Ethnet

802.3 Ethernet802.3 Ethernet

La Ethernet de 10 Mb/s

Redes de Área LocalC.F.G.S. “Administrador de Sistemas Informáticos”

David H. Martín Alonso- Febrero 2004 -

ETH

ER

NE

T

ethnet.sxi David H. Martín Alonso 25/01/2004

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ET

HE

RN

ET Tabla de ContenidosTabla de Contenidos

HistoriaIdentidad TecnológicaSeñalizaciónMAC10BASE5 – Coaxial Grueso10BASE2 – Coaxial Fino10BASE-T – Par TrenzadoDirecciones MACTramasDiseño de la RedVLANBibliografía


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ET

Modelo actual de LAN más universalBasado en el sistema ALOHA1970's: Primera Ethernet experimental a 2'94 Mb/s

PARC (Xerox Palo Alto Research Center)

1976: Publicado y patentado por Robert Metcalfe & Co.1980: Alianza Digital – Intel – Xerox

DIX – Ethernet 1.0

1983: Publicación del primer estándar IEEE 802.31995: 100 Mb/s1998: 1 Gb/s2002: 10 Gb/s

HistoriaHistoria[TFest]


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ET

Medio Físico común / compartido por todos los nodosBus de cable coaxialEvoluciona a cableado estructurado con par trenzado

Método Aleatorio de Acceso al Medio CSMA/CD Por contiendaSemidúplex

(Shared Ethernet – Compartida)

Evoluciona a Full Dúplex sin colisiones(Switched Ethernet – Conmutada)

El respeto a las señas de identidad era esencial en un contexto de competencia (Fast Ethernet). En la situación actual de hegemonía hay más flexibilidad para incorporar nuevas tecnologías.

Identidad (I - Tecnología)Identidad (I - Tecnología)


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Diversas denominaciones:Ethernet

– del éter luminífero: mito de la propagación radioeléctrica

DIX– Alianza Digital – Intel – Xerox

IEEE 802.3– Aunque mínimas, existen diferencias sobre Ethernet – DIX– ISO/IEC 8802-3

Identidad (II - Denominación)Identidad (II - Denominación)


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ET SeñalizaciónSeñalización

ManchesterSe representan los dígitos binarios por cambios de nivel de distinto signo

Niveles: ±0,85 V (y 0 V en silencio)Velocidad de transmisión: 10 Mb/s (1 bit ~ 0,1 µs)

Velocidad de modulación: 20 MbaudRanura de tiempo: 51.2 µs

Doble del retardo máximo (2)Asociado al diámetro o distancia máxima en la red

– 2 interfaces (tarjetas) + longitud cable + número de repetidores

Determina el tamaño mínimo de trama: 512 bits (64 Bytes)Determina el tiempo de espera en caso de colisión

1 0


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ET MAC (I)MAC (I)

Control de Acceso al medio: CSMA/CDAcceso aleatorio – por contienda – con escuchaAntes de transmitir se espera a que el medio esté disponible

1-persistenteCuando el canal se encuentra disponible se inicia inmediatamente la transmisión (probabilidad 1)

Durante la transmisión se mantiene la escucha para detectar posibles colisiones


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ET MAC (II)MAC (II)

A pesar del CSMA se pueden producir colisionesUn equipo está transmitiendo, pero por efecto del tiempo de propagación de la señal, los demás nodos de la red tardan en enterarse.Ventana de colisiones: tiempo de propagación entre los extremos más alejados.Asociado a la velocidad de propagación en el cable

– Fracción de la velocidad de propagación de la luz en el vacío– Del orden de (2/3)·c

Asociado al retardo de los dispositivos– Tarjetas– Repetidores (Dispositivos de retransmisión Nivel 1)


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ET

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ET MAC (III)MAC (III)

Detección de colisiones:Las tramas tienen que ser mayores que la ventana de colisiones (1 ranura = 512 bits = 51.2 µs) para que el emisor detecte las colisiones.El emisor conoce así el error y la conserva para reenviarlaTermina de transmitir con una señal de ruido de 32 bits

