Download pdf - Redes de Área LocalRedes de Área Local · 2010-06-02 · Redes de Área LocalRedes de Área Local Profesora María Elena Villapol [email protected] Comunicación de Datos

Redes de Área LocalRedes de Área Local

Profesora María Elena Villapol

[email protected]

Comunicación de Datos

Redes de Área Local: Elementos ClavesRedes de Área Local: Elementos Claves

• TopologíasTopologías • Medio de Transmisión • CableadoCableado• Control de Acceso al Medio


LANs: topologíasLANs: topologías


Bus LANBus LAN


LAN d A illLAN de Anillo


Elección de la topologíaElección de la topología

• ConfiabilidadConfiabilidad.• Que sea expandible.

R di i t• Rendimiento.• Necesita ser considerada en el contexto

de:– El medio.– Cableado.– Control de acceso.


Bus LANBus LAN

• Par trenzadoPar trenzado.• Cable coaxial bandabase.

C bl i l b db d• Cable coaxial broadband.• Fibra óptica.


Anillo y Estrella LANAnillo y Estrella LAN

• AnilloAnillo– Altas tasas de datos a largas distancias.

Falla de un enlace o repetidor deshabilita la– Falla de un enlace o repetidor deshabilita la red.

• Estrella• Estrella– Usa el cableado natural en los edificios.

M j di t i t– Mejor para distancias cortas.– Altas tasas de transmisión cuando existen

pocos dispositivos


pocos dispositivos.

Medio de TransmisiónMedio de Transmisión

• Elección depende de la topologíaElección depende de la topología.• Capacidad.

C fi bilid d• Confiabilidad.• Tipos de datas soportados.• Alcance del ambiente.


Medio de TransmisiónMedio de Transmisión

• Unshielded twisted pair (UTP) (usado para voz)p ( ) ( p )– Cat 3 para líneas telefónicas, barato, tasas de datos bajas

• Shielded twisted pair (STP) / baseband coaxial– Mas costoso mayores tasas de datosMas costoso, mayores tasas de datos

• Cable Broadband– Aun mas costoso, mayores tasa de datos

UTP d lt di i t• UTP de alto rendimiento– Cat 5+, mayores tasas de datos, usado en topología estrella

• Fibra ópticap– Seguridad, alta capacidad, delgadas, costoso.


LANs: Estándares de la IEEELANs: Estándares de la IEEE


LANs: Control de Enlace de Datos (LLC)(LLC)

• Interfaz a niveles más altos.Interfaz a niveles más altos. • Control de Flujo y de errores.


LLC: FuncionesLLC: Funciones

• Transmisión de PDUs a nivel de l d d t t d

• Modo equilibrado asincrónico para enlace de datos entre dos estaciones.

• Debe soportar multiaccess, medio compartido

apoyar el servicio del LLC del modo de conexión (tipo 2 operación)

• Los PDUs de información no• La dirección implica el especificar

los usuarios LLC fuente y destinos.

• De acuerdo con el HDLC

• Los PDUs de información no enumerado usados para soportar el servicio sin conexión reconocido(tipo 1) .• De acuerdo con el HDLC

• Servicio sin conexión no reconocido

• Servicio en modo de conexión

• Se usan dos nuevos PDUS no numerados para soportar el servicio sin conexión reconocido.M lti l ió d LSAP• Servicio sin conexión reconocido • Multiplexación usando LSAPs


LLC: Formato de la tramaLLC: Formato de la trama


LAN: Media Access Control (MAC)LAN: Media Access Control (MAC)

• Ensamblaje de datos en tramas.Ensamblaje de datos en tramas. • Des ensamblaje de la trama. • Gobernar el acceso al medio de la• Gobernar el acceso al medio de la

transmisión. • Para el mismo LLC varias opciones del• Para el mismo LLC, varias opciones del

MAC pueden estar disponibles.


Capa FísicaCapa Física

• Codificación/Decodificación de señalesCodificación/Decodificación de señales.• Generación y remoción de preámbulos

(para sincronismo)(para sincronismo)• Recepción y transmisión de bits.• Medio de transmisión y topología (críticos

en LANs).


