2011- 11 tecnologia ethernet final

Redes I

Universidad Nacional Jos Mara Arguedas

Tecnologa Ethernet

Ing. Fredy Cabrera Arias

Ethernet

Ethernet, junto con sus protocolos asociados IEEE

802.3, es una de las normas de red ms

importantes del mundo.

La evolucin de Ethernet fue la respuesta al

desarrollo de las modernas LAN, y desde luego

dicha evolucin continuar para dar cabida a las

futuras demandas de las capacidades de la red.

Ingeniera de Sistemas 2011-I

Ethernet a 10/100 Mbps

La popularidad de Ethernet comenz con el grueso cable coaxial 10Base5.

10Base2 utiliz Thinnet (cable coaxial ms delgado, ms sencillo de instalar y terminar; la distancia disminuy de 500 a 185 metros).

La introduccin de los switches Ethernet 10BaseT solvent el problema de las limitaciones de longitud y ancho de banda (los enlaces estacin- switch se transformaron entonces en punto-a- punto).


Ethernet a 10/100 Mbps

La solicitud de anchos de banda mayores se tradujo en la aparicin de Fast Ethernet. La versin

con cable de cobre de Fast Ethernet que se comercializ con xito fue 100BaseTX.

Para competir con la tecnologa backbone/LAN de

FDDl, se desarroll 100BaseFX basado en fibra.

Todas estas variantes de Ethernet mantuvieron una

serie de conceptos invariables: el direccionamiento

MAC, el formato de trama y el mtodo CSMA/CD

MAC.


Facultad de Ingeniera de Sistemas 2008

Versiones de Ethernet de 10 Mbps

Las cuatro caractersticas comunes de Ethernet

antigua son los parmetros de temporizacin, el

formato de trama, el proceso de transmisin y una

regla bsica de diseo.

-II

Facultad de Ingeniera de Sistemas


10Base5, 10Base2 y 10BaseT comparten los mismos parmetros de temporizacin. Observe que

el tiempo de bit a 10 Mbps = 100 nanosegundos = 0.1 microsegundo = 1 diezmillonsima de segundo.

2008-II


El formato de la trama es comn a 10Base5, 10Base2 y 10BaseT.

El proceso de transmisin Ethernet es idntico hasta la parte inferior de la capa fsica OSI.



Todas las formas de Ethernet a 10 Mbps recuperan

octetos recibidos desde la subcapa MAC y llevan a

cabo un proceso llamado codificacin en lnea. La

codificacin en lnea describe la forma en la que los bits son marcados en el hilo.

La codificacin en lnea utilizada en los sistemas a 10 Mbps recibe el nombre de codificacin

Manchester.



La codificacin Manchester se basa en la direccin de la transicin de contorno en la mitad de la

ventana de temporizacin para determinar el valor

binario para cada periodo de bit.



Cuando se implementa una red con mezcla de

medios, es importante prestar especial atencin al

diseo de la estructura global. Los lmites de

temporizacin estn basados en parmetros como

stos: Longitud del cable y su retardo de propagacin. Retardo de los repetidores. Retardo de los transceptores (incluyendo NICs, hubs

y switches). Merma del hueco entre tramas.

Retardos dentro de la estacin.


10Base5

La Ethernet original (10Base5) transmita 10 Mbps a travs de un nico y grueso cable coaxial, de hay

su nombre de Thicknet. 10Base5 utiliza seales

con codificacin Manchester en cable coaxial grueso.


10Base5

Cada uno de los cinco mximos segmentos de un

coaxial grueso puede superar los 500 metros de

longitud (1640 pies) y cada estacin se conecta a

un transceptor del cable a travs de un cable AUI

(Interfaz de conexin a unidad, Attachment Unit

Interface), que puede superar los 50 metros (164

pies).


10Base5

Entre dos estaciones lejanas cualesquiera, slo se

permite que tres segmentos repetidos tengan

estaciones conectadas, usando los otros dos

segmentos repetidos solamente como segmentos de enlace para extender la red.


10Base2

10Base2 (originalmente, 802.3a). Cable coaxial de

menor tamao, peso ms ligero y mayor flexibilidad

haca la instalacin mucho ms sencilla que

10Base5. Suele recibir el nombre de Thinnet.

