TEMAS: 1. PROTOCOLOS DE LAN 1.1. Generalidades

ASIGNATURA:
REDES DE COMPUTADORES
Lectura No 7.
TEMAS:
1. PROTOCOLOS DE LAN
1.1. Generalidades
1.2. Protocolos Tradicionales
 IEEE 802.3 
PROTOCOLOS DE LAN
Generalidades
Normas IEEE 802 para LAN
Los comités 802 del IEEE se concentran principalmente en la interfaz física
relacionada con los niveles físicos y de enlace de datos del modelo de referencia
OSI de la ISO.
Los productos que siguen las normas 802 incluyen tarjetas de la interfaz de red,
bridges, routers y otros componentes utilizados para crear LANs de par trenzado y
cable coaxial.
El nivel de enlace se divide en 2 subniveles
MAC (Control de Acceso múltiple) y LLC
(Control Lógico de Enlace). son diferentes
en la capa física en la subcapa MAC, pero
son compatibles en la subcapa de enlace.
Es un módulo de software incorporado a la
estación de trabajo o al servidor que
proporciona una interfaz entre una tarjeta
de interfaz de red NIC y el software
redirector que se ejecuta en el computador.
802.1 da una introducción al conjunto de normas y define las primitivas
de interfaz, para interconexión de redes.
802.2 describe la parte superior de la capa de enlace que utiliza el protocolo
LLC.
802.3 describe la norma CSMA/CD.
802.4 describe la norma token bus.
802.5 describe la norma token ring.
802.6 red de área metropolitana MAN
802.7 grupo asesor para técnicas de banda ancha
802.8 grupo asesor para técnicas de fibra óptica.
802.9 redes integradas para voz y datos.
802.10 seguridad de red.
802.11 redes inalámbricas.
802.12 LAN de acceso de prioridad bajo demanda (100VG-Any LAN).
802.16 Redes inalámbricas de banda ancha.
Definición de interconexión de red 802.1
Define la relación entre las normas 802 del IEEE y el modelo de referencia
de la OSI.
Este comité define que las direcciones de las estaciones de la LAN sean de
48 bits para todas las normas 802, así cada adaptador puede tener una
única dirección.
Control de enlaces lógicos 802.2
Define el protocolo que asegura que los datos se transmiten de forma fiable
a través del enlace de comunicaciones LLC Logical Link Control.
En los bridges estos dos subniveles se utilizan como un mecanismo
modular de conmutación.
Una frame que llega a una red ethernet y se destina a una red token ring ,
se le desmonta su header de frame ethernet y se empaqueta con un header
de token ring.
El LLC suministra los siguientes servicios:
o servicio orientado a la conexión en el cual se establece una sesión
con un destino y se libera cuando se completa la transferencia de
datos.
o servicios orientados a la conexión con reconocimiento parecido al
anterior, en el cual se confirma la recepción de los paquetes.
o servicio sin reconocimiento no orientado a la conexión en el cual no
se establece una conexión ni se confirma su recepción.
Norma IEEE 802.3 y ethernet
Se utilizan en redes LAN con protocolo CSMA/CD.
Históricamente se inicia en el sistema ALOHA en Hawai, continuándose su
desarrollo por la XEROX y posteriormente entre XEROX, DEC e Intel
proponen una norma para la ethernet de 10 Mbps la cual fue la base de la
norma 802.3
Norma IEEE 802.4: token bus
Debido a problemas inherentes del CSMA/CD como la característica
probabilística de su protocolo que podría hacer esperar mucho tiempo a un
frame, o la falta de definición de prioridades que podrían requerirse para
transmisiones en tiempo real, se ha especificado esta norma diferente. la
idea es representar en forma lógica un anillo para transmisión por turno,
aunque implementado en un bus. Esto porque cualquier ruptura del anillo
hace que la red completa quede desactivada. Por otra parte el anillo es
inadecuado para una estructura lineal de casi todas las instalaciones.
