1

Redes Redes EthernetEthernet

Redes LAN: Redes LAN: característicascaracterísticas

2

LAN: características

• Distancia de operación mucho menor a

WANs

• Sistemas baseband

• Data rate optimizado por el uso de más de

dos líneas para transmisión de datos

Topologías

• ´80: – 10Mbps Ethernet bus (IEEE 802.3), – Token Ring (IEEE 802.5), – FDDI

• ´90: aparece LAN switching, pero se siguió utilizando tecnología anterior... hasta mitad de la década

3

Topologías: broadcast

• Broadcast: utilizado en Ethernet, TokenRing, FDDI– Todas las estaciones de la red reciben todos

los paquetes transmitidos

– Luego cada estación debe analizar si el paquete debe ser aceptado, rechazado o reenviado

Topologías: broadcast

4

Redes Redes EthernetEthernet

Topologías: Ethernet

5

Ethernet: implementaciónHalf duplex

• Half duplex: no permite que se transmitan y reciban datos a la vez

• CSMA-CD: controla el acceso al medio en half duplex

• Colisión: si dos estaciones transmiten simultáneamente

CSMA-CD

• A: detecta si el medio está disponible (Carrier Sense), si no espera

• Medio compartido (Multiple Access), otros pueden transmitir a la vez...

6

CSMA-CD

• B: intenta transmitir al mismo tiempo que A• Poco después, se dan cuenta de que otro

dispositivo está enviando una trama (CollisionDetect)

• Cada estación espera un tiempo aleatorio para retransmitir

• El tiempo después de la colisión se divide en slots, cada estación elige un slot al azar

Colisiones

• Forma de distribuir la carga de tráfico• Son parte de la operación NORMAL de

Ethernet• Máximo número de time slots: 1024• Máximo número de retransmisiones de la

misma trama: 16

7

Slot time

Formato de trama – 802.3

8

Formato de trama – Ethernet

Length

802.3 – Ethernet

9

Formato de trama

• Preámbulo – Utilizado para sincronización– 56 bits, unos y ceros alternados

• Delimitador de trama– Marca el comienzo del frame Ethernet– 8 bits: 10101011

Formato de trama

• MACs:– 2 campos con MAC address: fuente y destino– 48 bits (6 bytes) de longitud

• Type (length)– 2 bytes de longitud– Número de bytes de datos LLC (excluyendo

padding)

10

Formato de trama

• Datos– De 46 a 1500 bytes de datos– Si hay menos de 46 bytes de datos, se

agrega padding• FCS

– 4 bytes, CRC– Incluye MACs, type y datos

Topologías redes Ethernet

• Estrella, con hubs (multiport repeaters)• Estrella, con switches• Full duplex

– Alta velocidad, conexión punto a punto– Tx y Rx a la vez: duplica el BW– Switches full duplex + nodos full duplex

11

10/100/1000 Mbit/s Ethernet

• Ethernet– 10 Mbit/s: 802.3

• Fast Ethernet– 100 Mbit/s: 802.3u

• Gigabit Ethernet– 1000 Mbit/s: 802.3z

LAN switching

• Diferencias con WAN Switching:– Menores distancias– Mayores velocidades

12

LAN switching

• Segmentos de LAN: conectados por switch– Impide que los datos con destino en el

segmento origen pasen a otros segmentos

– Permite múltiples conexiones entre segmentos

– Aumenta el ancho de banda disponible

LAN switching

13

Half vs. Full duplex• Por definición, Ethernet, Token Ring y

FDDI son half duplex:– Una estación sólo puede transmitir o

recibir– No puede realizar las dos operaciones a la

vez• Switches full duplex:

– Permite transmitir y recibir a la vez, – Duplican la velocidad– Implica conexión a través de dispositivos

activos

Ethernet: consideraciones físicas

• Tipos de interfaces:– MDI: MAC address (estación)– MDI-X: switch/hub

• Cableado:

Cable UTP

14

Diseño de redes 10Base-T

• Distancia máxima: 90 + 10 m

100 m<11.5 dB

1000 ns>30.5 dB

Máxima longitud del segmentoAtenuación máximaMáximo delay de tx por segmentoNEXT (4 MHz – 15 MHz)

LímiteParámetro

Ethernet: Standards

• 802.3 Carrier Sense Multiple Access with CollisionDetection (CSMA/CD) Access Method and Physical LayerSpecifications

• 802.3c Repeater Unit for 10 Mb/s Baseband Networks• 802.3x&y Specification for 802.3 Full-Duplex Operation

and Physical Layer Specification for 100 Mb/s Operationon Two Pairs of Category 3 or Better Balanced TwistedPair Cable (100BASE-T2)

• 802.3z Physical Layers, Repeater, and ManagementParameters for 1000 Mb/s Operation

• 802.3.ab Physical Layer Parameters and Specificationsfor 1000 Mb/s Operation Over 4-Pair Category 5 BalancedCopper Cabling, Type 1000BASE-T

• http://grouper.ieee.org/groups/802/3/index.html

15

Redes LAN Redes LAN switcheadasswitcheadas

Bridges y switches

• Conectan los segmentos a nivel 2 OSI (capa MAC)

• Guardan, filtran y retransmiten tramas Ethernet• Funciones principales:

– Evitar que el tráfico de un segmento a los otros segmentos

– Descarte de paquetes defectuosos– Mejorar limitaciones de topología:

– Máximo número de nodos– Límites de distancia– Delay

16

Forwarding table

• Filtrado: en función de tabla de direcciones MAC (forwarding table)

• Tabla: – Generada por el bridge en modo learning:

• Transparent bridging (802.1) • Actua como repetidor, pero la dirección fuente de

cada paquete se guarda en una tabla– Cargada manualmente por administrador

Broadcasts en LAN switcheada

17

Spanning tree

• Si dos subredes pueden ser alcanzadaspor más de un camino, es preciso un mecanismo para seleccionar la rutaóptima

• Debe evitarse la generación de loops: siuna trama circula contínuamente en la red y se reproduce a sí misma, generandotráfico innecesario

Spanning tree protocol

• Provee redundancia• Evita loops

– Sólo debe existir un camino activo entre dos nodos– Si no, se pueden duplicar los mensajes

• STP: define un árbol con todos los switches de la red

• La información se intercambia por medio de paquetes denominados BPDU

18

LANs switcheadas

• Switches de LAN: – Conectan segmentos o nodos para

transmisión directa– Reenvían cada trama al puerto donde está el

dispositivo destino– Permite flujos en paralelo

LAN switching

19

Métodos de switcheo: Cut-through

• Decide adonde reenviar la trama después de recibir los 6 primeros bytes de la trama (MAC destino)

• Ventajas:– Permite reenviar tramas a altas velocidades– Baja latencia: alrededor de 40 µs

• Desventajas: – El switch comienza a reenviar la trama sin chequear

si tiene errores– Puede propagar tramas defectuosas

Métodos de switcheo:Store-and-forward

• Switch: no toma decisiones hasta no recibir la trama completa

• Ventaja:– No propaga tramas defectuosas

• Desventajas:– Alta latencia, dependiente del tamaño de trama– Si la trama atraviesa varios switches que operan con

este método, los retardos son importantes

20

Soluciones a métodos de switcheo

• Fragment free cut-through– Se toma decisión después de recibir los primeros 64

bytes– Elimina la mayoría de las tramas defectuosas (runts)– Menor latencia que store-and-forward

• Adaptative forwarding– Permite que un puerto del switch alterne entre cut-

through y store-and-forward en función del número de tramas erradas.