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Tema 6

Norma IEEE 802.3

Curso 2012/2013 ARC1

Este material está basado en el realizado por la Prof. Ana Verónica Medina Rodríguez en cursos anteriores

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Índice Introducción.

Nivel Físico Alternativas a 10 Mbps.

10base5.

10base2.

10baseT.

Otras alternativas Fast Ethernet

Gigabit Ethernet

10 Gigabit Ethernet

Autonegociación.

Subnivel MAC Formato MAC_PDU

Control de Acceso al medio.

Direccionamiento lógico. Ethertype

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Introducción

Normas LAN/MAN

LLC

MAC

FÍSICO

IEE

E 8

02.3

4

1973, Robert Metacalfe desarrolló el primer sistema Ethernet para Xerox.

1979, Digital, Intel y Xerox (DIX) publican Ethernet versión 1 (libro azul).

1980, IEEE crea el proyecto 802.

802.3 incompatible con especificación libro azul.

1982, DIX publica Ethernet (v2.0), compatible con 802.3.

1983, IEEE aprueba 802.3

Hoy en día, El término ethernet se utiliza para referirse a la norma IEEE

802.3.

Introducción

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Introducción

Estructura de la norma

LLC

MAC

FÍSICO

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Introducción

Subnivel MAC:

Ofrece a su nivel superior un servicio no orientado a la conexión

MAC_CONTROL:

Opcional, se encarga de implementar un mecanismo de control de flujo en

el caso de que se opere en modo full-duplex.

MAC_MEDIA ACCESS CONTROL:

Realiza las funciones de nivel de enlace de datos (orientado al bit):

Sincronismo de trama.

Direccionamiento físico.

Detección de errores.

Control de acceso al medio (Coordinación del enlace).

Direccionamiento lógico.

No siempre

MAC_CONTROL(OPTIONAL)

MAC-MEDIA ACCESS CONTROL

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Introducción Nivel Físico:

Ofrece al subnivel MAC un servicio de envío/recepción

de bits además de:

Avisar si hay actividad en el medio (señal CS).

Avisar si se han detectado colisiones (señal CD).

Está estructurado en capas:

PLS (Physical Layer Signaling): Interfaz con subnivel MAC.

PMA (Physcal Medium Attachment): Conexión física, incluye

la MAU (Medium Attachment Unit).

MDI (Medium Dependent Interface): Conector.

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Nivel Físico

Nomenclatura

Hasta 10 Mbps (coaxial).

VBANDAD.-

V: Velocidad. Mbps

Banda: Base o Ancha.

D: Distancia en múltiplos de 100 metros de un segmento*.

10BASE5

10 Mbps.

Banda Base

500 metros.

* Trozo de medio guiado al que se conectan MAUs sin repetidores.

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Nivel Físico

Nomenclatura

≥ 10 Mbps (par trenzado, fibra óptica).

VBANDALN.-

V: Velocidad. Mbps

Banda: Base o Ancha.

L: Tipo medio transmisión. T par trenzado, <> T fibra óptica.

N: Número o X. Un número indica el número de pares utilizados, una

X que se usa dos enlaces físicos uno para recibir y otro para

transmitir.

1000BASELX

1Gbps.

Banda Base

Fibra óptica

Dos enlaces.

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Alternativas nivel físico a 10 Mbps

Todas operan a 10 Mbps

Usan señalización Manchester.

Usan topología en bus o estrella.

Un segmento en bus permite conectar múltiples MAUs.

Un segmento en estrella permite conectar sólo dos

MAUs.

Limitado el número máximo de segmentos que

puede haber entre cualquier pareja de estaciones.

Regla 5-4-3

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Alternativas del nivel físico 10 Mbps

Alternativa Longitud

segmento

Número MAU por

segmento

Tipo de cable

/Topología

10Base5 500m 100 MAU Coaxial / Bus

10Base2 185m 30 MAU Coaxial /Bus

10BaseT 100m 2 MAU TP Cat3 /Estrrella

• Se pueden combinar, siempre que no se

supere el límite de estaciones ni la regla 5-4-3.