El token o testigo circula por el anillo lógico. Sólo la estación que posee el
testigo puede enviar información en el frame correspondiente. Cada
estación conoce la dirección de su vecino lógico para mantener el anillo.
protocolo de subcapa MAC para 802.4 token bus
Al iniciar el anillo, las estaciones se le introducen en forma ordenada, de
acuerdo con la dirección de la estación, desde la más alta a la más baja.
El testigo se pasa también desde la más alta a la más baja.
Para transmitir, la estación debe adquirir el testigo, el cual es usado durante
un cierto tiempo, para después pasar el testigo en el orden adquirido.
Si una estación no tiene información para transmitir, entregará el testigo
inmediatamente después de recibirlo.
La estructura del frame para un 802.4 es:
El preámbulo es utilizado para sincronizar el reloj del receptor.
Los campos correspondientes a los delimitadores de comienzo y fin del
frame contienen una codificación analógica de símbolos diferentes al 0 y 1,
por lo que no pueden aparecer accidentalmente en el campo de datos.
Norma IEEE 802.5, token ring
Una de sus características es que el anillo no representa un medio de
difusión sino que una colección de enlaces punto a punto individuales.
Seleccionada por la IBM como su anillo LAN.
802.6 red de área metropolitana MAN
Define un protocolo de alta velocidad en el cual las estaciones enlazadas
comparten un bus doble de fibra óptica que utiliza un método de acceso
llamado bus dual de cola distribuida o DQDB Distributed Queue Dual Bus.
DQDB es una red de transmisión de celdas que conmuta celdas con una
longitud fija de 53 bytes, por lo tanto, es compatible con la ISDN de banda
ancha ISDN-B y ATM.
La conmutación de celdas tiene lugar en el nivel de control de enlaces
lógicos 802.2.
802.7 grupo asesor para técnicas de banda ancha.
Proporciona asesoría técnica a otros subcomités en técnicas de conexión
de red de banda ancha.
802.8 grupo asesor para técnicas de fibra óptica.
Proporciona asesoría técnica a otros subcomités en redes de fibra óptica
como alternativa a las redes actuales basadas en cobre.
802.9 redes integradas para voz, datos y vídeo.
Tanto para LANs 802 como para ISDNs. La especificación se denomina
IVD Integrated Voice and Data. El servicio proporciona un flujo multiplexado
que puede llevar información de datos y voz por los canales que conectan
las dos estaciones sobre cables de par trenzado de cobre.
802.10 seguridad de red.
Grupo que trabaja en la definición de un modelo normalizado de seguridad
que Inter-opere sobre distintas redes e incorpore métodos de autentificación
y de cifrado.
802.11 redes inalámbricas.
Comité que trabaja en la normalización de medios como la radio de amplio
espectro, radio de banda angosta, infrarrojos y transmisiones sobre líneas
de potencia.
802.12 LAN de acceso de prioridad bajo demanda (100VG-AnyLAN).
Comité que define la norma ethernet a 100 Mbps con el método de acceso
de prioridad bajo demanda propuesto por la Hewlett Packard y otros
fabricantes.
El cable especificado es un par trenzado de 4 hilos de cobre utilizándose un
concentrador central para controlar el acceso al cable.
Las prioridades están disponibles para soportar la distribución en tiempo
real de aplicaciones multimediales.
Los concentradores 100VG-AnyLAN controlan el acceso a la red con lo cual
eliminan la necesidad de que las estaciones de trabajo detecten una señal
portadora, como sucede en el CSMA/CD de la norma ethernet.
Cuando una estación necesita transmitir, envía una petición al
concentrador. Todas las transmisiones se dirigen a través del concentrador,
que ofrece una conmutación rápida hacia el nodo destino. Emisor y receptor
son los únicos involucrados en las transmisiones, a diferencia del
CSMA/CD donde la transmisión es difundida por toda la red. Si múltiples
peticiones de transmisión llegan al concentrador, primero se sirve la de
mayor prioridad. Si dos estaciones de trabajo hacen la solicitud con la
misma prioridad y al mismo tiempo, se van alternando para darles servicio.