10Base2 utiliza seales con codificacin

Manchester en cable coaxial fino. La seal

10Base2 se transmite entre aproximadamente, 0V y

-1V.


10Base2

Puede haber hasta 30 estaciones en cada

segmento individual de 10base2. De los cinco

segmentos consecutivos en serie que se

encuentran entre dos estaciones lejanas, slo tres

pueden tener estaciones conectadas.


10BaseT

10BaseT sustituy el cable de cobre UTP ms

barato y sencillo de instalar por cable coaxial. Dicho

cable conectaba un dispositivo de conexin central,

un hub o un switch, que contena el bus

compartido.

El tipo de cable usado en 10BaseT, las distancias

que dicho cable poda alcanzar desde el hub y la forma en que el UTP fue instalado, interconectado y

analizado fueron estandarizados en un "sistema de cableado estructurado.


10BaseT

Ethernet a 10 Mbps es asncrona, el cable suele

estar inactivo (0V) por largos periodos de tiempo

entre diferentes transmisiones. Los enlaces

10BaseT tienen un pulso de enlace cada 125

milisegundos (8 veces por segundo), aunque

puedan estar totalmente inactivas. Las redes

10BaseT estn "vivas" mediante estos pulsos de enlace.


10BaseT


10BaseT

Debido a que las conexiones estacin-estacin,

switch-switch y estacin-switch son todas enlaces

punto-a-punto, disponen de dos canales fsicos de

comunicacin separados en dos pares de hilos

UTP separados.

En este caso, las colisiones no son eventos fsicos, sino resultado de la decisin de no permitir

simultneamente Tx y Rx. Por tanto, semiduplex (objeto de la imposicin administrativa de

CSMA/CD) o dplex (no ocurren colisiones fsicas)

es una eleccin de configuracin.


Arquitectura 10BaseT

Los enlaces 10BaseT suelen consistir en una conexin entre una estacin y un hub o switch.

Cuando son necesarios varios hubs, es

mejor conectarlos en orden jerrquico

para crear una estructura de rbol

en lugar de una cadena. Los

switches de cadena enlazada son una mejor

eleccin y no estn sujetos a restricciones.


Todas las distancias entre estaciones son

aceptables, aunque en una direccin, la

arquitectura es su lmite.

El aspecto ms importante a considerar es cmo

reducir al mximo el retardo entre estaciones

distantes (independientemente de la arquitectura y los tipos de medios involucrados). Un retardo

mnimo ofrece un rendimiento mucho ms adecuado.



En la figura hay 5 segmentos y 4 repetidores desde

la Estacin 1 a cualquier otra estacin. En las

conexiones 10BaseT no se aplica el mximo de 3

segmentos con estaciones porque no existe

ninguna otra en el mismo cable. Cada conexin

est descrita como un segmento de conexin.



En la figura, desde una estacin (excepto desde la

1) a cualquier otra, la ruta slo tiene tres

repetidores. Debido a que estas rutas alternativas

incluyen enlaces 10Base5 y 10Base2, es necesario

aplicar los otros requerimientos (como el de

disponer de slo tres segmentos con estaciones).



La Figura muestra un ejemplo de arquitectura. Son

aceptables todas las distancias entre las

estaciones. Sin embargo, la distancia total desde

un extremo de la red hasta el otro lleva la

arquitectura al lmite.

El aspecto ms importante a considerar es cmo mantener el retardo entre las estaciones lejanas al

mnimo, independientemente de la arquitectura y los tipos de medios utilizados. Un retardo mximo

ms corto brinda un mejor rendimiento general.


Facultad de Ingeniera de Sistemas 2008-II


Ethernet a 100 Mbps

Ethernet a 100 Mbps, tambin conocida como Fast

Ethernet, era una serie de tecnologas. Las dos

tecnologas que se hicieron ms importantes

comercialmente hablando son 100BaseTX (basada en cobre UTP) y 100BaseFX (basada en fibra ptica multimodo).

Tres son las cosas que comparten 100BaseTX y

100BaseFX: Los parmetros de temporizacin. El formato de la trama. Las partes del proceso de transmisin.