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10baseT.

De los ocho contactos del MDI sólo 4 se utilizan para Rx y Tx

De los cuatro pares de cable par trenzado sólo se utilizan dos.

Los pares utilizado para Tx y Rx son par 2 y par 3.

Existe una norma en la que se indica como se inserta el cable par trenzado en

el conector RJ-45.

PIN SEÑAL CONECTOR

1 TD+

2 TD-

3 RD+

4 No usado en 10baseT


6 RD-



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Alternativas del nivel físico 10Mbps

10baseT. Función de cruce1.

Para que dos MAUs puedan comunicarse es necesario que

el Tx de un extremo se conecte al Rx del otro y viceversa.

Si una de las MAUs del segmento hace internamente el cruce se

requiere un cable directo.

Viene etiquetada como X.

Los HUBs/SWITCH implementan el cruce en cada puerto

El cable debe implementar el cruce si las dos MAUs del

segmento no implementan el cruce (Por ejemplo: Tarjetas de

red).

Existen MAUs que realizan el cruce automáticamente.

Etiquetadas como AUTO-MDI-X.

1para todas las alternativas con topología en estrella

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Alternativas del nivel físico 10Mbps 10baseT. Hubs

Para facilitar la instalación y que todos los cables sean

directos los hubs vienen con un puerto especial

conocido como Uplink.

Dos jack RJ-45 (uno con cruce otro sin)

Un botón/palanca que active/desactive cruce.

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Alternativas del nivel físico 10Mbps

Repetidores a 10 Mbps.

Es posible que los repetidores dispongan de más de

dos puertos.

Permite aumentar el número de estaciones que se pueden

conectar.

Máximo limitado a 1024.

Cada puerto del repetidor puede operar según las

características de las distintas alternativas del nivel físico a

10 Mbps. Repetidor Multipuerto

Nota: Hub = Repetidor multipuerto

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Ejemplo 10base2 y 10base5.

¿Cuántos segmentos hay?

¿Cuántas estaciones se pueden conectar como máximo?

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Ejemplo 10baseT.



¿Cómo será el cable que conecte las estaciones al HUB? ¿Y el que conecte los dos HUBs?

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Regla 5-4-3 (10 Mbps).

Dos estaciones estarán separadas, como máximo, por

5 segmentos, 4 repetidores y sólo tendrán estaciones 3

de ellos en el caso de la topologías en bus.

Limita la distancia máxima (diámetro de la red)


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Regla 5-4-3 (10 Mbps).


¿Posible?

¿Posible?

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Ejemplo.


¿Sé incumple regla 5-4-3?


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Otras alternativas del nivel físico

Utilizan codificaciones especiales para aprovechar mejor el ancho de banda disponible.

Topología en Estrella. Nodo central hub

Funcionan en half-duplex

Medios de transmisión: Cable par trenzado.

Fibra óptica

Velocidades de transmisión: 100 Mbps conocida como Fast Ethernet

1 Gbps conocida como Gigabit Ethernet

10 Gbps conocida como 10 Gigabit Ethernet

Alternativas a 100Mbps

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Alternativa Longitud

segmento

Número MAU por

segmento

Tipo de cable

(mínimo)

100BaseTx 100m 2 MAU TP Cat 5

100BaseFx 412m 2 MAU F/O

100BaseT4 100m 2 MAU TP Cat 3

En todas ellas se usa una topología en estrella

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Alternativas a 100Mbps

Límite de hubs a 100Mbps

No se aplica 5-4-3, sino otro límite:

Dependiendo del tipo de hub puedo tener uno o dos.

2 tipos:

Transición. Soporta todos los niveles físicos.

Traducen las señales entrante en una señal digital que recodifican de

nuevo.

