4-LAN 2 [Modo de compatibilidad] - ocw.uc3m.esocw.uc3m.es/ingenieria-telematica/telematica/teoria/4-LAN.pdf · 802.3 Ethernet 802.4 Token Bus 802.5 Token Ring 802.6 DQDB FDDI Elementos

Universidad Carlos III de MadridDpto. de Ingeniería Telemática

Ingeniería de Telecomunicaciones. Curso Telemática.

Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 1

Redes de Área LocalRedes de Área Local

Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno NovellaProf. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella

Índice

Introducción.Topología y ArquitecturaMedios de TransmisiónMAC, LLCEth t

LAN 2

EthernetFast EthernetGigabit EthernetWLAN

DefinicionesIEEE. Red Área Local“sistema de comunicación de datos quepermite a un cierto número de dispositivosindependientes comunicarse directamenteentre sí, dentro de un área geográficareducida y empleando canales físicos de

LAN 3

comunicación de velocidad moderada oalta”

IEEE. Red Área Metropolitana.Área geográfica mas ámplia.Interconexión de R.A.L.sTasas de error y retardo superiores.

Redes de Area Local/MetropolitanaLANLAN

EthernetEthernet TokenToken--RingRing FDDIFDDI OtrasOtras

LAN 4

ThicknetThicknet

ThinnetThinnet

UTPUTP

FibraFibra

RadioRadio 4 Mbps4 Mbps16 Mbps16 Mbps FibraFibra OtrosOtros

Fast EthernetFast Ethernet TokenToken--BusBus

ATMATM--LANLAN

. . . . . . . . . .

LANELANE LISLIS

Características Básicas LANsMedio de transmisión compartido.Redes de difusión.Interconexión de equipos informáticos: Compartición de recursosRed Privada corporativaC b t áfi li it d (< 10 K )

LAN 5

Cobertura geográfica limitada (< 10 Km.)Velocidades de transmisión elevadas (1-100 Mbps)Tasas de error de transmisión muy bajas (~10-9)Uso transparenteFácil instalación y explotaciónGestión y Administración de la LAN.

Principales BeneficiosCompartición de Recursos

datos e información actualizadosacceso a periféricosprogramas y aplicacionescomunicaciones

Incremento de la capacidad de comunicaciones

LAN 6

Incremento de la capacidad de comunicacionesReducción de costes

directamente: recursos indirectos: aumento de productividad

Información distribuida pero acceso único.




Topologías Básicas

Estrella

Bus

LAN 7

Anillo

Otras: Arbol, Doble Anillo, Malla

Topología Lógica y Física

• T.Física: Estrella

LAN 8

• T.Lógica:Anillo• T.Lógica: BUS

Comparación entre topología básicas (1)

Criterio Estrella Bus Anillo

Seguridad ante Fallos

+ Control central + Fiabilidad frente a

fallos de estaciones - Nodo central crítico

+ Fiabilidad frente a fallos de estaciones

+ eliminación automática de señal en extremos

- medio de comunicación crítico

+ Permite encaminamiento alternativo

- Cualquier fallo en un nodo activo o en el medio afecta a toda la red

- Eliminación no t áti i f

LAN 9

automática info “caducada”

Facilidad de configuración

+ Facilidad conex/desconex estaciones y gestión

- Flexibilidad: cambios costosos (1 interfaz hub y 1 enlace por estación)

+ Topología simple + Flexibilidad de

reubicación de puestos

+Fácil administración - Cualquier cambio en la

configuración de estaciones exige modificar la estructura de la red

- Gestión en estación mas compleja con doble anillo

Comparación entre topología básicas (y 2)

Criterio Estrella Bus Anillo

Capacidad de cursar tráfico

+ Con estaciones, limitada por medio físico

- De red, limitada por hub

- Un incremento de carga en la red aumenta las colisiones y disminuye el rendimiento

+Limitada sólo por medio físico: no hay competencia por el medio ni colisiones

Retardo + No hay decisión de i i

+No hay decisión de i i

+No hay decisión de i i

LAN 10

introducido encaminamiento- Paso por hub

encamianmiento - Espera por el canal libre

encaminamiento.- Retardo introducido por cada estación

Medio físico + Topología idónea para fibra óptica

+ Topología válida para cualquier medio de transmisión

+Topología válida para cualquier medio de transmisión

Arquitectura

LLCce

N.Red

. . . .

LLC

Subnivel MAC: Control de acceso al medio físico de modoque múltiples estaciones puedan compartir el mismo

Subnivel LLC: Control del enlace de datos: ensamblado ydesensamblado, multiplexado y comprobación de direcciones

LAN 11

N.Físico

LLC

MACN.E

nlac LLC

802.3Ethernet

802.4Token Bus

802.5Token Ring

802.6DQDB

FDDI

Elementos de una LANEquipamiento

de conectividad

TarjetasCableado

LAN 12




Nivel Físico

Medio Físico Pares:

UTP (“Unshielded Twisted Pair”) STP (“Shielded Twisted Pair”)FTP (“Foiled Twisted Pair”)

LAN 13

FTP ( Foiled Twisted Pair )Coaxial: thick, thinFibra Optica: monomodo, multimodo, gradual

Distancia

Comparación Medios de Transmisión

COAXIAL PARES FIBRA

Grueso Fino UTP STP OPTICA

Velocidad transmisión

100 Mbps 100 Mbps 100 Mbps 100 Mbps >100 Mbps. < 2,2 Gbps

Longitud enlace

500 m 200 m 100 m 100 m (Km)

Inmunidad interferencias

Excelente Excelente Pobre Buena Inmune a eléctricas

LAN 14

Tamaño conectores

Medio Medio Pequeño Grande Diminuto

Flexibilidad cable

Media-alta Alta Alta Alta Media-alta

Facilidad instalación

Media-Alta (conectores)

Fácil Fácil “A medida” Media-alta (conexiones)

Coste Medio Medio-bajo Bajo Medio-Bajo Alto

Caudal Agregado

Inter-red LAN

C1 C2

C3Cn

LAN 15

Inter red LAN

C4C5

C6...

