u.t. 6 arquitectura de las redes de Área local: ethernet / ieee 802.x

U.T. 6

ARQUITECTURA DE LAS REDES DE ÁREA LOCAL: ETHERNET /

IEEE 802.x

Índice

• Introducción a Ethernet• Reglas del IEEE para la denominación

de Ethernet• Ethernet y el modelo OSI• Denominaciòn• Entramado de la capa 2

– Estructura de la trama de Ethernet– Campos de la trama de Ethernet

• Control de Acceso al Medio (MAC)– Reglas de MAC y detección de la colisión/postergación de la retransmisión

• Espacio entre las tramas y postergación• Tipos de colisiones• Errores de Ethernet• Auto-negociación en Ethernet

Introducción a Ethernet

• Ethernet es una familia de tecnologías• Regulan el funcionamiento de las LAN• Ethernet nació del problema de permitir que dos

o más host utilizaran el mismo medio y evitar que interfieran entre sí

• Evolución histórica:– 70’s Alohanet (Hawaii)– 80’s Primeras redes Ethernet a 10 Mbps– 1985 IEEE estandariza Ethernet en la norma IEEE 802.3– 1995 IEEE publica el estándar para Ethernet a 100 Mbps– 1998 IEEE publica el estándar para Ethernet a 1 Gbps– 2002 IEEE publica el estándar para Ethernet a 10 Gbps

• Todos los estándares son básicamente compatibles con el original

Reglas del IEEE para la denominación de Ethernet

• Nuevas variantes de Ethernet 802.3 generan suplementos al estándar

• La denominación de los suplementos es:– Agregando 1 ó 2 letras. Ej: 802.3u

– Asignando una descripción abreviada que consta de:• Un número que indica la velocidad de transmisión

• La palabra base para indicar que usa trasmisión en banda base (digital)

• Una o más letras que indican el tipo de medio usado. Ej: T- Par trenzado no blindado, F- Fibra óptica

Ethernet y el modelo OSI

• Ethernet opera en dos áreas del modelo OSI, la mitad inferior de la capa de enlace de datos, conocida como subcapa MAC y la capa física.


• Ethernet en la Capa 1 incluye las interfaces con los medios, señales, corrientes de bits que se transportan en los medios, componentes que transmiten la señal a los medios y las distintas topologías

• Ethernet en la Capa 2 soluciona las limitaciones que presenta la Capa 1


• Algunas de las tecnologías Ethernet más usadas son:

Denominaciòn

• Para permitir el envío local de las tramas en Ethernet, se debe contar con un sistema de direccionamiento, una forma de identificar los computadores y las interfaces de manera exclusiva

• Todos los dispositivos conectados a la LAN de Ethernet tienen interfaces con dirección MAC incluidas las estaciones de trabajo, impresoras, routers y switches.

Denominaciòn

• Ethernet utiliza direcciones MAC que tienen 48 bits de largo y se expresan como doce dígitos hexadecimales– Los primeros seis dígitos hexadecimales, que IEEE administra,

identifican al fabricante o al vendedor

– Los seis dígitos hexadecimales restantes representan el número de serie de la interfaz u otro valor administrado por el proveedor mismo del equipo

Entramado de la capa 2

• Entramado: proceso de encapsulamiento de la Capa 2

• Ayudan a obtener información esencial para los envíos:– Qué computadores se comunican entre sí

– Cuando comienza y cuando termina una comunicación

– Detección de errores en la comunicación

– Quién tiene el turno para el envío de datos

• Trama: es la unidad de datos del protocolo de la Capa 2

Estructura de la trama de Ethernet

• El formato de la trama Ethernet IEEE 802.3 es:– Ethernet requiere que cada trama tenga entre 64 y 1518 octetos

de longitud

Campos de la trama de Ethernet

• El contenido de los campos de la trama es:– Preámbulo es un patrón alternado de unos y ceros que se utiliza

para la sincronización de los tiempos en implementaciones de 10 Mbps y menores de Ethernet. Las versiones más veloces de Ethernet son síncronas y esta información de temporización es redundante pero se retiene por cuestiones de compatibilidad

– Delimitador de Inicio de Trama es un campo de un octeto que marca el final de la información de temporización y contiene la secuencia de bits 10101011


– Dirección destino contiene la dirección destino MAC. La dirección destino puede ser unicast, multicast o de broadcast

– Dirección de origen contiene la dirección MAC de origen. La dirección origen generalmente es la dirección unicast del nodo de transmisión de Ethernet

– Longitud/Tipo admite dos usos diferentes. Si el valor es menor a 1536 decimal, 0x600 (hexadecimal), entonces el valor indica la longitud

• tipo especifica el protocolo de capa superior que recibe los datos una vez que se ha completado el procesamiento de Ethernet

• longitud indica la cantidad de bytes de datos que sigue este campo


– Datos y relleno contiene los datos a enviar, más un relleno si es necesario para llegar a la longitud mínima de trama de 64 octetos

– FCS contiene un valor de verificación CRC de 4 bytes, creado por el dispositivo emisor y recalculado por el dispositivo receptor para verificar la existencia de tramas dañadas

Control de Acceso al Medio (MAC)

• Las tres tecnologías comunes de Capa 2 son Token Ring, FDDI y Ethernet

• Todas especifican aspectos de denominación, entramado y acceso al medio (MAC) , así como también los componentes de señalización y de medios de Capa 1


– Ethernet: topología de bus lógica (el flujo de información tiene lugar en un bus lineal) y en estrella o en estrella extendida física (cableada en forma de estrella)

– Token Ring: topología lógica de anillo (en otras palabras, el flujo de información se controla en forma de anillo) y una topología física en estrella (en otras palabras, está cableada en forma de estrella)

– FDDI: topología lógica de anillo (el flujo de información se controla en un anillo) y topología física de anillo doble (cableada en forma de anillo doble)


• El Control de Acceso al Medio (MAC) es el protocolo que determinan cuál de los computadores de un entorno de medios compartidos puede transmitir los datos

• Hay dos categorías amplias de Control de acceso al medio: – determinística (por turnos) usada por token ring y FDDI.

