LAN y Ethernet

Redes Ethernet
Redes LAN:
características
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LAN: características
• Distancia de operación mucho menor a
WANs
• Sistemas baseband
• Data rate optimizado por el uso de más de
dos líneas para transmisión de datos
Topologías
• ´80:
– 10Mbps Ethernet bus (IEEE 802.3),
– Token Ring (IEEE 802.5),
– FDDI
• ´90: aparece LAN switching, pero se
siguió utilizando tecnología anterior...
hasta mitad de la década
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Topologías: broadcast
• Broadcast: utilizado en Ethernet, Token
Ring, FDDI
– Todas las estaciones de la red reciben todos
los paquetes transmitidos
– Luego cada estación debe analizar si el
paquete debe ser aceptado, rechazado o
reenviado
Topologías: broadcast
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Redes Ethernet
Topologías: Ethernet
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Ethernet: implementación
Half duplex
• Half duplex: no permite que se
transmitan y reciban datos a la vez
• CSMA-CD: controla el acceso al medio
en half duplex
• Colisión: si dos estaciones transmiten
simultáneamente
CSMA-CD
• A: detecta si el medio está disponible
(Carrier Sense), si no espera
• Medio compartido (Multiple Access),
otros pueden transmitir a la vez...
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CSMA-CD
• B: intenta transmitir al mismo tiempo que A
• Poco después, se dan cuenta de que otro
dispositivo está enviando una trama (Collision
Detect)
• Cada estación espera un tiempo aleatorio para
retransmitir
• El tiempo después de la colisión se divide en
slots, cada estación elige un slot al azar
Colisiones
• Forma de distribuir la carga de tráfico
• Son parte de la operación NORMAL de
Ethernet
• Máximo número de time slots: 1024
• Máximo número de retransmisiones de la
misma trama: 16
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Slot time
Formato de trama – 802.3
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Formato de trama – Ethernet
Length
802.3 – Ethernet
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Formato de trama
• Preámbulo
– Utilizado para sincronización
– 56 bits, unos y ceros alternados
• Delimitador de trama
– Marca el comienzo del frame Ethernet
– 8 bits: 10101011
Formato de trama
• MACs:
– 2 campos con MAC address: fuente y destino
– 48 bits (6 bytes) de longitud
• Type (length)
– 2 bytes de longitud
– Número de bytes de datos LLC (excluyendo
padding)
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Formato de trama
• Datos
– De 46 a 1500 bytes de datos
– Si hay menos de 46 bytes de datos, se
agrega padding
• FCS
– 4 bytes, CRC
– Incluye MACs, type y datos
Topologías redes Ethernet
• Estrella, con hubs (multiport repeaters)
• Estrella, con switches
• Full duplex
– Alta velocidad, conexión punto a punto
– Tx y Rx a la vez: duplica el BW
– Switches full duplex + nodos full duplex
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10/100/1000 Mbit/s Ethernet
• Ethernet
– 10 Mbit/s: 802.3
• Fast Ethernet
– 100 Mbit/s: 802.3u
• Gigabit Ethernet
– 1000 Mbit/s: 802.3z
LAN switching
• Diferencias con WAN Switching:
– Menores distancias
– Mayores velocidades
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LAN switching
• Segmentos de LAN: conectados por
switch
– Impide que los datos con destino en el
segmento origen pasen a otros segmentos
– Permite múltiples conexiones entre
segmentos
– Aumenta el ancho de banda disponible
LAN switching
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Half vs. Full duplex
• Por definición, Ethernet, Token Ring y
FDDI son half duplex:
– Una estación sólo puede transmitir o
recibir
– No puede realizar las dos operaciones a la
vez
• Switches full duplex:
– Permite transmitir y recibir a la vez,
– Duplican la velocidad
– Implica conexión a través de dispositivos
activos
Ethernet: consideraciones
físicas
• Tipos de interfaces:
– MDI: MAC address (estación)
– MDI-X: switch/hub
• Cableado:
Cable UTP
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Diseño de redes 10Base-T
• Distancia máxima: 90 + 10 m
Parámetro
Máxima longitud del segmento
Atenuación máxima
Máximo delay de tx por segmento
NEXT (4 MHz – 15 MHz)
Límite
100 m
<11.5 dB
1000 ns
>30.5 dB
Ethernet: Standards
• 802.3 Carrier Sense Multiple Access with Collision
Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer
Specifications
• 802.3c Repeater Unit for 10 Mb/s Baseband Networks
• 802.3x&y Specification for 802.3 Full-Duplex Operation
and Physical Layer Specification for 100 Mb/s Operation
on Two Pairs of Category 3 or Better Balanced Twisted
Pair Cable (100BASE-T2)
• 802.3z Physical Layers, Repeater, and Management
Parameters for 1000 Mb/s Operation
• 802.3.ab Physical Layer Parameters and Specifications
for 1000 Mb/s Operation Over 4-Pair Category 5 Balanced
Copper Cabling, Type 1000BASE-T
• http://grouper.ieee.org/groups/802/3/index.html
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Redes LAN
switcheadas
Bridges y switches
• Conectan los segmentos a nivel 2 OSI (capa
MAC)
• Guardan, filtran y retransmiten tramas Ethernet
• Funciones principales:
– Evitar que el tráfico de un segmento a los otros
segmentos
– Descarte de paquetes defectuosos
– Mejorar limitaciones de topología:
– Máximo número de nodos
– Límites de distancia
– Delay
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Forwarding table
• Filtrado: en función de tabla de
direcciones MAC (forwarding table)
• Tabla:
– Generada por el bridge en modo learning:
• Transparent bridging (802.1)
• Actua como repetidor, pero la dirección fuente de
cada paquete se guarda en una tabla
– Cargada manualmente por administrador
Broadcasts en LAN
switcheada
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Spanning tree
• Si dos subredes pueden ser alcanzadas
por más de un camino, es preciso un
mecanismo para seleccionar la ruta
óptima
• Debe evitarse la generación de loops: si
una trama circula contínuamente en la red
y se reproduce a sí misma, generando
tráfico innecesario
Spanning tree protocol
• Provee redundancia
• Evita loops
– Sólo debe existir un camino activo entre dos nodos
– Si no, se pueden duplicar los mensajes
• STP: define un árbol con todos los switches de
la red
• La información se intercambia por medio de
paquetes denominados BPDU
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LANs switcheadas
• Switches de LAN:
– Conectan segmentos o nodos para
transmisión directa
– Reenvían cada trama al puerto donde está el
dispositivo destino
– Permite flujos en paralelo
LAN switching
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Métodos de switcheo:
Cut-through
• Decide adonde reenviar la trama después de
recibir los 6 primeros bytes de la trama (MAC
destino)
• Ventajas:
– Permite reenviar tramas a altas velocidades
– Baja latencia: alrededor de 40 µs
• Desventajas:
– El switch comienza a reenviar la trama sin chequear
si tiene errores
– Puede propagar tramas defectuosas
Métodos de switcheo:
Store-and-forward
• Switch: no toma decisiones hasta no recibir la
trama completa
• Ventaja:
– No propaga tramas defectuosas
• Desventajas:
– Alta latencia, dependiente del tamaño de trama
– Si la trama atraviesa varios switches que operan con
este método, los retardos son importantes
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Soluciones a métodos de
switcheo
• Fragment free cut-through
– Se toma decisión después de recibir los primeros 64
bytes
– Elimina la mayoría de las tramas defectuosas (runts)
– Menor latencia que store-and-forward
• Adaptative forwarding
– Permite que un puerto del switch alterne entre cutthrough y store-and-forward en función del número de
tramas erradas.
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