Redes de Computadoras Ethernet Ing. Eduardo Interiano Ing. Faustino Montes de Oca
Ethernet Antecedentes Tecnologías y cableado Ethernet Codificación de Manchester El protocolo de la subcapa MAC de Ethernet El algoritmo de Backoff exponencial binario Rendimiento de Ethernet IEEE 802.2: Logical Link Control 2
Antecedentes de Ethernet Es la tecnología de LAN más usada en la actualidad ; implementada originalmente en XEROX en 1970 En 1983 se publica como estándar ANSI/IEEE 802.3 Utiliza las topologías físicas bus y estrella en banda base (baseband); aunque también puede ser usada en banda ancha (broadband). 3
Las tecnologías Ethernet Existen varias tecnologías Ethernet que han evolucionado desde la Ethernet original Para nombrarlas se usan letras y números Tipo de modulación VVmodXX Velocidad en Mbps Tipo de medio 4
Tipos de transmisión en Ethernet BANDABASE La señal transmitida por el medio no sufre ningún tipo de modulación, se transmite en banda base. Este es el tipo más usado en redes Ethernet BROADBAND La señal se modula como en la televisión por cable, usando división de frecuencia no tuvo mucha aceptación (10broad36) 5
Velocidades de transmisión en Ethernet 10Mbps Ethernet original 100Mbps FastEthernet 1000Mbps GigabitEthernet 10000Mbps 10 GigabitEthernet 6
Medios de transmisión usados en Ethernet Cable coaxial grueso y delgado Usados en la Ethernet original Cable UTP Desde categoría 3 hasta categoría 6 Fibra óptica Monomodo y multimodo 7
Tecnologías Ethernet Velocidades Modulación Medio Descripción Mbps 10 BASE 2 Coaxial delgado 5 Coaxial grueso T Cable UTP 100 BASE T Cable UTP F Fibra óptica 1000 BASE T Cable UTP S, L Fibra óptica 8
Tecnologías Ethernet ETHERNET 10BASE5, 10BASE2 10BASET FAST ETHERNET (IEEE 802.3u, 1995) 100BASET4, 100BASETX, 100BASEFX GIGABIT ETHERNET (IEEE 802.3z, 1998) 1000BASET, 1000BaseCX, 1000BaseSX/LX 9
Operación de Ethernet Cableado Tecnología de broadcast (todo mundo Rx) Usa codificación Manchester Usa CSMA/CD Modo escuche antes de transmitir Detecta colisiones y espera (back off) 10
Ethernet: tecnologías Tipos de Ethernet a 10Mbps 11
Cableado Ethernet Tres clases de cableado Ethernet (a) 10Base5, (b) 10Base2, (c) 10Base-T. 12
Ethernet: topologías Topologías de cableado. (a) Lineal, (b) Espina, (c) Árbol, (d) Segmentada 13
Ethernet: topologías (2) En las tecnologías 10BASE2 y 10BASE5 se tienen las siguientes topologías: En las tecnologías 10BASET y 100BASET se tienen las siguientes topologías: Bus físico Bus lógico Estrella física Bus lógico 14
Ethernet: topología física más usada Estrella extendida 15
Ventajas y desventajas de la topología física bus Ventajas El fallo de una computadora no afecta la red Las conexiones a la red son sencillas y flexibles Es una topología barata en cuestión de cables, conectores T y terminadores Desventajas Frágil, si el cable se desconecta o troza, la red deja de funcionar el su totalidad por pérdida de impedancia Difícil de aislar cuando hay problemas de cableado Degradación notable del desempeño de la red con el aumento de dispositivos 16
Ventajas y desventajas de la topología física estrella Ventajas Desventajas El fallo del cable de un dispositivo no afecta a la red Facilidad para agregar nuevos dispositivos Costo medio en el cableado, los conectores y el concentrador Si el concentrador falla, la red entera deja de funcionar Posibilidad de administración y monitoreo centralizado 17
Ampliación de una red Ethernet Existe para las tecnologías 10BASE2 y 10BASE5, que usan cable coaxial, la regla 5-4-3 y para las tecnologías que usan cable UTP la regla 5-4 El primer dígito representa la cantidad de segmentos de cable entre dos computadores El segundo dígito indica la cantidad máxima de repetidores entre dos computadores El tercer dígito es la cantidad de segmentos de cable con computadores conectados 18
Ampliación de una red Ethernet (2) (a) Ethernet de dos estaciones (b) Ethernet multiestación 19
Tecnología de broadcast Broadcast 20
Ethernet: codificación (a) Binaria (b) Manchester (c) Manchester diferencial 21
Codificación de Ethernet Ethernet de 10Mbps (B=20MHz) utiliza codificación Manchester, la cual garantiza un cambio en el nivel lógico de la señal por cada bit trasmitido. Ej: Transmitir el byte 10011101 produciría la señal a continuación 22
Ethernet: protocolo de la subcapa MAC La forma en que las redes Ethernet transmiten sus datos se llama datagrama o trama (más usual) Las tramas tienen una longitud mínima de 64 bytes y una longitud máxima de 1518 bytes (con dot1q 1522) 23