Ethernet a 100 Mbps

100BaseTX y 100BaseFX comparten los mismos

parmetros de temporizacin. Observe que 1

tiempo de bit en una Ethernet a 1000 Mbps es 10

nanosegundos = 0,01 microsegundos = 1100

millonsima parte de un segundo.

8-II

Ethernet a 100 Mbps

El formato de la trama a 100 Mbps es el mismo que el de la trama a 10 Mbps. A diferencia de Ethernet

a 10 Mbps, en que el proceso era el mismo para

todas las tecnologas hasta que la seal era

aplicada al medio.


100BaseTX

100BaseT increment la tasa de bit de Ethernet a 100 Mbps. 100BaseTX fue la versin UTP de categora 5 de 100BaseT que tuvo xito comercial.

Se desarrollaron dispositivos llamados switches Ethernet que permitan esta comunicacin dplex y manipulaban el trfico de red de una forma ms eficiente que los hubs.

100BaseTX utiliza codificacin de datos 4B/5B, los cuales son despus convertidos a MLT-3 (Transmisin multinivel-tres niveles, Multilevel Transmit-Three Levels), y codificados a una lnea UTP de categora 5 (o superior).


100BaseTX

La codificacin MLT-3

convierte la cadena de

datos binarios en una onda

elctrica usando un sistema

de sealizacin continuo.

MLT-3 es diferente de NRZI (cdigo sin retorno a cero invertido, nonreturn to zero inverted), en el que el nivel

de la seal alterna por encima o por debajo del

cero en lugar de usar slo dos niveles.


100BaseTX

La figura es un ejemplo de una seal 100BaseTX tomada de un osciloscopio. En dicha figura, el eje

"y" indica el voltaje, mientras que el eje "x" es el

tiempo. El voltaje est medido como seal

diferencial entre 2.


100BaseTX

La Figura muestra la disposicin de la salida de los

pins para una conexin 100BASE-TX. 100BASE-TX

transporta 100 Mbps de trfico en modo half-

duplex. En modo full-duplex, puede intercambiar 200 Mbps de trfico.


100BaseFX

Una de las razones de la poca implantacin de

100BaseFX fue la rpida introduccin de las

normas Gigabit Ethernet de cobre y fibra, las cuales son la tecnologa dominante en instalaciones

backbone, en conexiones de alta velocidad y para cubrir necesidades de infraestructura en general.

La codificacin NRZI cuenta con la presencia o

ausencia de una transicin en el centro de una

ventana de temporizacin para determinar el valor

binario de ese periodo de bit. 100BaseFX es

asincrona.


100BaseFX

La figura muestra diversos ejemplos de codificacin NRZI

(el eje "y" es la potencia ptica mientras que el "x" representa el

tiempo).


100BaseFX

La Figura resume un enlace y las salidas de pins para 100BASE-FX. El par de fibra con conectores

ST o SC es el que se utiliza ms comnmente.

La transmisin a 200 Mbps es posible debido a las rutas individuales de Transmisin (Tx) y Recepcin

(Rx) de fibra ptica de 100BASE-FX.


100BaseFX

La figura muestra un enlace de fibra interfaz-

interfaz. Las dos tramas separadas de fibra

multimodo suelen estar con frecuencia en la misma

estructura de cable, con conectores duales en cada

extremo.


Arquitectura Fast Ethernet

Los enlaces Fast Ethernet generalmente consisten en una conexin entre la estacin y el hub o el

switch.

Un repetidor de clase I puede introducir hasta 140 tiempos de bit de latencia (retardo).

Cualquier repetidor que cambie entre una

implementacin Ethernet y otra (por ejemplo, 100BaseTX y 100BaseFX) es de clase I. Tambin

se asume que cualquier repetidor sin numerar es

un dispositivo de clase l.



Un repetidor de clase II slo puede introducir 92

tiempos de bit de latencia. Debido a esta baja

latencia, se pueden tener dos repetidores de clase

II en serie, pero slo si el cable que los separa es

muy corto.

Repetidor de clase II

5m

100m 100m



El cable para 100BASE-TX entre repetidores Clase

II no puede superar los 5 metros. Con frecuencia se

encuentran enlaces en Fast Ethernet que operan en half duplex. Sin embargo, no se recomienda el

half duplex porque el esquema de sealizacin en

s es full duplex.