Esquemas de la sub capa MACEsquemas de la sub capa MAC

• Centralizado – Un controlador controla el acceso al medio.– Gran control sobre la red para proporcionar prioridad, QoS, etc…– Lógica de acceso simple.

E it bl d l di ió– Evita problemas de la coordinación. – Único punto de falla.– El controlador puede ser un potencial cuello de botella.

• Distribuido• Distribuido– Las estaciones colectivamente actúan para determinar acceso al medio. – Los pros y contras de la anterior son contras y pros del distribuido.



• Síncrono – Capacidad específica dedicada a la conexión. – Usada en FDM y TDM.

• Asincrónico – Capacidad asignada en una forma dinámica, en respuesta a

demanda. – Round robin

B i h t i ti d t t iti b í d• Bueno si muchas estaciones tienen datos para transmitir sobre un período extendido de tiempo.

– Reservación • Bueno para el tráfico por chorros.• Puede ser distribuido o centralizado.



– Contención B l t áfi b t• Bueno para el tráfico bursty.

• Todas las estaciones contienden por tiempo. • Distribuido.• Simple de poner en ejecución. • Eficiente bajo carga moderada.• Tiende a colapsar bajo cargas pesadas.


MAC: Protocolos de Acceso MúltipleMAC: Protocolos de Acceso Múltiple


MAC: Protocolos de Acceso AleatorioALOHA• Radio de Paquete • Cuando la estación tiene una

t í

• Cualquier solapamiento de las tramas causa colisión

• Utilización máxima el 18%trama, envía • La estación escucha (por un

tiempo max de round trip) mas un pequeño incremento

• Utilización máxima el 18%

pequeño incremento.• Si ACK, OK. Si no, retransmitir • Si ningún ACK después de

transmisiones repetidas,transmisiones repetidas, abandonar.

• FCS(como en el HDLC) • Si trama OK y dirección es igual a

la del receptor, enviar ACK• La trama se puede dañar por el

ruido o por otra estación que transmite en el mismo tiempo


transmite en el mismo tiempo (colisión)

Protocolos de Acceso Aleatorio: ALOHAProtocolos de Acceso Aleatorio: ALOHA


MAC: Protocolos de Acceso AleatorioMAC: Protocolos de Acceso Aleatorio

SLOTTED ALOHASLOTTED ALOHA• •Tiempo dividido en slots uniformes iguales al

tiempo de la transmisión de la trama p• Necesidad de reloj central (o otro mecanismo

de la sinc.) )• La transmisión comienza en el límite del slot• La trama puede faltar o se solapa a t a a puede a ta o se so apa

completamente con otra. • Utilización máxima el 37%


Protocolos de Acceso Aleatorio: Slotted ALOHAALOHA


Protocolos de Acceso Aleatorio: CSMA• El tiempo de la propagación es

mucho menor que el tiempo de la• Esperar un tiempo razonable

Protocolos de Acceso Aleatorio: CSMA

mucho menor que el tiempo de la transmisión

• Todas las estaciones saben que una transmisión ha comenzado

(viaje redondo más la contención del ACK)

• Ningún ACK entonces una transmisión ha comenzado casi inmediatamente.

• Primero esperar a escuchar el medio libre (carrier sense)

retransmite.• La utilización máxima

depende del tiempo de medio libre (carrier sense).

• Si es medio desocupado, transmite. Si tá d

propagación (long del medio) y long de la trama.– Tramas largas y tiempo de

• Si está ocupado, esperar escuchar el medio libre y después transmitir inmediatamente Si dos estaciones comien an en

propagación cortos da mejor utilización.


• Si dos estaciones comienzan en el mismo instante, colisión.

Protocolos de Acceso Aleatorio: CSMAProtocolos de Acceso Aleatorio: CSMA


CSMA / CDCSMA / CD

Cuando una estación desea transmitir debeCuando una estación desea transmitir debeespera a que el medio este libre.Cuando el medio esta ocupado la estación que p qdesea transmitir se debe mantener escuchando hasta que el canal este desocupado. Cuando esto pase transmitir inmediatamente.Si se detecta una colisión durante la

i ió i i l d jtransmisión, transmitir una señal de jam para asegurar que todas las estaciones sepan que ha habido una colisión y parar la transmisión


habido una colisión y parar la transmisión.

