presentacón interconectividad

Ing. David T. Vargas Requena

Físico

Enlace de

Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

Físico

Enlace de

Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

Físico

Enlace de

Datos

Red

1Ing. David T. Vargas Requena

Contenido

1.- Introducción2.- Fundamentos de Interconectividad

InterconectividadRetos

3.- Modelo de Referencia OSI

Que es el modelo OSI?

Capas del modelo OSI

Jerarquías de protocolos

Especificaciones de servicio en el modelo OSI

Encapsulamiento

Servicios de conexión

Direccionamiento

Control de flujo

Control de errores

Multiplexión

Ing. David T. Vargas Requena 2

Contenido

4.- Introducción a las LAN

¿Qué es una LAN?

Topologías LAN

Dispositivos LAN

Los protocolos LAN y el modelo OSI

Métodos de Acceso al Medio

Métodos de Transmisión

5.- Tecnologías Ethernet

Como nació Ethernet

El sistema Ethernet

Operación de Ethernet

Desarrollo de los estándares Ethernet

Tecnologías Ethernet


Contenido

6.- Protocolos de Internet TCP/IP

Introducción

Estructura de Capas

Capa de Aplicación

Capa de Transporte

Capa de Internet

7.- Direccionamiento IP

Introducción al Direccionamiento IP

Formato de la Dirección IP

Clases de direccionamiento

Mascara de subred

Planeación de subredes

VLSM


1.- Introducción

En este curso se pretende que el participante realice una conjugaciónde términos y conceptos que le ayuden a tener una mejorcomprensión de las redes de datos y los protocolos para sufuncionamiento.

Se parte de aspectos básicos y se trata de llegar a niveles másavanzados de manera sistemática, para un mayor aprovechamientodurante el curso.


2.- Fundamentos de Interconectividad

Que es la Interconectividad?

La Interconectividad de redes se refiere a la industria, productosprocedimientos que enfrentan el reto de crear y administrarinterredes.

Que son las Interredes?

Una interred es el conjunto de redes individuales conectadas pordispositivos intermedios de conectividad logrando que funcionencomo una sola gran red.



Como surgen las Interredes?

Surgen bajo la necesidad de poder dar solución a 3 problemasprincipales

a) LAN Aisladas: Imposibilitadas a la comunicación entre oficinas odepartamentos distribuidos geográficamente

b) Duplicación de Recursos: Suministro por igual de Hardware ySoftware a cada oficina o departamento

c) Administración de Recursos: Manejo de recursos independientes,Soporte de redes no centralizado



Retos de la Interconectividad de redes

Para poder ser implementada la Interconectividad deben deenfrentarse los siguientes retos:

a) Conectividad: Comunicación de diversidad de tecnologías

b) Confiabilidad: La tolerancia a fallas de comunicación

c) Flexibilidad: Capacidad de expansión e implementación deaplicaciones y servicios

d) Administración de Redes: Soportes centralizados y métodos decontingencia



Que es el modelo OSI?

El OSI (Open Systems Interconnection) es el modelo principal paralas comunicaciones de red, un objetivo primordial es el desarrollode nuevos productos de red.

También es conocido como MARISA (Modelo Arquitectónico deReferencia para la Interconexión de Sistemas Abiertos)

Es un esquema descriptivo que proporciona un conjunto de normaspara facilitar una mayor compatibilidad e interoperabilidad entrelas diferentes tecnologías de red.

Se considera la mejor herramienta posible para enseñar como seenvían y reciben datos en la red


Como se debe de interpretar?

Es necesario comprender algunas acciones que producen lacomunicación, estas acciones se pueden involucrar con lassiguientes preguntas:

a) Cual es el Flujo?

b) Cuantas formas diferentes de flujo hay?

c) Que normas gobiernan el flujo?

d) Donde se realiza el flujo?



Red ?Cual es el

Flujo?

Diferentes

Formas?Normas? Donde?

Agua AguaFría, Caliente,

Potable, Residual

Normas de acceso

(grifo), no tirar

basura en la

alcantarilla

Tuberías

Autopista VehículosCamiones,

Coches, Motos

Leyes de tránsito

y Normas de

urbanidad

Carreteras y

Autopistas

Correos Objetos Cartas, Paquetes

Normas de

empaquetado y

manejo

Oficinas de

correo, buzones,

personal de

reparto, etc.

Telefonía InformaciónMensajes

Hablados

Normas para

acceder al

teléfono y Normas

de educación

Cableado del

sistema, Ondas

EM, etc.

Ing. David T. Vargas Requena11


Como esta estructurado?

El modelo OSI está estructurado en un modelo de capas, estaseparación en capas es también conocido como layering.

Con esta modularidad se pretende ser lo suficientemente flexible paraque a medida que se incrementen los avances tecnológicos y lasdemandas de los usuarios, este pueda acomodarse a las exigencias.



Ventajas de un sistema de capas

a) Divide la comunicación de la red en capas mas pequeñas,sencillas y fáciles de desarrollar, facilitando su comprensión yentendimiento.

b) Facilita la normalización de los componentes de la red, alpermitir el desarrollo y el soporte de múltiples fabricantes.

c) Permite la comunicación de diferentes tipos de hardware ysoftware.

d) Impide que los cambios de una capa afecten los desarrollos deotra.



Niveles de abstracción dentro del OSI

La arquitectura: Define los elementos básicos de los sistemas abiertos(como se debe de ver un sistema desde el exterior)

Las especificaciones de servicio OSI: Define los serviciosproporcionados a los usuarios de cada nivel

Las especificaciones de protocolos OSI: Define la información decontrol transmitida entre sistemas, así como su interpretación.



Capas del modelo OSI


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación


Como se implementa el modelo OSI?


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

Hardware

Software

Espacio del

usuario

Sistema

Operativo

Firmware


Características de las capas del modelo OSI

Niveles de Control: Están relacionados con las necesidades de comunicación entre los usuarios finales

Niveles de Transporte: Son los niveles encargados de transferir los mensajes a través de la red


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación


Funciones de la Capa Física

Es la responsable de la definición de las especificaciones mecánicas,eléctricas y funcionales de la transmisión y recepción de lainformación.

Cuantos volts se necesitan para representar los bits?

Cuantos nanosegundos dura un bit?

Puede ser la transmisión full duplex?

Como se establece y termina la comunicación?

En un conector de red, cuantos pines y para que son?


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación


Funciones de la Capa de Enlace de Datos

Es la responsable de mantener la integridad de los datos sobre un canal de comunicaciones, se ocupa de:

Direccionamiento físico

La topología lógica de la red

El acceso al medio

La detección y corrección de errores

El control de flujo (Frames)

El establecimiento y liberación del enlace


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación


Funciones de la Capa de Red

Tiene como funciones la conexión y desconexión de las redesutilizando:

El direccionamiento lógicolos servicios de conexiónLa ruta a seguir para la conexiónLa detección y corrección de erroresEl control de flujo ( paquete)


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación


Funciones de la Capa de Transporte

Proporciona un mecanismo fiable para el intercambio de datos entreprocesos en diferentes sistemas, utilizando:

El direccionamiento de la información

La multiplexión de diferentes aplicaciones

El establecimiento de la conexión y desconexión

La detección y corrección de errores

Los niveles de calidad de servicio

El control de flujo (Segmento)


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación


Funciones de la Capa de Sesión

El propósito es proveer los medios necesarios para controlar el dialogoentre entidades, a través del establecimiento y uso de la conexión(Sesión), mediante:

El establecimiento y liberación de la sesión

La sincronización y mantenimiento de la sesión

La administración de tokens


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación


Funciones de la Capa de Presentación

Le corresponde manejar las diferentes representaciones de losdatos que se puedan manejar entre computadoras condiferente representación de datos. Utiliza:

La transformación de sintaxis de los datos(EBCDIC, ASCII, etc)

La transformación de la sintaxis de lapresentación (video , sonido e imagen)


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación


Funciones de la Capa de Aplicación

Tiene como misión controlar las funciones a realizar por losprogramas de usuario de manera que les permita el acceso alentorno OSI

Interactúa con las aplicaciones de software que implementan uncomponente de comunicación (protocolo de aplicación)


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación


Encapsulamiento

Para poder transportar la información desde un usuario a otro se hacenecesario encapsularla a diferentes niveles para su procesamiento porlas capas, cada capa realiza un manejo de la información colocándoleun encabezado (Header) de identificación

A los niveles de encapsulamiento son: Bit, Trama, Paquete, Segmento yDatos (PDU).





MAC H + LLC H

Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

Segmento

Paquete

Trama

Bits

IP H

P H

TCP HPDU

Segmento

Paquete

Trama

Protocol Data Unit

(PDU)

A HDatos

P H Datos 1

S H Datos 2

Jerarquías de protocolos

Se refiere al proceso de

proporcionar servicios entre

capas sin que las capas

adyacentes se enteren de

como es que se está

desarrollando el procedimiento

para el servicio.


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

Canal de comunicaciones


Especificaciones de servicio en el modelo OSI

Los servicios proporcionados a través de la interfaz de dosniveles adyacentes se expresa en términos de primitivas.

Existen cuatro tipos de primitivas:

a) REQUEST.-Es emitida por el usuario del servicio para solicitarun servicio y pasar los parámetros necesarios para realizar elservicio solicitado

b) INDICATION.- Es emitida por el suministrador de servicio paranotificar al usuario de una acción iniciada por el proveedor opara indicar que se ha invocado un procedimiento por parte delusuario remoto y proporcionar los parámetros necesarios



c) RESPONSE.- Se emite por el usuario del servicio para reconocer ocompletar algún procedimiento previamente invocado por unaIndication a dicho usuario.

d) CONFIRM.- Se emite por el suministrador de servicio para reconocero completar algún procedimiento solicitado previamente por unusuario del servicio mediante un Request



Descripción de las primitivas

Diagramas de Secuencia Temporal


Usuario del servicio

Local

Usuario del servicio

Remoto

Suministrador

del servicio

Inicio de la actividad Nodo remoto de la red

SAP (Puntos de acceso al Servicio)

T

i

e

m

p

o


Relación entre las primitivas


REQUEST

INDICATION

REQUEST

INDICATION

CONFIRM

REQUEST

CONFIRM

INDICATION REQUEST

CONFIRM

INDICATION

RESPONSE

1)

3) 4)

2)


Servicios de conexión

Orientados a la conexión: Utiliza trayectorias específicas durante eltiempo que dura la conexión

No Orientados a la Conexión: Utiliza trayectorias dinámicas para latransferencia de los datos durante la conexión



Orientado a la conexión:

Consta de tres fasesa) Establecimiento de la conexión.- se establece una trayectoria fija

entre origen y destino reservando recursos de la red para asegurar unservicio constante.

b) Transferencia de los datos.- se transmiten en forma secuencial yordenada.

c) Terminación de la conexión.- se libera la trayectoria dejándoladisponible para otros usuarios

Ejemplo: El servicio telefónico



No Orientado a la Conexión:

No se determina una única trayectoria para la transferencia de losdatos

No hay garantías en cuanto a la secuencia de paquetes, recursos de lared, rendimiento, etc.

Cada paquete de información es trasmitido de manera independientepor el sistema origen

Ejemplo: Internet



Direccionamiento

Es necesario para la identificación de un usuario, es la manera de queun mensaje enviado de una PC origen puede encontrar a una PCdestino.

Los esquemas de direccionamiento varían dependiendo de la familiade protocolos y la capa del modelo OSI

Existen básicamente 2 maneras:

a) Dirección Física

b) Dirección Lógica



Dirección Física:

También se le conoce como Dirección MAC (MAC Address) y está ubicada en la NIC



Direcciones Lógicas

Este tipo de direccionamiento no depende del hardware como en el caso anterior, lo cual permite poder cambiar la dirección según sea necesario.

Existen dos tipos de direccionamiento lógico

a) Direcciones de la capa de Enlace de Datos

b) Direcciones de la capa de Red



Direcciones de la capa de Enlace de Datos

Este direccionamiento es generado por el subnivel Logic Link Control, el cual genera direcciones a cada una de las PC´s que se agregan a la red en función del ordenamiento lógico que se genere.