CaudalAgregado = CiΣ

Control de Acceso al Medio

“Mecanismo de arbitraje necesario para hacer un uso eficiente de la capacidad de transmisión de la red por los dispositivos conectados a la misma”Parámetros

LAN 16

Parámetros:Control centralizado o distribuido.Cómo realizar el control: en función del coste, prestaciones, complejidad...

Tipos de Control de Acceso al Medio

Reserva: MDF, MDT, conmutación de circuitos.Sondeo.Contienda.

LAN 17

Simple: Aloha simple y ranurado.Contienda con escucha:CSMA.Contienda con escucha y detección de colisión: CSMA/CD.

Paso de testigo en anillo y en bus.

CSMA/CD vs Paso de testigoCriterio CSMA/CD Token Passing

Tipo de Acceso Descentralizado aleatorio Homogéneo para cada estación de la red.

Descentralizado determinístico Homogéneo para cada estación de la red

Topología Bus, estrella/árbol Anillo, Bus, estrella/árbol

Tipo de Tráfico adecuado

Tráfico bajo y/o mensajes esporádicos (aunque sean largos): tipo PC

Tráfico uniforme y/o elevado

LAN 18

Rendimiento de la red

+ Alto con tráfico bajo -Medio/bajo con tráfico alto: una mayor carga de la red puede provocar colisiones más frecuentes y una reducción del rendimiento de la red

- Riesgo de monopolización de la red por una estación

- Medio/alto con tráfico bajo. +Alto con tráfico alto: inexistencia de colisiones en el medio, por lo que una mayor carga de la red no afecta negativamente a su rendimiento (relativamente constante)

- Dependencia de testigo: riesgo de perdida.

Retardo introducido

+ Es posible transmisión inmediata + Retardo pequeño con tráfico bajo + Momento de acceso y tiempo de espera para transmitir impredecible.

- Retardo muy grande con tráfico alto.

- Se requiere espera por testigo: retardo elevado en grandes anillos.

- Retardo medio con tráfico bajo + Momento de acceso y tiempo de espera para transmitir predecible.

+ Retardo limitado con tráfico alto.




LLC: Multiplexación del MAC

IPXIP ARP

LLC

. . .

ARPIPX

IP

LAN 19

MAC

ARP IP IPX

ARP IP IPX

Control del Enlace Lógico (802.2)

Usuarios LLC: protocolos de capas superioresfunciones de gestión de red.

Usuarios origen y destino: direcciones DSAP SSAP

LAN 20

DSAP SSAP CTL Información 1 1 1 o 2 variable

DSAP y SSAP.Formato de PDU de LLC:

LLC está basado en HDLC.

Control del Enlace Lógico (802.2)DSAP y SSAP

Multiplexación del MAC2 bits para individual/grupo y global/local

Campo de Control en CO

LAN 21

1 Octeto: SABME, DISC, DM, FRMR y UA2 Octetos: I, RR, RNR y REJ

Tres tipos de servicio: CL, CO y semi-CLServicio CO => N(S) de 7 bits

Servicios LLC (1)No orientado a conexión sin confirmación.

De tipo datagrama.Sin mecanismos de control de flujo y errores (no garantiza la entrega de datos).Útil en los siguientes casos:

LAN 22

Útil en los siguientes casos:Cuando las capas superiores ofrecen seguridad y control de flujo (p.e. TCP).Cuando el coste de establecimiento y mantenimiento de la conexión es injustificado y contraproducente.

Servicios LLC (y 2)Modo conexión.

Establecimiento de conexión lógica entre dos usuarios.Posee mecanismos de control de flujo y errores.Mantenimiento de tablas con el estado de las conexiones.Ú

LAN 23

Útil en los siguientes casos:Dispositivos simples (controladores de terminal, p.e.)

No orientado a conexión con confirmación.Mezcla de 1 y 2. Confirmación de datagramas sin establecimiento de conexión lógica.Útil en los siguientes casos:

Procesos de control, empresas automatizadas.Gestión de alarmas o señales de control de emergencia.

SAPs asignados globalmente

AA - SubNetwork Access Protocol (IETF)42 - PDU correspondiente a un puenteBC- Banyan VinesF4 - IBM network management06 - Internet Protocol

LAN 24

FE - ISOF0 - Network Basic Input/Output SystemE0 - Novell NetwareFF - BroadcastF8 - IBM remote program load80 - 3COM Xerox Network Services




Estándares“estándar de derecho”: proceso de normalización desarrollado por algún organismo de estandarización“estándar de hecho”: aceptación generalizada en el mercado Comités

LAN 25

ISOIEEEANSIATM ForumIETF

Normativa LAN (1)

IEEE 802.2/ISO 8802.2 (LLC). Define el interfaz LLC correspondiente al nivel 2 de enlace del modelo OSI para LANs.IEEE 802.3/ISO 8802.3 (Ethernet).