CSMA / CDCSMA / CD

Después de transmitir esta señal, esperar una cantidad p pde tiempo aleatoria, entonces intentar transmitir otra vez siguiendo los pasos anteriores.Para esto se usa un mecanismo llamado binaryPara esto se usa un mecanismo llamado binary exponential backoff. Después de cada colisión, el valor medio de retardo se duplica, hasta un valor máximo de 16 Entonces se abandona el proceso y se reporta un16. Entonces se abandona el proceso y se reporta un error.En CSMA/CD las tramas deben ser lo suficientemente largos para permitir la detección de la colisión antes dellargos para permitir la detección de la colisión antes del final de la transmisión, de lo contrario no se puede detectar la colisión cuando se transmiten tramas corta, disminuyendo la eficiencia del CSMA/CD


disminuyendo la eficiencia del CSMA/CD.

CSMA/CDO ió Operación


MAC: Acceso ControladoMAC: Acceso Controlado

• ReservaciónReservación• Polling

T k P i• Token Passing


MAC: PollingMAC: Polling


MAC: CanalizaciónMAC: Canalización

• No se cubre en este cursoNo se cubre en este curso.


IEEE 802 3 - EthernetIEEE 802.3 Ethernet


MAC: Formato de la TramaMAC: Formato de la Trama


IEEE 802.3-MAC: Formato de la TramaIEEE 802.3 MAC: Formato de la Trama


IEEE 802.3-MAC: Formato de la TramaIEEE 802.3 MAC: Formato de la Trama


IEEE 802.3-MAC: Formato de la Di ióDirección


IEEE 802.3-MAC: Formato de la Di ió M lti tDirección Multicast


IEEE 802.3-MAC: Formato de la Dirección M lti tMulticast

• La dirección broadcast es la dirección conLa dirección broadcast es la dirección con todos los bits en 1.


MAC: CSMA/CDMAC: CSMA/CD

• Ethernet y IEEE 802 3 usan CSMA/CDEthernet y IEEE 802.3 usan CSMA/CD.


IEEE 802.3-Ethernet: Opciones de la Capa Fí iFísica












Fast EthernetFast Ethernet

• Creado bajo el nombre de 802.3u.Creado bajo el nombre de 802.3u.• Es compatible hacia atrás con el estándar

Ethernet.• Transmite 10 veces mas rápido a tasas de 100

Mbps.


Fast Ethernet: TopologíaFast Ethernet: Topología


Fast Ethernet: ImplementacionesFast Ethernet: Implementaciones


Fast Ethernet: ImplementacionesFast Ethernet: Implementaciones


Fast EthernetFast Ethernet

• Ethernet tradicional es HDX.• Usando FDX, una estación puede transmitir y recibir

simultáneamente.• Fast Ethernet es FDX, dando una tasa teórica de 200

Mbps.• La estaciones deben tener adaptadores FDX.• Se debe usar un switch:Se debe usar un switch:• Cada estación constituye un dominio de colisión

separado.– CSMA/CD no se necesita.– El formato 802.3 de la trama se mantiene.– Soporta estaciones funcionando a 10 Mbps y nuevas estaciones

a 100 Mbps.



Gigabit EthernetGigabit Ethernet

• Estándar 802 3zEstándar 802.3z.• Incrementos de las tasas de transmisión a

1000 Mbps1000 Mbps.


Gigabit Ethernet: TopologiasGigabit Ethernet: Topologias


Gigabit Ethernet: ImplementacionesGigabit Ethernet: Implementaciones


Gigabit EthernetGigabit Ethernet


10-Gbps Ethernet10 Gbps Ethernet


10 Gbps Ethernet10 Gbps Ethernet


Cambios al Estándar: Puentes (Bridges)Cambios al Estándar: Puentes (Bridges)

• Conectan LANs similares• Idénticas capas físicas y protocolos de enlace. • Procesamiento mínimo• Puentes mas sofisticados pueden hacer un

mapeo entre diferentes formatos MACs.• Las razones para su uso son:

– Confiabilidad.Rendimiento– Rendimiento.