• Una trama especial viaja por el anillo secuencialmente a cada host si quiere transmitir lo retiene, sino lo envía al siguiente host

• Sólo un host emite cada vez entorno sin colisiones

– no determinística (el que primero llega, primero se sirve) usada por Ethernet

• El adaptador de red espera la ausencia de señal en el medio y comienza a transmitir

• Si dos nodos transmiten al mismo tiempo, se produce una colisión y ningún nodo podrá transmitir

Reglas de MAC y detección de la colisión/postergación de la retransmisión

• El protocolo de acceso al medio usado por Ethernet es CSMA/CD– Los dispositivos que quieren enviar datos escuchan en el medio

para comprobar que no está ocupado– Si está ocupado

• espera un tiempo aleatorio antes de volver a intentarlo

– Si no está ocupado • inicia la transmisión de datos y sigue escuchando para detectar si se

produce colisión

• Si las estaciones conectadas en una red operan en full duplex entonces pueden enviar y recibir de forma simultánea y no se deberían producir colisiones

Reglas de MAC y detección de la colisión/postergación de la retransmisión

– Si se produce colisión • los nodos implicados

siguen enviando un poco de tiempo más para avisar al resto

• Luego se ejecuta un algoritmo de postergación que hace que esperen un tiempo aleatorio y distinto cada nodo antes de reintentar el envío

Espacio entre las tramas y postergación

• El espacio mínimo entre dos tramas que no han sufrido una colisión recibe el nombre de espacio entre tramas– Se mide desde el último bit del campo de la FCS de la primera

trama hasta el primer bit del preámbulo de la segunda trama

– El propósito del intervalo es permitir que las estaciones lentas tengan tiempo para procesar la trama anterior y prepararse para la siguiente trama.

Espacio entre las tramas y postergación

• La postergación es el tiempo que espera una estación involucrada en una colisión antes de volver a intentar transmitir datos– Es un tiempo aleatorio para evitar que dos estaciones esperen el

mismo tiempo

– Este tiempo es mayor si se siguen produciendo colisiones

– Este tiempo se calcula en base al valor de la ranura temporal

– Si tras 16 intentos no se envía la trama, se descarta

Tipos de Colisiones

• Según la frecuencia con qué se produzcan las colisiones pueden ser:– Simple: es una colisión que se detecta al tratar de transmitir una

trama, pero en el siguiente intento es posible transmitir la trama con éxito

– Múltiple: indica que la misma trama colisionó una y otra vez antes de ser transmitida con éxito

• Como resultado de una colisión se generan fragmentos de colisión– tramas parciales o corrompidas de menos de 64 octetos y que

tienen una FCS inválida

Errores de Ethernet

• Las siguientes son las fuentes de error de Ethernet– Colisión o runt: Transmisión simultánea que se produce antes de

haber transcurrido la ranura temporal.– Colisión tardía: Transmisión simultánea que se produce después

de haber transcurrido la ranura temporal.– Errores de intervalo, trama larga, jabber: Transmisión

excesiva o ilegalmente larga.– Trama corta, fragmento de colisión o runt: Transmisión

ilegalmente corta.– Error de alineamiento: Número insuficiente o excesivo de bits

transmitidos.• Esto es causado a menudo por controladores de software dañados, o

una colisión, y con frecuencia viene acompañado por una falla de la checksum de FCS.

Errores de Ethernet

– Error de intervalo: El número real y el informado de octetos en una trama no concuerda.

– Fantasma o jabber: Preámbulo inusualmente largo o evento de congestión.

– Error de FCS: Transmisión dañada. • La checksum que calcula la estación receptora no concuerda con la

checksum que adjunta la estación transmisora al extremo de la trama• Una gran cantidad de errores FCS provenientes de una sola estación

indican, por lo general, una NIC defectuosa y/o falla o corrupción en los controladores del software, o un cable defectuoso que conecta esa estación a la red.

• Si los errores FCS están asociados con muchas estaciones, por lo general, pueden rastrearse a la presencia de un cableado defectuoso, una versión defectuosa del controlador de la NIC, un puerto de hub defectuoso o a ruido inducido en el sistema de cables.

Auto-Negociaciòn de Ethernet

• La auto-negociación es un método para configurar de forma automática una interfaz dada para que concordara con la velocidad y capacidades de la interfaz en el otro extremo del enlace – Permite que las tecnologías a 10, 100 y 1000 Mbps puedan

operar tanto con las demás como directamente

– La configuración incluye el negociado de la velocidad y del modo de envío (half-duplex o full-duplex), según el siguiente orden de prioridad:

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