N.Físico: 10Base5, 10Base2, 10BaseT, 10BaseF, etc

LAN 26

etcMAC: CSMA/CD sobre topología lógica en bus

IEEE 802.5/ISO 8802.5 (Token Ring)N.Físico: UTP (1 y 4 Mbps), STP (16 Mbps), COAX (4, 20 y 40).MAC: Paso de testigo sobre topología lógica en anillo.

Normativa LAN (y 2)

ANSI FDDI/IEEE 802.8N.Físico: Fibra Optica, 100 MbpsMAC: Paso de testigo sobre topología lógica en doble anillo.

Redes LAN de Alta Velocidad

LAN 27

Redes LAN de Alta Velocidad100BaseT (802.3u)100Base VG (802.12)Virtual LANs

LISLANE

Normativa IEEE 802

LAN 28

Ethernet vs. IEEE 802.3Ethernet fue el origen. Diseñado por Xerox para conectar 100 ordenadores mediante un cable de 1 Km.802.3, norma de IEEE promovida por DEC, Xerox e Intel.

LAN 29

Diferencias:Velocidad:

Ethernet 10 Mbps802.3: 1-10 Gbps

Trama MAC:Campo de Tipo (Ether.) o Longitud (802.3)

IEEE 802.3: Nivel Físico

Medios Físicos y distancia Pares: UTP (Cat >=3) y STP. 100 mCoax: Thinnet 200 m, Thicknet 500 mFibra multimodo: 2500 m ($$$).

Topología física en bus (coax ) o estrella

LAN 30

Topología física en bus (coax.) o estrellaEvolución hacía topología en estrella por facilidad de gestión. Topología Lógica en busRepetidores <=4Diámetro máximo: 2500 metrosCodificación Manchester




CSMA/CD sobre bus lógicoNorma Medio

físico V. Transmisión Distancia

Max. Otras caract.

10 BASE 5 Coax Thick 10 Mbps Banda Base

500 m. Topología multipunto en bus.Hasta 4 repetidores (max 5, 2500)

10 BASE 2 Coax thin 10 Mbps Banda Base

180 m Hasta 4 repetidores (max 5, 1000)

10 BROAD 36 Coax BA 10 Mbps Banda Ancha

3.600 m Mas cara, poco utilizada

LAN 31

1 BASE 5 UTP 1 Mbps Banda Base

2.000 m Topología en estrella o árbol Max. 5 segmentos (4 nodos) entre usuario y hub raíz, 200 m entre nodos

10 BASE T UTP 10 Mbps Banda Base

100 m topología en estrella o árbol. Max. Dist. Entre repetidores 200 m.

10 BASE F F.O. 10 Mbps Banda Base

500 m Topología en estrella o árbol. Max. Distancia entre repetidores 2,5 Km. Uso en entornos de alto nivel de ruido.

IEEE 802.3: MAC

Velocidad de acceso: 10 Mb/sTécnica de acceso: CSMA/CDTopología Lógica en BusCapacidad Agregada: 30% por segmento

LAN 32

p g g p gSoporte de multicastTramas no propias filtradas por el Hw

IEEE 802.3: Formato de trama

Bytes: 7+1 2 o 6 2 0-1500 42 o 6 0-46PreámbuloPreámbuloy 1 de SFDy 1 de SFD D.DestinoD.Destino D.OrigenD.Origen LongitudLongitud DatosDatos PADPAD CRCCRC

Preambulo: Sincronización 10101010......

LAN 33

Direcciones: Individual: 0Grupo: 1

Pad: relleno para conseguir trama mínima y poder realizar CD.

Trama mínima correcta 64 Octetos.CRC de todos los campos menos: preámbulo, SFD y CRC.

802.3: Long. Trama Mínima

AA BB

AA BB

Fijados Velocidad Txt 10 MbpsLong Máxima 2500 m4 Repetidores

Mínima trama 51,2 µseg =

to

to+ Xp

LAN 34

AA BB

AA BB

, µ g2 * Xp64 octetosRegla de Diseño 5-4-3-2-1

5 Segmentos4 Repetidores3 Segmentos con nodos2 segmentos deinterconexión1 dominio de colisión de hasta 1024

estaciones con diametro de 2500 m.

to+ Xp

to+ 2Xp

IEEE 802.3: Direcciones

Grupo=0 => dirección individual

Código fabricante Número de serie22 bits 24 bits

Grupo Global1 bit 1 bit

LAN 35

pGlobal=0 => dirección localCódigo de fabricante obtenido del IEEEEj: a2-41-42-59-31-51

Resumen 802.3

CaracterísticasTecnología con mayor penetración en el mercadoSimplicidad de instalaciónRetardo de acceso en baja carga despreciable

LAN 36

Retardo de acceso en baja carga despreciable.No soporta prioridadesNo apropiada para tráfico de tiempo real.Tamaño mínimo de trama 64 bytesLongitud máxima 2,5 Km.




Fast Ethernet: CaracterísticasIntento de “acelerar” la red ethernet: 802.3u (1995)Se modifica el nivel físico, reduciendo el tiempo debit en un factor de 10 (10 ns), permitiendo un anchode banda de 100 Mbps.Los demás elementos de la norma 802.3 semantienen sin cambios:

LAN 37

interfaces, estructura y longitud de tramas,detección de errores, método de acceso,etc.

