 500 metros. * Trozo de medio guiado al que se conectan MAUs sin repetidores. 8
Nivel Físico Nomenclatura 10 Mbps (par trenzado, fibra óptica). VBANDALN.- V: Velocidad. Mbps Banda: Base o Ancha. L: Tipo medio transmisión. T par trenzado, <> T fibra óptica. N: Número o X. Un número indica el número de pares utilizados, una X que se usa dos enlaces físicos uno para recibir y otro para transmitir. 1000BASELX 1Gbps. Banda Base Fibra óptica Dos enlaces. 9
Alternativas nivel físico a 10 Mbps Todas operan a 10 Mbps Usan señalización Manchester. Usan topología en bus o estrella. Un segmento en bus permite conectar múltiples MAUs. Un segmento en estrella permite conectar sólo dos MAUs. Limitado el número máximo de segmentos que puede haber entre cualquier pareja de estaciones. Regla 5-4-3 10
Alternativas del nivel físico 10 Mbps Alternativa Longitud segmento Número MAU por segmento Tipo de cable /Topología 10Base5 500m 100 MAU Coaxial / Bus 10Base2 185m 30 MAU Coaxial /Bus 10BaseT 100m 2 MAU TP Cat3 /Estrrella Se pueden combinar, siempre que no se supere el límite de estaciones ni la regla 5-4-3. 11
10baseT. Alternativas del nivel físico 10 Mbps De los ocho contactos del MDI sólo 4 se utilizan para Rx y Tx De los cuatro pares de cable par trenzado sólo se utilizan dos. Los pares utilizado para Tx y Rx son par 2 y par 3. Existe una norma en la que se indica como se inserta el cable par trenzado en el conector RJ-45. PIN SEÑAL CONECTOR 1 TD+ 2 TD- 3 RD+ 4 No usado en 10baseT 5 No usado en 10baseT 6 RD- 7 No usado en 10baseT 8 No usado en 10baseT 12
Alternativas del nivel físico 10Mbps 10baseT. Función de cruce 1. Para que dos MAUs puedan comunicarse es necesario que el Tx de un extremo se conecte al Rx del otro y viceversa. Si una de las MAUs del segmento hace internamente el cruce se requiere un cable directo. Viene etiquetada como X. Los HUBs/SWITCH implementan el cruce en cada puerto El cable debe implementar el cruce si las dos MAUs del segmento no implementan el cruce (Por ejemplo: Tarjetas de red). Existen MAUs que realizan el cruce automáticamente. Etiquetadas como AUTO-MDI-X. 1 para todas las alternativas con topología en estrella 13
Alternativas del nivel físico 10Mbps 10baseT. Hubs Para facilitar la instalación y que todos los cables sean directos los hubs vienen con un puerto especial conocido como Uplink. Dos jack RJ-45 (uno con cruce otro sin) Un botón/palanca que active/desactive cruce. 14
Alternativas del nivel físico 10Mbps Repetidores a 10 Mbps. Es posible que los repetidores dispongan de más de dos puertos. Permite aumentar el número de estaciones que se pueden conectar. Máximo limitado a 1024. Cada puerto del repetidor puede operar según las características de las distintas alternativas del nivel físico a 10 Mbps. Repetidor Multipuerto Nota: Hub = Repetidor multipuerto 15
Alternativas del nivel físico 10 Mbps Ejemplo 10base2 y 10base5. Cuántos segmentos hay? Cuántas estaciones se pueden conectar como máximo? 16
Alternativas del nivel físico 10 Mbps Ejemplo 10baseT. Cuántas estaciones se pueden conectar como máximo? Cuántos segmentos hay? Cómo será el cable que conecte las estaciones al HUB? Y el que conecte los dos HUBs? 17
Alternativas del nivel físico 10 Mbps Regla 5-4-3 (10 Mbps). Dos estaciones estarán separadas, como máximo, por 5 segmentos, 4 repetidores y sólo tendrán estaciones 3 de ellos en el caso de la topologías en bus. Limita la distancia máxima (diámetro de la red) 18
Posible? Alternativas del nivel físico 10 Mbps Regla 5-4-3 (10 Mbps). Posible? 19
Alternativas del nivel físico 10 Mbps Ejemplo. Cuántos segmentos hay? Sé incumple regla 5-4-3? Cuántas estaciones se pueden conectar como máximo? 20