Ethernet a 1000 Mbps (Gigabit)

Los estndares para Ethernet de 1000-Mbps o

Gigabit Ethernet representan la transmisin a

travs de medios pticos y de cobre. El estndar

para 1000BASE-X, IEEE 802.3z, especifica una

conexin full duplex de 1 Gbps en fibra ptica. El

estndar para 1000BASE-T, IEEE 802.3ab,

especifica el uso de cable de cobre balanceado de

Categora 5, o mejor.




Las 1000BASE-TX, 1000BASE-SX y 1000BASE-LX

utilizan los mismos parmetros de temporizacin.

Utilizan un tiempo de bit de 1 nanosegundo

(0,000000001 segundos) o 1 mil millonsima parte

de un segundo.


La Figura muestra los formatos de trama para Ethernet.

Las diferencias entre Ethernet estndar, Fast

Ethernet y Gigabit Ethernet se encuentran en la capa fsica. Esta transmisin a alta velocidad

requiere de frecuencias cercanas a las limitaciones de ancho de banda para los medios de cobre. Esto

hace que los bits sean ms susceptibles al ruido en

los medios de cobre. Ingeniera de Sistemas 2011-I


Gigabit Ethernet (1000BASE-X) con base de fibra utiliza una codificacin 8B/10B que es similar a la

del concepto 4B/5B.

Entonces le sigue la simple codificacin de lnea

Sin Retorno a Cero (NRZ) de la luz en la fibra

ptica. Este proceso de codificacin ms sencillo es

posible debido a que el medio de la fibra puede

transportar seales de mayor ancho de banda.


Ethernet 10 veces, instalado por usuarios

1000BaseT Capacidad para funcionar sobre plantas existentes de cable de cobre de categora 5. Certeza de que el cable pudiera trabajar pasando una prueba de categora 5e, el cual la mayora de los cables consiguen pasar tras una cuidadosa "reterminacin". Interoperabilidad entre 10BaseT y 100BaseTX. Aplicaciones como backbones de edificios, enlaces entre switches, aplicaciones prximas al cableado, granjas de servidores y estaciones de trabajo de gama alta. Prever el aumento del ancho de banda de Fast

lo que sera ampliamente finales, lo que ayudara a las

necesidades de velocidades ms altas de la red. Ingeniera de Sistemas 2011-I

1000BaseT

El cable de categora 5e puede transportar de

forma fiable hasta 125 Mbps de trfico. Por

circuitera ms sofisticada, las transmisiones dplex

sobre el mismo par se acercaran a 250 Mbps por

cada uno de ellos, lo que multiplicado por cuatro

pares da el total de 1000 Mbps (1 Gbps).

1000BaseT usa codificacin 8B1Q4 y codificacin

en lnea 4D-PAM5 sobre UTP de categora 5e o

superior. Para alcanzar la tasa de 1 Gbps se

precisa del uso de cuatro pares de hilos trabajando

simultneamente en modo dplex. Esto provoca

continuas colisiones en los mismos. Ingeniera de Sistemas 2011-I

1000BaseT

A pesar de estas continuas colisiones de seales,

el sistema es capaz de operar mediante una

cuidada seleccin de niveles de voltaje y usando el

FEC (Correccin de errores, Forward Error

Correction) de la capa 1.


1000BaseT

La figura muestra el viaje de ida (transmitiendo [Tx]) de una sea 1000BaseT (el eje "y" indica el voltaje

y el "x" el tiempo tomados de un osciloscopio; el

voltaje es una "seal diferencial" medida entre dos

hilos pareados escogidos de entre los cuatro pares presentes en una UTP).


o un slo flujo de bits.


1000BaseT

La tabla resume el uso de los cuatro pares del

cable UTP. A, B, C y D pueden ser considerados

como "sendas" de datos. La informacin que se

enva desde la estacin origen es dividida

cuidadosamente en cuatro flujos de datos

paralelos, codificada, trasmitida y detectada en

paralelo y despus reensamblada en el destino

com

1000BaseT

Los datos que provienen de la estacin transmisora se dividen cuidadosamente en cuatro corrientes paralelas; luego se codifican, se transmiten y se detectan en paralelo y finalmente se reensemblan en una sola corriente de bits recibida.