Introduce mayor retardo

Clase I.

Uno por dominio de colisión

Transparentes. Soporta solo TX y FX

Se permiten 2 por dominio de colisión

Clase II.

I

II

Distancia máxima

Conexión Par Trenzado

TX

Fibra Par Trenzado

T4

DTE-DTE 100 412 100

1 HUB I 200 272 200

1 HUB II 200 320 X

2 HUB II 205 228 X

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Alternativas > 100Mbps

Gigabit Ethernet (1000Mbps): Sólo un Hub por dominio de colisión.

200 metros distancia máxima par trenzado.

Permite usar F/O o TP (1000BaseT, Cat5e o superior).

10 GigabitEthernet: Solo funciona en modo FDX.

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Autonegociación

Sólo aplicable a las topologías en estrella con par trenzado.

Permite que los dispositivos (MAU) “negocien” la velocidad (10/100/1000/etc), el modo de operación (HDX/FDX) y el uso o no de control de flujo.

Se elige la mejor opción que soporten las dos MAU.

No se comprueba el cable.

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Subnivel MAC Implementa sólo algunas funciones del nivel de

enlace de datos de OSI: Sincronismo de trama.

Se utiliza la técnica de Flag (sólo comienzo trama).

Detección de errores.

Técnica del CRC.

Control de acceso al medio

Técnica de Contienda.

Algoritmo CSMA/CD.

Esta función está deshabilitada en el caso de operación modo full-duplex.

Direccionamiento físico

Se identifica tanto al origen como al destino.

Direccionamiento lógico.

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Subnivel MAC

1 Octets = bytes 2 Los bits se transmite de izquierda a derecha 3 Los bytes se transmiten de arriba hacia abajo

1

2

3

Formato MAC_PDU.

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Subnivel MAC 7 BYTES a 10101010

1 BYTE a 10101011

LONGITUD: 0-1500

TIPO: ≥ 1536 CLASE DE SDU (Multiplexión)

1518 ≥ nº bytes ≥ 64

CRC DE 32 BITS

IDENTIFICADOR DESTINO/ORIGEN

SDU

RELLENO HASTA COMPLETAR 46 BYTES

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Direccionamiento lógico Sirve para identificar a los posibles protocolos de nivel

superior que puedan utilizar los servicios de un

determinado nivel.

Identificar a los distintos usuarios de los servicios de un

determinado nivel.

IEEE 802.3 no siempre tiene como usuario al subnivel LLC. Existen muchos “protocolos” que se diseñaron para usar los servicios de 802.3

(ethernet), por ejemplo, protocolos de la arquitectura TCP/IP (Internet).

Éstos se identifican con un número de 16 bits conocido como Ethertype.

IEEE se encarga del registro

El campo longitud/tipo de la MAC_PDU 802.3 permite identificar al cliente de 802.3. Valor entre 0-1500, subnivel LLC.

Valor mayor 1536, protocolo cuyo ethertype coincide con el valor campo longitud/tipo.

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Subnivel MAC: Control de Acceso al Medio

CSMA/CD

Se utiliza como técnica de acceso al medio la

técnica de contienda.

Está se basa en el algoritmo CSMA/CD.

CS, Carrier Sense, detección de portadora.

Capacidad de detectar que el medio está ocupado

MA, Multiple access, acceso múltiple.

Medio físico compartido por muchas estaciones

CD, Detección de colisiones

Capacidad de una estación de detectar las colisiones cuando

estaba intentando transmitir.

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Subnivel MAC: Control de Acceso al Medio Funcionamiento básico algoritmo CSMA/CD:

Una estación antes de transmitir una trama comprueba

que el medio no está ocupado.

Si está libre, comienza transmitir la trama (señal CS no activa).

Si está ocupado, espera hasta que esté libre (señal CS activa).

Una vez iniciada la transmisión de una trama comprueba

que ésta no colisione con la transmisión de otra/s

estación/es.