Ejemplo: Red en Token Bus



Direcciones de la capa de Red

También se le conoce como direcciones IP (IP Address)

Estas direcciones son configuradas por un administrador de la red ypueden ser asignadas o retiradas de una PC conforme a losprivilegios que cuente la misma

Ejemplo: Red de Internet



Control de flujo

El control de flujo son técnicas utilizadas para asegurar que una entidad de transmisión no sobrecargue a una entidad de recepción con una excesiva cantidad de datos

Existen varias técnicas para el control de flujo:

a) Control de flujo mediante Parada y Espera

b) Control de flujo mediante Ventana Deslizante



Control de flujo mediante Parada y Espera

Este control de flujo es muy sencillo y muy seguro, lamentablementemuy lento para algunos procesos, ya que solo permite la existenciade una trama sobre el canal al mismo tiempo.

El procedimiento es el siguiente:

1.- Se transmite una trama por la entidad transmisora

2.- Se recibe por la entidad receptora

3.- La entidad receptora envía de regreso un mensaje de confirmación

4.-Una vez recibido por la entidad trasmisora se termina el procedimientode control de flujo



Control de flujo mediante Parada y Espera


ORIGEN DESTINO

ACK

TRAMA 1

TRAMA 2

TRAMA 1

ACK


Control de flujo mediante Ventana Deslizante

Este procedimiento se utiliza para cuando es posible transmitir uncierto numero de tramas simultáneamente en el canal decomunicación, a esa cantidad de tramas simultaneas se le llamaVentana de Tramas.

Procedimiento:1.- El transmisor enumera las tramas en forma consecutiva y transmite

cierta cantidad de ellas2.- El Receptor recibe la cantidad de tramas y verifica cuales son3.- El Receptor envía un mensaje de reconocimiento (RR: Receive Ready)

indicando cuales tramas llegaron y cual es la siguiente4.- El Transmisor recibe el mensaje de reconocimiento y envía otra

cantidad de tramas partiendo del numero consecutivo indicado por elReceptor



Control de flujo mediante Ventana Deslizante


ORIGEN DESTINO

RR 4

F 1 F 2 F 3

F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6

F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6

F 4 F 5 F 6

RR 1


Control de errores

Se refiere a los mecanismos necesarios para la detección y corrección de errores durante la transmisión de tramas

Existen dos tipos de errores potenciales:

a) Tramas perdidas.- Cuando una trama no llega a su destino

b) Tramas dañadas.- Cuando una trama se recibe con algunos bits erróneos en su transmisión



Mecanismos para el control de errores

A los mecanismos utilizados para el control de errores se les denominageneralmente Solicitud de Repetición Automática (ARQ:Automatic Repeat reQuest), los cuales tienen como objetivo elconvertir un enlace de datos no confiable en confiable, existen tresvariantes estandarizadas de ARQ

a) ARQ con parada y espera

b) ARQ con vuelta atrás N

c) ARQ con rechazo selectivo



ARQ con parada y espera

Se basa en el control de flujo de parada y espera, pueden ocurrir dostipos de errores

a) Trama dañada: cuando la trama que llega al destino estádañada, el receptor lo detecta y la descarta, el transmisor sedará cuenta mediante el uso de un temporizador el cual alconcluir su tiempo sin confirmación reenvía la misma trama

b) Confirmación dañada: Cuando existe una confirmacióndeteriorada y no llega al transmisor en el lapso deltemporizador, el transmisor vuelve a enviar otra vez la mismatrama, la cual al llegar al receptor se puede duplicar, pero paraevitarlo se manejan identificadores alternos en la trama y en laconfirmación





Trama dañada

Tiempo de transmisión

de la trama

Tiempo de propagación

Espacio del

contador temporal


Del ACK

Trama 0 perdida

Se retransmite




Confirmación dañada


de la trama

Tiempo de propagación

Espacio del

contador temporal


Del ACK

ACK0 Perdida

Trama 1 se retransmite


ARQ con vuelta atrás N

Se basa en la técnica de control de flujo por ventana deslizante

El procedimiento es el siguiente:

1.- El Transmisor envía una ventana de tramas y una vez enviadasespera la confirmación.

2.- El receptor recibe la ventana, si todas son correctas envía un RRcon el número secuencial de trama siguiente, si alguna trama esdeterminada con errores entonces envía un REJ (REJect)indicando cual trama es errónea

3.- El transmisor recibe la confirmación RR o REJ, si es RR continuade forma habitual, si es REJ entonces reenvía la ventana desde latrama errónea y las subsecuentes




Casos que se pueden presentar

a) Trama deteriorada

a) Trama RR deteriorada

a) Trama REJ deteriorada




Trama deteriorada




Trama RR deteriorada


Temporizador



Trama REJ deteriorada


Temporizador


ARQ con rechazo selectivo

En este esquema las únicas tramas que se retransmiten sonaquellas para las que se recibe una confirmación negativadenominada SREJ (Selective REJect), o para aquellas para lascuales el temporizador correspondiente expira

En otras palabras si de una ventana una trama es errónea, se envíapor parte del receptor un SREJ con el número de trama erróneapero acepta a las demás tramas de la ventana, así el transmisorsolo reenvía la errónea y no toda la ventana completa



ARQ con rechazo selectivo



Multiplexión

Es la técnica utilizada para hacer más eficientes las líneas detelecomunicaciones, permitiendo que exista la comparticióndel canal.

Existen dos técnicas mayormente utilizadas

a) Multiplexión por División de Frecuencias (FDM)

b) Multiplexión por División de Tiempos (TDM)

1) TDM Síncrona

2) TDM Estadística



Multiplexión por División de Frecuencias

Este tipo de multiplexión se utiliza con señales analógicas de modoque se transmiten varias señales a través del mismo medio gracias ala asignación de una banda de frecuencias diferentes para cada señal


Can

al 1

Can

al 2

Can

al 3

Can

al 4

Can

al 5

Can

al 6

Can

al 7

Tie

mp

o

Frecuencia




Transmisor FDM



Espectro de la señal FDM



Receptor FDM

Multiplexión por División de Tiempos

En esta técnica de multiplexión se pueden utilizar canales analógicos ydigitales, y consiste de transmitir los datos procedentes de variasfuentes en tramas, las cuales están compuestas por ranuras detiempo


Can

al 1

Can

al 2

Can

al 3

Can

al 4

Can

al 5

Can

al 6

Can

al 7

Fre

cu

en

cia

Tiempo


Multiplexión por división de Tiempos Síncrona

En este TDM la variante es que la cantidad de ranuras temporales sedivide entre los canales que serán transmitidos por el medio,obteniendo una mezcla de datos que puede ser a nivel bit o Bytes





Transmisión TDM



Recepción TDM

Multiplexión por división de Tiempos Estadística

Esta técnica proporciona un servicio un poco más eficiente que latécnica TDM Síncrona, en ésta técnica las ranuras temporales noestán pre asignadas a fuentes de datos concretas, sino que los datosde los usuarios se almacenan y transmiten tan rápido como esposible haciendo uso de las ranuras temporales disponibles



Comparativa de TDM Síncrono VS TDM Estadístico


Capacidad no usada

A

D

B

C

t0 t1 t2 t3

TDM Síncrono

TDM Estadístico

Primer Ciclo Segundo Ciclo

Primer Ciclo Segundo Ciclo

Capacidad

Extra

Disponible

Dirección




¿Qué es una LAN?

Existen varias definiciones, algunas de ellas son las siguientes:

Una LAN consiste en un medio de transmisión compartido y unconjunto de hardware y software para servir de interfaz entre losdispositivos y el medio, así como para regular el acceso ordenado almismo

Las LAN son redes de propiedad privada que generalmente seencuentran en un solo edificio o en un campus de pocos kilómetrosde longitud, se utilizan para compartir recursos e intercambiarinformación


Una LAN es un sistema de comunicaciones que proporcionainterconexión a una variedad de dispositivos en un área restringidacon alta velocidad de transferencia y que utiliza medios decomunicación privados

En esta ultima definición hay cinco elementos significativos quedefinen mas acertadamente a una LAN

1. Sistema de Comunicación: Conjunto de elementos para elintercambio de información

2. Dispositivos: Cualquier nodo de la red3. Medios de Comunicación Privados: Esta constituida por medios de

comunicación propios4. Velocidad: Posee las mas altas velocidades de transmisión comparada

con otros tipos de red5. Ámbito Geográfico: Área que puede cubrir la comunicación




104

108

107

106

105

10110-1 100 103102 106105104 107

WAN

Tradicional

Mu

ltip

rocesad

or

LAN

Alta Velocidad MAN WAN

Alta Velocidad

LAN Tradicional

Área Geográfica

Ve

loc

ida

d d

e T

ran

sfe

ren

cia

(b

ps

)


Que ventajas nos proporciona tener una LAN?

Entre las ventajas mas significativas están:

a) Despliegue de la información personal.- Se tiene un control de losusuarios que accesan al sistema

b) Organización distribuida.- Posibilita la delegación de funciones, elrediseño del proceso, reducción de los ciclos de desarrollo y laadaptación de las aplicaciones entre otras

c) Programas y datos compartidos.- Los programas y los archivos puedenser almacenados en servidores y dar acceso a los usuarios que losrequieran

d) Recursos compartidos.- Ofrece tener ahorros considerables al compartirlos recursos de diversos dispositivos como impresoras, unidades dealmacenamiento, etc.

e) Modularidad.- Facilitan un crecimiento ordenado de los recursos



Aplicaciones de las redes LAN

Existe una variedad de aplicaciones de Redes LAN, entre las más importantes están:

a) Redes de Computadoras Personales

b) Redes Ofimáticas de alta velocidad

c) Redes de Respaldo y Almacenamiento

d) Redes LAN de Troncales



Redes de Computadoras Personales

Actualmente es la aplicación de redes más utilizado por lascorporaciones

Están formadas por computadoras personales operando en ambientePeer to Peer

No requieren de un servidor central para el proceso de lainformación

Son de bajo costo



Redes Ofimáticas de Alta Velocidad

La diferencia de estas redes con las de computadoras personales esque en las ofimáticas si se requiere un servidor central

Son utilizadas en ambientes en donde se requiere de dispositivos deprocesamiento rápido de la información como procesadores deimágenes de documentos, programas gráficos en computadoraspersonales y estaciones de trabajo



Redes de Respaldo y Almacenamiento

Las redes de respaldo (Backend) se utilizan para conectar grandessistemas y dispositivos de almacenamiento masivo con una tasa detransferencia elevada (de 100Mbps o más) a un número limitadode dispositivos en un área reducida con una gran fiabilidad

La red de almacenamiento (SAN: Storage Area Network) es una redindependiente para gestionar las necesidades de almacenamientodesligándolo de servidores específicos y creando un servicio dealmacenamiento a través de una red de alta velocidad



Redes LAN de Troncales

Una LAN de Troncales (Backbone) es capaz de cubrir el soporte decomunicación de datos entre oficinas y edificios cubriendo lasdistancias que los separen venciendo los principalesinconvenientes que se presentarían como son:

a) Fiabilidad: No presentar interrupciones del servicio

b) Capacidad: Cantidad de dispositivos que puede interconectar

c) Costo: contando con tecnología que permite cumplir con los requisitosde interconexión y comunicación



Medios de transmisión

Al igual que cualquier otro sistema construido, las redes necesitan tener una base de cimentación a partir de las cuales se puedan desarrollar

Es uno de los aspectos básicos a considerar en el diseño de una red, ya que esto condicionara algunas propiedades de la red como distancia, velocidad de transferencia, topología e incluso el método de acceso



Para seleccionar un medio de trasmisión deben de tomarse encuenta los siguientes aspectos:

a) Ancho de Banda: Lo define el espectro de frecuencias que sepuede manejar a través del medio físico

b) Longitud: La longitud de un segmento esta en función delcable, arquitectura y topología de red

c) Fiabilidad en la transferencia: Es la característica quedetermina la calidad de la transmisión, normalmenteevaluada en porcentaje de errores (BER)

d) Seguridad: Indica el grado de dificultad con que puede serinterceptada una señal transportada

e) Facilidad de instalación: esta relacionada con al ligereza ydiámetro del cable

f) Costo: monto requerido para implementar el cableado



Medios de transmisión cableado

Existen diferentes tipos de cables, la elección depende del ancho debanda necesario, las distancias existentes y el costo del medio

Cada tipo de cable tiene sus ventajas e inconvenientes, lasprincipales diferencias entre los tipos de cables radican en elrendimiento máximo de transmisión, el grado de inmunidadfrente a interferencias electromagnéticas y la relación entre laatenuación de la señal y la distancia recorrida.

