CAPA DE ENLACE

La capa de enlace de datos tiene que desempeñar varias funciones específicas

1. Proporcionar una interfaz de servicio bien definida con la capa de red.

2. Manejar los errores de transmisión.

3. Regular el flujo de datos para que receptores lentos no sean saturados por

emisores rápidos.

4. Regular el acceso al medio

Local Area Networks (LANs)

Wide Area Networks (WANs)

Metropolitan Area Networks (MANs)

Clasificación de redes

Protocol Architecture

Control de Enlace Lógico

Control de Acceso al Medio

La subcapa MAC es la que está en contacto directo con la capa física, y su constitución va a depender del medio de transmisión empleado.

Los medios de difusión usualmente se denominan canales multiacceso o canales de

acceso aleatorio. La particularidad de estos medios hace que una transmisión desde

cualquier estación se propaga por todo el medio y puede ser recibida por todas las demás

estaciones.

Se presentan dos problemas:

Si una transmisión desde cualquier estación puede ser recibida por todas las demás estaciones, tiene que

haber alguna manera de indicar a quién se dirige la transmisión.

Se necesita un mecanismo para regular transmisión.

o si dos estaciones sobre el bus en el intento para transmitir al mismo tiempo, sus señales se

solaparán y se convertirán en ilegible.

o una estación decide transmitir de forma continua durante un largo período de tiempo.

Direcciones MAC

EUI-48 vs MAC-48

http://standards-oui.ieee.org/oui.txt

Mapeando una EUI-48 en una EUI-64

Topologías

El término topología se refiere a la forma en que los puntos finales, o estaciones, están conectados a la red.

BUS

TREE

RING

STAR

PROTOCOLOS DE ACCESO

ALOHA

Pure ALOHA

ALOHA ranurado

Carrier Sense Multiple Access Protocols

t1 t2

t3

t4

t5

t6

t7

t8

CSMA

t1 t2

t3t4= t’5

= t’6

t’7 t’8

CSMA/CD colission detection

t1 t2t3 t4

CSMA/CD problema

t5

t1

t2

t3

CSMA/CD Trama mínima

- t1t3 RTTmax= duración mínima de la trama >

64 bytes = 512 bits = 51,2 µs =

Algoritmo de BACKOFF

Después de una colisión, ambas estaciones censarán el medio y al encontrarlo libre intentarán transmitir y volverán a colisionar.

El método de Backoff evita este inconveniente introduciendo un factor aleatorio en la retransmisión.

0 ≤ r ≤ 2i-1 i ≤ 10

0 ≤ r ≤ 1023 11 ≤ i ≤ 15

i = 16 El frame se descarta

t = r x 51,2 µs

Inter Frame Gap - IFG

12 Bytes = 96 bits = 9,6 μs

Ethernet

Ethernet 10base5

Ethernet 10base2

Ethernet 10baseT

El protocolo de subcapa MAC de Ethernet

Ethernet conmutada

Fast Ethernet 802.3u

Fast Ethernet 100Base-T4

Gigabit Ethernet

Estándar 1000BASE-X (1998 - 802.3z)

Estándar 1000BASE-T (1999 - 802.3ab)Cable UTP-5e (125 MHz) con 4 pares.Codificación PAM-5Distancia < 100 m.Full-Duplex (FDX) dual.

1000BASE-SX Fibra Multimodo (MMF) Láser 850 nm Distancia < 550 m

1000BASE-LX Fibra Monomodo (SMF) Láser 1310 nm Distancia < 10 km

1000BASE-EX Fibra Monomodo (SMF) Láser 1310 nm Distancia < 40 Km

1000BASE-ZX Fibra Monomodo (SMF) Láser 1550 nm Distancia < 80 km

1000BASE-CX Cable STP (2 pares) Distancia < 25 m

Ráfagas de trama

Extensión de portadora

Jumbo Frames

Frame type MTU Layer 1 overhead Layer 2 overheadLayer 3

overhead

Layer 4

overheadPayload size

Total

transmittedEfficiency

Standard 1500preamble

8 byte

IPG

12 byte

frame header

14 byte

FCS

4 byte

IPv4 header

20 byte

TCP header

20 byte1460 byte 1538 byte 94.93%

Jumbo 9000preamble

8 byte

IPG

12 byte

frame header

14 byte

FCS

4 byte

IPv4 header

20 byte

TCP header

20 byte8960 byte 9038 byte 99.14%

Para habilitarlo en Linux

ifconfig eth0 mtu 9000

Interconnect Standard Defined Media Media Type Wave

length

Max range Notes

10GBASE-SR 802.3ae 2002 fiber MMF 850 nm 400 m

10GBASE-LR 802.3ae 2002 fiber SMF 1310 nm 10 km

10GBASE-ER 802.3ae 2002 fiber SMF 1550 nm 40 km

10GBASE-ZR Manufacturer propietary - fiber SMF 1550 nm 80 km Not covered by IEEE 802.3ae

