Redes y Tecnologías de Telecomunicaciones Ingeniería de las Telecomunicaciones PUCP 2012 gbartra@pucp.edu.pe Objetivo Entender las tecnologías subyacentesde redeslan y WAN así como los protocolos de telecomunicaciones que sirven de soporte a las diferentes aplicaciones corporativas. Página 2
Temario 1. Tecnología de Redes Ethernet, FastEthernet y Gigabit Ethernet. 2. Direccionamiento de Redes y Subredes 3. Enrutamiento IPv4 y Routers. NAT. DHCP 4. Redes LAN Inalámbricas 5. Protocolos de la capa de Transporte y capa de Aplicación 6. Tecnología de Redes WAN 7. Telefonía IP. Telefonía Celular 8. Convergencia de Redes 9. Trabajo práctico Página 3 Transmisión de Datos en el Modelo OSI Página 4
El Modelo de Referencia OSI de ISO: Encapsulamiento. DATOS NIVEL 7 A DATOS NIVEL 7 NIVEL 6 P A DATOS NIVEL 6 NIVEL 5 S P A DATOS NIVEL 5 NIVEL 4 T S P A DATOS NIVEL 4 NIVEL 3 R T S P A DATOS NIVEL 3 NIVEL 2 E R T S P A DATOS NIVEL 2 NIVEL 1 E R T S P A DATOS NIVEL 1 Paquete Paquete Paquete Página 5 Tecnologías de Redes LAN gbartra@pucp.edu.pe
Ethernet IEEE 802.3 Evolución de Ethernet 1972: Comienzo de Ethernet (Xerox PARC) 1982: Ethernet V2 DIX + SQE (detecta colisiones). 1983:Trama propietaria de Novell. 1985: 802.3 Ethernet 10 Mbps. 1990: Ethernet 10BaseT. 1993: Ethernet Switching. 1995: Fast Ethernet 802.3u 1996: Propuesta de Gigabit Ethernet 1997: 802.3x, Full Dúplex 1998: Gigabit Ethernet 802.3z + VLANs 2002: 10 Gigabit Ethernet sobre UTP y F.O. Página 8
Diagrama de flujo de transmisión CSMA/CD Página 9 Formato de una trama Página 10
Tarjeta de Red (NIC) Página 11 Retroceso exponencial binario (backoff-time) Núm. Intento Rango Interv. Tiempo ( s) 0 0 0 1 0-1 0-51,2 2 0-3 0-153,6 3 0-7 0-358,4 4 0-15 0-768,0 5 0-31 0-1.587,2 6 0-63 0-3.225,6 7 0-127 0-6.502,4 8 0-255 0-13.056,0 9 0-511 0-26.163,2 10 0-1023 0-52.377,6 11 0-1023 0-52.377,6 12 0-1023 0-52.377,6 13 0-1023 0-52.377,6 14 0-1023 0-52.377,6 15 0-1023 0-52.377,6 16 Se descarta - Página 12
Topologías LAN según el cable 10Base5: Coaxial Grueso Screen Monitor II Max. 50m Screen Monitor II Screen Monitor II Max. 100 nodes/segment Screen Monitor II Terminator (50 ) Min. 2.5m AUI Cable RG-11 Thick Cable Transceiver Max. 500m Página 14
10Base2: Coaxial Delgado Screen Monitor II Screen Monitor II Screen Monitor II Max. 30 nodes/segment Screen Monitor II Terminator (50 ) Min. 0.5m Max. 185m RG-58 Thin Cable T-joint Página 15 10BaseT: Par Trenzado Hub RJ-45 Connector Unshielded Twisted- Pair Screen Monitor II Screen Monitor II Screen Monitor II Screen Monitor II Max. 100m Página 16
Reglas de conexión estrictas 10Mb Ethernet cascada hasta 4 hubs 100m 100m 100m Fast Ethernet Clase I no permite conexiones entre hubs sólo 5 m Fast Ethernet Class II conecta sólo 2 hubs con 5m cable Página 17 Concentrador: Topología La función de detección de colisiones está localizada en la NIC dentro del DTE. La función del concentrador consiste exclusivamente en recibir y retransmitir (repetir) señales eléctricas de manera confiable. Sólo puede haber una transmisión simultáneamente. Página 18
Configuración de Cable UTP con conector RJ-45 Página 19 Fast-Ethernet (IEEE 802.3u) y Gigabit-Ethernet (IEEE 802.3z)