En la actualidad existen básicamente tres tipos de cables para elinterior de edificios o entre edificios: Coaxial, Par Trenzado y FibraÓptica



Cable Par Trenzado

Es el tipo de cable más común y se originó como solución paraconectar teléfonos y computadoras sobre el mismo cableado.

Cada cable de este tipo está compuesto por un serie de pares decables trenzados. Los pares se trenzan para reducir la interferenciaentre pares adyacentes y la diafonía


4.- Introducción a las LANTipos de cable Par Trenzado

Par Trenzado Blindado (STP: Shielded Twiested Pair)Cada par se cubre con una malla metálica, de la misma forma que los cables coaxiales, y

el conjunto de pares se recubre con una lámina blindada

Tiene un alcance de 100m a 67 MHz, con velocidades de transferencia de 10 a 100 Mbpsy una impedancia de 150Ω

Par Trenzado Sin Blindaje (UTP: Unshielded Twiested Pair):Es el cable de par trenzado normal. Las mayores ventajas de este tipo de cable son su

bajo costo y su facilidad de manejo. Sus mayores desventajas son su mayor tasa deerror respecto a otros tipos de cable

Tiene un alcance de 100m, con velocidades de transferencia de 10 a 1000 Mbps y unaimpedancia de 100Ω

Par Trenzado Apantallado (ScTP: Screened Twiested Pair) o Par TrenzadoUniforme (FTP: Foil Twiested Pair )Cada uno de los pares es trenzado uniformemente durante su creación, se realiza un

apantallamiento global de todos los pares mediante una lámina externaapantallante.

Tiene un alcance de 100m, con velocidades de transferencia de 10 a 1000 Mbps y unaimpedancia de 100Ω



Tipos de cable Par Trenzado

Par Trenzado Súper Blindado (SSTP: Super Shielded Twiested Pair)

Cada par va blindado con una cubierta metálica, finalizando con un blindaje generalque cubre a los cuatro pares

Tiene una impedancia característica de 100Ω , a diferencia de los 150Ω que tiene el STP



Las características generales del cable TP son:

a) Tamaño: El menor diámetro de los cables de par trenzado no blindadopermite aprovechar más eficientemente las canalizaciones y los armariosde distribución

b) Peso: El poco peso de este tipo de cable con respecto a los otros tiposfacilita el tendido.

c) Flexibilidad: La facilidad para curvar y doblar este tipo de cables permiteun tendido más rápido así como el conexionado de las rosetas y lasregletas

d) Instalación: Debido a la amplia difusión de este tipo de cables, existenuna gran variedad de suministradores, instaladores y herramientas queabaratan la instalación y puesta en marcha

e) Integración: Los servicios soportados por este tipo de cable incluyen:Telefonía analógica, Telefonía digital , Redes de computadoras, Líneas decontrol y alarmas



Categorías de los cables Par Trenzado

Categoría 1 y 2: Transporte de voz analógica y digital

Categoría 3: Voz y datos. Ancho de banda : 16 MHz.

Categoría 4: Datos. Ancho de banda : 20 MHz. Obsoleto.

Categoría 5: Voz y Datos. Ancho de banda: 100 MHz.

Categoría 5e: Ídem, mejorando paradiafonía en 3 dB.

Categoría 6: UTP o ScTP. Ancho de banda: 200 MHz..

Categoría 7: STP. Ancho de banda: 600 MHz.

Categoría 8: SSTP. Ancho de banda: 1,2 GHz.



Cable Coaxial:

Este tipo de cable esta compuesto de un hilo conductor central decobre rodeado por una malla de hilos de cobre. El espacio entre elhilo y la malla lo ocupa un conducto de plástico que separa los dosconductores y mantiene las propiedades eléctricas. Todo el cableestá cubierto por un aislamiento de protección para reducir lasemisiones eléctricas. El cable coaxial en general solo se puedeutilizar en conexiones Punto a Punto o dentro de los racks



Tipos de Cable Coaxial

Cable Coaxial Grueso (Thick Coaxial )

Este cable fue el cable coaxial utilizado en la mayoría de las redes.Su capacidad en términos de velocidad y distancia es grande,pero el coste del cableado es alto y su grosor no permite suutilización en canalizaciones con demasiados cables.

Sus características son: Impedancia de 50Ω y velocidad detransferencia de 10 Mbps, utiliza conectores tipo N, longitud delsegmento de 500m



Coaxial Delgado (Thin Coaxial )

Este cable se empezó a utilizar para reducir el costo de cableadode la redes. Su limitación está en la distancia máxima quepuede alcanzar un tramo de red sin regeneración de la señal.Sin embargo el cable es mucho más barato y fino que el gruesoy, por lo tanto, solventa algunas de las desventajas del cablegrueso.

Sus características son: Impedancia de 50Ω y velocidad detransferencia de 10Mbps, utiliza conectores tipo BNC, longitudde segmento de 200m



Fibra Óptica

Es el medio de transmisión más reciente y el que ofrece la mayorcapacidad de velocidad de transferencia, está constituido por unfino hilo cilíndrico de material sílico transparente (núcleo)recubierto por una capa de material semejante con pequeñasvariaciones en características de propagación de la luz(revestimiento) y el conjunto está recubierto por un materialplástico para facilitar su manejo (Cubierta)



Tipos de Fibra Óptica

Fibra Óptica de Modo Sencillo (SMF: Single Mode Fiber)

Son fibras que solo poseen un núcleo con un diámetro muypequeño, comúnmente de 10μm comparado con 125 μm delrevestimiento, manejan un ancho de banda de 50 GHz, contasas de transferencia de hasta 622 Mbps y un alcance endistancia de hasta 100 Km, por lo general son utilizadas en redesWAN y MAN



Fibra Óptica de Multimodo (MMF: Multi Mode Fiber)

Son los tipos de fibras más utilizadas en redes LAN, Los diámetrosmás frecuentes son 62,5/125 y 100/140 μm.

Las distancias de transmisión de este tipo de fibras estánalrededor de los 2.4 Km. y se utilizan a diferentes velocidades:10 Mbps, 16 Mbps, 100 Mbps y 155 Mbps, en algunasaplicaciones puede transportar mayor cantidad de información

Existen dos tipos de fibras multimodo:

a) Fibra Multimodo de índice escalonado

b) Fibra Multimodo de índice gradual



Fibra Multimodo de Índice Escalonado

La fibra óptica está compuesta por dos índices de refraccióndistintos entre núcleo y revestimiento, pudiendo contar conmás de un núcleo concéntrico en la fibra. La señal se propagapor reflexión con las fronteras de los núcleos proporcionandoasí múltiples trayectoria a seguir

Estos tipos de fibras consiguen un ancho de banda de hasta 100MHz y velocidades de transmisión de hasta 155 Mbps



Fibra Multimodo de Índice Gradual

El índice de refracción del núcleo de la fibra aumentaproporcionalmente a la distancia radial respecto al eje de lafibra óptica, esto también ocasiona múltiples trayectorias

Es la fibra más utilizada y proporciona un ancho de banda dehasta 1 GHz, con velocidades de transmisión de 1.7Gbps a39Gbps



Las características generales de la fibra óptica son:

Ancho de banda: La fibra óptica proporciona un ancho de bandasignificativamente mayor que los cables de pares y el Coaxial. Elancho de banda de la fibra óptica permite transmitir datos, voz,vídeo, etc.

Distancia: La baja atenuación de la señal óptica permite realizartendidos de fibra óptica sin necesidad de repetidores.

Integridad de datos: En condiciones normales, una transmisión dedatos por fibra óptica tiene un Bit Error Rate (BER) menor de 10 E-11.Esta característica permite acelerar la velocidad de transferencia.

Duración: La fibra óptica es resistente a la corrosión y a las altastemperaturas. Gracias a la protección de la envoltura es capaz desoportar esfuerzos elevados de tensión en la instalación.

Seguridad: Debido a que la fibra óptica no produce radiaciónelectromagnética, es resistente a la acciones intrusas de escucha. Lafibra también es inmune a los efectos electromagnéticos externos,por lo que se puede utilizar en ambientes industriales sin necesidadde protección especial.



Medios de transmisión inalámbrico

El medio de transmisión inalámbrico es el espacio aéreo, ya que es eladecuado para transportar las señales electromagnéticasnecesarias para interconectar y distribuir la información a lasterminales que participan.



Topologías LAN

La topología de una red es el arreglo físico en el cual los dispositivosde red se interconectan entre sí sobre un medio decomunicación. Se deben de considerar varios criterios paraseleccionar una topología de red, como son:

1. La complejidad de instalación2. La vulnerabilidad a fallos3. La gestión del medio4. La facilidad de localización de averías5. La capacidad de expansión6. Los costos



Las topologías se pueden analizar desde diversos puntos de vistacomo son:

Punto de vista matemático.- Indica la manera de como estáconectado un dispositivo con el resto

Punto de vista físico.- describe el esquema para el cableado de losdispositivos físicos.

Punto de vista lógico.- Comprende la forma de como circula lainformación a través de una red para determinar el lugar donde sepueden producir colisiones.


4.- Introducción a las LANTopología en Bus

Punto de vista matemático: Tiene todos sus nodos conectadosdirectamente a un enlace y no tiene ninguna otra conexión entrenodos

Punto de vista físico: Cada dispositivo está conectado a un cable común.Los elementos clave son aquellos que permiten que la PC se "una" o se"conecte" al único medio compartido. Una de las ventajas es que todoslas PCs están conectados entre sí y, de ese modo, se pueden comunicardirectamente. Una desventaja es que la ruptura del cable hace que lasPCs queden desconectados

Punto de vista lógico: Permite que todos los dispositivos puedan vertodas las señales de todos los demás dispositivos, lo que puede serventajoso si desea que todos los dispositivos obtengan estainformación. Sin embargo, puede representar una desventaja ya que escomún que se produzcan problemas de tráfico y colisiones.



Topología Anillo

Punto de vista matemático: Se compone de un solo anillo cerradoformado por nodos y enlaces, en el que cada nodo está conectado consólo dos nodos adyacentes.

Punto de vista físico: Muestra todos los dispositivos que estánconectados directamente entre sí en lo que se denomina una cadenamargarita.

Punto de vista lógico: Para que la información pueda circular, cadaestación debe transferir la información a la estación adyacente



Topología Anillo Doble

Punto de vista matemático: Consta de dos anillos concéntricos, cada uno delos cuales no se conecta con el anillo vecino adyacente.

Punto de vista físico: Es igual a la topología de anillo, con la diferencia deque hay un segundo anillo redundante que conecta los mismos dispositivos.Para incrementar la confiabilidad y flexibilidad de la red.

Punto de vista lógico: La topología de anillo doble actúa como si fueran dosanillos independientes, de los cuales se usa solamente uno por vez



Topología Estrella

Punto de vista matemático: La topología en estrella tiene un nodo centraldesde el que se irradian todos los enlaces hacia los demás nodos y no permiteotros enlaces.

Punto de vista físico: Tiene un nodo central que permite que todos los demásnodos se comuniquen entre sí de manera conveniente. La desventajaprincipal es que si el nodo central falla, toda la red se desconecta.

Punto de vista lógico: El flujo de toda la información pasaría entonces através de un solo dispositivo. Esto podría ser aceptable por razones deseguridad o de acceso restringido, pero toda la red estaría expuesta a tenerproblemas si falla el nodo central de la estrella.


4.- Introducción a las LANTopología Estrella Extendida

Punto de vista matemático: Es igual a la topología en estrella, con ladiferencia de que cada nodo que se conecta con el nodo central también es elcentro de otra estrella.

Punto de vista físico: Tiene una topología en estrella central, con cada uno delos nodos finales de la topología central actuando como el centro de supropia topología en estrella. La ventaja es que el cableado es más corto ylimita la cantidad de dispositivos a interconectar con el nodo central.

