UNIDAD 3: Redes LAN Métodos de control de acceso al medio El control del acceso al medio corresponde a la capa de Enlace de Datos. Misiones principales (Enlace de Datos): Emisor: transformar los bits a transmitir por el medio en una señal. Receptor: extraer de una señal del medio los bits transmitidos. Gestionar el acceso al medio si es compartido. Detectar errores de transmisión. Opcionalmente, corregir errores o retransmitir. Métodos de control de acceso al medio: 1) Interrogación 2) Pasaje de Testigo (Token Ring) 3) CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (Ethernet) 1 Métodos de control de acceso al medio 1) Interrogación / Acceso Centralizado: Sistema maestro esclavo Un esclavo solo transmite cuando es interrogado por el maestro. Ventajas Simple. El maestro es el único punto de coordinación. Fácil de adaptar la interrogación (polling) en función de las necesidades de los esclavos. Se puede calcular el tiempo de ciclo de polling (caso peor). Determinístico. Desventajas El maestro es un punto clave para el funcionamiento del sistema. El maestro se utiliza en cada transferencia, genera retardos adicionales. Poco eficiente con gran cantidad de esclavos. 2) Pasaje de Testigo (Token Ring): Acceso al medio por reserva: existe un testigo o token que circula por la red. En todo momento sólo el poseedor del token puede transmitir por lo que desaparecen las colisiones. Supone que las estaciones de la red se configuran como un anillo físico o lógico. Determinístico. 2
Métodos de control de acceso al medio 3) CSMA/CD: Es un protocolo de acceso al medio por contienda, utilizado en las tarjetas Ethernet. Las estaciones / Hosts compiten para poder transmitir en el medio compartido. Antecedentes de CSMA/CD Protocolo ALOHA: Desarrollado para tramas/paquetes de radio. (Abramson 1970). Funcionamiento Cuando la estación tiene una trama, la envía. La estación pasa a escuchar (durante un tiempo igual al máximo retardo de propagación posible de ida y vuelta a través de la red) más un pequeño incremento. Si la estación oye una confirmación (ACK), todo OK. Si no ha sido así, retransmite la trama. Si no recibe una confirmación después de varias retransmisiones, la estación desistirá. Si la trama es válida y la dirección de destino coincide con la de la receptora, la estación devuelve una confirmación (ACK). Notas Cualquier solapamiento de tramas produce colisión. La utilización máxima del canal es del orden del 18 por ciento. 3 CSMA/CD IEEE 802.3 Ethernet (Metcalfe 1976) Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Detección de Colisiones. The invention of Ethernet as an open, non-propietary, industry-standard local network was perhaps even more significant than the invention of Ethernet technology itself Robert M. Metcalfe 4
CSMA/CD IEEE 802.3 Ethernet Las estaciones escuchan mientras se transmite. Procedimiento 1. Si el medio se encuentra libre, transmite; en otro caso se aplica el paso 2. 2. Si el medio se encuentra ocupado, escucha hasta que el canal se libere, en cuyo caso transmite inmediatamente. 3. Si se detecta una colisión durante la transmisión, se transmite una señal de interferencia (JAM 4 Bytes). A continuación, se deja de transmitir. 4. Tras la emisión de la señal de interferencia, la estación espera una cantidad aleatoria de tiempo y a continuación vuelve al paso 1. La estación (PC) reintenta retransmitir cada vez que colisiona, hasta 16 veces. Luego, informa el error. En buses en banda base, una colisión implicaría la aparición de niveles de tensión superiores al normal (suma de señales). Distancia límite a 185 mts (10Base2: 10Mbps Banda Base 200mts). 5 Evolución del Ethernet Ethernet 10 BaseT - IEEE 802.3i-1990 Cable UTP 3 o UTP 5: dos pares trenzados no blindados, se usa un par para transmitir y otro para recibir (full duplex). Conectores RJ45. Un concentrador (hub) hace de bus. Lo que recibe por una boca lo retransmite por todas las demás. 10 Mbps entre todas las bocas. Longitud máxima hasta el hub 100 m. Gigabit Ethernet IEEE 802.3z, 1998 FO. Fast Ethernet IEEE 802.3u, 1995 Compatible con Ethernet, mismo formato de trama 100 Mbps. 100 BaseTX: 2 pares UTP 5 (comúnmente utilizado) 100 Base T4: 4 pares UTP 3. 100 Base FX: 2 fibras ópticas. IEEE 802.3ab, 1999 UTP. Compatibilidad hacia atrás. Comenzó a utilizarse en redes troncales, aunque en la actualidad es normal encontrarlo en PCs. 10Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae-2002 (fiber -SR, -LR, -ER and -LX4 PMDs). IEEE 802.3an-2006 (10GBASE-T copper twisted pair). 6