100BaseTX: Codificación 4B/5B (4 bits de datos por 5 baudios, 80% de eficiencia). Con 4B/5B la señalización para 100 Mbps es de 125 MBaudios. Ethernet 802.3 utiliza 1 bit por 2 baudios, 50% de eficiencia. Página 21 Componentes de una NIC Fast-Ethernet El PHY o Dispositivo de Capa Física, es similar al MAU de Ethernet. Puede estar integrado dentro de la NIC Puede ser uno de tres tipos: UTP Cat 5 (2 pares), UTP Cat 3 (4 pares) o Fibra Óptica. Conector de 40 pines DTE (Puerto) PHY MDI Medio Físico MII MII (Interfaz Independiente del medio), une las funciones CSMA de la NIC con el PHY. Soporta el trabajo a 10/100Mbps. Consta de un conector de 40 pines y un cable MII. Transforma las señales del PHY en datos digitales para la NIC. MDI (Interfaz Dependiente del Medio Fisico): Usado para efectuar una conexión física al medio, puede ser un conector RJ-45 (para UTP) o un conector SC (para Fibra Óptica) Página 22
Gigabit-Ethernet Es una extensión del IEEE802.3, opera a 1000Mbps y es compatible con Ethernet y Fast Ethernet. Se implementa sobre fibra óptica (monomodo hasta 2Km y multimodo hasta 500 metros) y sobre cable UTP Cat. 5 (máximo 25 metros). Página 23 Medios de Transmisión utilizados en Gigabit-Ethernet Página 24
Codificación en 1000BaseX En fibra (1000BASE-SX, 1000BASE-LX) y coaxial (1000BASE-CX) se usa 8B/10B. Deriva de Fiber Channel. Misma eficiencia que 4B/5B. Mayor redundancia que 4B/5B; de los 210 = 1024 grupos posibles se eligen 28 = 256 (25%) Inconveniente: si hay un error se pierden 8 bits (frente a 4 en el caso de 4B/5B). En cable UTP 1000BASE-T se aplican tres trucos : Se reparte el tráfico entre los cuatro pares (250 Mb/s cada uno) Se emplean circuitos híbridos para conseguir transmisión simultánea por cada par en cada sentido. Se codifica en PAM 5x5 (cinco niveles), 25 valores diferentes (4 bits + 1 FEC=Forward Error Control). Página 25 Transmisión Dual-Dúplex en 1000BaseT T 250 Mb/s R T 250 Mb/s R T 250 Mb/s R T 250 Mb/s R Híbrido Híbrido Híbrido Híbrido Híbrido Híbrido Híbrido Híbrido T 250 Mb/s R T 250 Mb/s R T 250 Mb/s R T 250 Mb/s R Cuatro pares 250 Mb/s por par en cada sentido 2 bits/símbolo 125 Msímbolos/s Página 26
10Gbps Ethernet (IEEE 802.3ae) Resumen Al igual que en Gigabit-Ethernet, no existe CSMA/CD. Sólo Full-Dúplex. Orientado a medios de Fibra Óptica. En los demás aspectos, comparte las características del modelo Ethernet original. Interfase física: XAUI (10 Gigabit Attachment Unit Interface). Página 28
10Gigabit-Ethernet Página 29 Medios Físicos en 10 Gigabit-Ethernet Medio Cable Distancia Emisor Láser Ventana Costo 10GBASE-CX Coaxial < 20 m - Muy Bajo 10GBASE-SX Fibra MM mejorada 100-300 m VCSEL 1ª Bajo 10GBASE-LX Fibra MM y SM 5-15 Km FP 2ª Alto 10GBASE-EX Fibra SM 40-100 Km DFB 3ª Muy alto Página 30
Resumen Tecnologías Ethernet Medio Veloc. (Mb/s) Codific. Pares Frec.Mb aud Categ. Min. 1BASE5 1 Manchester 1 2 2 10BASE-T 10 Manchester 1 20 3 100BASE-X 100 4B/5B 1 125 5 100BASE-T2 100 PAM 5x5 2 25 3 100BASE-T4 100 8B/6T 3 25 3 1000BASE-TX 1000 PAM 5x5 4 125 5E 1000BASE-SX 1000 8B/10B 1 1250 F.O. 10GBASE-EX4 10000 8B/10B 4 3125 F.O. 10GBASE-ER 10000 64B/66B 1 10300 F.O. Página 31 Dispositivos de Interconexión gbartra@pucp.edu.pe