Punto de vista lógico: Es sumamente jerárquica, y "busca" que la informaciónse mantenga local. Esta es la forma de conexión utilizada actualmente por elsistema telefónico



Técnicas de Transmisión

En un ambiente LAN, las técnicas de transmisión de datos entre losdispositivos que conforman la red están comprendidas en dosmodalidades

a) Transmisión en Banda Base

b) Transmisión en Banda Ancha

La técnica de transmisión que se emplee implica diferencias en laforma de multiplexar el medio entre los diferentes dispositivos,además de la forma de codificación de la señal



Transmisión en Banda Base

En esta modalidad la información se transmite sin modulación y enconsecuencia ocupa todo el ancho de banda del medio

Requiere técnicas de compartición del medio

La información se envía en formatos digitales (bits)

Utilizando formatos de codificación Manchester o Manchesterdiferencial, para no requerir sincronía obteniendo velocidades de10 Mbps, para mayor velocidad se emplean técnicas mascomplejas



Transmisión en Banda Ancha

En está modalidad se utilizan señales moduladas.

Utiliza como medio cable coaxial de 75Ω (Broadband), con frecuencias de transmisión que alcanzan los 300 a 400 MHz

Utiliza técnicas de compartición de canal FDM, integrando varios servicios (ejemplo: Intercable)

En redes LAN el hecho de manejar varios canales se puede ver como redes independientes



Métodos de Acceso al Medio

Los dispositivos en las LAN deben de compartir un medio de acceso,pero deben de hacerlo con al menor cantidad de errores yconflictos para ello necesitan de métodos de control de acceso almedio

El protocolo de acceso al medio es el factor que mas caracteriza a unared local, de él dependen parámetros básicos en la evaluación dela red como son:



a) Rendimiento: Depende del grado de aprovechamiento delmedio, su capacidad para repartir el acceso y la resolución deconflictos

b) Fiabilidad: Se deben de proporcionar los mecanismosnecesarios para asegurar un servicio continuo sin errores ydetectar y corregir situaciones anómalas

c) Disponibilidad: La oportunidad de acceso debe estarrepartida entre todos los dispositivos de la red

d) Gestión de red: Se deben de considerar aspectos como lareconfiguración de la red, gestión de nodos con prioridades,direccionamiento de los dispositivos, etc.



Clasificación de los métodos de acceso

Una primera clasificación seria en función de un “Donde” y un“Como”.

Donde: Hace referencia a si el sistema tiene un control de accesocentralizado o no centralizado

Como: Realiza una sub clasificación en dos grandes grupos

a) Métodos de Repartición del medio : Son procedimientos estáticosdedicando una capacidad fija de transmisión, No utilizada en LAN

b) Métodos de compartición del medio: Permite la asignación del canalde forma dinámica en función del trafico.



Una segunda clasificación de los métodos de acceso surge delmétodo de compartición del medio y son:

a) Controlado: Basado en la filosofía de conceder a cada uno unaoportunidad, se tiene un turno para transmitir y cuando finalicedebe ceder su turno dentro de una secuencia lógica

b) Reserva: Los dispositivos solicitan una reserva del canal y noinician hasta que se les concede el permiso para transmisión, conesto evitan la existencia de colisiones

c) Contienda: En este método el dispositivo es libre de lanzar suinformación en cualquier momento, pero sin la seguridad de ser elúnico transmitiendo ocasionando colisiones, pudiéndosesubclasificar en técnicas con escucha o sin escucha



Técnicas de Acceso Aleatorio o Contienda

Transmisión Sin Escucha

ALOHA: Fue desarrollado para enlaces de comunicaciones entreterminales vía satélite. Consiste en:

Transmitir una trama en cuanto la estación la tenga lista

La estación se mantiene escuchando el medio durante el doble detiempo de propagación entre las dos estaciones más separadas

Si recibe reconocimiento ha sido exitosa de lo contrario envía otratrama hasta obtener la confirmación

Las razones por las cuales no puede recibir confirmación son porruido en el medio o por colisiones entre mensajes Posee unaeficiencia de un 18%



ALOHA Ranurado: El funcionamiento es semejante y la diferenciaconsiste en:

Se divide el tiempo de transmisión del canal en intervalos fijos deduración iguales al tiempo de transmisión de la trama

Solo permite la transmisión al principio de uno de estos intervalos

Eleva la eficiencia de un 18% a un 36%



Transmisión Con Escucha

Acceso Múltiple con Detección de Portadora (CSMA: CarrierSense Multiple Access):

También se el conoce como “Escuchar Antes de Hablar”(LBT:Listen Before Talk) y consiste en :

La estación que desea transmitir escucha el medio paradeterminar si hay otra transmisión en progreso

En caso afirmativo se espera un periodo de tiempo antes deescuchar otra vez

Si el medio esta libre la estación transmite y se queda en espera deuna confirmación durante un periodo de tiempo razonable

Si no hay confirmación determina que hubo colisión y procede areenviar otra vez la trama



Hay tres variables del CSMA

a) CSMA No-Persistente: La estación desea transmitir escucha elmedio y sigue la siguiente regla

1.- Si el medio está libre transmite

2.- si el medio está ocupado, espera durante un periodo de tiempoextraído de una distribución de probabilidad (retardo detiempo) y vuelve al paso 1

Tiene la desventaja de que si hay varias estaciones listas paratransmitir existe un tiempo ocioso después de una transmisión



b) CSMA 1-Persistente: Se creó con el fin de evitar el espacio deno utilización del canal, en este caso la estación que deseatransmitir escucha el medio y:

1.- si el medio esta libre transmite

2.- Si el medio esta ocupado continúa escuchando hasta que estédisponible y entonces transmite inmediatamente

3.- Si se produce una colisión reconocida por la falta deconfirmación, espera durante un tiempo aleatorio y entoncesprocede al paso 1



c) CSMA p-Persistente: Se creó con el fin de reducir lascolisiones y los tiempos de ocio del medio y opera de lasiguiente manera:

1.- Si el medio está libre transmite con probabilidad p y se esperauna unidad de tiempo con una probabilidad (1-p) esta unidad espor lo general igual al retardo máximo de propagación

2.- Si el medio está ocupado, continua la escucha hasta que elcanal esta libre y vuelve al paso 1

3.- Si la transmisión se ha retardado en una unidad de tiempo seprocede al paso 1



Acceso Múltiple con Detección de Portadora/Detección deColisiones (CSMA/CD: Carrier Sense MultipleAccess/Collision Detection)

Surge bajo la necesidad de poder disminuir el tiempo de ocio en elcanal generado por la colisión de tramas, manteniendo aloperación de escucha en el canal mientras se estatransmitiendo, añadiendo las siguientes reglas al CSMA

1.- Si se detecta una colisión durante la transmisión, esta cesainmediatamente y se transmite una pequeña trama deconsenso de colisión (JAM) para asegurarse de que todas lasestaciones se han enterado de la colisión

2.- Después de emitir la señal de JAM se intenta transmitir, trasesperar un tiempo aleatorio, usa de nuevo CSMA



Los Protocolos LAN y el Modelo OSI

El modelo de referencia OSI tiene una relación directa con losprotocolos de operación de las redes de área local


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

Físico

Enlace de Datos

Red


Operación de una LAN en el entorno del Modelo OSI

En la figura anterior se muestra como se relacionan las capas delModelo OSI con la red local

La comunicación entre usuarios finales necesita pasar por usuariosintermedios, los cuales solo utilizaran las tres capas inferiores delOSI que son las capas orientadas a la conexión

La capa de red encargada del direccionamiento y enrutamiento sevuelve innecesaria debido a la falta de enrutamiento

Dentro del nodo existen dos capas físicas y dos capas de enlace dedatos correspondientes a los enlaces con los usuario finales



Relación entre capas del modelo OSI, LAN e IEEE


Físico

Enlace de Datos

Físico

MAC

LLC

802.3

802.4

80

2.5

802.8

802.1

1

802.2

Físico


La relación entre las capas OSI y LAN se realizan mediante laarquitectura del proyecto IEEE 802, cubriendo los siguientesaspectos:

a) Nivel Físico.- relacionado con la naturaleza del medio detransmisión y con los detalles de los dispositivos de conexión yseñalización eléctrica

b) Nivel de Enlace.- Repartiéndolo en dos subniveles

1) Control de Enlace Lógico (LLC: Logical Link Control)

2) Control de Acceso al Medio (MAC: Media Access Control)



Funciones del subnivel LLC

El estándar IEEE 802.2 describe los servicios, características yprotocolos del subnivel LLC, en el contexto de torre de niveles dela red de área local

El subnivel LLC constituye el nivel superior de la capa de enlace dedatos y es común para los diferentes métodos de acceso al medio

Como mínimo el subnivel LLC debe de realizar las funcionesnormalmente asociadas al nivel de enlace:

1. Control de errores extremo a extremo

2. Control de flujo extremo a extremo

3. Control de secuencia



Especificaciones de servicio del subnivel LLC

Los servicios que proporciona el subnivel LLC a los usuarios a travésde los puntos de acceso al servicio LLC (LSAP) están definidospor el IEEE 802.2 y básicamente son tres

a) Servicio No Orientado a la Conexión Sin Reconocimiento

b) Servicio Orientado a la Conexión

c) Servicio No Orientado a la Conexión Con Reconocimiento

Para la operación de los servicios se basa en las primitivas Request,Indication y Confirm, no existiendo la Response



Unidad de datos de protocolo del subnivel LLC (LLC PDU)

La estructura de la LLC PDU utiliza procedimientos orientados abits, define el método para representar las direcciones de losLSAP desde o hacia las entidades del nivel de red, además de bitsde control y de información, mediante el siguiente formato

Y =16 bits para formato de información y supervisión

Y= 8 bits para formato no numerado

M =numero entero mayor o igual a cero


Dirección SAP

8 bits

Dirección SAP

8 bits

Control

Y bits

Información

8 x M bits


El formato LLC PDU consta de:

Campo de direcciones: cada LLC PDU puede contener 2 camposde direcciones y cada uno de ellos solo una dirección, loscampos son

1. DSAP (Punto de acceso al Servicio Destino) identifica el SAP alque va dirigido el campo de información

2. SSAP (Punto de acceso al Servicio Destino) identifica el SAP enel que el campo de información fue originado

Campo de Control: está formado por 1 o 2 Bytes que podrán serutilizados para designar mandatos o respuestas, con numero desecuencia si es necesario

Campo de Información: Puede estar compuesto por un númeroentero de Bytes (M) el cual dependerá del método de acceso almedio utilizado



Recomendación IEEE 802.3/ISO 8802-3 para el control de accesoMAC CSMA/CD

El proyecto IEEE 802 parte de la red Ethernet versión 2.0 para suestándar IEEE 802.3 CSMA/CD

Sin embargo Ethernet e IEEE 802.3 no son idénticos, sus diferenciasson en los formatos de la trama y los medios en los cuales sepuede implementar



Método de operación del IEEE 802.3

Utiliza la técnica de control de acceso al medio CSMA/CD, en lacual solo puede transmitir una sola estación a la vez mediantelos pasos siguientes:

1) Si el medio está libre transmite si no, realiza el paso 2)

2) Si el medio está ocupado continua escuchando hasta que seencuentre libre y transmite inmediatamente

3) Si se detecta una colisión durante la transmisión, transmite unaseñal de colisión o JAM para asegurar que todas las estaciones hanreconocido al colisión, y cesa la transmisión

4) Después de transmitir la señal de colisión, espera durante unespacio de tiempo aleatorio e intenta transmitir de nuevovolviendo al paso 1)



Visión general del estándar IEEE 802.3

Al igual que en otros estándares para redes de área local, este estándarengloba tanto el nivel físico como el MAC


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

Medio

PLS

MAC

LLC

Niveles Sup.