Este método de trabajo es mejor que CSMA/CD.
LAN Ethernet.Ethernet es la tecnología de LAN de uso más generalizado (son posiblemente las
que dominan en Internet), adecuándose muy bien a las aplicaciones en las que un
medio de comunicación local debe transportar tráfico esporádico y ocasionalmente
pesado, a velocidades muy elevadas.
La arquitectura de red Ethernet se originó en la Universidad de Hawai durante los
años setenta, donde se desarrolló el método de acceso múltiple con detección
de portadora y detección de colisiones, CSMA/CD (Carrier Sense and Multiple
Access with Collition Detection), utilizado actualmente por Ethernet. Este método
ante la necesidad de implementar en las islas Hawai un sistema de
comunicaciones basado en la transmisión de datos por radio, que se llamó Aloha.
El centro de investigaciones PARC (Palo Alto Research Center) de la Xerox
Corporation desarrolló el primer sistema Ethernet experimental a principios del
decenio 1970-80, que posteriormente sirvió como base de la especificación 802.3
publicada en 1980 por el Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE).
Las redes Ethernet son de carácter no determinista, es decir, las estaciones de
una LAN de tipo CSMA/CD pueden acceder a la red en cualquier momento. Antes
de enviar datos, las estaciones CSMA/CD escuchan a la red para determinar si se
encuentra en uso. Si lo está, entonces esperan. Si la red no se encuentra en uso,
las estaciones comienzan a transmitir. Esto las distingue de las redes como Token
Ring y FDDI que son deterministas, y permite que todos los dispositivos puedan
comunicarse en el mismo medio, aunque sólo pueda haber un único emisor en
cada instante. De esta forma todos los sistemas pueden ser receptores de forma
simultánea, pero la información tiene que ser transmitida por turnos.
Ocurre con frecuencia que varios host que han estado esperando, cuando
aprecian que la red está libre, empiecen a transmitir tramas a la vez. Esto da lugar
a que en los medios físicos se produzca un encontronazo o choque entre dos
tramas diferentes que quieren pasar por el mismo sitio a la vez. Este fenómeno se
denomina colisión, y la porción de los medios de red donde se producen
colisiones se llama dominio de colisiones. Una colisión se produce cuando dos
estaciones escuchan para saber si hay tráfico de red, no lo detectan y, acto
seguido transmiten de forma simultánea. En este caso, ambas transmisiones se
dañan y las estaciones deben volver a transmitir más tarde. Las estaciones
CSMA/CD pueden detectar colisiones y determinar cuando retransmitir.
Para intentar solventar esta pérdida de paquetes, las estaciones CSMA/CD
pueden detectar colisiones, y poseen algoritmos de postergación que determinan
el momento en que las estaciones que han tenido una colisión pueden volver a
transmitir.
Tanto las LAN Ethernet como las LAN IEEE 802.3 (dos especificaciones diferentes
para un mismo tipo de red) son redes de broadcast (redes de difusión), lo que
significa que cada estación puede ver todas las tramas, aunque una estación
determinada no sea el destino propuesto para esos datos. Cada estación debe
examinar las tramas que recibe para determinar si corresponden al destino. De ser
así, la trama pasa a una capa de protocolo superior dentro de la estación para su
adecuado procesamiento. Si la estación no es la destinataria final de la trama, ésta
es ignorada.
Existen diferencias sutiles entre las LAN Ethernet e IEEE 802.3. Ethernet
proporciona servicios correspondientes a la Capa 1 y a la Capa 2 del modelo de
referencia OSI, mientras que IEEE 802.3 especifica la capa física, o sea la Capa 1,
y la porción de acceso al canal de la Capa 2 (de enlace), pero no define ningún
protocolo de Control de Enlace Lógico.