Es compatible y puede coexistir con redes ethernettradicionales: Autoconfiguración.Basada en 10BaseT. (solo admite topología físicaen estrella). Requiere equipos de interconexión(Hubs, Switches)Cableado: (categoría 3, 4 y 5 UTP, STP y FO)

Ethernet vs. Fast Ethernet

Ethernet Fast EthernetVelocidad 10 Mbps 100 MbpsStandard 802.3 802.3 (u)MétodoAcceso

CSMA/CD CSMA/CD

LAN 38

AccesoTopología Bus, Estrella EstrellaCableado Coax, UTP, Fibra UTP, STP, FibraDistancia 100 m 100 mDiámetro 2500 m 210 m

Arquitectura

. . . .MII: Media Independent Interface

MDI: Media Dependent Interface

MAC*

LAN 39

N.F

ísic

o MII

MDI

MII

MAC*

100Base-T4 100Base-TX 100Base-F

Opciones 100 Base TIEEE 802.3 (100Mbps)

100BASE-X

100B E TX 100B E FX 100B E T4

LAN 40

100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4

2 UTP clase 5 2 STP 2 fibras ópticas 4 UTP clase 3 ó 5

100 Base T4UTP categoría 3Frecuencia de transmisión: 25 MHzUtiliza 4 paresUso de señales ternarias (0,1,2) en línea.3 pares para transmisión: 100 Mbps

LAN 41

3 pares para transmisión: 100 Mbps3 pares para recepción: 100 Mbps2 pares configurados para transmisión bidireccional.1 para detección de colisionesCodificación 8B6TLongitud máx. 100 m

100 Base TX

UTP categoría 5 y STP125 MHzUtiliza 2 pares.1 para forwarding: 100 Mbps

LAN 42

p g p1 para recepción: 100 MbpsCodificación 4B5B-NRZI, compatible FDDILongitud máxima: 100 m.SemiDuplex vs Full Duplex




100 Base FX

FOUtiliza dos: una para transmitir y otra para recibir.Necesario convertidor de secuencia de grupos

LAN 43

de código 4B/5B-NRZI en señales ópticas:Modulación de intensidad: 1 -> ráfaga o pulso de luz, 0 -> ausencia de pulso o pulso de muy baja intensidad.

100 Mbps full duplexLongitud máxima: 2000 m.

Configuración de Hubs

Compartido: Hubs100BaseT: 100BaseTX y 100BaseT4Todas las líneas comparten el mismo dominio de colisión

Conm tado S itch

LAN 44

Conmutado: SwitchSe utiliza buffering por línea Cada línea tiene su propio dominio de colisiónTramas conmutadas mediante el hub (backplane)100BaseFX y 100BaseT

Autonegociación: NwayLos hubs pueden manejar una mezcla de conexiones a 10Mbps y 100Mbps.Protocolo opcional que permite reconocer y adaptarse a los tipos de estaciones existentes dentro de un segmento: fácil integración y evolución.

LAN 45

Server10Mbp

s

Server100Mbps

Switch100BaseT

Switch10BaseT

Switch100BaseT

10Mbps

100Mbps

Integración y Evolución

LAN 46

... ...

... ...10BaseT

HUB10BaseTSwitch

100BaseTHub100BaseT

Switch

Gigabit Ethernet (802.3z) (1)Aprobado en Junio de 1998Utiliza Formato trama estándar de Ethernet802.3z incluye especificaciones de:

MAC: full duplex (punto a punto) y semiduplex (canales difusión compartidos)CSMA/CD en Canales compartidosF ll d l P t t

LAN 47

Full-duplex en Punto a punto3 interfaces de nivel físico:

1000Base-SX: FO Multimodo, cableado horizontal de edificios (220-550 m). Modo Full Duplex1000Base-LX: FO Monomodo, backbone e interconexiones de campus (hasta 5000m). Modo Full Duplex1000Base-CX: SBC (Shielded Balanced Copper, mejora de STP), sala de equipos, clusters, etc... (25 m)

802.3ab: incluye nuevo nivel físico 1000Base-T para soporte de cables UTP 5 (100 metros).

Gigabit Ethernet (802.3z) (2)

Mejoras sobre Ethernet 10/100 (Medio compartido):

Extensión de Portadora: hasta 512 bytesRáfagas de Tramas

LAN 48

Trama 1 Trama 2 Ext. Portadora

512 bytes




Gigabit Ethernet (802.3z) (3)

Uso de Gigabit EthernetServidores de alta capacidad: BBDDInterfaz para tecnologías de alta velocidad: DWDM

LAN 49

Anillo DWDM

GigabitEthernet

10 Gigabit Ethernet (802.3ae)Aprobada Junio 2002Aumento de la velocidad en x10Utilización en entorno LAN/WAN sobre fibra obscura o SONET/SDHCompatibilidad con 802.3.

LAN 50

p64 – 1518 Byte framesNo soporta Half-Duplex No existe CSMA/CDSoporte Full-Duplex

Utilización de F.O. LAN PHY – 10Gb/sWAN PHY – 9.29Gb/s (SONET framing overhead)

10GbE: Interfaces Definidos (PMD)

10GBase-SR: < 300m sobre fibra obscura (F.O.)10GBase-SW: < 300m sobre SONET

Fibra multimodo 850nm10GBase-LR: 2m-10km sobre F.O.10GBase-LW: 2m-10km over SONET

1310

LAN 51

Fibra Monomodo 1310nm10GBase-ER: 2m – 40km sobre dark fiber10GBase-EW: 2m – 40km sobre SONET

Fibra Monomodo 1550nm10GBase-LX4 – 4 λ sobre fibra monomodo/multimodo 1310nm

10GBase-CX4: Soporta cobre hasta 15 m (Aprobada Febrero 2004).