10GBASE-CX4 802.3ak 2004 copperInfiniBand

4Xtwinaxial 8-pair- 15 m

Four lanes, each at 3.125 Gbit/s. Larger

form factor, bulkier cables and more

expensive than SFP+ Direct Attach

10GBASE-T 802.3an 2006 coppercat 6, 6a or 7

twisted pair-

55 m (cat 6),

100 m (cat 6a or 7)

Can reuse existing cables, high port

density, relatively high power

10GBASE-KX4 802.3ap 2007 copper PCB backplane - 1 m

10GBASE-KR 802.3ap 2007 copper PCB backplane - 1 m

10GBASE-PR 802.3av 2009 fiberPassive Optical

Network1270 nm/1577 nm 20 km 10G EPON

Virtual LAN - 802.1Q

Virtual LAN - 802.1Q

Header 802.1Q

Double Tagging - 802.1ad

Spanning Tree Protocol

El mayor problema que puede tener una topología de

red es la formación de bucles.

La función básica de STP es evitar bucles de bridges ó switches

y la generación de broadcast que resulta de ellos.

Spanning Tree Protocol – IEEE 802.1D – 1998

STP switch port states

• Blocking: bloqueo - Un puerto que causaría un bucle en la red si estuviera activo. A través de un puerto bloqueado

solo se reciben BPDU pero no se envía ni reciben datos de usuario. Puede entrar en modo de forwarding si los otros

enlaces en uso fallan y el algoritmo de STP determina que el puerto puede pasar al estado de reenvío.

• Listening: Escuchar - El switch procesa BPDU y espera posible nueva información que pudiera causar que se vuelva al

estado de bloqueo. No llena la tabla de direcciones MAC ni envía tramas.

• Learning: Aprendizaje - Aprende las direcciones de origen de las tramas recibidas y los agrega a la base de datos de

direcciones MAC) , pero no reenvía tramas.

• Forwarding: Reenvío - el puerto recibe y envía tramas de usuarios, es la operación normal. STP continúa

supervisando BPDU entrantes en caso de que tuviera que volver al estado de bloqueo para prevenir un bucle.

• Disabled: Desactivado - No es estrictamente parte de STP, un administrador de red puede desactivar manualmente

un puerto

Spanning Tree Protocol – IEEE 802.1D – 1998

STP switch port role

Cuando un puerto está en Forwarding, puede cumplir uno de estos roles:

Root – es un puerto haciendo forwarding y que es el mejor puerto de un non-root bridge hacia el

root bridge

Designated – un puerto en forwarding hacia cualquier segmento LAN

Spanning Tree Protocol – IEEE 802.1D – 1998

BPDU FRAME

01:80:C2:00:00:00

42:42:03

Spanning Tree Protocol – IEEE 802.1D – 1998

FLAGS1 : Topology Change Flag2 : unused 03 : unused 04 : unused 05 : unused 06 : unused 07 : unused 08 : Topology Change Ack

0x0000 0x00 0x00

Spanning Tree Protocol – IEEE 802.1D – 1998

Bridge Identifier = Bridge Priority + Bridge Mac Address

El Bridge Priority es un valor configurable de 2 bytes, que por defecto está asignado en 32768.

Port Identifier = Port Priority + Port number

El Port Priority es un valor configurable de 1 byte, que por defecto está asignado en 128.

Spanning Tree Protocol – IEEE 802.1D – 1998

Hello Timer : es la cantidad de tiempo que transcurre entre dos BPDU’s enviados por un switch.

El default es de 2 segundos.

Forward delay timer: es el tiempo que el switch aguarda para construir su tabla de

conmutación. El default es de 15 segundos. Los estados de Listening y Learning hacen uso de

este timer individualmente.

Max age timer: es el tiempo máximo que se almacena un BPDU como válido. Por default es de

20 segundos. La expiración de este timer es causada generalmente por la falla de un enlace.

Cuando el Message Age Time alcanza este tiempo, se inicia un cambio de topología de la red.

Message age time: indica la cantidad de tiempo que ha transcurrido desde que el Root Bridge

ha enviado el mensaje de configuración sobre el cual está basado este mensaje.

Spanning Tree Protocol – IEEE 802.1W – 2001 Incluido como adenda en 802.1D 2004

• Nuevos Port States

STP (802.1D)

Port State

RSTP (802.1w)

Port State

Is Port Included in

Active Topology?

Is Port Learning MAC

Addresses?