Tramas Ethernet e IEEE 802.3 Ethernet (DIX) IEEE802.3 24
Ethernet: protocolo de la subcapa MAC (2) Formatos de trama. (a) Ethernet DIX (Digital, Intel, Xerox) (b) IEEE 802.3 25
Descripción de la trama Ethernet (1) Preámbulo: Para sincronizar los receptores (7 bytes 10101010). Delimitador del inicio de trama (SFD: Start Frame Delimiter): es el byte 10101011. Indica dónde realmente inician los campos de información útil. Dirección destino (Destination Address): contiene la dirección MAC de la computadora destino(media Access Control). Dirección fuente (Source Address): La dirección MAC de la computadora que originó la trama. 26
Descripción de la trama Ethernet (2) Tipo de trama o longitud (Type or Length): Para Ethernet este campo determina el tipo de trama que se está enviando; para el campo de longitud, este valor indica el número de bytes del campo de información). Información: Aquí viajan los datos e información acerca del protocolo de comunicaciones que se está usando. Secuencia de verificación de trama (FCS o CRC): Es un código de redundancia cíclica de 32 bits aplicado a los cuatro campos anteriores. 27
Método de acceso Acceso múltiple con detección de portadora y detección de colisiones CSMA/CD Escucha y si no hay nadie transmitiendo, transmite 28
Ethernet: Detección de colisiones La detección de colisiones puede tomar tanto como 2τ. Tiempo de viaje aprox. 50µs Longitud máxima de cable 2500m y 4 repetidores 29
Ethernet: Algoritmo de espera exponencial binaria aleatoria Después de cada colisión las estaciones esperan un tiempo aleatorio antes de reintentar la transmisión El tiempo de espera depende del número de colisiones y es el producto del tiempo del slot que es de 2 veces el tiempo máximo de propagación τ. i 0 min(2 1;1023)*2τ t w 30
Ethernet: Rendimiento Eficiencia de Ethernet a 10 Mbps con tiempos de ranura de 512 bits (2τ = 51.2µs) η=eficiencia B=ancho de banda bps c=velocidad de propagación en m/s F=long. de trama (bits) L=tamaño cable η = 1+ 1 2τeB / F e=base log. neperiano η = 1+ 1 2BLe / cf 31
Fast Ethernet Estándar IEEE-802.3u de junio de 1995 Ventajas Alto rendimiento (100Mbps) Tecnología basada en estándares Migración sencilla Soporte garantizado 32
Fast Ethernet: Tecnologías Tipos de Fast Ethernet 33
Fast Ethernet: características Usa topología física estrella Longitud máxima de 100 metros por segmento de cable UTP y de 500 metros con fibra multimodo Se pueden segmentar en dominios de colisión múltiples por medio de conmutadores LAN, o puentes Usa el código de línea 4B/5B 34
4B/5B 35
Fast Ethernet: cableado Alternativas de cableado 100BaseTX (STP y UTP categoría 5, datos, usa dos pares) 100BaseT4 (cuatro pares cat. 3, 4 o 5) 100BaseFX (dos hilos de fibra multimodo) 36
Fast Ethernet: subcapas Tecnologías en las capas y el modelo OSI Capa de enlace de datos Control de Enlace Lógico Interfaz independiente del medio MII, MAC Capa física 100BaseT4 100BaseTX 100BaseFX 37
Fast Ethernet: compatibilidad Autonegociación: Los adaptadores o conmutadores detectan la velocidad de transmisión automáticamente y utilizan en método más rápido disponible La negociación se hace utilizando una ráfaga FLP (pulsos rápidos de enlace), éstos son ignorados por adaptadores 10BaseT; pero respondidos por adaptadores 100BaseT 38
Ethernet: autonegociación 39
Gigabit Ethernet Soporta autoconfiguración de velocidades como FastEthernet Puede trabajar en modo full duplex (modo normal), sin colisiones y sin CSMA/CD cuando el nodo central es un conmutador Trabaja en modo half duplex cuando el nodo central es un concentrador o hub y usa CSMA/CD con carrier extension (padding) a 512 bytes y frame bursting concatenando tramas menores de 512 bytes. Disponible por razones de compatibilidad. Usa el código de línea 8B/10B en fibra óptica. No más de 6 0s o 1s, Balance de 0s y 1s. 40
Gigabit Ethernet: Tecnologías Gigabit Ethernet 41
Comparando OSI e IEEE 802.3 42
IEEE 802.2: Control de enlace lógico (LLC: Logical Link Control) Esconde las diferencias entre las varias clases de redes IEEE 802 Provee una interfaz y formato único a la capa de red El protocolo, formato e interfaz es muy similar al HDLC Provee tres tipos de servicios: a) de datagramas no confiable, b) de datagramas reconocidos y c) servicio orientado a conexión 43
IEEE 802.2: Control de enlace lógico (2) (a) Ubicación del LLC (b) Formatos del protocolo 44
La familia Ethernet 45
Referencias Tanenbaum, Andrew S.. Redes de Computadoras 3ª Ed. Pearson, México, 1997 46