1000BaseSX y 1000BaseLX

Gigabit Ethernet sobre fibra es una de las

tecnologas backbone ms recomendadas. Sus

beneficios son impresionantes:

Transferencia de datos a 1000 Mbps, 10 que permite agregar agrupacin para un amplio despliegue de los

dispositivos Fast Ethernet.

Inmunidad al ruido. Carencia de ningn problema potencial con la

conexin a tierra entre las plantas de un edificio. Una explosin en dispositivos 1000BaseX. Excelentes caractersticas de distancia.



La temporizacin, el formato de trama y la transmisin son comunes a todas las versiones de

1000 Mbps. El esquema 8B/10B se utiliza para los medios de fibra ptica y de cobre blindado y la

modulacin de amplitud de pulso 5 (PAM5) se utiliza para los UTP.



1000BaseTX

est considerada ms para

"usuario profesional" desde el punto de vista de uso diario, por lo que las interfaces de cobre a

10/100/1000 Mbps son ms comunes.



Como se utilizan distintas fibras para transmitir (Tx)

y recibir (Rx) la conexin de por s es de full duplex.

Gigabit Ethernet permite un slo repetidor entre dos

estaciones.



La Tabla muestra la sorprendentemente simple

interconexin interfaz-interfaz de una Gigabit

Ethernet sobre fibra. Los conectores de fibra ptica

SC son los ms utilizados comnmente.



La figura muestra la conexin interfaz-interfaz para

una 1000BaseSX. Las fuentes lser de baja

longitud de onda (o a veces LED) se suelen usar

habitualmente con fibra ptica multimodo. 1000Base - SX

Interfaz de fibra A (NIC, puerto de switch, )

Fibra Multimodo (MMF)

Tx

Cable de fibra

Interfaz de fibra B (NIC, puerto de switch, )

Rx

LED Conector SC o MTRJ

Detector

Rx Tx Fibra Multimodo (MMF)

Detector LED



La figura muestra la conexin interfaz-interfaz para una 1000BaseLX. Se suele utilizar fuentes lser

con fibra monomodo para alcanzar distancias de

hasta 5000 metros.


Arquitectura Gigabit Ethernet

Cualquier dispositivo que adapte entre diferentes velocidades Ethernet, como entre 100 Mbps y 1000

Mbps, es un puente de la capa 2 OSI.



1000BaseSX est especificada para fibra

multimodo, mientras que 1000BaseLX lo est tanto

para fibra multimodo como monomodo.

Es extremadamente raro encontrar una Gigabit

Ethernet operando en semidplex. Esto no es lo

aconsejable porque el esquema de sealizacin es

inherentemente dplex, y forzar a las reglas de

comunicacin semidplex a comportarse como si

fuera un sistema de sealizacin dplex no supone

un uso eficiente de los recursos.



Es recomendable que todos los enlaces entre una estacin y un hub o un switch estn configurados

por autonegociacin, para permitir que las

conexiones se establezcan al mximo de

rendimiento pero con el mnimo riesgo de error en

dicho enlace, y para evitar desconfiguraciones

accidentales de otros parmetros necesarios para

el adecuado funcionamiento de Gigabit Ethernet.


Ethernet a 10 Gbps

IEEE 802.3ae. Esta norma especifica la transmisin dplex a 10 Gbps sobre cable de fibra ptica.

Debido al enorme incremento del trfico basado en

Internet e intranet, y a la rpida implantacin de

Gigabit Ethernet, se hace necesario el uso de

interconexiones de ancho de banda superiores. Los ISP (Proveedores de servicios de Internet, Internet

Service Providers) y los NSP (Proveedores de

servicios de red, Network Service Providers)

pueden usar 10GbE para crear conexiones de alta

velocidad, bajo coste e interoperabilidad sencilla

entre switches y routers de portadora. Ingeniera de Sistemas 2011-I

Ethernet a 10 Gbps

El formato de la trama es el mismo, lo que permite su interoperabilidad con todas las variedades heredas adems de Fast y Gigabit Ethernet sin necesidad de conversiones de protocolo.