PMA

AUI

MDI

AUI: Atachment Unit Interface

MDI: Medium Dependent Interface

PMA: Phisical Medium Atachment

PLS: Phisical Signalling

LLC: Logic Link Control

MAC: Media Access Control


Aspectos comprendidos en la norma

Subnivel MAC

Especificaciones de servicio MAC

Protocolo y Unidades de Datos MAC

Nivel Físico

Especificaciones de Servicio

Especificaciones Independientes del Medio

Especificaciones del Medio Físico



Especificaciones de servicio del subnivel MAC (LLC-MAC)

Definen en términos funcionales el servicio proporcionado del IEEE802.3 al LLC, incluyendo las facilidades de transmisión yrecepción de los PDU y suministrando información del estado delas operaciones para los procedimientos de recuperación deerrores de niveles superiores, las primitivas que utiliza son:

1) MA_DATA.request (dirección destino, m_sdu, clase de serviciosolicitada)

2) MA_DATA.indication (dirección propia, dirección destino, m_sdu,estado de recepción, clase de servicio solicitada)

3) MA_DATA.confirm (estado de recepción, clase de servicioproporcionada)



Protocolo del subnivel MAC

El protocolo MAC es el núcleo de la norma 802.3 que a menudo solose le referencia como CSMA/CD, en el se describen:

1. La Estructura de la trama MAC

2. Control de Acceso al Medio

3. Estructura Interna del subnivel MAC



Estructura de la trama MAC

Preámbulo (PR: Preamble).- Es utilizado para permitir a loscircuitos de señalización alcanzar estados regulares

Delimitador de partida (SFD: Start Frame Delimiter).- Es unasecuencia digital (10101011) que sigue al preámbulo y señala lapartida de un paquete válido


PR

7 Bytes

SFD

1 Byte

DA

2 ó 6

Bytes

SA

2 ó 6

Bytes

L

2 Bytes

LLC DATA

N Bytes

Pad

N Bytes

FCS

4 Bytes


Direcciones (DA: Destination Address, SA: Source Address).- Sonlas direcciones de envío y recepción de la trama

Longitud (L: Lenght).- indica el numero de octetos de datos delcampo LLC en el campo de datos

Campo de Datos (LLC Data) y Relleno (Pad).- El campo de datoscontiene una secuencia de n octetos (1500 como máximo), si noalcanza la cantidad mínima de 46 se rellena con el Pad

Secuencia de Verificación (FCS: Frame Check Sequence).- Un CRCes utilizado por algoritmos de transmisión y recepción generandoun campo de respuesta



Control de Acceso al Medio CSMA/CD

Las principales funciones del MAC son:

Encapsulado de datos

Construcción de tramas

Direccionamiento

Detección de errores de transmisión

Gestión de acceso al medio

Asignación del medio

Manejo de colisiones


Subnivel LLC

Transmisión

Encapsulamiento

de Tramas

Recepción

Encapsulamiento

de Tramas

Transmisión

Gestión

del Medio

Recepción

Gestión

del Medio

Acceso al subnivel LLC

Acceso a la InterfazFísica

Transmisión

Codificación

de Datos

Recepción

Decodificación

de Datos


Estructura interna del subnivel MAC

La operación del CSMA/CD es posible describirla mediante elmodelo procedural

El modelo procedural esta optimizado para una simplicidad yclaridad de presentación, se representan como diagramas deflujo.

El modelo procedural consta de cinco subprocesos los cuales sonlos siguientes:

1) Proceso de transmisión de trama

2) Proceso de Receptor de trama

3) Proceso de Transmisor de bit

4) Proceso de Receptor de bit

5) Proceso de Aplazamiento



Especificaciones del Nivel Físico

Especificaciones Independientes del Medio

Codificación: Indica el código mediante el cual se realiza la señal,garantizando las transacciones necesarias para la sincronización,en este caso el código utilizado por el IEEE 802.3 es el Manchester

Velocidad de Transmisión: especifica las velocidades detransmisión para cada uno de los medios que se pueden utilizar,variando estas entre 1, 10, 100 y 1000 Mbps.



Especificaciones Dependientes del Medio

Las normas IEEE 802.3 han definido varios medios físicos detransmisión y distintas topologías para dar soluciones a lasnecesidades de diferentes tipos de aplicaciones, siendo lassiguientes algunas de definiciones son las siguientes.

10Base5

10Base2

10Broad36

10Base-T

100Base-TX

100Base-FX

etc.



Dispositivos LAN

Una LAN esta compuesta por diversos dispositivos, cada uno de ellostiene una función en especial que desarrollar dentro de la red y cadauno de ellos ocupa también un lugar con respecto a los niveles delmodelo OSI

El conocer la función y ubicación de los dispositivos nos ayuda aagilizar la detección de fallas en la red



Hosts

Son aquellos dispositivos que se conectan directamente a unsegmento de red

Estos hosts incluyen computadoras, tanto clientes y servidores,impresoras, escáner y varios otros dispositivos de usuario

Estos dispositivos suministran a los usuarios conexión a la red, pormedio de la cual los usuarios comparten, crean y obtieneninformación

Los dispositivos host pueden existir sin una red, pero sin la red lascapacidades de los hosts se ven sumamente limitadas



Los dispositivos host no forman parte de ninguna capa en particulardel modelo OSI, ya que tienen una conexión física con los mediosde red a través de una interfaz de red y las otras capas OSI seejecutan en el software ubicado dentro del host. Esto significa queoperan en todas las 7 capas del modelo OSI

Ejecutan todo el proceso de encapsulamiento y desencapsulamientopara realizar la tarea que se les asigne en la red



Tarjeta de Interfaz de Red (NIC: Network Interface Card)

La NIC es dispositivo que se coloca como dispositivo periférico deuna computadora. También se denomina adaptador de red

Las NIC se consideran muy importantes debido a que cada NIC llevaun nombre codificado único, denominado dirección de Control deacceso al medio (MAC Address). Esta dirección se utiliza paracontrolar la comunicación de datos para el host de la red



Ubicación de la NIC en las capas del modelo OSI

Las NIC se consideran dispositivos de la Capa Enlace de Datos


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

NIC


Repetidor

Es un dispositivo de red que tiene la capacidad de poder lograr que una red extienda su cobertura más allá de los límites de los medios de comunicación

El propósito de un repetidor es regenerar y retemporizar las señales de red a nivel de los bits para permitir que los bits viajen a mayor distancia a través de los medios.

Los repetidores son dispositivos con un solo puerto de entrada y un solo puerto de salida.



Ubicación del Repetidor en las capas del modelo OSI

En el modelo OSI, los repetidores se clasifican como dispositivos de Capa Física, dado que actúan sólo a nivel de los bits y no tienen en cuenta ningún otro tipo de información


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación


Hub

El propósito de un hub es regenerar y retemporizar las señales dered. Esto se realiza a nivel de los bits para un gran número de hosts(por ej., 4, 8 o incluso 24) utilizando un proceso denominadoconcentración

hub también se denomina repetidor multipuerto

Las razones por las que se usan los hubs son crear un punto deconexión central para los medios de cableado y aumentar laconfiabilidad de la red al permitir que cualquier cable falle sinprovocar una interrupción en toda la red



Ubicación del Hub en las capas del modelo OSI

En el modelo OSI, los Hubs se clasifican como dispositivos de CapaFísica, dado que actúan sólo a nivel de los bits y no tienen encuenta ningún otro tipo de información


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación


Puente (Bridge)

Un puente es un dispositivo diseñado para conectar dos segmentosde LAN

El propósito de un puente es filtrar el tráfico de una LAN, para que eltráfico local siga siendo local, pero permitiendo que pueda serconectado con otras partes (segmentos) de la LAN

Verifica la dirección local mediante la dirección MAC, el puenterastrea cuáles son las direcciones MAC que están ubicadas a cadalado del puente y toma sus decisiones basándose en esta lista dedirecciones MAC



Ubicación del Puente en las capas del modelo OSI

El puente se considera dispositivos de la Capa Enlace de Datos ya que toma en consideración la Dirección MAC


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación


Switch

El switch realiza las mismas funciones que un puente, pero por cadauno de sus puertos y debido a eso se le llama puente multipuerto

Toman decisiones basándose en las direcciones MAC , por lo tantomaneja la información que transita por la red LAN ocasionandoque sea mucho más eficiente, "conmutando" sólo los datosnecesarios desde y hasta el puerto al cual están conectado loshosts correspondientes



Ubicación del Switch en las capas del modelo OSI

Al igual que el puente el Switch se considera dispositivos de la Capa Enlace de Datos ya que toma en consideración la Dirección MAC


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación


Enrutador (Router)

El propósito de un router es examinar los paquetes entrantes, elegircuál es la mejor ruta para ellos a través de la red y luegoconmutarlos hacia el puerto de salida adecuado

Los rotures también pueden conectar distintas tecnologías porejemplo, Ethernet, Token-Ring y FDDI

El router toma decisiones basándose en grupos de direcciones de red, a diferencia de las direcciones MAC individuales

Los routers son los dispositivos de regulación de tráfico másimportantes en las grandes redes

Permiten que prácticamente cualquier tipo de host se puedacomunicar con otro host en cualquier parte del mundo



Ubicación del Router en las capas del modelo OSI

El router es un dispositivo de Capa de Red, ya que se basa en el direccionamiento de red para su operación


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación


Nube

El símbolo de nube sugiere que existe otra red.

Nos recuerda que existe una manera de conectarse a esa otra red,pero no suministra todos los detalles de la conexión, ni de esa red

El propósito de la nube es representar un gran grupo de detalles queno es pertinente para una situación, o descripción, en unmomento determinado.



Ubicación de la Nube en las capas del modelo OSI

La nube no es solo un dispositivo, sino un conjunto de ellos queoperan en todos los niveles del modelo OSI


Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

Físico

Enlace de Datos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación


Que es Ethernet?

Actualmente es una familia de productos de red área local, cubiertapor el estándar IEEE 802.3, mejor conocido como el protocoloCSMA/CD

Otras tecnologías y protocolos han tratado de substituirla peroEthernet ha sobrevivido como la mejor tecnología debido a lafacilidad de instalar, implementar, administrar y mantener ademásde proveer gran flexibilidad topológica para la instalación de la red

Actualmente se estima que el 85% de las redes instaladas son Ethernet



Como nació Ethernet?

En 1972 el Dr. Robert M. Metcalfe y sus colegas de XEROX PARCdesarrollaron el primer sistema experimental Ethernet alinterconectar sistemas Alto de XEROX (una estación de trabajo coninterface gráfica de usuario)

El experimento consistió en interconectar una estación Alto con otra ya la vez con una impresora láser y un servidor

La señal de reloj del sistema fue derivado del sistema de reloj de unaAlto, lo cual vino a derivar a una velocidad de transmisión de datosde la Ethernet de 2.94 Mbps



La primera red experimental de Metcalfe fue llamada Red ALOHAAlto y en 1973 se le cambió el nombre a Ethernet, para aclarar que lared podía soportar cualquier sistema no solo Alto y que el nuevomecanismo tenía desarrollos mas allá que el sistema ALOHA

La palabra Ether fue seleccionada para describir la característicaprincipal del sistema: el medio físico transporta los bits a todos losusuarios, de la misma manera que el lumínico ether transporta lasondas electromagnéticas propagadas a través del espacio, y así escomo nació el Ethernet



El primer diagrama fué dibujado por el Dr. Robert M. Metcalfe en 1976para presentar a Ethernet en la National Computer Conference enjunio de ese mismo año. En el dibujo están los términos originalespara describir el Ethernet. Desde entonces otros términos han sidoutilizados dentro del entusiasmo de Ethernet



Elementos de la Ethernet

Una LAN Ethernet consiste de nodos de red y medios deinterconexión

Los nodos de red se clasifican en 2 clases

DTE (Data Terminal Equipment): son dispositivos en lso quecualquiera puede ser el origen o destino de las tramas de datos,por lo general son PCs, Servidores, estaciones de trabajo,Impresoras, etc. Y son referidos como estación final

DCE(Data Communication Equipment): Dispositivo intermediariode red que recibe y envía las tramas de datos a través de la red,son equipos solitarios como un repetidor, switch, router, etc. Ointerfaces de comunicación como tarjetas o modems



Topologías de Ethernet

Existen muchas configuraciones de topologías, pero a pesar de sucomplejidad todas son una combinación de 3 estructuras básicas deinterconexión

Punto a Punto: es la forma más simple de interconexión ya que soloestán involucradas 2 terminales de red y la conexión puede serDTE-DTE, DTE-DCE o DCE-DCE, el cable que las interconecta esconocido como el enlace de red



Topología Bus: la red original de Ethernet fue concebida sobre unatopología en Bus conformado por segmentos de un cable coaxialgrueso con longitudes de 500m y hasta 100 nodos soportados porcada segmento, los segmentos individuales pueden serinterconectados con repetidores siempre y cuando la cantidad deDTE no exceda 1024 y no existan varias rutas para llegar a unmismo nodo, esta topología ya casi no se utiliza.2



Topología Estrella: Desde los 90´s la mayoría de las redes Ethernetexistentes tienen esta topología, consistente de un nodo central(Hub o Switch), todos los enlaces son punto a punto entre eldispositivo central y los nodos de la red.