Modelo OSI: Protocolos y Dispositivos Capa 7 A Host 1 Host 2 Protocolo de Aplicación Unidad de Datos A APDU Capa 6 P Protocolo de Presentación P PPDU Capa 5 S Protocolo de Sesión S SPDU Capa 4 Capa 3 T R Protocolo de Transporte Router 1 Router 2 Protocolo de Red R R T R TPDU Paquete Capa 2 E E Protocolo de Enlace Switch E E Trama Capa1 F F F Hub F bit Página 33 Esquema de operación de un repetidor Estación Origen Aplicación Estación Destino Aplicación Presentación Presentación Sesión Sesión Transporte Transporte Red Red Enlace Repetidor Enlace Física Física Física Ethernet (802.3) Ethernet (802.3) Página 34
Puentes (Bridges) Ejemplo de puente traductor conectando una red TR con una Ethernet Aplicación Presentación Sesión Transporte Red LLC MAC Estación Origen Estación Destino Puente (Bridge) Retransmisión PKT MAC 802.5 PKT 802.3 PKT Aplicación Presentación Sesión Transporte Red LLC MAC Física 802.5 PKT 802.5 PKT 802.3 PKT Física Física 802.3 PKT Token Ring (802.5) Ethernet (802.3) Página 36
Puentes Base de datos de reenvío MAC..... Puerto..... Software de gestón de puertos Entidad de protocolo de puente Conjunto de chips de MAC Buffers de memoria Conjunto de chips de MAC Puerto 1 Puerto 2 Segmento de LAN A Segmento de LAN B Página 37 Operación del Puente Transparente A Segmento 1 Segmento 2 Segmento 3 %080002002222 %080002003333 Bridge A %080002004444 %080002005555 Port 1 Port 2 Bridge B B Port 1 Port 2 C %080002001111 %080002008888 %080002007777 %080002006666 Página 38
Ejercicio: Porqué el puente 2 no aprende la ubicación de la máquina B? A C D E B 1 2 P 1 3 4 P 2 F Puente 1 Puente 2 Evento Puerto 1 Puerto 2 Puerto 3 Puerto 4 1. A F A - A - 2. B A A,B - A - 3. A,B D A,D - D difunde 4. C B A,B D,C A,D,C - 5. F D A,B D,C,F A,D,C F Página 39 Switches
Switch: Bridge multipuerto Forma un solo dominio de Broadcast y separa Dominios de colisiones Conecta LANs a la subcapa MAC (capa de enlace) Conecta diferentes medios de transmisión. Aisla eléctricamente los segmentos de red. Almacena y envía tramas. Independiente del protocolo. Página 41 Criterios para la elección de un switch Tipo de conmutación: Store and forward. Cut-through Mixto Throughput (desempeño total) Capacidad de buffer y control de congestión Capacidad de almacenamiento de direcciones físicas Página 42
Port Trunking: más allá de 1Gbps 3 GbE links = 3Gbps 10M 100M 1000M 3 FE links = 300Mbps A Trunk 6 GbE links = 6 Gbps Enlaces paralelos activos Hasta 6 links / trunk Hasta 4 trunks / unit FE or GbE groups Built-in auto-resiliency Automatic traffic recovery for failed link in group Página 43 Redes Virtuales - VLAN
Redes lógicas sobre una red física Página 45 Ventajas de usar VLANs Reduce el costo administrativo (translado, cambios y crecimiento) Eficiente uso del ancho de banda (mejor control de broadcast) Seguridad de red mejorada (separado de grupo de VLAN para usuarios de alta seguridad y reubicacion de servidores en localizaciones seguras) Escabilidad y performance (microsegmentos con escabilidad y carga de trafico distribuido) Proveee mayor flexibilidad en la segmentación y organización Página 46