Disabled Discarding No No

Blocking Discarding No No

Listening Discarding Yes No

Learning Learning Yes Yes

Forwarding Forwarding Yes Yes

• Nuevos Port Roles

• Root Port• Designated Port• Alternate / Backup Port

AlternatePort

BackupPort

Data rate STP cost (802.1D-2004) RSTP cost (802.1W-2001)

4 Mbit/s 250 5,000,000

10 Mbit/s 100 2,000,000

16 Mbit/s 62 1,250,000

100 Mbit/s 19 200,000

1 Gbit/s 4 20,000

2 Gbit/s 3 10,000

10 Gbit/s 2 2,000

• Nuevos valores de costo para las interfaces

Spanning Tree Protocol – IEEE 802.1W – 2001

FLAGS1: Topology Change Flag2: Proposal3&4: Port Role

00 = unknown01= Alternate / Backup10= Root11= Designated

5: Learning6 : Forwarding7 : Agreement8 : Topology Change Ack

0x0000 0x02 0x02

Per Vlan Spanning Tree(PVST)

Con la introducción de las Vlans se hizo necesario adaptar STP a las Vlans.

PVST simplemente significa que cada VLAN tiene su propia topología de spanning tree, y por tanto tendremos un root switch para cada VLAN.

Protocolo propietario Cisco.

Multiple Spanning Tree Instances (MSTP)

Definido en el estándar 802.1S, fue luego introducido como adenda de 802.1Q en 2005

MSTP habilita el agrupamiento y mapeo de VLANs en diferentes instancias de SPT

El formato de las BPDU comprende una parte genérica común (bytes 1 a 36) basados en la definición de IEEE 802.1D, 2004, seguido por los componentes específicos de los CIST (Common Internal Spanning Tree) -bytes 37 a 102.

CAPA DE ENLACE WAN

Tipos de Tecnología

• MULTIPLEXING

• SWITCHING

MULTIPLEXING

FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING

mi(t), i = 1, n mi(t) fi;

Wavelength Division Multiplexing

ITU G.692C: 160 de 10 GbpsF:1550 nm, ≈ 200 THzB: 50 GHz G: 100 GHz

TDM - Time Division Multiplexing

TDM - sincrónica

TDM - estadístico

• hay n líneas de E/S, pero sólo k time slots disponibles

• k < n

SWITCHED COMMUNICATIONS NETWORKS

• CIRCUIT

• PACKET

SWITCHED COMMUNICATIONS NETWORKS

PACKET-SWITCHING NETWORKSTécnicas de Conmutación

datagramas

circuito virtual

X.25

PSE packet switching Exchange

Packet-Layer Protocol

PLP opera en 5 modos distintivos:

• call setup• data transfer• Idle• call clearing• restarting

•General Format Identifier (GFI)

•Logical Channel Identifier (LCI)

•Packet Type Identifier (PTI)

•User Data

X.121 Address Format

International Data Number (IDN)Data Network Identification Code (DNIC)National Terminal Number (NTN)

LAPB Frame Format

Flag: 0111 1110

FRAME RELAY

Recomendación ITU-T I.122 de 1988

Committed Information Rate (CIR)

Committed Burst Information Rate (CBIR)

Excess Burst (BE) size (also named Excess Information Rate (EIR))

ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE (ATM)

La conmutación de células es eficiente y rápida

El flujo de tráfico es predecible debido al tamaño celular fijo.

Se puede garantizar el envío de tráfico sensible al tiempo (voz y vídeo).

ATM incluye características de QoS (calidad de servicio) que se pueden

utilizar para garantizar ancho de banda para ciertos tipos de tráfico.

ATM LOGICAL CONNECTIONS

ATM Service Class

• Real-Time Service

—Constant bit rate (CBR)

—Real-time variable bit rate (rt-VBR)

• Non-Real-Time Service

—Non-real-time variable bit rate (nrt-VBR)

—Available bit rate (ABR)

—Unspecified bit rate (UBR)

MODELO ARQUITECTÓNICO

control de flujo genérico (GFC)identificador de trayecto virtual (VPI) identificador de canal virtual (VCI)tipo de carga útil (PTC)Cell Loss Priority (CLP)Header Error Control (HEC)

ATM CELLS

MPLSMultiprotocol Label Switching

IP Routing vs. Packet Switching

FEC - forward equivalence class

Label-Switched Paths (LSPs)

Labels

Label Pool

• por plataforma

• por interfaz

ACK

SYN ACK

SYN

1) Peer Discovery,2) Session Establishment,3) Label Management (Distribute label management)4) Notification (Alerting LDP peering routers about errors)

Label Distribution Protocol (LDP)

mensajes de descubrimiento -anunciar y mantener la presencia de un LSR en una red

mensajes de sesión: establecer, mantener y terminar sesiones entre pares LDP

mensajes de anuncios -crear, modificar y eliminar mapeo de etiquetas a FECs

mensajes de notificación -proporcionar información de asesoramiento e información

de señal de error

LDP puede funcionar

• En modo solicitado• En modo no solicitado

MPLS Operation

MPLS-VPN