– Seguridad.– Geografía.


g


Aspectos de diseño de los puentesAspectos de diseño de los puentes

• No modifica el contenido de la trama o suNo modifica el contenido de la trama o su formato.

• No encapsulamiento.p• Copia exacta bit a bit.• Mínimo buffer requerido para demandas picosMínimo buffer requerido para demandas picos.• Manejo direccionamiento y enrutamiento hasta

cierto punto.c e to pu to• Puede conectar mas de una LAN.• Bridging es transparente a las estaciones


Bridging es transparente a las estaciones.

Conexión de dos LANsConexión de dos LANs


LANs con rutas lt tialternativas


Enrutamiento FijoEnrutamiento Fijo

• LANs grandes necesitan rutas alternativas:g– Por balanceo de carga y tolerancia a fallos.

• Los puentes deben decidir si enviar la trama.Los p entes deben decidir a q e LAN en iar la• Los puentes deben decidir a que LAN enviar la trama.

• Se puede usar enrutamiento fijo por cada par p j p pfuente-destino de LANs.– Hecho en la configuración.– Usualmente la ruta con menos salto– Usualmente la ruta con menos salto.– Solo cambia cuando la topología cambia.– Ampliamente usado pero con flexibilidad limitada.


Árbol Expandido (Spanning Tree)Árbol Expandido (Spanning Tree)

• El puente automáticamente desarrollaEl puente automáticamente desarrolla tablas de enrutamiento.

• Actualiza las tablas automáticamente en• Actualiza las tablas automáticamente en respuesta a cambios.I l t t i• Implementa tres mecanismos:– Envío de tramas.– Aprendizaje de la dirección.– Resolución de loops.


Envío de TramasEnvío de Tramas

• Mantiene una base de datos de envío por cada ppuerto.– Lista estaciones cuyas direcciones son alcanzadas

por cada puerto.p p• Para una trama que llega por un puerto X:

– Busca en la base de datos para ver si la dirección MAC esta listada para algún puerto excepto para X:MAC esta listada para algún puerto excepto para X:

– Si no esta, enviar por todos los puertos excepto por X.Si la dirección está listada para el puerto Y chequear– Si la dirección está listada para el puerto Y, chequear si el puerto Y esta bloqueado o en estado de envío.

– Si no bloqueado, transmitir la trama a través del puerto Y


puerto Y.

Aprendizaje de la DirecciónAprendizaje de la Dirección

• Puede pre cargarse un base de datos de envío.• Cuando una trama llega al puerto X, viene de la LAN

conectada vía el puerto X.• Actualizar dirección fuente para actualizar la base de tos p

de envío para el puerto X para que incluya dicha dirección.

• Tener un timer para cada entrada en la tabla.• Si la entrada expira, removerla.• Así como cada trama llega, la dir. fuente se chequea

contra la tabla:– Si esta presente el timer es reiniciado, y la dirección

registrada.– De lo contrario la entrada es creada y el timer es


De lo contrario la entrada es creada y el timer es actualizado.

Algoritmo del Árbol ExpandidoAlgoritmo del Árbol Expandido

• La red puede tener loops.La red puede tener loops.• Para cada grafo conectado hay un arbol

expandido con no loops.expandido con no loops.• El IEEE 802.1 Spanning Tree Algorithm

encuentra:encuentra:– Cada puente tiene un id único.– Los puentes intercambian información para os pue tes te ca b a o ac ó pa a

formar el árbol expandido.– Actualizar cada vez que la topología cambia.


Un puente conectando dos LANsUn puente conectando dos LANs


Aprendizaje de la DirecciónAprendizaje de la Dirección


El problema del LoopEl problema del Loop


Representación del Sistema como un GrafoRepresentación del Sistema como un Grafo


Obteniendo el Árbol ExpandidoObteniendo el Árbol Expandido


Puertos de Envío y Puertos Bloqueados d é d d l Á b l E diddespués de creado el Árbol Expandido
