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Topologias de red

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REDES DE AREA LOCAL

ASIR-PAR 4Tema 4. REDES DE AREA LOCALUna Red de rea Local ( LAN, Local Area Network ) es una red informtica de comunicacin que se extiende por una rea geogrfica limitada. En ella los datos se mueven a decenas e incluso centenares de megabits por segundo.Las redes locales utilizan medios de transmisin tales como: cable coaxial, par trenzado, fibra ptica, aire..Topologia de las redes localesLatopologadefine la estructura de una red. La definicin de topologa est compuesta por dos partes, la topologa fsica, que es la disposicin real de los cables (los medios) y la topologa lgica, que define la forma en que los hosts acceden a los medios. Las topologas fsicas que se utilizan comnmente son de bus, de anillo, en estrella, de las que derivan otras secundarias: en estrella extendida, jerrquica y en malla.

La topologa de bus utiliza un nico segmento backbone (longitud del cable) al que todos los hosts se conectan de forma directa. La topologa de anillo conecta un host con el siguiente y al ltimo host con el primero. Esto crea un anillo fsico de cable. La topologa en estrella conecta todos los cables con un punto central de concentracin. Por lo general, este punto es un hub o un switch.Correspondencia de las redes locales dentro de los niveles ISO/OSILa mayor parte del trabajo de estandarizacin de las redes locales ( LANs) lo llevo a cabo el comit 802 del IEEE. Recogen las funciones de los 2 primeros niveles del modelo de referencia OSI.

Como se puede ver en la imagen IEEE distingue 2 subniveles dentro del nivel 2 de enlace del modelo OSI. El MAC encargado del mecanismo de acceso al medio fsico y los formatos de tramas y el subnivel LLC ( control de enlace lgico ) encargado de la gestin de las tramas y el control de errores.Hay un estndar separado para cada tipo de control de acceso al medio que normalmente cubre algunos aspectos tambin que podran ser considerados parte del nivel fsico:802.3 = CSMA/CD802.4 = Bus con paso de testigo802.5 = Anillo con paso de testigo802.6 = Redes de rea metropolitana o bus de banda ancha802.11 = MACA ( wifi )Ethernet y el IEEE 802.3Ethernet (tambin conocido como estndar IEEE 802.3) es un estndar de transmisin de datos para redes de rea local que se basa en el siguiente principio:Todos los equipos en una red Ethernet estn conectados a la misma lnea de comunicacin compuesta por cables cilndricosSe distinguen diferentes especificaciones de tecnologa Ethernet segn el tipo y el dimetro de los cables utilizados: Base, es debido a que la informacin en una red local se transmite en banda base codificada mediante el cdigo manchester. 10Base2: el cable que se usa es un cable coaxial delgado. La topologa fsica de esta red es en bus. 10Base5: el cable que se usa es un cable coaxial grueso. La topologa fsica de esta red es en bus. 10Base-T: se utilizan dos cables trenzados (la T significa twisted pair) y alcanza una velocidad de 10 Mbps. Al usar cable de par trenzado, la topologa es en estrella. 100Base-FX: permite alcanzar una velocidad de 100 Mbps al usar una fibra ptica multimodo (la F es por Fiber). FastEthernet 100Base-TX: similar a 10Base-T con velocidad 10 veces mayor (100 Mbps).FastEthernet 1000Base-T: utiliza dos pares de cables trenzados de categora 5e y permite una velocidad de 1 gigabite por segundo. GigabitEthernet 1000Base-SX: se basa en fibra ptica multimodo y utiliza una longitud de onda corta (la S es por short) de 850 nanmetros (770 a 860 nm). GigabitEthernet 1000Base-LX: se basa en fibra ptica multimodo y utiliza una longitud de onda larga (la L es por long) de 1350 nanmetros (1270 a 1355 nm).