Equivale a un CRC erróneoTODOS los demás equipos reciben una trama incorrecta


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ET

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ET MAC (IV)MAC (IV)

Retroceso exponencial binarioTras una colisión se introducen ranuras de contenciónTiempo de espera aleatorioCon sucesivas colisiones se incrementa el rango

Adaptación automática a las condiciones de tráfico– 0 ó 1 ranuras de espera tras la primera colisión

– 0-2, 0-4 (0-2n-1) hasta la décima colisión consecutiva– 0-1024 hasta la 16 y ahí se desiste y devuelve error


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ET 10BASE5 – Coaxial Grueso (I)10BASE5 – Coaxial Grueso (I)

Cable coaxial grueso de 50 Ω (impedancia característica)Forma de manguera amarillaamarilla – 500 m máximo por segmentoMarcas de conexión cada 2,5 mConectores tipo N en los extremos para las impedancias

– Uno solo de los extremos conectado a tierra.

Transceptores: MAU (Medium Attachment Unit)TRANSmisor reCEPTOR

Responsables del aspecto eléctrico de la conexión– Envío de señal, detección de portadora, detección de colisiones

Cable de conexión: AUI (Attachment Unit Interface)50 m máximo5 pares

– 2 de datos + 2 de control [ + alimentación transceptor ]

Conector tipo D de 15 pines (DB-15)


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ET 10BASE5 – Coaxial Grueso (II)10BASE5 – Coaxial Grueso (II)

Tipo de cable Coaxial (grueso)Impedancia 50 ΩLongitud segmento 500 mSegmentos totales 5Conexiones por segmento 100 MAU'sSeparación entre conexiones 2'5 mLongitud del cable AUI 50 m

MDImedium dependent interface

MAUmedium attachment unit

AUIattachment unit interface


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ET

Tarjeta

MDICABLE

MAU

AUI

LLCMACPLS

10BASE5 – Coaxial Grueso (III)10BASE5 – Coaxial Grueso (III)

RG: Radio GradeVG: Voice GradeAWG: American Wire Grade

El índice es inverso al diámetro:RG6 es coaxial grueso y RG58 fino

[http://ww

w.a2zcables.com

/]


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ET 10BASE2 – Coaxial Fino (I)10BASE2 – Coaxial Fino (I)

Cheapernet: Versión económica de EthernetLlave del éxito posterior y de la hegemonía actual

IEEE 802.3a (1985)Cable coaxial fino RG58 de 50 Ω

185 m máximo por segmentoConexión cada 0,5 m mínimoConectores en T tipo BNC: Bus “desmontable”

Transceptores integrados con la interface en el DTENo requiere electrónica de red: $$$El bus es muy vulnerable por los “empalmes”


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ET

10BASE210BASE2


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ET 10BASE2 – Coaxial Fino (III)10BASE2 – Coaxial Fino (III)

Tipo de cable Coaxial (fino)Impedancia 50 ΩLongitud segmento 185 mSegmentos totales 5Conexiones por segmento 30Separación entre conexiones 0'5 m


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ET

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ET 10BASE-T – Par Trenzado (I)10BASE-T – Par Trenzado (I)

Ethernet sobre cableado estructuradoIEEE 802.3i (1990)Par trenzado (UTP3 y superiores) de 100 Ω

Usa sólo 2 pares: pares 2 y 3 (pines 3-6 y 1-2)– Tx en 1-2 y Rx en 3-6 – Pares naranja y verde– Se pueden cruzar para conectar directamente dos DTE

100 m máximo por equipo (cable rígido)Hasta unos 5m de cable flexible (latiguillos de conexión)Conectores tipo telefónico RJ45 de 8 pinesCableado estructurado: ISO 11801 – EIA/TIA 568A ó 568B

Requiere de concentradores (hubs / multirrepetidores)Protección frente a fallos y monitorización


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ET 10BASE-T – Par Trenzado (II)10BASE-T – Par Trenzado (II)

Tipo de cable Par Trenzado ( > UTP3 )Impedancia 100 ΩLongitud segmento 100-150 m (cable rígido)Segmentos totales 5Conexiones por segmento 2