Si no detecta colisión implica que ha ganado la contienda por el

medio (señal CD no activa).

En el caso contrario (señal CD activa), aborta la transmisión de

la trama, y espera durante un tiempo antes de un nuevo intento.

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Subnivel MAC: Control de Acceso al Medio Transmisión de una MAC_PDU (trama MAC)

El subnivel MAC antes de enviar bits de una trama al

nivel físico verifica la señal CS.

Si está activa (medio ocupado) espera.

En caso contrario, empieza a enviar bits de la trama al nivel

físico.

A B C D E

¿En que instante de tiempo todas las estaciones tienen activa CS?

D envía una trama

Trama

CS activa

CS NO activa

Transmisión de una MAC_PDU (trama MAC)

El subnivel MAC una vez iniciada la transmisión de una

trama comprueba la señal CD.

Si se activa (colisión) dentro de un periodo de tiempo,

abortaría la transmisión, enviaría una secuencia de refuerzo

de colisión (jam) y esperaría un tiempo aleatorio antes de un

nuevo intento.

En caso contrario, habría ganado la contienda, dejaría de

comprobar CD y finalizaría la transmisión de la trama.

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34 D y C envían una trama

Subnivel MAC: Control de Acceso al Medio Transmisión de una MAC_PDU (trama MAC)

El algoritmo CSMA/CD necesita tener limitado el tiempo

máximo (Tc) en el que es posible que se pueda activar CD.

Solo se comprueba CD durante ese tiempo, se gana la contienda por

el medio cuando no se activa.

Como mínimo una estación debe estar transmitiendo durante ese tiempo

(de lo contrario no detectaría la colisión).

A B C D E

¿Cuál es la peor situación?

Trama

Colisión

¿Cuándo se activará CD en D?

¿Cuándo se activará CD en C?

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El cálculo de Tc debe incluir todos aquellos elementos

que introducen algún retardo.

Medio físico, Repetidores, etc.

Siempre es igual al tiempo de “ida y vuelta” de la señal

(considerando las dos estaciones más alejadas).

Ej: Si tengo 4 repetidores (5 segmentos):

Tc=2*(5*Tp-segmento+4*Trepetidor).

Solo depende de la distancia entre las dos estaciones más

alejadas (y de los retrasos en los repetidores).

Para que CSMA/CD funcione, necesito que el

Tx(trama_mínima) >= Tc

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CSMA/CD

Transmisión de una MAC_PDU (trama MAC)

Para 802.3, Tc está limitado al tiempo que se tarda en

transmitir 512 bits.

Para una Vt=10 Mbps sería 51,2 microsegundos.

Ese tiempo se calculó para la alternativa 10base5 teniendo en cuenta la

regla 5-4-3.

No obstante, en lo que respecta a la asignatura, consideraremos

que en el tiempo que se tarda en transmitir 512 bits se recorre dos

veces la distancia máxima posible entre dos estaciones

cualesquiera para cualquier alternativa de nivel físico

considerando, además, despreciables los retardos introducidos por

repetidores y AUI.

Como mínimo una estación debe estar transmitiendo durante ese

tiempo (tamaño mínimo de trama).

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Bibliografía

Forouzan Behrouz A. Transmisión de Datos y Redes de Comunicaciones. Mc. Graw Hill, 2001.

William Stallings. “Comunicaciones y Redes de Computadores”. 5º, 6ª, 7ª edición. Prentice Hall. 2000.

[SPIN98]: Byron L. Spinney. "Ethernet Tips and Techniques". 3ª edición. Prentice Hall. 1998.

[SPUR00]: Charles E. Spurgeon. "Ethernet . The Definitive Guide". O'Reilly. 2000.

[ISO8802-3]: ISO/IEC 8802-3:2005 Information technology -- T&I LAN/MAN -- Specific requirements -- Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications

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