El Sistema Ethernet

Como es sabido entre el modelo de referencia OSI y el estándar IEEE802.3 existe una relación lógica entre las capas inferiores (Físico,LLC y MAC)

Debido a que las especificaciones LLC son comunes para todos losprotocolos IEEE 802, la compatibilidad de requerimientos entre lascapas Física y MAC deben establecer las bases para la comunicaciónde datos



Operación de Ethernet

El subnivel MAC de Ethernet

El subnivel MAC tiene dos responsabilidades principales:

Encapsulamiento de datos incluyendo el ensamblado de la tramaantes de la transmisión y el analizador de la trama detectando ycorrigiendo errores durante y después de la recepción

El control de acceso al medio incluyendo la inicialización de latransmisión de la trama y la recuperación de los fallos detransmisión



Encapsulamiento de los datos

Es el mismo encapsulamiento que en el IEEE 802.3



Transmisión de la trama

Cuando una estación final MAC recibe una trama enviada requiereque venga acompañada por direcciones y datos del subnivel LLC,y entonces el subnivel MAC iniciara la secuencia de transmisiónde la información que le ha entregado el subnivel LLC

Primero crea la trama, colocando los delimitadores de inicio, lasdirecciones, los datos de la LLC, etc. Hasta tener la tramaensamblada y procede a transmitirla

La transmisión de la trama dependerá si esta trabajando en Half oFull Duplex

Por omisión el estándar requiere que todas las tramas Ethernet setransmitan en Half-Duplex, pero pueden ser Full-Duplex si así serequiere, es opcional



Transmisión en Half-Duplex

La transmisión HD fue desarrollada con el protocolo CSMA/CDcomo medida para llevar un control de las terminales o nodosque estén participando en la red a través de la detección deportadora y la detección de colisiones

Generando con esto un dominio de colisión que afectaba laseparación máxima entre los nodos participantes para hacer maseficiente la operación, y en el caso de velocidades mayores de 10Mbps, esto se hace mas critico ya que la distancia se reduce asícomo la cantidad de repetidores posibles a utilizar, y el formatode la trama es necesario modificarlo agregando una extensiónpara tener un tamaño mínimo necesario para detectar la colisión,ya que la transmisión de la trama se hace en un menor tiempo sise mantiene el mismo tamaño



Transmisión en Full-Duplex

La transmisión Full duplex es una opción en la capacidad MAC quepermite dos caminos de transmisión simultáneos sobre enlacespunto a punto, esta modalidad es mucho mas simple que la HalfDuplex ya que no envuelve a la contención del medio, no haycolisiones, no necesitan confirmación para la retransmisión y norequiere extensiones de bits en las tramas cortas

La única restricción es que requiere un tamaño mínimo el espacioentre tramas consecutivas (IFG: inter frame gap) y cada trama debeestar conformada en base al formato estándar de Ethernet



Transmisión con etiquetado VLAN

Una más de las opciones MAC es el etiquetado VLAN, el cualprovee tres importantes características no disponibles conanterioridad para el usuario de la red

1. Provee una medida para agilizar el tiempo crítico de tráficoen la red colocando prioridades de transmisión a las tramasde salida

2. Permite asignar estaciones a grupos lógicos paracomunicarlos a través de múltiples LAN como si estuvieranen una sola, esto con la ayuda de filtrado de los Bridges ySwitches los cuales direccionan las tramas a las VLANpermitiendo solo a los puertos indicados por la VLAN

3. Simplifica la administración de la red, permitiendo agregar,quitar y hacer cambios fácilmente



La etiqueta VLAN es simplemente agregar un encabezado de 4Bytes entre el campo de Dirección Fuente (SA) y el campo deLongitud, como se muestra en la figura

El encabezado consiste en 2 campos:

a) VLAN Type ID: esta reservado con 2 Bytes para indicar que latrama es de una VLAN

b) Tag Control Information: Consiste de 2 Bytes que indican laprioridad de la trama (0-7, 7 es la mayor), y una Id de VLAN queindica la VLAN particular a la cual será enviada la trama



El nivel Físico de Ethernet

Debido a que los dispositivos Ethernet están implementados en las 2capas inferiores del Modelo OSI, estás están típicamenteimplementadas en una tarjeta de interface de red (NIC) colocadadentro del dispositivo

Las NIC son identificadas como un producto de 3 partes, elnombramiento es una concatenación de tres términos indicativosde: la capacidad de transmisión, el método de transmisión y el tipode medio o codificación de la señal.

Por ejemplo:

100Base T2: 100 Mbps, Banda Base, Sobre 2 pares de par trenzado

100Base T4: 100 Mbps, Banda Base, sobre 4 pares de par trenzado



Codificación para la transmisión de la señal

En la transmisión en Banda Base la trama de información escolocada directamente en el medio como una secuencia de pulsoso símbolos de datos que son típicamente atenuados odistorsionados antes de llegar a su destino

La tarea del receptor es detectar cada pulso que llega y extraerle elvalor correcto antes de entregarlo a la MAC destino

Durante la recepción de la trama se extrae el reloj de sincronía, paratener una señal muestreada correctamente en periodo yvelocidad de transmisión



Existen fenómenos que se pueden generar en el enlace como el decorrimiento de la referencia (Baseline Wander), que consiste enalejar la señal de la referencia a cero de amplitud perdiendo elnivel de umbral para la detección de los bits, ocurre cuando no sedetecta transición de señales



Afortunadamente este tipo de fenómenos se pueden corregirutilizando codificación en la señal

En las primeras implementaciones de Ethernet y hasta 10BaseT seutiliza codificación Manchester, en donde cada bit es identificadopor la transición que se tiene a mediación del pulso



Desafortunadamente la codificación Manchester presenta variasdesventajas relacionadas con la respuesta a la frecuencia, haciendoque no fuera apropiado para altas velocidades de transmisión, lasnuevas versiones de Ethernet utilizan diferentes técnicas comoalguna de las siguientes

a) Mezcla de datos.- procedimiento que mezcla los bits de cada Bytede manera ordenada y recuperable, algunos 0s cambiarlos por 1s yalgunos bits semejantes a los de su izquierda, el resultado esreducir las longitudes largas de bits iguales incrementando ladensidad de la transición y facilitando la recuperación de reloj

b) Expandir el espacio de código .- permite asignar códigosdiferentes para datos y símbolos de control y ayuda en la detecciónde errores en la transmisión

c) Códigos de corrección de errores hacia delante (FEC).- es unacodificación en la cual agrega información redundante en latransmisión haciendo que algunos tipos de errores se corrijan en larecepción de la trama



Desarrollo de los estándares Ethernet

Aunque el modelo lógico especifico del nivel físico varía mucho deversión a versión, todas las NICs de Ethernet están basadas en él

El nivel físico para cada velocidad de transmisión está dividido ensubniveles que son independientes del tipo de medio particular y ensubniveles que son dependientes del tipo de medio o codificaciónde la señal



Los subniveles Físico del modelo de referencia

Subniveles independientes del medio:

El subnivel de Reconciliación y el subnivel opcional de MII, proveenconexión lógica entre la MAC de diferentes juegos de nivelesdependientes del medio

Los MII (MII para 10 Mbps y 100 Mbps, GII para 1000 Mbps) estándefinidas con trayectorias separadas de transmisión y recepciónde bits seriales para implementaciones de 10 Mbps, 4 bits deancho para implementaciones de 100Mbps, y 8 bits de ancho paraimplementaciones de 1000 Mbps

Los subniveles Reconciliación y MII son comunes para susrespectivas velocidades de transmisión y están configurados enfull duplex en las Ethernet 10Base T y las subsecuentes versionesde Ethernet



Subniveles dependientes del medio:

El Subnivel de Codificación Físico (PCS) provee la lógica paracodificar, multiplexar y sincronizar los flujos de caracteressalientes además de la alineación de caracteres de código,demultiplexión y decodificación de los datos entrantes

El Agregado Físico al Medio (PMA) contiene la señal en lostransmisores y receptores, así como la recuperación de los relojeslógicos para los flujos de datos recibidos

La Interfase dependiente del Medio (MDI) es el conector del cableentre el enlace y el Transceiver

La auto negociación permite a la NIC en cada punta final del enlaceintercambiar información sobre sus capacidades individualespara poder negociar el modo de operación más favorable paraambos



Tecnologías Ethernet

Las tecnologías Ethernet se dividen en función de su velocidad detransferencia de datos, siendo esta división la siguiente

a) 10 Mbps Ethernet

a) 10Base T

b) 100 Mbps Fast Ethernet

a) 100 Base X

b) 100 Base T4

c) 100 Base T2

c) 1000 Mbps Gigabit Ethernet

a) 1000 Base T

b) 1000 Base X



10Base T

Esta tecnología provee codificación Manchester con transmisión debit serial a 10 Mbps sobre 2 pares de UTP aunque el estándar fuediseñado para soportar transmisión sobre un cable comúntelefónico, cada cable UTP termina en un conector RJ-45 (MDI) ypuede soportar half duplex y full duplex puesto que la configuraciónde cada par de UTP esta configurado como Simplex



10Base T es la primera versión de Ethernet que incluye una pruebade integridad del enlace para determinar la estabilidad delmismo

Inmediatamente después de iniciar el sistema la PMA transmite unpulso de enlace normal (NLP) para hacer saber a la NIC en el otropunto que su NIC esta esperando para realizar un enlace deconexión

Si la NIC en el otro extremo esta encendida responderá con un PLN

Si la NIC en el otro extremo no está encendida, entonces se estaráenviando un NLP cada 16 ms hasta recibir una respuesta

El enlace es activado solamente si ambas NIC están capacitadaspara intercambiar NLPs



Fast Ethernet

Incrementar la velocidad de transmisión 10 veces al Ethernet no fuetarea fácil y los esfuerzos resultaron en el desarrollo de 3 estándaresde nivel físico separados para 100 Mbps sobre cable UTP, en 1995surgieron 100Base-TX y 100Base-T4, y en 1997 100Base-T2

Cada uno fue definido con diferentes requerimientos de codificación yun diferente conjunto de subniveles dependientes del medio,incluso existen algunos traslapes en el medio de enlace

Aunque no todas han sido aceptadas en el mercado los estándares sehan establecido por si las aplicaciones los requieren



1 Un Baudio (Bd) = un carácter transmitido por segundo, pudiendo ser 1 o más bits


Manchester


100Base-TX

Fue diseñado para soportar transmisión sobre 2 pares de UTP o 2 hilosde Fibra Óptica

A pesar de que la codificación, decodificación y procedimiento derecuperación de reloj es igual para ambos casos la señal transmitidaes diferente (impulsos eléctrico para UTP y pulsos de luz para FibraÓptica

La señal del transceiver es incluida como parte de la función PMA enel modelo lógico general y se encuentra redefinida como PMDseparados



100Base-T4

Fue diseñado para permitir que las redes de 10BaseT fueranactualizadas a 100 Mbps, sin requerir de 4 pares de UTP Cat 3,siendo remplazados con un nuevo UTP Cat 5

Dos de los 4 pares son configurados para half duplex y puedensoportar transmisión en ambas direcciones, los otros 2 pares sonconfigurados como simplex dedicados a la transmisión en un solosentido

La transmisión de la trama utiliza ambos pares half duplex, mas lospares simplex que están destinados para indicar la dirección de latransmisión, el cable simplex que esta en la dirección opuestaprovee la detección de portadora y la detección de colisiones