FORMATO DE LAS TRAMAS ETHERNET Y IEEE 802.3

Los campos de trama Ethernet e IEEE 802.3 son los siguientes: - Prembulo: cadena de bits empleada para la sincronizacin y para delimitar el comienzo de la trama. Consta de 7 bytes ( 10101010 ) y uno de comienzo de trama( 10101011 ).- Direcciones destino y origen: vienen determinadas por las direcciones MAC nicas de cada tarjeta de red (6 bytes en hexadecimal). Los primeros 3 bytes de las direcciones son especificados por IEEE segn el proveedor o fabricante. El proveedor de Ethernet o IEEE 802.3 especifica los ltimos 3 bytes, nunca pueden existir 2 tarjetas ethernet con la misma direccin. La direccin origen siempre es una direccin nica (de nodo nico). La direccin destino puede ser nica, de broadcast mltiple (grupo) o de broadcast (todos los nodos). - Tipo (Ethernet): el tipo especifica el protocolo de capa superior que recibe los datos una vez que se ha completado el procesamiento Ethernet. - Longitud (IEEE 802.3): la longitud indica la cantidad de bytes de datos que sigue este campo. - Datos (Ethernet): una vez que se ha completado el procesamiento de la capa fsica y de la capa de enlace, los datos contenidos en la trama se envan a un protocolo de capa superior, que se identifica en el campo tipo. Aunque la versin 2 de Ethernet no especifica ningn relleno, al contrario de lo que sucede con IEEE 802.3, Ethernet espera por lo menos 46 bytes de datos. - Datos (IEEE 802.3): una vez que se ha completado el procesamiento de la capa fsica y de la capa de enlace, los datos se envan a un protocolo de capa superior, que debe estar definido dentro de la porcin de datos de la trama. Si los datos de la trama no son suficientes para llenar la trama hasta una cantidad mnima de 64 bytes, se insertan bytes de relleno para asegurar que por lo menos haya una trama de 64 bytes (tamao mnimo de trama). - Secuencia de verificacin de trama (CRC): esta secuencia contiene un valor de verificacin CRC (Control de Redundancia Cclica) de 4 bytes, creado por el dispositivo emisor y recalculado por el dispositivo receptor para verificar la existencia de tramas daadas. Mecanismo de acceso al medio CSMA/CDEl mecanismo de acceso al medio utilizado por Ethernet es CSMA/CD (del ingls Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) o, en espaol, acceso mltiple con escucha de portadora y deteccin de colisiones. En CSMA/CD, los dispositivos de red escuchan el medio antes de transmitir, es decir, es necesario determinar si el canal y sus recursos se encuentran disponibles para realizar una transmisin. Adems, mejora el rendimiento de CSMA finalizando el envo cuando se ha detectado una colisin.