Tanto Ethernet como IEEE 802.3 se implementan a través del hardware.
Normalmente, el componente físico de estos protocolos es una tarjeta de interfaz
en un computador host, denominada tarjeta de red o NIC, o son circuitos de una
placa de circuito impreso dentro de un host.
MAC de Ethernet.Ethernet es una tecnología de broadcast de medios compartidos. El método de
acceso CSMA/CD que se usa en Ethernet ejecuta tres funciones:
1. Transmitir y recibir paquetes de datos.
2. Decodificar paquetes de datos y verificar que las direcciones sean válidas antes
de transferirlos a las capas superiores del modelo OSI.
3. Detectar errores dentro de los paquetes de datos o en la red.
Formatos de paquetes de Control de Acceso al Soporte (MAC)
Ambos paquetes de Ethernet e IEEE 802.3 empiezan por un patrón alternativo de
unos y ceros denominado preámbulo. El preámbulo indica a las estaciones
receptoras que llega un paquete.
El byte que precede a la dirección de destino tanto en un paquete Ethernet como
en uno IEEE 802.3 es un delimitador inicio-de-paquete, "start-of-frame" (SOF).
Este byte finaliza con dos bits uno consecutivos y sirven para sincronizar las
partes recibidas del paquete de todas las estaciones de la LAN.
Inmediatamente después del preámbulo tanto en LANs Ethernet como IEEE 802.3
se encuentran los campos destino y dirección de origen. Ambas direcciones
Ethernet e IEEE 802.3 tienen una longitud de 6 bytes. Las direcciones están
especificadas en el hardware de las tarjetas de interface Ethernet e IEEE 802.3.
Los tres primeros bytes los especifica el vendedor de la tarjeta Ethernet o IEEE
802.3, como por ejemplo EPSON. La dirección origen siempre es una dirección
única (nodo único), mientras que la dirección destino puede ser única o múltiple
(grupo), o de difusión (todos los nodos).
En los paquetes Ethernet, el campo de 2 bytes que sigue a la dirección origen es
un campo de tipo. Este campo especifica el protocolo de la capa superior que
recibirá los datos después que se haya completado el proceso Ethernet.
En los paquetes IEEE 802.3, el campo de 2 bytes que sigue a la dirección de
origen es un campo de longitud, que indica el número de bytes de datos que
siguen a este campo y preceden al campo de la secuencia de comprobación del
paquete (FCS).
A continuación de los campos tipo/longitud se encuentran los datos reales
contenidos en el paquete. Después de completarse el procesamiento de la capa
de enlace y la capa física, estos datos se envían eventualmente a un protocolo de
capa superior. En el caso Ethernet, el protocolo de capa superior viene identificado
en el campo tipo. En el caso IEEE 802.3, el protocolo de capa superior debe ser
definido en la porción de los datos del paquete. Si los datos del paquete son
insuficientes para llenar el paquete a su tamaño mínimo de 64 bytes, se añaden
bytes de relleno para garantizar un paquete con un tamaño mínimo de 64 bytes.
Después del campo de los datos se encuentra el campo FCS de 4 bytes que
contiene un valor de comprobación de redundancia cíclica (CRC). El CRC se
crea en el dispositivo emisor y lo recalcula el dispositivo receptor para comprobar
si el paquete en tránsito ha sufrido daños.
El CSMA/CD no proporciona asentimiento, por lo que es necesario enviar un
nuevo frame de confirmación desde el destino al origen.
Cableado en Ethernet.Existen por lo menos 18 variedades de Ethernet, que han sido especificadas, o
que están en proceso de especificación. Las tecnologías Ethernet más comunes y
más importantes las son:
1. Ethernet 10Base5: también llamada Ethernet gruesa, usa un cable coaxial
grueso, consiguiendo una velocidad de 10 Mbps. Puede tener hasta 100 nodos
conectados, con una longitud de cable de hasta 500 metros.
