1 Redes de Comunicación II Módulo II. Redes de área local Tema 5. Redes LAN Tema 5. LAN 2 Índice • • • • • • • • • • Introducción Arquitectura Capa física Subcapa MAC Supcapa de enlace IEEE 802 802.3 3 y sistema it Eth Ethernett IEEE 802.5: Token Ring Ethernet de alta velocidad y Gigabit Fiber Distributed Data Interface (FDDI) LANs inalámbricas y estándar IEEE 802.11 Tema 5. LAN 3 Introducción • Características fundamentales ▫ Distancia de cobertura relativamente pequeña (cientos de metros) ▫ Medio de transmisión compartido x Requiere protocolos de acceso al medio (MAC) ▫ Velocidad de transmisión elevada (hasta Gbps) ▫ BER muy pequeña (10-8) (10 8) ▫ Gestión: corresponde al propietario x Alcance limitado, recinto privado • Objetivos ▫ Compartir recursos hardware y software x Impresoras, servidores,… ▫ Comunicación • Usos básicos ▫ Redes domésticas ▫ Redes edes pequeñas peque as empresas e p esas Tema 5. LAN 4 Arquitectura Capas Superiores Subcapa de enlace Subcapa MAC Capa física Capa p de enlace Tema 5. LAN 5 Capa física Medios y tipos de transmisión • Medios de transmisión ▫ Par trenzado. Ejemplo: sistema 100BASE-T x 100BASE 100BASE-TT significa: 100 Mbps, Mbps transmisión en banda base base, par trenzado ▫ Cable coaxial. Ejemplo: redes de cable ▫ Fibra óptica óptica. Ejemplo: sistema 100BASE-FX ▫ Aire. Redes LAN inalámbrica (WLAN) • Tipo de transmisión ▫ Banda B d B Base x Representación: XBASEY ▫ Banda ancha x Se denota como: XBROADY x X: velocidad de transmisión, en Mbps x Y: relacionada con las características del medio de transmisión x 10BASE5: 10 Mbps, b transmisión ó en BB, 500 m d de llongitud dd de cable bl x 100BASE-T: 100 Mbps, transmisión en banda base, par trenzado Tema 5. LAN 6 Capa física Códigos de línea y modulaciones • Código de línea ▫ Manchester (en Ethernet) ▫ Manchester M h t dif diferencial i l ((en redes d en anillo ill con paso d de testigo) ▫ 4B5B/NRZI en redes en anillo basadas en fibra óptica (FDDI) y Ethernet de alta velocidad • Transmisión en banda ancha ▫ Modulación digital x x x x x ASK FSK BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM Modulación multi-portadora OFDM Tema 5. LAN 7 Capa física Topología: bus, árbol, anillo y estrella • Topología en bus ▫ Estaciones distribuidas linealmente a lo largo g del medio de transmisión ▫ La transmisión de una estación x Se propaga en ambos sentidos x Se recibe en el resto de las estaciones x Terminadores pasivos (óhmicos) para absorber señal y evitar Medio de transmisión: reflexiones Terminador Estación (host) - Par de cobre - Coaxial - Fibra óptica Tema 5. LAN 8 Capa física Topología: bus, árbol, anillo y estrella • Topología en Árbol ▫ Varios buses x Conectados a un punto común (“punto raíz”) Punto raíz Tema 5. LAN 9 Capa física Topología: bus, árbol, anillo y estrella • Topología en Anillo ▫ Estaciones distribuidas a lo largo de un medio de transmisión cerrado (sin extremos) ▫ La transmisión efectuada por una estación se propaga por el medio de transmisión y termina llegando ▫ Sentido de p propagación p g único p para evitar colisiones anillo host Tema 5. LAN 10 Capa física Topología: bus, árbol, anillo y estrella • Topología en Estrella host ▫ Todas las estaciones conectadas a un hub ▫ El hub retransmite los datos ▫ Dos tipos de hubs x De difusión x Retransmisión hacia todas las estaciones o host x De conmutación x Retransmisión solo hacia el host destino Hub Tema 5. LAN Capa física Interfaces de conexión • Interfaz de la conexión de las estaciones al medio de transmisión • Consiste en una tarjeta NIC (Network Interface Card) • Ejemplo: RJ-45 11 Tema 5. LAN 12 Capa de enlace Subcapa MAC (Medium Access Control) • En este tema: CSMA/CD y “Paso de testigo” ▫ CSMA/CD x Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection x Proceso x Cuando un ordenador quiere transmitir, transmitir “escucha