10GbE: Arquitectura 802.3ae

10Gb Media Independent Interface (XGMII) or10Gb Attachment Unit Interface (XAUI)

Full Duplex 802.3 Media Access Control (MAC)

LAN 52

WWDMPDM1310nm

WWDM LAN PHY8B/10B

Serial LAN PHY64B/66B

SerialPMD

850nm

Serial PMD

1310nm

Serial PMD

1550nm

SerialPMD850nm

SerialPMD

1310nm

SerialPMD

1550nm

Serial WAN PHY64B/66B + WIS

Fuente: 10GE Alliance Technology Overview White paper

10GbE: Aplicaciones

Entornos LAN/MAN/WANInterconexión de enlaces POP de ISPInternet peeringConexiones de Servidores

LAN 53

Conexión de Routers de Core a SDH/FO......

WLAN: Redes de Área WLAN: Redes de Área Local InalámbricasLocal Inalámbricas




LAN vs WLANSimilitud

Compatibilidad con LAN: aplicaciones, protocolos, uso, etc.802.11 ofrece el mismo servicio que 802.3

LLCTransparente a los Protocolos superiores.

Diferencias: LLCace

N.Red

. . . .

LLC

LAN 55

Diferencias:Interfaz Aire:

Radio o InfrarrojosSeguridad WEPProblemas de Transmisión: Atenuación, Reflexión

MovilidadAcceso a servicios independiente de su posición.Localización de Servicios.Complejidad del protocolo.

N.Físico

LLC

MACN.E

nla LLC

802.3Ethernet

802.11WLAN

IEEE 802.11: IntroducciónPrimer estándar para WLAN (1997), revisado en 1999Define un subnivel MAC, servicios y protocolos de gestión y tres niveles físicos (PHY):

IR: Infrarrojos FHSS: Frecuency Hopping Spread SprectrumDSSS: Direct Sequence Spread Spectrum

LAN 56

DSSS: Direct Sequence Spread SpectrumTodos ellos soportan 1 y 2 Mbps

Banda 2,4 GHz, ISM.Posteriormente (’99) se definen otros dos PHY

802.11a: OFDM: Orthogonal frecuency domain multiplexing en la banda 5 GHz802.11b en la banda 2,5GHz soportando hasta 11 Mbps.

IEEE 802.11: Introducción (2)

Diseñado para ofrecer los mismos servicios de redes fijas (802.3):

Alto throughput, entrega fiable de información, conectividad continua

y con soporte para

LAN 57

.. y con soporte paraMovilidad transparenteAhorro de energía

Bandas Libre de Frecuencia (ISM)

ExtremelyLow

VeryLow

Low Medium High VeryHigh

Infrared VisibleLight

Ultra-violet

X-Rays

AudioAM Broadcast

Short Wave Radio FM BroadcastTelevision Infrared wireless LAN

Cellular (840 MHz)NPCS (1.9 GHz)

UltraHigh

SuperHigh

LAN 58

902-928 MHz26 MHz

5 GHz(IEEE 802.11)

HiperLANHiperLAN 2

802.11a

2.4 – 2.4835 GHz83.5 MHz

(IEEE 802.11)802.11b and 802.11g

Arquitectura 802.11b

Formado por los elementos:Estación (MS)Punto de acceso (AP)Medio inalámbricoC j Bá i d S i i (BSS)

LAN 59

Conjunto Básico de Servicios (BSS)La estación de distribución (DS)Conjunto extendido de servicios (ESS)

Estación

Pueden ser:MovilesPortablesEstacionarias

LAN 60

Se conectan al medio inalámbricoDisponen de los siguientes servicios:

AutenticaciónDe-autenticacíónPrivacidadEntrega de datos (MSDU)




BBS: Conjunto básico de serviciosBBS es un conjunto de estaciones que se comunican entre sí.

IBSS: (Independent BSS): No disponen de conexión al exterior (red fija).Comunicación directa entre estacionesPuede no existir comunicación directa entre todas las estaciones (Nodo Oculto)No existe función de reenvío. Si dos estaciones quieren comunicarse entre sí deben tener conectividad directaSuelen denominarse redes “ad-hoc”

BSS i f t t (BSS)

LAN 61

BSS en infraestructura (BSS)Son BSS que disponen de un Punto de Acceso: APEl AP proporciona distribución de servicios.En este modo todas las estaciones se comunican con el AP.El AP proporciona la función de relay entre estaciones y en caso de existir la conectividad con otras redes (ej: red fija).Comunicación entre estaciones se realizan en dos saltos: estación-AP, AP-estación.

Configuraciones de WLANs

Modo Infraestructura vs Ad-hocBackbone de alta velocidad Wired LAN

LAN 62

CELDA ESTACIÓN NOMADA

INFRAESTRUCTURA WLAN WLAN AD HOC

Sistema de distribución

Portal

802.x LAN802.11 LAN

BSS1

Punto Acceso

STA1

BSS1

STA1 STA3

Tipos de redes 802.11

LAN 63


PuntoAcceso

802.11 LAN

BSS2

STA2 STA3

ESSSTA2

Red ad-hoc

Infraestructura de red

ESS: Conjunto Extendido de ServiciosESS es un conjunto de BSSs en modo infraestructura, donde los APs se comunican entre sí para reenviar tráfico desde un BSS a otro y para permitir la movilidad entre usuarios de una BSS a otra.