Las conexiones se hacen mediante la técnica denominada derivaciones de
vampiro, en las cuales se inserta un polo hasta la mitad del cable, realizándose la
derivación en el interior de un transceiver, que contiene los elementos necesarios
para la detección de portadores y choques. El transceiver se une al computador
mediante un cable de hasta 50 metros.
2. Ethernet 10Base2: usa un cable coaxial delgado, por lo que se puede doblar
más fácilmente, y además es más barato y fácil de instalar, aunque los segmentos
de cable no pueden exceder de 200 metros y 30 nodos.
Las conexiones se hacen mediante conectores en T, más fáciles de instalar y más
seguros, y el transceiver se n el computador, junto con el controlador.
3. Ethernet 10Base-T: en la que cada estación tiene una conexión con un hub
central, y los cables usados son normalmente de par trenzado. Son las LAN más
comunes hoy en día.
Mediante este sistema se palian los conocidos defectos de las redes 10BAse2 y
10Base5, a saber, la mala detección de derivaciones no deseadas, de rupturas y
de conectores flojos. Como desventaja, los cables tienen un límite de sólo 100
metros, y los hubs pueden resultar caros.
4. Ethernet 10Base-F: se basa en el uso de fibra óptica para conectar las
máquinas. Esto la hace cara para un planteamiento general de toda la red, pero
sin embargo resulta idónea para la conexión entre edificios, ya que los segmentos
pueden tener una longitud de hasta 2000 metros, al ser la fibra óptica insensible a
los ruidos e interferencias típicos de los cables de cobre. Además, su velocidad de
transmisión es mucho mayor.
IEEE 802.3u - ETHERNET DE ALTA VELOCIDAD ( Fast Ethernet)
El estándar IEEE 802.3u se aprobó en 1995 para ofrecer redes LAN Ethernet a
100 Mbps. Para hacerla compatible con Ethernet 10Base-T se preservan los
formatos de los paquetes y las interfaces, pero se aumenta la rapidez de
transmisión, con lo que el ancho de banda sube a 100 Mbps.
Si aumenta la velocidad de 10 a 100 Mbps, el tiempo de transmisión del paquete
se reduce en un factor de 10; para que el protocolo MAC funcione correctamente,
o bien el tamaño mínimo debe incrementarse en un factor de 10, hasta 640 bytes.
O la distancia máxima entre estaciones debe reducirse en un factor de 10,
digamos 250mts.
El desarrollo del estándar IEEE 802.3u a 100Mbps estuvo motivado por el deseo
de mantener inalterados el tamaño de las tramas y los procedimientos, y definir un
conjunto de capas físicas basadas en una topología en la que se hiciese uso de
paneles de conexiones y cableado de para trenzado y fibra óptica.
El estándar implica el uso de estaciones que se conectan en una topología de
estrella a los paneles de conexión mediante para trenzado no apantallado.
Medios alternativos para IEEE 802.3u
100BaseT4
100BaseT
100BaseF
Medio
Par trenzado clase Par trenzado clase Fibra
3
5
Multimodo
Dos Fibras
Cuatro pares UTP Dos pares UTP
Longitud
de 100 mts
100 mts
2 Km
Segmento Máxima
Topología Física
Estrella
Estrella
Estrella
óptica
IEEE 802.3z - ETHERNET GIGABIT
El estándar IEEE 802.3z se completó en 1998 y supuso la definición de un Lan
Ethernet que supera la Fast Ethernet en un factor de 10. El objetivo es definir una
nueva capa física al tiempo que se mantiene la estructura de trama y los
procedimientos del estándar IEEE 802.3 a 10Mbps.