No soporta el modo de operación full duplex



100Base-T2

Las especificaciones fueron desarrolladas como una mejor alternativapara actualizar la red aprovechando el UTP Cat 3 que se teníainstalado, con esto generaron dos objetivos1. Proveer comunicación sobre 2 pares de Cat 3 o mejores

2. Soportar tanto half duplex como full duplex

100Base-T2 utiliza un procedimiento de señalización diferente a lasimplementaciones Ethernet anteriores, en lugar de usar 2 enlacessimplex para formar un full duplex, utiliza el método detransmisión dual duplex para enviar simultáneamente en ambossentidos caracteres codificados

El término “TDX<3:2>” indica cuales son los 2 bits mas significativosen un nibble antes de codificar y transmitir y “RDX <3:2>” significalo mismos 2 bits después de recibir y decodificar



La transmisión dual duplex en banda base requiere que las NICs encada extremo del enlace sean operadas en un modo de lazotemporizado maestro/esclavo, cada NIC debe ser maestro y tambiénesclavo determinado por la auto negociación durante el inicio delenlace, cuando el enlace está operando la sincronización estabasada en el reloj interno de la NIC maestra mientras que la esclavalo utiliza para recuperar el reloj de las operaciones de transmisión yrecepción

Cada trama enviada es encapsulada y la sincronización del enlace esmantenido con un flujo continuo de caracteres desocupadosdurante los espacios entre tramas



1000 Mbps Gigabit Ethernet

Los estándares Gigabit Ethernet desarrollados han resultado en dosespecificaciones primarias

1000Base-T para cables de cobre UTP

1000Base-X para cables de cobre STP así como para fibras ópticasmonomodo y multimodo



1000Base-T

Provee transmisión full duplex sobre 4 pares de UTP, está basadaampliamente en las detecciones y diseños dirigidos a los nivelesfísicos de las Fast Ethernet implementadas como son1. 100Base-TX: provee los flujos de caracteres binarios conservando la

transmisión exitosa sobre UTP Cat 5 a 125 MBd

1. 100Base-T4: provee un entendimiento básico del problemarelacionado a enviar señales multinivel sobre 4 pares de alambre

1. 100Base-T2: provee el método de codificación, acoplamiento conprocesamiento digital de señales, puede manejar simultáneamentedos caminos de flujo de datos y cruces potenciales de problemasresultados de señales externas en los cables adyacentes



La recuperación del reloj es muy semejante que en el 100Base-T2donde los NICs serán maestros y esclavos durante las negociaciones



1000Base-X

Las 3 versiones de 1000Base-X soportan transmisión binaria fullduplex a 1250Mbps sobre 2 hilos de fibra óptica o 2 pares de UTP

La codificación de la señal es en el esquema 8B/10B donde cada 8bits son mapeados a 10 bits de un grupo de códigos contransmisión serial de bit

Cada trama de datos es encapsulada en el nivel físico antes de latransmisión y la sincronía del canal es mantenida mediante elenvío de caracteres vacíos durante los espacios entre tramas



Introducción

Aunque poca gente sabe lo que es TCP/IP todos lo empleanindirectamente y lo confunden con un solo protocolo cuando enrealidad son varios, de entre los cuales destaca y es el másimportante el protocolo IP

Bajo este nombre (TCP/IP) se esconde uno de los protocolos masusados del mundo, debido a que es el más usado por Internet y estámuy extendido en el sistema operativo UNIX.



En el 1973 , la DARPA inició un programa de investigación detecnologías de comunicación entre redes de diferentescaracterísticas. El proyecto se basaba en la transmisión de paquetesde información, y tenia por objetivo la interconexión de redes.

De este proyecto surgieron dos redes: Una de investigación,ARPANET, y una de uso exclusivamente militar, MILNET. Paracomunicar las redes, se desarrollaron varios protocolos: El Protocolode Internet y los Protocolos de Control de Transmisión.Posteriormente estos protocolos se englobaron en el conjunto deprotocolos TCP/IP.

En 1980, se incluyo en el UNIX 4.2 de BERKELEY, y fue el protocolomilitar estándar en 1983. Con el nacimiento en 1983 de INTERNET,este protocolo se popularizo bastante, y su destino va unido al deInternet.

ARPANET dejo de funcionar oficialmente en 1990.



Algunos de los motivos de su popularidad son:

1. Independencia del fabricante

2. Soporta múltiples tecnologías

3. Puede funcionar en maquinas de cualquier tamaño

4. Estándar de EEUU desde 1983

La arquitectura de un sistema en TCP/IP tiene una serie de metas:

1. La independencia de la tecnología usada en la conexión a bajo nivel y la arquitectura de las terminales

2. Conectividad universal a través de la red

3. Reconocimientos de extremo a extremo

4. Protocolos estandarizados



Estructura de capas

El conjunto de protocolos TCP/IP se divide también en niveles ocapas

Las capas del TCP/IP tiene una equivalencia con las capas del OSI

TCP/IP se divide en 4 capas

1. Aplicación

2. Transporte

3. Internet

4. Físico



Capa de Aplicación

Tiene su equivalencia con las capas de Aplicación, Presentación ySesión del modelo de referencia OSI

En la capa de aplicación se incluyen protocolos destinados aproporcionar servicios al usuario final, tales como: correoelectrónico (SMTP), transferencia de archivo (FTP), conexiónremota (TELNET), administración remota (SNMP), administraciónde nombres (DNS) y otros más recientes como el protocolo HTTP(Hypertext Transfer Protocol).



Capa de Transporte

Esta capa coincide con el nivel de transporte del modelo OSI, aunquesu operación no es precisamente la misma.

Proporciona un mecanismo fiable para el intercambio de datos entreprocesos en diferentes sistemas

Los protocolos de este nivel, tales como TCP y UDP, se encargan demanejar los datos y proporcionar la fiabilidad necesaria en eltransporte de los mismos



Protocolo de Control de Transmisión (TCP: TransmissionControl Protocol)

El protocolo de control de transmisión (TCP) pertenece al nivel detransporte, siendo el encargado de dividir el mensaje original endatagramas de menor tamaño, y por lo tanto, mucho másmanejables.

El protocolo TCP se encarga además de añadir cierta informaciónnecesaria a cada uno de los datagramas. Esta información se añadeal inicio de los datos que componen el datagrama en forma decabecera.



El protocolo TCP proporciona varios servicios para las capassuperiores e inferiores, algunos de los servicios que ofrece son losinvolucrados directamente son:

a) La transferencia del flujo de datos: TCP entrega un flujo de bytes noestructurados identificados por un número de secuenciabeneficiando a las aplicaciones porque estas no tienen que trozar losdatos en bloques antes de manejarlo hacia el TCP. En lugar de eso,TCP agrupa bytes dentro de segmentos y se los pasa al IP para suentrega

b) La rentabilidad: Permite la rentabilidad a través de serviciosorientados a la conexión, los mecanismos de rentabilidad de TCPpermiten a los dispositivos negociar con pérdidas, retardos,duplicados o paquetes malinterpretados, un mecanismo de tiempomuerto permite a los dispositivos detectar la perdida de paquetes yrequerir su retransmisión.



c) El control de flujo eficiente: TCP ofrece eficientes mecanismos decontrol de flujo, con medidas que cuando se envía unreconocimiento de regreso al origen, el proceso de recepción TCPindica el número más alto de secuencia que puede recibir sin reflujoen sus buffers internos

Además de otros servicios necesarios como la multiplexión de lasdatagramas y los modos de operación full duplex



Formato del paquete TCP

El paquete de TCP es compuesta por doce campos :


Source port (16) Destination port (16)

Sequence number (32)

Data

Offset (4)

Acknowledgement number (32)

Reserved (6) Code bits (6) Window (16)

Checksum (16) Urgent Pointer (16)

Options (0 or 32 if any)

Data (varies)


Numeración de los puertos TCP

Las aplicaciones necesitan puertos de acceso para ser ejecutadas,dichos puertos son utilizados por TCP y UDP para manteneretiquetas de diferentes comunicaciones ocurridas alrededor de lared, generalmente los puertos tienen números menores de 255siendo originados por aplicaciones públicas, el puerto 255 estáreservado

Los puertos del 255 al 1023 son para aplicaciones comerciales porvarios fabricantes y son consideradas privilegiadas




TCP

Número

de Puerto

F

T

P

Nivel de

Transporte

T

E

L

N

E

T

D

N

S

S

N

M

P

T

F

T

P

S

M

T

P

UDP

Nivel de

Aplicación

21 23 25 53 69 161

R

I

P

52080

H

T

T

P


Protocolo de Datagrama de Usuario (UDP: User DatagramProtocol)

El UDP es un protocolo de nivel de transporte no orientado a laconexión que pertenece a la familia de protocolos de Internet

El UDP es básicamente una interface entre IP y los procesos de nivelsuperior

Los puertos del protocolo UDP comparten múltiples aplicacionesejecutándose de uno a otro sobre un solo dispositivo

El UDP no proporciona confiabilidad, control de flujo o funciones derecuperación de error para IP, como el TCP, debido a la simplicidadpaquete que contiene pocos bytes y consume menos recursos de lared que TCP



La UDP es útil en situaciones donde los mecanismos de fiabilidad deTCP no son necesarios, como en un caso en donde un protocolo denivel superior provee un control de error y flujo

El UDP es el protocolo de transporte para varios protocolo del nivel deaplicación, incluyendo el Sistema de Archivos de la Red (NFS:Network File System), el Sistema de Nombres de Dominio (DNS:Domain Name System), el Protocolo Único para la Administraciónde la Red (SNMP: Simple Network Management Protocol), y elProtocolo de Transferencia de Archivos Triviales (TFTP: Trivial FileTranfer Protocol)



Formato del paquete de UDP

El paquete de UDP es mucho mas sencillo que el de TCP ya que solocuenta con 5 campos, cuya función es la misma que en el TCP


Source port (16) Destination port (16)

Length (16)

Data (if any)

Checksum (16)


Capa de Internet

La capa de red controla la comunicación entre un equipo y otro.Conforma los paquetes IP que serán enviados por la capa inferior.Desencapsúla los paquetes recibidos pasando a la capa superior la

información dirigida a una aplicación.Maneja los protocolos de:

1. Internet (IP: Internet Protocol)2. Control de Mensajes por Internet (ICMP: Internet Control Message

Protocol)3. Resolución de Direcciones (ARP: Address Resolution Protocol)4. Resolución de Direcciones Inverso (RARP: Reverse Address

Resolution Protocol)



Protocolo de Internet ( IP: Internet Protocol)

El Protocolo Internet está diseñado para su uso en sistemasinterconectados de redes de comunicación de computadoras porintercambio de datagramas

Proporciona los medios necesarios para la transmisión de bloquesde datos (datagramas) desde el origen al destino, donde origen ydestino son dispositivos identificados por direcciones delongitud fija

No existen mecanismos para aumentar la fiabilidad de datos entrelos extremos, control de flujo, secuenciamiento u otros serviciosque se encuentran normalmente en otros protocolos



El IP implementa dos funciones básicas: direccionamiento yfragmentación.

Los módulos Internet usan las direcciones para transmitir losdatagramas hacia sus destinos. La selección de un camino para latransmisión se llama encaminamiento.

Los módulos Internet usan campos del datagrama para fragmentar yre ensamblar los datagramas cuando sea necesario para sutransmisión a través de redes de “trama pequeña”

El IP trata cada datagrama como una entidad independiente norelacionada con ningún otro datagrama, no existen conexiones ocircuitos lógicos (virtuales o de cualquier otro tipo).



Formato del Datagrama IP


Version

(4)

Destination Address (32)

Options (0 or 32 if any)

Data (varies if any)

IHL (4)Priority & Type

of Service (8)Total Length (16)

Identification (16)Flags

(3) Fragment offset (13)

Time to live (8) Protocol (8) Header checksum (16)

Source Address (32)


Protocolo de Control de Mensajes por Internet (ICMP: InternetControl Message Protocol)

Es utilizado para notificar de los errores detectados por losdispositivos, utilizando el soporte básico de IP como si fuera unprotocolo de nivel superior

Los mensajes ICMP son enviados en varias situaciones: por ejemplo,cuando un datagrama no puede alcanzar su destino, cuando ungateway no dispone de capacidad de almacenamiento temporal parareenviar el datagrama, y cuando el gateway puede dirigir aldatagrama para enviar el tráfico por una ruta más corta

El propósito de estos mensajes de control no es hacer a IP fiable, sinosuministrar información sobre los problemas en el entorno decomunicación, sigue sin garantizarse que un datagrama seaentregado o que se devuelva un mensaje de control



Formato de la trama de ICMP

Los mensajes ICMP se envían usando la cabecera IP básica.