escucha el bus” bus ▫ Sí está ocupado, entonces espera un tiempo aleatorio ▫ Si está libre, comienza a transmitir x Si hay colisión: ▫ Para la transmisión ▫ Emite “señal de atasco” ▫ Espera E tiempo i aleatorio l i ((para di disminuir i i probabilidad b bilid d d de nueva colisión x Si crece el número de estaciones, aumenta la probabilidad de colisión l ó Tema 5. LAN 13 Capa de enlace Subcapa MAC (Medium Access Control) Paso de d testigo i 1. El testigo circula por el medio token B A 3. B copia la trama 2. A drena el testigo y genera una trama hacia B B B A 4. A drena su trama y regenera el testigo B B B A B A Tema 5. LAN 14 Capa de enlace Subcapa de enlace • Protocolo más utilizado: LLC (Logical Link Control) ▫ Descrito en IEEE 802.2 ▫ trama LLC: x 4 campos (origen, destino, control de flujo, datos) x encapsulada sobre el campo de datos de la trama MAC PDU de capas superiores PDU LLC PDU MAC cabecera cabecera cabecera DATOS DATOS DATOS cola Tema 5. LAN 15 Estándar LAN IEEE 802.3 y sistema Ethernet • Características del sistema Ethernet ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ Topología: en bus p Velocidad de transmisión: 10 Mbps Transmisión: en banda base Codificación: Manchester Medio de transmisión: coaxial • Tomando como referencia Ethernet, IEEE especificó el estándar 802.3 ▫ Sistemas 10BASE5 y 10BASE2 x Obsoletos Ob l t x Topología en bus ▫ 10BASE-T x Topología en estrella x Medio de transmisión: par trenzado ▫ 10BASE-F x Topología en estrella x Medio de transmisión: fibra óptica Fibra óptica o par trenzado t d Hub Tema 5. LAN 16 LAN IEE 802.5: Token k Ring Topología en anillo. Protocolo MAC de paso de testigo 1. El testigo circula por el medio token B A 3. B copia la trama 2. A drena el testigo y genera una trama hacia B B B A 4. A drena su trama y regenera el testigo B B B A B A Tema 5. LAN 17 Ethernet de Alta Velocidad y Gigabit • Notas introductorias ▫ Los estándares IEEE estudiados hasta ahora se consideran básicos ya que: x La velocidad de transmisión q que consiguen g es p pequeña q p para algunas aplicaciones actuales x Constituyen la base conceptual de otros estándares más avanzados, d como por ejemplo: j l ▫ ▫ ▫ ▫ Fast Ethernet g Ethernet Gigabit Fiber Distributed Data Interface (FDDI) Wireless LAN (WLAN) Tema 5. LAN 18 Ethernet de Alta Velocidad y Gigabit • Fast Ethernet ▫ ▫ ▫ ▫ Norma IEEE 802.3u V l id d 100 Mb Velocidad:100 Mbps Compatible con estándar a 10 Mbps Técnicas de codificación distintas de la del estándar IEEE 802.3. Ejemplo: 4B/5B-NRZI ▫ 100BASE-T: x Par trenzado UTP Cat.5 Cat 5 x Longitud máxima: 100 m. x Topología en estrella ▫ 100BASE-F: 100BASE F: x Fibra óptica x Longitud máxima: 2 km x Topología en estrella Hub Fibra óptica o coaxial Tema 5. LAN 19 Ethernet de Alta Velocidad y Gigabit • Ethernet Gigabit ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ Norma IEEE 802.3z Velocidad: 1000 Mbps = 1 Gbps Codificación: 8B/10B Topología en estrella, pero en este caso conmutada Hub de Soporta distintos medios de transmisión: conmutación ió x Par trenzado (1000BASE-T) x Fibra óptica monomodo (1000BASE-LX) (1000BASE LX) x Fibra óptica multimodo (1000BASE-SX) Hub Tema 5. LAN 20 Fiber Distributed Data Interface (FDDI) • Similar a IEEE 802.5 ▫ Topología p g en anillo ▫ Técnica de acceso al medio: paso de testigo ▫ Amplio uso como red troncal (backbone) para la interconexión de otras LANs LAN “1” • Características básicas ▫ Velocidad V l id d d de transmisión: i ió 100 Mb Mbps ▫ Codificación: 4B/5B-NRZI ▫ Soporta distintos medios de transmisión: LAN “2” x Par trenzado para distancias máximas en trono a 100 m. x Fibra óptica para longitud de anillo de 200 km y con hasta 500 estaciones conectadas Tema 5. LAN 21 WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi) EEstación ió móvil (portátil) • Introducción ▫ Motivación x Satisfacer