El incremento de la velocidad en otro factor de 10 puso de manifiesto las
limitaciones del algoritmo MAC CSMA-CD. Por ejemplo, a una velocidad de
1Gbps, la transmisión de una trama de tamaño mínimo igual a 64 octetos puede
completarse antes de que la estación emisora detecte la ocurrencia de una
colisión. Es por ello que la ranura temporal se amplio a 512 bytes. Las tramas de
longitud inferior a este tamaño deben ampliarse con información adicional. Como
en el caso del empleo del campo de relleno ya estudiado. Además, se introdujo la
técnica denominada ráfagas de paquetes para resolver el problema de escalado:
se permite a las estaciones transmitir una ráfaga de paquetes pequeños para
mejorar el parámetro a. A pesar de ello, es claro que el protocolo de control de
acceso CSMA-CD ha alcanzado sus límites con Ethernet Gigabit. De hecho el
estándar mantiene la estructura de trama pero funciona principalmente en modo
conmutado.
Medios alternativos para IEEE 802.3z
1000BaseSX
1000BaseLX
Medio
Dos fibras ópticas Dos
fibras
multimodo
ópticas
monomodo
Longitud de 550 m
5 km
Segmento
Máxima
Topología
Estrella
Estrella
Física
1000BaseCX
Cable
de
cobre
apantallado
25 mts
1000 BaseT
Par
trenzado
UTP de clase
5
100 mts
Estrella
Estrella
IEEE 802.3ae - ETHERNET GIGABIT SOBRE FIBRA
Este proyecto, liderado por el Grupo de Trabajo IEEE 802.3, fue aprobado en
enero de 2000 para extender el protocolo 802.3 a una velocidad operativa de
10Gb/s y para expandir el espacio de aplicación de Ethernet y así incluir una
compatibilidad superior con los vínculos WAN (red de área amplia) existentes. El
estándar resultante ofreció un importante aumento en el ancho de banda y la
administración opcional de redes compatibles con WAN, además de mantener
compatibilidad máxima con el estándar IEEE 802.3 Ethernet existente.
La 10GEA (Alianza Ethernet de 10 Gigabits) fue creada en enero de 2000 para
promover los estándares basados en tecnología Ethernet de 10 Gigabits y alentar
la utilización e implementación de Ethernet de 10 Gigabits como tecnología clave
de redes para la conectividad de diversos dispositivos informáticos, de datos y de
telecomunicaciones. Su mandato incluyó la implementación de Ethernet de 10
Gigabits para los mercados de redes de área local (LAN), redes de área
metropolitana (MAN) y redes de área amplia (WAN) y el trabajo en colaboración
con la Fuerza de Tareas Ethernet 10 Gigabits IEEE 802.3ae para colaborar a
desarrollar las normas para Ethernet de 10 Gigabits.
IEEE 802.3af – Energía sobre ETHERNET
El estándar IEEE 802.3af de energía sobre Ethernet, PoE (Power over Ethernet),
PoE permite la entrega de energía DC sobre el mismo cable de cobre de Ethernet,
y permite que los clientes integren nuevos dispositivos de energía adjuntos a la
red a su infraestructura LAN existente.
Con un número de productos Ethernet con energía disponibles en el mercado
incluyendo puntos de acceso Bluetooth, GSM picocells, cámaras de seguridad
basadas en la Web, terminales de control de recolección de datos, controladores
de iluminación y servidores de impresoras, los usuarios podrán ver claros
beneficios al integrar un rango diverso de dispositivos adjuntos a la red en una
sola red común. Además de eliminar la necesidad de energía AC local y generar
ahorros financieros, un punto interesante de PoE es que representa el único
estándar global de energía con un voltaje y enchufe común.
Bibliografía:
* Tanenbaum Andrés S., Redes de Computadoras,
Editorial Prentice Hall.
* Stallings, William., Comunicaciones y Redes de Computadores.
Quinta Edición, Editorial Prentice Hall.
* Huidobro, José M. Redes y Servicios de Banda Ancha – Tecnologías y
Aplicaciones – Serie de Telecomunicaciones 2004. Mc Graw Hill.
* RAD COM, Guía completa de protocolos de telecomunicaciones. – Serie de
Telecomunicaciones 2002. Mc Graw Hill.