El AP realiza esta función mediante un medio abstracto denominado DS (sistema de distribución –DS-)

El DS es el backbone de las WLAN y puede ser construido con redes cableadas o inalámbricas.

Básicamente esta implementado mediante un nivel en los AP que determinan si las

LAN 64

comunicaciones recibidas del estaciones de las BSS deben ser reenviadas a la misma BSS o bien a otro AP o bien a la red cableada.

Externamente la red formada por la ESS se muestra estacionaria. Las estaciones pueden moverse con independencia del AP al que estén conectadas.

Esto permite que protocolos que no tratan la movilidad vean las estaciones como si estuvieran “fijas”.

Actualmente el protocolo de interoperación entre AP (IAPP) esta ratificado, aunque los fabricantes todavia mantienen ciertos aspectos propietarios.


Portal

802.x LAN802.11 LAN

BSS1

Punto Acceso

STA1

BSS1

STA1 STA3


LAN 65


PuntoAcceso

802.11 LAN

BSS2

STA2 STA3

ESSSTA2

Red ad-hoc


DS: Sistemas de Distribución

Soporta el mecanismo mediante el cual un AP:

Se comunica con otro AP para intercambiar tramas de estaciones en sus BSSsReenvía tramas a otro AP para alcanzar otras

LAN 66

Reenvía tramas a otro AP para alcanzar otras estacionesIntercambia tramas con redes fijas.

El estándar no indica como debe implementarse el DS. Puede ser un nivel, una caja o una red fija (802.3).





Portal

802.x LAN802.11 LAN

BSS1

Punto Acceso

STA1

BSS1

STA1 STA3


LAN 67


PuntoAcceso

802.11 LAN

BSS2

STA2 STA3

ESSSTA2

Red ad-hoc


ServiciosServicios de Estación

AutenticaciónDe-autenticaciónPrivacidadEnvío de Datos

LAN 68

Servicios de DistribuciónAsociación, De-asociaciónRe-asociaciónDistribuciónIntegración

Máquina de estados

Estado 1:No Autenticado,

No Asociado

Autenticación Notificación de De-autenticación

Tramas Clase 1

Tramas

LAN 69

Estado 2:Autenticado,No Asociado

Estado 3:Autenticado,

Asociado

Notificación de De-asociación

Autenticacióno

Re-asociación

Tramas Clase 1 & 2

Tramas Clase 1, 2 & 3

Notificación de De-autenticación

Nivel Físico: 802.11Desarrollado en cuatro fases

802.11: 1997Se soportan tres mecanismos de nivel físicoDos en la Banda 2.4-GHz y uno en infrarrojoVelocidades de 1 y 2 Mbps

1999IEEE 802 11

LAN 70

IEEE 802.11a5-GHz band hasta 54 Mbps

IEEE 802.11b2.4-GHz band a 5.5 y 11 Mbps

2002IEEE 802.g extiende la capacidad de 802.11b a velocidades de hasta 54 Mbps.

WLAN de celda única

AP

servidor

HUB UM

Ethernet

LAN 71

Ethernet

Router

WLAN de celdas múltiples

CMUM

UM

UM

CM

UM

UM

UMUM

UM

UM

FRECUENCIA 2

LAN 72

Ethernet

Router

CM

FRECUENCIA 1FRECUENCIA 3




La capa física en 802.11Tres opciones, todas con velocidades de transmisión de 1 y 2 Mbps:

FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) en la banda de 2,4 GHzSe modula la señal con una portadora de banda estrecha que cambia de frecuencia periódicamente (cada 224 μs) según una secuencia determinada y conocida de frecuencias79 canales de 1 MHz siendo Canal 1 (2.402 MHz) y Canal 79 (2.480 MHz).78 secuencias de salto que optimizan separación entre las mismas

3 grupos de 26 secuencias que minimizan probabilidad de colisiónDSSS (Direct Sequence Spread Spectrum ) en la banda de 2,4 GHz

Utilización de códigos de Barker para el ensanchado de la señal

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Utilización de códigos de Barker para el ensanchado de la señalSe utiliza la secuencia binaria de longitud 11bits "10110111000“En 802.11b se traduce en que un

• “1” 00110011011 • “0” 11001100100

Infrarrojos en la banda de 850 a 950 nm Hasta 20 m

1 Mbps DSSS

Ajuste dinámico de Velocidad y Capacidad

La velocidad del terminal va variando en función de la distancia sin perdida de información en función de la posición del usuario en la célula.802.11b:

Hasta 3 AP por area33 Mbps

5 5 Mbps DSSS

2 Mbps DSSS

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802.11a:Hasta 8 AP por área (indoor)432 Mbps.

5.5 Mbps DSSS11 Mbps DSSS

OFDMOFDM54 Mbps54 Mbps

48 Mbps48 Mbps

36 Mbps36 Mbps

24 Mbps24 Mbps

18 Mbps18 Mbps

12 Mbps12 Mbps

09 Mbps09 Mbps

06 Mbps06 Mbps

Nivel MAC 802.11

Soporta las siguientes funciones:Soporte de entrega de datos fiableControl de acceso al medio compartido. Se soportan dos técnicas:

DCF: Distributed Coordination Function

LAN 75

DCF: Distributed Coordination Function PCF: Point Coordination Function

Protección de datos: cifra los datos enviados sobre el enlace inalámbrico.