Configuración de VLANs Página 47 Comunicación entre VLANs Página 48
Inter-Switch Link (ISL) Página 49 Estándar 802.1q Página 50
Ejemplo de etiqueta en un nivel Página 51 Etiqueta 802.1q Página 52
Protocolo de troncal VLAN (VTP) Página 53 Ventajas de VTP Menos configuración (sólo un dispositivo necesita ser configurado) Configuración consistente (menos problemas de conectividad, menos troubleshooting) No se requiere configuración para nuevos dispositivos (los nuevos dispositivos aprenden de las cabeceras de anuncios de los otros) Seguridad opcional (anuncios pueden ser autenticados) Página 54
Modos VTP VTP server: puede crear, modificar y borrar VLAN VTP cliente: no puede crear, modificar y borrar VLAN VTP transparente: no participa en VTP Página 55 Configuración Básica de Switch Cisco Modo usuario: Switch> Modo Administrador: Switch>enable Mostrar version del IOS: Switch#show version Mostrar estado de VTP: Switch#show vtp status Mostrar el contenido de la memoria flash: Switch#show flash Mostrar las interfaces del switch: Switch#show interfaces Mostrar VLANs creadas en el switch: Switch#show vlan Página 56
Configuración Básica de Switch Cisco Crear VLANs en el switch: Switch#vlan database Switch(vlan)#vlan 100 name Administracion Switch(vlan)#vlan 200 name Laboratorio Switch(vlan)#vlan 300 name Alumnos Otra Forma: Switch# configure terminal Switch(config)# vlan 200 Switch(config-vlan)# name laboratorio Switch(config-vlan)#end Página 57 Configuración Básica de Switch Cisco Agregar puertos del switch a una VLAN: Switch#configure terminal Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z. Switch(config)# interface FastEthernet0/2 Switch(config-if)# switchport mode access Switch(config-if)# switchport access vlan 100 Switch(config-if)# exit Switch(config)# interface FastEthernet0/7 Switch(config-if)# switchport mode access Switch(config-if)# switchport access vlan 200 Switch(config-if)# exit Switch(config)# interface Fastethernet0/13 Switch(config-if)# switchport mode access Switch(config-if)# switchport access vlan 300 Switch(config-if)# exit Switch(config)# Página 58
Configuración Básica de Switch Cisco Asignación de varios puertos a una VLAN: Switch(config)#interface range Fa 0/3-5 Switch(config-if-range)#switchport mode access Switch(config-if-range)#switchport access vlan 100 Switch(config-if-range)# Para borrar una vlan: vlan database no vlan 200 (borrar la VLAN especificada) Para quitar la asignación de VLAN a un puerto: configure terminal interface f0/7 no switchport access vlan 200 Para volver todo el switch al default de fábrica: erase startup-config (borra configuración, excepto VLAN) delete flash:vlan.dat (borra la información de VLAN) reload Página 59 Configuración Básica de Switch Cisco Configurar un puerto en modo Troncal (Trunk): Switch#configure terminal Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z. Switch(config)# interface Fa0/20 Switch(config-if)# switchport mode trunk Switch(config-if)# exit Switch(config)# exit Página 60
Packet Tracer Página 61 Bibliografía y fuentes Computer Networks, Douglas E. Comer Computer Networking, Kurose/Ross Computer Networks, Peterson/Bruce www.cisco.com www.dlink.com Página 62