El protocolo CSMA/CD puede estar basado en cualquiera de los siguientes procedimientos:CSMA 1-persistente: cuando una estacin quiere transmitir, primero escucha el canal. Si ste est libre entonces transmite inmediatamente. En el caso contrario permanece a la escucha hasta que est libre. En el momento en el que la estacin considere que el canal est disponible, se transmite inmediatamente. El problema radica en que varias estaciones pueden estar esperando a que el canal est libre para transmitir, dando lugar a una colisin de sus tramas.CSMA no persistente: funciona de forma anloga al anterior excepto en el hecho de que cuando detecta que el canal est ocupado, en vez de permanecer a la espera escuchndolo, espera un tiempo aleatorio y vuelve a escuchar el canal. Con este mtodo se reducen las colisiones si el trfico es elevado, mejorndose la utilizacin del canal. Sin embargo aumentan los retardos para cargas de trfico bajas.CSMA p-persistente: al igual que en los casos anteriores se escucha el canal, sin embargo si ste est libre, en vez de transmitir inmediatamente, se transmite con una probabilidad p, o bien se retrasa la emisin una ranura temporal con una probabilidad q=1-p . Esta ranura temporal suele ser igual al mximo retardo de propagacin de la seal.Ningn mtodo evita totalmente las colisiones. Habitualmente suele ser utilizado el protocolo 1-persistente, pues es empleado en el estndar IEEE_802.3El CSMA/CD aade una nueva caracterstica al 1-persistente la deteccin de colisin (CD).La estacin a la vez que transmite escucha el canal y compara la seal con la del mensaje enviado, si es distinta o detecta niveles elevados de tensin, detecta la colisin y proceder a enviar un mensaje de jam ( atasco ) de 32 bits al resto de estaciones para notificar dicho evento. Una vez que todas las estaciones han sido notificadas, automticamente se paran todas las transmisiones y se ejecuta un algoritmo que consiste en esperar un tiempo aleatorio antes de volver a intentar la transmisin. Tras 16 intentos fallidos, el algoritmo notificar un error a las capas superiores, esto puede suceder en condiciones de trfico intenso.LA OPCIN CSMA/DCR EN REDES ETHERNETCon el fin de salvar el inconveniente de que el tiempo mximo de una trama no est acotado, se han buscado alternativas al mecanismo de acceso al medio CSMA/CD. Una de estas alternativas es el mecanismo CSMA/DCR (Deterministic Collision Resolution).Se trata de un mtodo idntico al estndar de Ethernet, excepto en el mecanismo de resolucin de las colisiones. El perodo de resolucin de una colisin se divide en un nmero programable de slots, asignndosele un slot a cada estacin. El primer slot comienza inmediatamente despus de que el canal queda libre, tras la seal de jam y el tiempo de espera obligado de canal en silencio entre paquetes. Cada estacin slo emitir en el slot que le corresponda. Todas las estaciones han de detectar la colisin, incluso las que no participan en ella, de manera que tambin stas podrn transmitir en su slot correspondiente.Cuando las condiciones de carga son suficientemente altas, los perodos de colisin se suceden sin perodos intermedios, dando lugar a una especie de multiplexacin en el tiempo del canal de transmisin.

Problemtica en redes inalmbricasEn las redes inalmbricas proceder a la escucha del medio y por lo tanto detectar las colisiones producidas, puede resultar complicado. Esto se manifiesta en dos problemticas: Problema del nodo oculto: una estacin puede creer que el canal (medio) est libre cuando en realidad est ocupado por otra estacin a la que no oye. En la siguiente imagen se muestra como A y C transmiten hacia B ya que ambos detectaron que el canal estaba libre. Sin embargo B escucha a ambos nodos, dando lugar a una colisin.

Problema del nodo expuesto: una estacin puede creer que el canal est ocupado cuando en realidad lo est ocupando otra estacin que no interferira en su transmisin a otro destino. En la figura se muestra como B est comunicndose con A. Como C detecta que el canal est ocupado, no puede transmitir hacia D, cuando lo idneo sera que s pudiese

Estos problemas fueron resueltos con la implementacin del protocolo CSMA/CA ( MACA ) (MultiAccess Collision Avoidance)Para enviar una trama, el equipo origen primero enva una trama corta de control de solicitud de transmisin RTS (Request To Send). Si el equipo destino recibe esta trama significa que est preparado para recibir una trama. Este equipo devolver una trama de contestacin: preparado para transmitir CTS (Clear To Send) o receptor ocupado (RxBUSY). Si la respuesta es afirmativa el equipo origen transmite la trama en espera (DATA). Si el equipo destino recibe correctamente el mensaje contesta con la trama de confirmacin positiva ACK (ACKnowledged) y si no la recibe correctamente contesta con la trama de confirmacin negativa NAK (NAKnowledged) y el equipo origen tratar de volver a enviarlo.

nodo oculto con MACAEl CTS de B llega a C, por lo que espera para transmitir.

nodos expuestos con MACAC no oye el CTS de A, por lo que puede intentar su RTS a D, que ser respondido por D y se enviaran los datos.