WEP: Wired Equivalent Privacy

Protocolo de Intercambio de tramas

Debido a las características del medio inalámbrico, se soporta un mecanismo fiable que garantiza que las tramas transmitidas son recibidas en el destino.Es posible que existan problemas de colisiones

LAN 76

entre estaciones que no pueden conectarse directamente (Nodo Oculto), para lo cual el mecanismo de intercambio es complejo y requiere la participación de todas las estaciones.Las estaciones deben decodificar la cabecera de las tramas que reciben y en su caso reaccionar en función de su contenido.

Transmisión BásicaLa transferencia de información requiere el intercambio de dos tramas al menos.

Transmisión de Trama (DATA)ACK de la trama

Ambas no pueden ser interrumpidas por t t

LAN 77

otras tramas.En caso de no recibirse ACK el origen retransmite la trama. STA AP

DATA

ACK

Problema del Nodo OcultoSucede cuando la transmisión de una estación se ve oculta por otra.

A B C

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Las transmisiones de A a B pueden ser afectadas por las transmisiones de C.Se utilizan dos tramas RTS (Request to Send) y CTS (Clear to Send) para anunciar a las estaciones vecinas de una próxima transmisión.Junto a las tramas anteriores (Datos+ACK) son una unidad atómica (no pueden ser interrumpida por otras estaciones).




Problema Nodo Oculto (II)Las estaciones que reciben un RTS debe deferir sus transmisiones hasta recibir una trama de ACKLas estaciones que reciben un CTS deben diferir las trasmisiones hasta recibir un ACK.Se utilizan timers para evitar monopolizar el medio.

LAN 79

La utilización de RTS/CTS viene determinada por configuración.Un fallo en la transmisión se trata como una colisión y se retransmite.Un AP raramente puede verse afectado por un nodo oculto (accede a toda la red). Solo si otro AP cercano utiliza la misma frecuencia.

Control de Acceso al MedioDistributed Foundation Wireless foundation MAC(DFWMAC):

Mecanismo Centralizado (obligatorio): DCFMecanismo opcional Distribuido: PCF

DCF (Distributed Coordination Function) Utiliza un mecanismo de contención para proporcionar

l t t lid d d l t i

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acceso a la totalidad de las estaciones.Se utiliza para tráfico asíncrono.

PCF (Point Coordination Function)Utiliza un mecanismo MAC centralizado para soportar servicios libre de contención. Se sondea estaciones seleccionadas. Se construye sobre el mecanismo DCFNecesario para tráfico isócrono.

DCF: Función de Coordinación Distribuida

Se basa en el uso de CSMASi una estación tiene tráfico a transmitir, escucha el medio.Si el medio esta libre la estación puede transmitirSi esta ocupado debe esperar hasta que finalice la transmisión en curso.D bid l t l d l di i lá b i

LAN 81

Debido a la naturaleza del medio inalámbrico, no se detectan colisiones. Al no escuchar y transmitir a la vez, se utiliza un mecanismo de Collision Avoidance en vez de CD:

Se incluyen retardos (IFS: Interframe Space)Las estaciones utilizan un parámetro NAV (Network Allocation Vector) que les indica si el tiempo que falta para que el medio este libre. Se trata de un medio de detección de portadora virtual.

Utilización de retardos: IFS

Si una estación tiene tráfico a transmitir, escucha el medio.Si el medio esta libre espera que continúe libre durante un tiempo IFS.Si sigue libre transmite inmediatamente.

Si esta ocupado (al comienzo o durante IFS) la estación difiera la transmisión

Continua monitorizando hasta que la transmisión actual finaliza.

LAN 82

Una vez finalizada, espera otro IFS.Si se mantiene libre, espera un tiempo aleatorio (Back off) y vuelve a escucharSi el medio sigue libre, transmiteDurante el tiempo de backoff si vuelve a estar ocupado se paraliza el tiempo de backoff y se reinicia cuando se vuelve a quedar libre.

Los intentos repetidos fallidos de transmitir se traducen en periodos de espera cada vez mayores.

Lógica de Acceso al medioEsperar una

Trama a Transmitir

Esperar IFS

¿Medio Libre ?

Continúa Libre Esperar a finalizar tx

NO

NO

SI

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Continúa Libre Esperar a finalizar tx

Esperar IFSTx Trama

Espera exp. binariaMientras medio libre

Continúa Libre

Tx Trama

SI

NO

SI

Soporte de PrioridadesEl mecanismo básico se refina para soportar un mecanismo de prioridades en el acceso.Se definen cuatro tipos de IFS:

SIFS (short IFS): Es el IFS menor.Se utiliza para todas las acciones de respuesta inmediata: ACK, CTS, etc.

PIFS (point coordination function IFS): Es un IFS de tamaño medio

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Se utiliza por el mecanismo PCF para emitir un sondeo. DIFS (distributed coordination function IFS):

Es mayor que DIFSLo utiliza el mecanismo DCF

EIFS (Extended IFS)Es el mayor de ellosSe utiliza cuando se recibe una trama con errores para permitir a la estación transmisora enviar correctamente la trama.




Uso de SIFSACKs:

Una estación al recibir una trama unicast contesta con un ACK después de esperar un tiempo SIFS.

De este modo (ACK) se determina la entrega o no de la trama (Colisiones)

Proporciona un mecanismo eficiente de transmisión de mutitramas.