necesidades de movilidad x Dar cobertura en lugares difíciles de cablear x Añadir nuevos ordenadores Estación base ME ▫ Principales tecnologías de acceso inalámbrico x Infrarrojos (≈ 900 nm) x Espectro expandido ( ≈ 2 GHz) x Microondas de banda estrecha BS ( ≈ 10 − 20 GHz) ▫ Aplicaciones x x x x Ampliación de redes LAN Interconexión de edificios Acceso nómada Redes “ad ad hoc” hoc Acceso inalámbrico ME Célula ME Tema 5. LAN 22 WLAN y estándar IEEE 802.11 802 11 (Wi-Fi) (Wi Fi) Ejemplo de WLAN con dos celdas ME ME Access point (AP) BS ME ME ME ME ME BS ME ME Célula 2 Célula 1 LAN troncall cableada Tema 5. LAN 23 WLAN y estándar IEEE 802.11 802 11 (Wi-Fi) (Wi Fi) Arquitectura conceptual de 802.11 Extended Service Set (ESS) “Conjunto de servicios ampliado” (conexión de varios BBS con el sistemas de distrib ción a través distribución tra és de una na parte funcional f ncional del AP llamada portal) Basic Service Area (BBA) “Area básica de servicios” Sistema de distribución (área geográfica de cobertura) ME ME ME ME BSS BSS AP ME ME AP ME ME ME ME BSS ME Basic B i Service S i Set S (BBS) “Conjunto básico de servicios” (Se corresponde en la práctica con una celda) BSS Tema 5. LAN 24 WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi) • Tecnologías WLAN ▫ WLAN de infrarrojos ▫ WLAN de espectro p expandido p ▫ WLAN de microondas de banda estrecha ▫ WLAN de infrarrojos x Ventajas j x Reflexión difusa ▫ Cobertura en toda la habitación x Luz infrarroja no atraviesa paredes ▫ Más á seguras, no h hay escuchas h ▫ En cada habitación, una WLAN de IR x Equipos sencillos y baratos ▫ Modulación ASK x Inconvenientes x La radiación IR contenida en la luz solar y artificial es una fuente de ruido ▫ Para mantener la S/N hay que aumentar la potencia del transmisor pero sin superar un límite (daños en los ojos, consumo excesivo) Tema 5. LAN 25 WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi) • Técnicas de transmisión en WLAN de IR ▫ Direccional x Enlace punto a punto x Largo alcance si hay “línea de visión” x Ejemplo: Ej l para conectar t edificios difi i ▫ Omnidireccional ME BS ▫ Difusión Tema 5. LAN 26 WLAN y estándar IEEE 802.11 802 11 (Wi-Fi) (Wi Fi) Resumen propiedades WLAN de IR LAN de Infrarrojos Velocidad (Mbps) ¿Estacionario o móvil? Alcance (m) IR difuso IR haz directo 1- 4 1- 10 Estacionario / Móvil Estacionario con LOS ((Line off Sight) g ) 15 - 60 25 900 nm Longitud g de onda Modulación ASK Pot. radiada - MAC CSMA CSMA Tema 5. LAN 27 WLAN y estándar IEEE 802.11 802 11 (Wi-Fi) (Wi Fi) WLAN de espectro expandido Espectro expandido Velocidad (Mbps) ¿Estacionario o móvil? Alcance (m) Salto de frecuencia Secuencia directa 1-3 2-50 Estacionario/ Móvil Estacionario/ Móvil 30-100 30 100 30-250 30 250 ~ 900 MHZ ~ 2,4 GHz ~ 5,7 GHz Frecuencia Modulación FSK <1 W Pot. radiada MAC QPSK CSMA CSMA Tema 5. LAN 28 WLAN y estándar IEEE 802.11 802 11 (Wi-Fi) (Wi Fi) WLAN de radio Radio Mi Microondas d de d banda b d estrecha t h Velocidad (Mbps) ¿Estacionario o móvil? 10-20 Estacionario/Móvil Alcance (m) 10-40 Frecuencia ~ 900 MHZ ~ 5,5 GHz ~ 19 GHz Modulación QPSK Pot. radiada 25 mW MAC CSMA Tema 5. LAN 29 WLAN y estándar IEEE 802.11 802 11 (Wi-Fi) (Wi Fi) Comparativa accesos Infrarrojo Velocidad (Mbps) ¿Estacionario o móvil? Alcance (m) Espectro expandido IR difuso dif IR haz h directo di t SSalto lt de d frecuencia SSecuencia i directa Microondas Mi d de d banda estrecha 1-4 1-10 1-3 2-50 10-20 Estacionario /Móvil Estacionario con LOS Estacionario/ Móvil Estacionario /Móvil Estacionario/ Móvil 15-60 25 30-100 30-250 10-40 Longitud de onda/ f frecuencia i 900 nm Modulación ASK ~ 900 MHZ ~ 2,4 GHz ~ 5,7 GHz FSK ~ 900 MHZ ~ 5,5 GHz ~ 19 GHz QPSK <1W Pot. radiada MAC Radio CSMA CSMA CSMA QPSK 25 mW CSMA CSMA Tema 5. LAN 30 WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi) • Nota: OFDM-WLAN