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ET

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ET Otros tipos de Ethernet 802.3Otros tipos de Ethernet 802.3

10BASE-FOIRL – IEEE 802.3d (1987):Fibra óptica entre repetidores

10BASE-F – IEEE 802.3j (1993):Fibra óptica

10BROAD36 – IEEE 802.3b (1985):Banda Ancha

Ethernet Full-Dúplex – IEEE 802.3x (1997):Funcionamiento full-dúplex alternativo a CSMA/CD

Ethernet Conmutada (Puentes) – IEEE 802.1D (1990)Ethernet segmentada (VLAN's) – IEEE 802.1Q (1998)


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ET Direcciones MACDirecciones MAC

Cada Interface (tarjeta de red) tiene una dirección única6 Bytes

Pudieran ser 2, pero no se usa

Única, Universal asignada por el fabricante (802.1a)Pudiera ser local, pero no se usa

Se escriben en hexadecimal, separadas en bytes por “:”Ej.: 00:50:BF:5D:17:F7

Hay direcciones destino de Grupo (Multicast, multidestino)El primer bit (transmitido) es 1 (bit I/G: individual/grupo)

Ej.: 09:... (Ojo: En Ethernet el bit menos significativo del Byte superior, TR al revés)Arquitecturas Little Endian/Big Endian. La red y la pizarra son BE.

El segundo bit indica direcciones Locales (bit U/L: universal/local)...y una dirección de destino genérica para difusión (Broadcast)

Todos los bits a 1:FF:FF:FF:FF:FF:FF

[EthF] [RFC

1374]


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ET

0 8 16 24 32 40 48 56 64 72

Tramas (I)Tramas (I)Preámbulo 7 Bytes (10101010)Inicio 1 Byte (10101011)MAC Destino 6 BytesMAC Origen 6 BytesTipo/Tamaño 2 BytesDatos/Relleno 46 Bytes (mín.) a 1500 Bytes (máx.)Checksum (CRC) 4 Bytes

Tamaño (MAC→CRC) 64 Bytes (mín.) a 1518 Bytes (máx.)1522 Bytes (máx.) con id. VLAN (802.3ac)

Pausa inter-tramas 12 Bytes ~ 9,6 µsLos bytes se transmiten empezando por el bit menos significativo (LSB)

Des

tin

o

Ori

gen Datos

Relleno

Pre

ámb

ulo

CR

C

Tip

o


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ET Tramas (II)Tramas (II)

Trama DIX – Ethernet IITipo (2) > 0x0600 (1536)

Ej.: IPv4=0x0800 ¿ISO-OSI?

Trama 802.3 (Novell)Longitud (2) <= 1500Datos comienzan 0xFFFF

(No existe SAP 0xFF)

802: La funcionalidad del tipo se coloca en zona de datos, a modo de LLC-PDU

802.2 SNAP

802.3 - 802.2

802.3 - Novell

Ethernet II

0 8 16 24 32 40 48 56 64 72

Trama 802.3 (802.2)Inicio como 802.4/802.5Longitud (2) <= 0x05DCDSAP (1) y SSAP (1)Control (1)

Trama 802.2 SNAPSub-Network Access Protocol

OUI (3) y Tipo (2)Añaden más tipos

DSAP y SSAP: 0xAA

[EthF] [Leon-352] [RFC

1700-166]

SAPSNAP


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ET Diseño de la Red (I)Diseño de la Red (I)

La distribución de los repetidores tiene restriccionesSumado al cable tienen que ajustarse al tamaño de tramaNo se limita el tamaño de la red, sino la distancia máximaSe emplean un par de reglas estimando retardos estándarNO SON VÁLIDAS en redes de alta velocidad a 100 Mb/s

No más de DOS REPETIDORES entre nodo y nodoLos segmentos se cruzan a 100 m (2 AUI de 50 m)Una pareja con conexión directa cuenta como 1Se pueden utilizar concentradores en estrella (multirrepetidores)

RR

RR


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ET Diseño de la Red (II)Diseño de la Red (II)

Enunciado alternativo en 10BASE-T: Regla 5-4-3Entre dos nodos no se puede atravesar más de:

5 segmentos4 repetidores3 segmentos “poblados”

Las otras dos tienen que ser conexiones directas entre hubs

Se hace una distribución radialLos conmutadores (switch) son dispositivos de nivel 2 y no están sujetos a esas limitaciones

Dividen en dos “dominios de colisiones”Tablas MAC de tamaño limitado: 2K, 8K,...