Otras alternativas del nivel físico Utilizan codificaciones especiales para aprovechar mejor el ancho de banda disponible. Topología en Estrella. Nodo central hub Funcionan en half-duplex Medios de transmisión: Cable par trenzado. Fibra óptica Velocidades de transmisión: 100 Mbps conocida como Fast Ethernet 1 Gbps conocida como Gigabit Ethernet 10 Gbps conocida como 10 Gigabit Ethernet 21
Alternativas a 100Mbps Alternativa Longitud segmento Número MAU por segmento Tipo de cable (mínimo) 100BaseTx 100m 2 MAU TP Cat 5 100BaseFx 412m 2 MAU F/O 100BaseT4 100m 2 MAU TP Cat 3 En todas ellas se usa una topología en estrella 22
Alternativas a 100Mbps Límite de hubs a 100Mbps No se aplica 5-4-3, sino otro límite: Dependiendo del tipo de hub puedo tener uno o dos. 2 tipos: Transición. Soporta todos los niveles físicos. Traducen las señales entrante en una señal digital que recodifican de nuevo. Distancia máxima Introduce mayor retardo Clase I. Uno por dominio de colisión Transparentes. Soporta solo TX y FX Se permiten 2 por dominio de colisión Clase II. I II Conexión Par Trenzado TX Fibra Par Trenzado T4 DTE-DTE 100 412 100 1 HUB I 200 272 200 1 HUB II 200 320 X 2 HUB II 205 228 X 23
Alternativas > 100Mbps Gigabit Ethernet (1000Mbps): Sólo un Hub por dominio de colisión. 200 metros distancia máxima par trenzado. Permite usar F/O o TP (1000BaseT, Cat5e o superior). 10 GigabitEthernet: Solo funciona en modo FDX. 24
Autonegociación Sólo aplicable a las topologías en estrella con par trenzado. Permite que los dispositivos (MAU) negocien la velocidad (10/100/1000/etc), el modo de operación (HDX/FDX) y el uso o no de control de flujo. Se elige la mejor opción que soporten las dos MAU. No se comprueba el cable. 25
Subnivel MAC Implementa sólo algunas funciones del nivel de enlace de datos de OSI: Sincronismo de trama. Se utiliza la técnica de Flag (sólo comienzo trama). Detección de errores. Técnica del CRC. Control de acceso al medio Técnica de Contienda. Algoritmo CSMA/CD. Esta función está deshabilitada en el caso de operación modo full-duplex. Direccionamiento físico Se identifica tanto al origen como al destino. Direccionamiento lógico. 26
Subnivel MAC Formato MAC_PDU. 1 3 2 1 Octets = bytes 2 Los bits se transmite de izquierda a derecha 3 Los bytes se transmiten de arriba hacia abajo 27
Subnivel MAC 7 BYTES a 10101010 1 BYTE a 10101011 IDENTIFICADOR DESTINO/ORIGEN LONGITUD: 0-1500 TIPO: 1536 CLASE DE SDU (Multiplexión) CRC DE 32 BITS SDU 1518 nº bytes 64 RELLENO HASTA COMPLETAR 46 BYTES 28
Direccionamiento lógico Sirve para identificar a los posibles protocolos de nivel superior que puedan utilizar los servicios de un determinado nivel. Identificar a los distintos usuarios de los servicios de un determinado nivel. IEEE 802.3 no siempre tiene como usuario al subnivel LLC. Existen muchos protocolos que se diseñaron para usar los servicios de 802.3 (ethernet), por ejemplo, protocolos de la arquitectura TCP/IP (Internet). Éstos se identifican con un número de 16 bits conocido como Ethertype. IEEE se encarga del registro El campo longitud/tipo de la MAC_PDU 802.3 permite identificar al cliente de 802.3. Valor entre 0-1500, subnivel LLC. Valor mayor 1536, protocolo cuyo ethertype coincide con el valor campo longitud/tipo. 29
Subnivel MAC: Control de Acceso al Medio Se utiliza como técnica de acceso al medio la técnica de contienda. Está se basa en el algoritmo CSMA/CD. CSMA/CD Capacidad de detectar que el medio está ocupado CS, Carrier Sense, detección de portadora. MA, Multiple access, acceso múltiple. Medio físico compartido por muchas estaciones CD, Detección de colisiones Capacidad de una estación de detectar las colisiones cuando estaba intentando transmitir. 30