Capas IEEE dentro del modelo OSI Los estándares para Ethernet (IEEE 802.3) especifican -mediante subcapaselementos que se encuentran en ubicados en las capas 1 y 2 del modelo OSI 7 6 5 4 3 2 1 Nivel OSI Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Física EN NLACE FÍSICA Subcapa de Control de Enlace Lógico (LLC) Subcapa de Control de Acceso al Medio (MAC) Subcapas de Señalización física Especificaciones del medio IEEE 802.2 IEEE 802.3 7 Capas IEEE dentro del modelo OSI Subnivel MAC En la terminología OSI, el nivel de enlace se dividía en 2 partes: MAC: se encarga del acceso a un medio de transmisión compartido por varias máquinas. LLC: se encarga de la gestión de los errores de transmisión. El termino MAC ha trascendido al propio modelo OSI y se utiliza muchas veces de forma informal para referirse a las tarjetas de red o a sus direcciones. 8
Formato de la trama IEEE 802.3 Tamaño mínimo de Trama: 64 Bytes (46 datos o relleno + 6 Destino + 6 Origen + Longitud + 4 FCS) Tamaño máximo Trama: 1518 Bytes (1500 datos + 6 Destino + 6 Origen + Longitud + 4 FCS) MTU: 1500 Bytes MTU, maximum transmisssion unit. Unidad máxima de transmisión. 9 Formato de la trama IEEE 802.3 - NOTAS Cuando un frame Ethernet es enviado al canal, todas las interfaces revisan los primeros 6 bytes (48 bits). Si es su dirección MAC (o broadcast) reciben el paquete y lo entregarán al software de red instalado en el computador. Las interfaces con diferentes dirección no continuarán leyendo el frame. Un nodo sabe si el frame es Ethernet V2 ó IEEE 802.3 al revisar los dos bytes que siguen a la dirección origen. Si su valor es más que el hexadecimal 05DC (decimal 1500), entonces es un frame Ethernet V2. Si es menor se asume que ese campo representa la longitud de los datos. Tipo: 2 bytes, especifica el protocolo de la capa superior. Ejemplos de valores del campo type/length: 0-1500 length field (IEEE 802.3 and/or 802.2) 0x0800 IP(v4), Internet Protocol version 4 0x0806 ARP, Address Resolution Protocol 0x8137 IPX, Internet Packet exchange (Novell) 0x86dd IPv6, Internet Protocol version 6 10
IEEE 802.3 Direcciones Unicast, Multicast y Broadcast Una dirección Unicast es aquella que identifica UNA sola estación. Las direcciones Unicast en Ethernet se reconocen porque el primer byte de la dirección MAC es un número par. Por ejemplo: f2:3e:c1:8a:b1:01 es una dirección unicast porque f2 (242) es un número par. Una dirección de Multicast permite que un solo frame Ethernet sea recibido por VARIAS estaciones a la vez. En Ethernet las direcciones multicast se representan con un número impar en su primero octeto. Una dirección de Broadcast permite que un solo frame sea recibido por TODAS las estaciones que vean el frame. La dirección de broadcast tiene todos los 48 bits en uno (ff:ff:ff:ff:ff:ff). Una dirección Broadcast es un caso especial de dirección Multicast. Some well known Ethernet multicast addresses Ethernet multicast address Type Field Usage 01-00-0C-CC-CC-CC 01-80-C2-00-00-00 0x0802 0x0802 CDP (Cisco Discovery Protocol), VTP (VLAN Trunking Protocol) Spanning Tree Protocol (for bridges) IEEE 802.1D 01-80-C2-00-00-02 0x8809 Ethernet OAM Protocol IEEE 802.3ah 01-00-5E-xx-xx-xx 0x0800 IPv4 Multicast (RFC 1112) 33-33-xx-xx-xx-xx 0x86DD IPv6 Multicast (RFC 2464) 11 Dispositivos de Networking Los dispositivos utilizados en las redes de área local son: Repetidores: utilizados para regenerar una señal. Concentradores (hubs): utilizados para conectar múltiples hosts. Puentes (bridges): se utilizan para segmentar las redes LAN (previo a los Switches). Conmutadores (switches): utilizados para conectar varios elementos mientras segmentan la red. Funciona en capa 2. Conmuta tramas Ethernet. Routers: conectan redes entre sí. Realizan el enrutamiento basándose en protocolos de capa 3. CAPA 3 Router CAPA 2 Bridge Switch CAPA 1 Repetidor Hub 12
Funcionamiento full-duplex Una red Ethernet tradicional es semi-duplex: Puede transmitir o recibir, pero no ambas cosas simultáneamente. En el modo de funcionamiento full-duplex, una estación puede transmitir y recibir al mismo tiempo. Una Ethernet a 100 Mbps en full-duplex alcanzaría, teóricamente, una velocidad de 200 Mbps. Las estaciones conectadas deben tener tarjetas adaptadoras full-duplex. Debe utilizar un concentrador conmutado: Cada puerto constituye un dominio de colisión separado. De hecho, las colisiones no se producen. El algoritmo CSMA/CD no es necesario. Se utiliza el formato de trama MAC 802.3. Las estaciones pueden continuar ejecutando el algoritmo CSMA/CD. 13 Especificaciones de 1000BASE-X 14