H

H

H

H

H

H

H


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ET

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ET Diseño de la Red (III)Diseño de la Red (III)


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ET

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ET Diseño de la Red (IV)Diseño de la Red (IV)

Los hubs de gama baja hacen difícil la ampliación de la redSe conectan externamente por los puertos habitualesRequieren un “cable cruzado”Están sujetos a las reglas de númeroPrecio asequible

Los dispositivos de gama alta son “apilables”Podemos conectar varios a alta velocidadSe configuran de forma solidariaCuentan como un único dispositivoPuertos “Autosensibles” que realizan los cruces automáticamenteGestión remota, VLAN, etc.

Los dispositivos modulares son muy flexibles pero carosMódulos especializados (Ej.: Fibra Óptica)


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ET VLAN'sVLAN's

Los conmutadores de gama alta soportan VLAN's.Virtual LAN (802.1Q)Segmentación lógica para formar grupos independientes

Ampliación de la trama Ethernet para VLAN's (802.3ac)Intercambio de VLAN's entre conmutadoresIncorpora campos específicos de forma compatible

– Tipo VLAN (2): 0x8100 (valor reservado en tipos Ethernet)– Control VLAN (2): Prioridad (3 bits), CFI (1 bit), id. de VLAN (12 bits)

Puertos para dispositivos sin/con soporte de VLAN Trama normal: asignados a una VLAN concreta (estaciones)Trama 802.3ac: múltiples VLAN identificadas en trama (red)

802.3ac VLAN

802.3

0 8 16 24 32 40 48 56 64 72

VLAN


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RN

ET Bibliografía (I)Bibliografía (I)

[Tan4] Computer Networks (4ª Ed.)Andrew S.Tanenbaum

Ed. Prentice Hall PTR (Pearson Educación) 2003Libro de referencia, autoridad máxima en el tema. Nivel técnico medio.

[Leon] Redes de ComunicaciónAlberto León-García, Indra Widjaja

Ed. McGraw-Hill 2000Libro de referencia general de nivel técnico medio-alto ajustado a las clases.

[Mont] Página Personal de Rogelio MontañanaRogelio Montañana

http://www.uv.es/~montanan/Apuntes y materiales de las asignaturas de redes. Completisimo, claro y bien organizado.

[Rhys] Data Networks Resource: Ethernet, Data Cabling, etc.Rhys Haden

http://www.rhyshaden.com/Materiales variados sobre redes. Completo, detallado y claro.


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ET

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ET Bibliografía (II)Bibliografía (II)

[EthF] comp.dcom.lans.ethernet FAQhttp://www.faqs.org/faqs/LANs/ethernet-faq/

FAQ sobre Ethernet. Básico. Descripción, historia, tipos...

[TFest] TechFesthttp://www.techfest.com/Material de referencia sobre redes. Avanzado.

[CSpur] Charles Spurgeon's Ethernet Web Sitehttp://www.ethermanage.com/ethernet/ethernet.html

Recopilación de materiales sobre Ethernet.

[Ank] Ethernet TechnologyJames Antonakos, Circuit Cellar Online, Marzo 2002

http://www.circuitcellar.com/library/ccofeature/antonakos0302/Recopilación de materiales sobre Ethernet.


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RN

ET NormativaNormativa

[802] Get IEEE 802™http://standards.ieee.org/getieee802/portfolio.html

Sitio de distribución gratuita de los estándares 802

[RFC] IETF Request for Commentshttp://www.rfc-editor.org/http://sunsite.cnlab-switch.ch/ftp/doc/standard/rfc/mini-index.html

Documentación del IETF relacionada con Internet

Business

Ethnet