Subnivel MAC: Control de Acceso al Medio Funcionamiento básico algoritmo CSMA/CD: Una estación antes de transmitir una trama comprueba que el medio no está ocupado. Si está libre, comienza transmitir la trama (señal CS no activa). Si está ocupado, espera hasta que esté libre (señal CS activa). Una vez iniciada la transmisión de una trama comprueba que ésta no colisione con la transmisión de otra/s estación/es. Si no detecta colisión implica que ha ganado la contienda por el medio (señal CD no activa). En el caso contrario (señal CD activa), aborta la transmisión de la trama, y espera durante un tiempo antes de un nuevo intento. 31
Subnivel MAC: Control de Acceso al Medio Transmisión de una MAC_PDU (trama MAC) El subnivel MAC antes de enviar bits de una trama al nivel físico verifica la señal CS. Si está activa (medio ocupado) espera. En caso contrario, empieza a enviar bits de la trama al nivel físico. CS NO activa D A B E C CS activa D envía una trama En que instante de tiempo todas las estaciones tienen activa CS? Trama 32
Subnivel MAC: Control de Acceso al Medio Transmisión de una MAC_PDU (trama MAC) El subnivel MAC una vez iniciada la transmisión de una trama comprueba la señal CD. Si se activa (colisión) dentro de un periodo de tiempo, abortaría la transmisión, enviaría una secuencia de refuerzo de colisión (jam) y esperaría un tiempo aleatorio antes de un nuevo intento. En caso contrario, habría ganado la contienda, dejaría de comprobar CD y finalizaría la transmisión de la trama. 33
Subnivel MAC: Control de Acceso al Medio Transmisión de una MAC_PDU (trama MAC) El algoritmo CSMA/CD necesita tener limitado el tiempo máximo (Tc) en el que es posible que se pueda activar CD. Solo se comprueba CD durante ese tiempo, se gana la contienda por el medio cuando no se activa. Como mínimo una estación debe estar transmitiendo durante ese tiempo (de lo contrario no detectaría la colisión). D A B E C Colisión Trama D y C envían una trama Cuál es la peor situación? Cuándo se activará CD en C? Cuándo se activará CD en D? 34
Subnivel MAC: Control de Acceso al Medio El cálculo de Tc debe incluir todos aquellos elementos que introducen algún retardo. Medio físico, Repetidores, etc. Siempre es igual al tiempo de ida y vuelta de la señal (considerando las dos estaciones más alejadas). Ej: Si tengo 4 repetidores (5 segmentos): Tc=2*(5*Tp-segmento+4*Trepetidor). Solo depende de la distancia entre las dos estaciones más alejadas (y de los retrasos en los repetidores). Para que CSMA/CD funcione, necesito que el Tx(trama_mínima) >= Tc 35
Subnivel MAC: Control de Acceso al Medio Transmisión de una MAC_PDU (trama MAC) Para 802.3, Tc está limitado al tiempo que se tarda en transmitir 512 bits. Para una Vt=10 Mbps sería 51,2 microsegundos. CSMA/CD Ese tiempo se calculó para la alternativa 10base5 teniendo en cuenta la regla 5-4-3. No obstante, en lo que respecta a la asignatura, consideraremos que en el tiempo que se tarda en transmitir 512 bits se recorre dos veces la distancia máxima posible entre dos estaciones cualesquiera para cualquier alternativa de nivel físico considerando, además, despreciables los retardos introducidos por repetidores y AUI. Como mínimo una estación debe estar transmitiendo durante ese tiempo (tamaño mínimo de trama). 36
Bibliografía Forouzan Behrouz A. Transmisión de Datos y Redes de Comunicaciones. Mc. Graw Hill, 2001. William Stallings. Comunicaciones y Redes de Computadores. 5º, 6ª, 7ª edición. Prentice Hall. 2000. [SPIN98]: Byron L. Spinney. "Ethernet Tips and Techniques". 3ª edición. Prentice Hall. 1998. [SPUR00]: Charles E. Spurgeon. "Ethernet. The Definitive Guide". O'Reilly. 2000. [ISO8802-3]: ISO/IEC 8802-3:2005 Information technology -- T&I LAN/MAN -- Specific requirements -- Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications 37