El tiempo de bit es ahora de 0,1 nanosegundo. El resto de variables de tiempo se escalan adecuadamente.

No es necesario CSMA/CD porque slo se utilizan conexiones de fibra dplex.


Ethernet a 10 Gbps

Las subcapas IEEE 802.3 dentro de las capas OSI

1 y 2 estn normalmente reservadas, con algunos

aadidos para acomodar enlaces de fibra de 40 Km e interoperabilidad con tecnologas SONET /SDH.

Posibilidad de redes Ethernet extremos-a-extremo

flexibles, eficientes, fiables y de relativamente bajo

coste.

Capacidad para ejecutar TCP /IP sobre LANs,

MANs y WANs con un mtodo de transporte de

capa 2


Ethernet a 10 Gbps 10GbaseSR. Proyectada para distancias cortas sobre fibra multimodo ya instalada, soporta un rango comprendido entre 26 y 82 metros.

10GBaseLX4. Utiliza WDM (Multiplexacin por divisin de longitud de onda, Wavelength-Division Multiplexing). Soporta desde 240 hasta 300 metros sobre fibra multimodo ya instalada y 10 Km sobre fibra monomodo.

10GBaseLR y 10GBaseER. Soporta de 10 a 40 Km sobre fibra monomodo.

10GBaseSW, 10GBaseLW y 10GBaseEW. Proyectada para trabajar con equipamiento WAN OC-192/STM SONET/SDH.


Ethernet a 10 Gbps

10-Gb Ethernet (IEEE 802.3ae). Es un protocolo

dplex que slo usa fibra ptica como medio de

transmisin. Las distancias mximas de transmisin

dependen del tipo de fibra usada. Con fibra

monomodo, dicha distancia es de 40 Km (25

millas).

Algunas discusiones entre miembros del IEEE

sugieren la posibilidad de normas Ethernet para 40

Gbps, 80 Gbps e, incluso, 100 Gbps. Dada la

historia de Ethernet, no hay razn alguna para

pensar que esta evolucin pueda parar.



Ethernet a 10 Gbps

La Tabla muestra los parmetros de una operacin Ethernet a 10 Gb.

8-II

Medio, Conexiones y Arquitectura 10Gb

Las transmisiones requieren frecuencias cercanas

a los lmites del ancho de banda del medio y se

vuelven especialmente sensibles al ruido.

En respuesta a estos problemas de la

sincronizacin, el ancho de banda y la Relacin

entre Seal y Ruido, Ethernet de 10 Gigabits utiliza

dos distintos pasos de codificacin. Los datos

codificados proporcionan sincronizacin, uso

eficiente del ancho de banda y mejores caractersticas de la Relacin entre Seal y Ruido.



Corrientes complejas de bits en serie se utilizan para todas las versiones de 10GbE excepto en

10GBASE-LX4, que utiliza la Amplia Multiplexin

por Divisin de Longitud de Onda (WWDM) para

multiplexar corrientes de datos simultneas de

cuatro bits en cuatro longitudes de onda de luz

lanzada a la fibra a la vez.



La figura muestra lo que ocurre con el 8B/10B antes de que se produzca su codificacin en lnea.

10-Gb Ethernet usa una compleja variedad de

codificaciones antes de ejecutar la codificacin en

lnea, incluyendo 8B/10B y 64B/66B. Los bits de

estos cdigos se convierten despus a seales de

lnea.



Los conectores de fibra ptica ms utilizados son

los SC. Debido a que la fibra ptica es el medio

utilizado por las redes 10GbE; un par de fibra tpico

conecta el terminal Tx del dispositivo 1 con el Rx

del 2, y viceversa. Los dispositivos primarios

conectados actualmente mediante 10GbE son

switches y routers modulares de gama alta.




10-Gb Ethernet slo est disponible en modo dplex y funciona exclusivamente con fibra ptica.

Por tanto, no existen colisiones y el CSMA/CD es innecesario.

onto ms).

Futuro de Ethernet

El futuro del medio de red es tridimensional: Cobre (hasta 1000 Mbps, o quiz ms). Inalmbrico (cercano a 100 Mbps, o quiz ms).

Fibra ptica (actualmente, 10.000 Mbps y muy pr


2011- 11 tecnologia ethernet final

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