El primer octeto de la parte de datos del datagrama es el campo detipo ICMP, el valor de este campo determina el formato del restode los datos


Type (8) Code (8) Checksum (16) Variable


Tipos de mensajes ICMPTipo 0: Respuesta de Eco (Echo Reply).- Es una respuesta de eco de la

estación final respondiendo a la solicitud eco tipo 8Tipo 3: Destino Inaccesible (Destination Unreachable).- La red

anuncia que un problema ha ocurrido cuando entregaba unpaquete, tiene 5 códigos y son los siguientes:0 = Red inaccesible (Net Unreachable).- Enviado de un router a una

terminal, el router no encontró la red1 = Dispositivo inaccesible (Host Unreachable).- Enviado de un router a una

terminal , si el router puede ver la red pero no a la terminal destino2 = Protocolo inaccesible (Protocol Unreachable).- Esto puede ocurrir

cuando la terminal es encontrada pero no puede ejecutar un UDP o TCP3 = Puerto inaccesible (Port Unreachable).- Esto ocurre cuando una

terminal ejecuta TCP/IP y levanta un servicio sin habilitar el puerto delservicio

4 = No se puede Fragmentar (Cannot Fragment) Enviado por un router quenecesitaba fragmentación pero DF estaba activado

5 = Fallo en la Ruta de Origen (Source Route Fail).- El ruteo de origen IP esuna de las opciones IP



Tipo 4: Disminución del Tráfico desde el Origen (Source Quench).- Elemisor está enviado datos demasiado rápido y el receptor lleno subuffer y se alenta

Tipo 5: Redireccionar (Redirect).- El emisor anuncia que hay otrorouter con una mejor ruta para un paquete en particular, tiene 4codigos de respuesta

0 = Redirigir Datagramas debido a la Red (Redirect Datagrams for theNetwork)

1 = Redirigir Datagramas debido a la terminal (Redirect Datagrams for theHost)

2 = Redirigir Datagramas debido al Tipo de Servicio y la Red (RedirectDatagrams for the Type of Service and the Network)

3 = Redirigir Datagramas debido al Tipo de Servicio y la Terminal (RedirectDatagrams for the Type of Service and the Host)

Tipo 8: Solicitud de Eco (Echo Request).- Este es enviado por unPING (Paquete Rastreador en Internet: Packet Internet Groper) aun destino para checar la conectividad



Tipo 11: Tiempo Superado (Time Exceeded).- El paquete ha sidodescartado por tomar demasiado tiempo para ser entregado, puedetener 2 códigos

0 = Tiempo de Vida superado en transito (Time to Live exceeded in transit)

1 = Tiempo de Reensamblaje de Fragmentación superado (FragmentReassembly Time exceeded)

Tipo 12: Problemas de Parámetros (Parameter Problem).- Indica unparámetro incorrecto del datagrama (Código 0)

Tipo 13: Solicitud de Marca de tiempo (Timestamp Request).- Mide eltiempo que le lleva dar toda una vuelta a un destino en particular

Tipo 14: Respuesta de Marca de tiempo (Timestamp Reply).- Mide eltiempo que le lleva dar toda una vuelta a un destino en particular

Tipo 15: Solicitud de Información (Information Request).- Permite auna terminal aprenderse la parte de la red de la dirección IP en lasubnet enviando un mensaje con la dirección origen en elencabezado IP y puros ceros en el campo de dirección destino



Tipo 16: Respuesta de Información (Information Reply).- Es larespuesta conteniendo la parte de la red, ambos son una opción alRARP

Tipo 17: Solicitud de Mascara de Dirección (Address Mask Request).-Solicitud de la mascara de subred correcta a utilizar

Tipo 18: Respuesta de Mascara de Dirección (Address Mask Reply).-Respuesta con la mascara de subred correcta a utilizar



Protocolo de Resolución de Direcciones (ARP: AddressResolution Protocol)

El protocolo de resolución de direcciones es responsable deconvertir las dirección de protocolo de alto nivel (direcciones IP)a direcciones de red físicas (MAC Address)

En una sola red física, las terminales individuales se conocen en lared a través de su dirección física. Los protocolos de alto niveldireccionan a las terminales de destino con una dirección lógica(la dirección IP). Cuando tal protocolo quiere enviar undatagrama a la dirección IP de destino w.x.y.z, el manejador dedispositivo no la entiende

En consecuencia, se suministra un módulo (ARP) que traducirá ladirección IP a las dirección física del destino. Utiliza una tablapara realizar esta traducción



Cuando la dirección no se encuentra en la tabla (caché ARP), se envíaun broadcast en la red, con un formato especial llamado peticiónARP. las máquinas en la red reconocen su propia IP, devolverán unarespuesta ARP a la terminal que la solicitó.

La respuesta contendrá la dirección física del hardware así comoinformación de enrutamiento (si el paquete ha atravesado puentesdurante su trayecto) almacenándolas en la caché de la terminalsolicitante.

Todos los posteriores datagramas enviados a esta dirección IP sepodrán asociar a la dirección física correspondiente, que será la queutilice el manejador de dispositivo para mandar el datagrama a lared



Generación del paquete ARP

Si una aplicación desea enviar datos a una determinado dirección IPdestino, el mecanismo de enrutamiento IP determina primero ladirección IP del siguiente salto del paquete (que puede ser lapropia terminal de destino o un router) y el dispositivo hardwareal que se debería enviar. Si se trata de una red 802.3/4/5, deberáconsultarse el módulo ARP para mapear el par <tipo deprotocolo, dirección de destino> a una dirección física.

El módulo ARP intenta hallar la dirección en su caché. Si encuentrael par buscado, devuelve la correspondiente dirección física de 48bits al llamador (el manejador de dispositivo).

Si no lo encuentra, descarta el paquete y genera un broadcast de redpara una solicitud ARP



Paquete ARP



Hardware address space.- Especifica el tipo de hardware; ejemplos son Ethernet o Packet Radio Net.

Protocol address space.- Especifica el tipo de protocolo utilizado en el nivel de red

Hardware address length.- Especifica la longitud (en bytes) de la dirección hardware del paquete. Para IEEE 802.3 e IEEE 802.5 será de 6.

Protocol address length.- Especifica la longitud (en bytes) de las direcciones del protocolo en el paquete. Para IP será de 4.

Operation code.- Especifica si se trata de una petición(1) o una solicitud(2) ARP.

Source / target hardware address.- Contiene las direcciones física hardware. En IEEE 802.3 son direcciones de 48 bits.

Source / target protocol address.- Contiene las direcciones del protocolo. En TCP/IP son direcciones IP de 32 bits.



Protocolo de Resolución Inversa de Direcciones (RARP: ReverseAddress Resolution Protocol)

Algunas terminales, como por ejemplo estaciones de trabajo sindisco, desconocen su propia dirección IP cuando arrancan.

Para determinarla, emplean un mecanismo similar al ARP, peroahora el parámetro conocido es la dirección hardware de laterminal y el requerido es su dirección IP.

La diferencia básica con ARP es el hecho de que debe existir un"servidor RARP" en la red que mantenga una base de datos demapeados de direcciones hardware a direcciones de protocolo



El cálculo de direcciones inversas se efectúa del mismo modo que en ARP. Se usa el mismo formato de paquete

Una excepción es el campo "operation code" que ahora toma los siguientes valores:

3 para la petición RARP

4 para la respuesta RARP

Y, por supuesto, la cabecera "física" de la trama indicará ahora que RARP es el protocolo de nivel superior en vez de ARP o IP en el campo EtherType.



Algunas diferencias de RARP

ARP asume sólo que cada terminal conoce el mapeado entre supropia dirección hardware y de protocolo. RARP requiere uno omás terminales en la red para mantener una base de datos con losmapeados entre direcciones de red y direcciones de protocolo demodo que serán capaces de responder a solicitudes de lasterminales clientes.

La naturaleza de esta base de datos también requiere algún softwarepara crear y actualizar la base de datos manualmente.

En caso de que haya múltiples servidores RARP en la red, el clienteRARP sólo hará uso de la primera respuesta RARP que reciba a subroadcast, y desechará las otras.



Introducción al Direccionamiento IP

Como cualquier otro protocolo de capa de red, el esquema dedireccionamiento IP esta integrado a los procesos deenrutamiento de datagramas IP a través de una Interred.

Cada dirección IP tiene componentes específicos y siguen unformato básico.

Estas direcciones IP pueden ser subdivididas y utilizadas para crearsubdirecciones para subredes.


Cada dispositivo en una red TCP/IP tiene asignado una únicadirección lógica de 32 bits que esta dividida en dos partesprincipales: el número de red y el número de dispositivo.

El número de red identifica a una red y puede ser asignado por elinterNIC (Internet Network Information Center). Si la red es partede la Internet, un ISP (Internet Service Provider) pude obtenerconjuntos de direcciones de red de la interNIC y puede el mismoasignar direcciones más adelante como sea necesario.

El número de dispositivo identifica a un dispositivo en una red y esasignado por el administrador de la red local



Formato de la dirección IP

La dirección IP está conformada por 32 bits de son agrupados a suvez en 8 bits separados por puntos, y representados en formatodecimal conocido como Notación Decimal Punteada (DDN:Dotted Decimal Notation). Cada bit en el octeto tiene un pesobinario en donde el valor mínimo para un octeto es cero y el valormáximo es 255



Clases de direcciones IP

Las clases de direcciones pueden ser identificadas fácilmenteexaminando el primer octeto de la dirección , y soporta cincodiferentes clases : A, B, C, D y E.

Solamente las clases A, B, C son disponibles para uso comercial.

La clase D es para grupos Múlticast

La clase E es para Experimentación

Los bits del extremo izquierdo indican la clase de la red,proporcionando la diferenciación de las cinco clases de IP.



No todas las direcciones IP pueden ser utilizadas ya que hay querespetar algunas de uso específico generando con esto un rango dedirecciones de uso Privado las cuales se muestran a continuación(para una mayor relación sobre los rangos de direcciones privadasse puede consultar los RFC 1918, RFC3330 y RFC 3927)



Mascara de Subred

Una red IP puede ser dividida en redes mas pequeñas llamadassubred.

El subneteo provee al administrador de la red algunos beneficios,incluyendo una flexibilidad extra, mayor eficiencia en el uso delas direcciones de red y la capacidad para contener trafico debroadcast.

Las subredes están bajo la administración local. A su vez el mundoexterior ve a la organización como una red simple y no detecta laestructura interna de la organización



Una dirección de subred es creada por bits prestados del campo de dispositivo y los designa al campo de subred. El numero de bits prestados varia y es especificado por la mascara de subred creando direcciones de subred.



La mascara de subred utiliza el mismo formato y técnicas derepresentación que las direcciones IP. La mascara de subredcontiene 1’s binarios en todos los bits especificando los campos dered y subred, y 0’s binarios en todos los bits especificando el campode dispositivo



Planeación de Subredes

Se puede planear el numero de redes y subredes que sean requeridasen una clase B determinando la mascara de subred apropiada.



Así mismo se puede planear también el numero de redes y subredesque sean requeridas en una clase C




VLSM

Variable Length Subnet Masks (VLSM), es definido en 1987 en el RFC 1009.

Un ID de Red puede tener diferentes mascaras de subred entre sussubredes

Las Subredes pueden ser definidas con diferentes tamaños como seanecesario

Permite sumarización de subredes, cuando se anuncian hacia el exterior

Maximiza la eficiencia del direccionamiento y con frecuencia se la conocecomo división de subredes en subredes.

Diseña un esquema de direccionamiento que permita el crecimiento y noimplique el desperdicio de direcciones

245Ing. David T. Vargas Requena

presentacón interconectividad

Documents