La estación transmitiría una trama tras otra sin ceder el l

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enlace.Cada trama es asentida con ACK tras SIFSLa estación realiza contienda por el canal, tras lo cual mantiene el control sobre todos los fragmentos.

CTSTras recibir un RTS se espera SIFS y envía CTS.

Mensajes de Respuesta de Poll en PCF.

PIFS y DIFS

PIFS: Se utiliza para gestionar el enlace mediante control centralizado PCF

El controlador sondea a las estaciones con tráfico isócrono.Tiene mayor preferencia a tráfico asíncrono

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Tiene mayor preferencia a tráfico asíncrono.

DIFS: Se utiliza para gestionar el enlace mediante control distribuido.

DCF: Técnica Básica de Acceso

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PCF: Función de Coordinación Centralizada

Mecanismo alternativo sobre DCF. Existe un punto central (coordinador) que sondea a las estaciones. Este coordinador reside en el AP.Al utilizar PIFS bloquea el tráfico asíncrono.Necesario indicar que estaciones deben ser sondeadas:

Ej: trafico de video, voz, etc.Se utiliza un mecanismo Round-robin para sondear.Cuando una estación es sondeada puede contastar mediante SIFS

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Cuando una estación es sondeada, puede contastar mediante SIFS. Si el coordinador recibe respuesta, puede sondear de nuevo mediante PIFSSi no recibe respuesta continua el sondeo.Mecanismo de piggyback entre coordinador y sondeada para enviar datos y ack.Su implementación es opcional, si bien las estaciones deben poder contestar a la operación de PFCPara evitar que las estaciones transmitan durante el CFP (Contention Free Period) el coordinador envía un NAV al comienzo del intervalo indicando el periodo máximo de CFP.El coordinador al final del CFP envía una trama de CF-Final.

SupertramaPara evitar que el coordinador bloquee el enlace se define un intervalo de supertrama en el cual debe existir un periodo sin contención y otro con ella.

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Debido a la longitud variable de las respuestas, es posible que al final de la supertrama el medio este ocupado, con lo que el coordinador no accederá inmediatamente al medio.La supertrama siguiente se reducirá en duración permitiendo menor tiempo a las estaciones con tráfico asíncrono.

Número de Retransmisiones

Existen tres parámetros que limitan las retransmisiones:

Lifetime TimerShort retry counterL t t

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Long retry counterLos contadores se incrementan en caso de fallo en transmisión.Si los contadores llegan al máximo o el tiempo de vida de la trama caduca la trama es descartada e indicado al nivel superior.




Aspectos de Seguridad

Único mecanismo contemplado: WEP (Wired Equivalent Privacy). No obligatorioSe cifran los datos (no cabeceras)Cifrado “en stream” simetrico.Se utiliza la misma clave para cifrar y descifrar

LAN 91

Clave de longitud variable hasta 256 bit.Se utilizan 40 y 128 bits.

Sirve para Confidencialidad e integridad sobre los datosAutenticación del cliente.

Problemas actuales:Claves estáticas.Claves cortas. Facilidad de romper el mecanismo por fuerza bruta.

Alternativas de SeguridadOcultación de SSID, evita que la red sea descubiertaFiltrado por dirección MAC. Solo autentica el cliente no el usuario.802.1X.

define los cambios necesarios en el

LAN 92

funcionamiento de un bridge MAC para dar funcionalidad de control de acceso a red basada en puerto.

WPA (Wifi-protected Access)Estándar mas exitoso.Problemas de compatibilidad entre fabricantes.

RADIUS.

Formato de Tramas

Formato Básico:

FC Dirección1 CRCDirección

2 Dirección

3 SC Direccion Direccion Dirección4 Dirección Datos (MSDU)D/I

2 2 6 6 6 6 40..23122

MPDU

Bytes

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FC: Frame ControlD/I: Duration/IdentifierSC: Sequence Control

Extensiones de 802.11El estándar 802.11b fue aprobado por la IEEE en Septiembre de 1999 como modificación al estándar 802.11

802.11b implica modificaciones en la capa física y la capa de acceso al medio (capa MAC)

Otras extensiones:

Protocolo Objetivo Fecha de ratificación

802.11e Mecanismos de calidad de servicio

Enero 2003

LAN 94

de servicio

802.11f Mecanismos de traspaso entre puntos de acceso

Marzo 2002

802.11g Esquema de modulación OFDM para 2,4 GHz

Enero 2003

802.11h Selección dinámica de frecuencias (DFS) y control de la potencia de transmisión (TPC)

Marzo 2003

802.11i Nuevas especificaciones de seguridad

Septiembre 2003

fIAPP

eQOS

iEncriptación y autenticación


802.1XAutenticación y autorización de red

Extensiones de 802.11

LAN 95

a5 GHz - OFDM

b2,4 GHz - CCK

g2,4 GHz - OFDM

hTPC/DFS

Capa física

Capa MAC

802.11Protocolo base

Introducción: Aplicaciones

Ampliaciones de redes LAN.

Interconexión de edificios.

A Nó d

LAN 96

Acceso Nómada.

Trabajo en red ad hoc.

Cobertura de zonas sin infraestructuras.

Documents

4-LAN 2 [Modo de compatibilidad] - ocw.uc3m.esocw.uc3m.es/ingenieria-telematica/telematica/teoria/4-LAN.pdf · 802.3 Ethernet 802.4 Token Bus 802.5 Token Ring 802.6 DQDB FDDI Elementos