2.I.1 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Redes de Computadores Tema 2: Redes de área local Parte I: LANs cableadas.

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1 2.I.1 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Redes de Computadores Tema 2: Redes de área local Parte I: LANs cableadas

2 2.I.2 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Contenido PARTE I: RALs cableadas 1.Concepto de red de área local 2.Caracterización de las RAL 3.Modelo de referencia IEEE 802.X 4.IEEE 802.3 / Ethernet 5.Interconexión de RAL PARTE II: RALs inalámbricas 6.WLAN 7.Arquitectura de protocolos 802.11x

3 2.I.3 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I 1. Concepto de red de área local Concepto de LAN Red de difusión LAN: pros y contras

4 2.I.4 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Concepto de red de área local LAN  Una red de área local es una red de ordenadores restringida a una superficie geográfica limitada (casa, oficina, laboratorio, edificio,….) Las LANs pueden usar dos técnicas de transmisión: redes de difusión y redes punto a punto. Normalmente suelen emplear la tecnología de difusión La velocidad de las LAN es muy superior a las WAN

5 2.I.5 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Red de área local Punto a punto  En la red LAN de punto a punto todas las computadoras actúan como clientes o servidores no dedicados. Es decir, no son servidores pero pueden actuar como tales. Complejidad de una red mallada Nº nodosNº Enlaces 2 nodos1 enlaces 3 nodos3 enlaces 4 nodos6 enlaces 10 nodos45 enlaces 100 nodos4.950 enlaces 1.000 nodos499.500 enlaces 10.000 nodos49.995.000 enlaces 100.000 nodos4.999.950.000 enlaces

6 2.I.6 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Redes de difusión Características  Características: Los datos emitidos por un transmisor son recibidos por cualquier terminal conectado a la red El medio físico (canal) es compartido mediante Técnicas de Acceso al Medio No hay conmutación Red cableada en busRed cableada en anillo Red satelitalRed inalámbrica

7 2.I.7 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Redes de difusión Control de acceso al medio  Control de Acceso al Medio: Es el conjunto de mecanismos y protocolos a través de los cuales varios sistemas (ordenadores, teléfonos móviles, etc.) se ponen de acuerdo para compartir un medio de transmisión común (cableado o inalámbrico)  Hay dos métodos de control de acceso de medios de comunicación para medios compartidos: Controlado: Cada nodo tiene su propio tiempo de usar el medio (pe. paso de testigo) Basado en contención: Todos los nodos compiten por el uso del medio (CSMA, CSMA/CD) Tengo que enviar un paquete, pero aún no es mi turno… Esperaré. No tengo nada que enviar. Es mi turno para enviar. Transmitiré una trama ahora. Trama Estoy preparado. Transmitiré ahora Transmitiré cuando esté preparado. Estoy preparado. Transmitiré ahora Trama colisión Acceso controlado Acceso basado en la contención

8 2.I.8 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Redes de área local Pros y contras

9 2.I.9 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I 1. Caracterización de las LANs Topología Medio de transmisión Control de acceso al medio

10 2.I.10 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Caracterización de las LAN  Topología: Forma de conectar las estaciones de la LAN garantizando interconexión total. Topología física (forma en la que se interconectan las estaciones) Topología lógica (la que define la forma en que los hosts acceden a los medios para enviar datos).  Medios de transmisión: Realizan la conexión física entre las distintas estaciones o equipos de la red (cable coaxial, trenzado, FO, Wireless).  Control de acceso al medio: Regula el acceso de las estaciones al medio compartido (Token, CSMA,)

11 2.I.11 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Topologías lógicas  La topología lógica de una red es la forma en que los hosts se comunican a través del medio.hosts La topología de difusión (broadcast): en ella que cada host envía sus datos hacia todos los demás hosts del medio de red. La topología transmisión de tokens : controla el acceso a la red mediante la transmisión de un token electrónico a cada host de forma secuencial. Cuando un host recibe el token, ese host puede enviar datos a través de la red.host

12 2.I.12 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Topologías físicas Bus Anillo Estrella Árbol Mallada

13 2.I.13 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Topología física LAN en bus  Todas las estaciones se encuentran directamente conectadas, a través de interfaces físicas a un medio de transmisión lineal o bus común  Una transmisión desde cualquier estación se propaga a través del medio en todos los sentidos y es recibida por el resto de estaciones  Medios de transmisión: par trenzado, cable coaxial y FO A C B D

14 2.I.14 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Topología física LAN en anillo  En la topología en anillo, la red consta de un conjunto de repetidores unidos por enlaces punto a punto formando un bucle cerrado. Cada estación se conecta a la red mediante el repetidor.  La transmisión es unidireccional  El protocolo de control de acceso al medio más usual es el de paso de testigo. T T T T Testigo

15 2.I.15 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Topología física LAN en estrella  Una red en estrella es una red en la cual las estaciones están conectadas directamente a un punto central y todas las comunicaciones se han de hacer necesariamente a través de éste.  Con frecuencia, desde el punto de vista lógico, tiene una topología de difusión.  Control de acceso al medio: CSMA/CD SwitchHub

16 2.I.16 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Medios de transmisión Cable coaxial  Características: Velocidad: 10 Mbps Impedancia: 50 ohms (digital) Distancias: 100m (10base2) y 500m (10base5) Chaqueta exterior (PVC) Núcleo (Cu o acero cobreado Aislante interno (PVC o teflón) Malla trenzada (Cu o Al) C Conector BNC

17 2.I.17 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Medios de transmisión Par trenzado  Características Velocidad: hasta 10 Gbps Pares trenzados de cobre Distancias: 100 mts Conector RJ45 2 clases: apantallado (STP) y no apantallado (UTP) Par de Cu) Recubrimiento externo C Conector RJ45

18 2.I.18 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Medios de transmisión Fibra óptica  Características Velocidad: hasta 10 Gbps Tipos: monomodo y multimodo Fuente de luz: laser o LED Distancias: 400 Kms (FO monomodo) Flexible y ligera Núcleo robustecimiento de la FO) Recubrimiento Cubierta Núcleo

19 2.I.19 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Redes de medio compartido  Las redes de acceso múltiple compartido se distinguen en que: la transmisión de cada estación es “oída” por el resto de las estaciones Si dos estaciones trasmiten al mismo tiempo se produce una colisión  Por ello se precisa un protocolo de acceso al medio (MAC) Red de medio compartido

20 2.I.20 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Caracterización de las LANs Control de acceso al medio (MAC)  El control de acceso al medio es el conjunto de mecanismos y protocolos a través de los cuales varios “equipos" (dispositivos de red, ordenadores, teléfonos móviles, etc.) se ponen de acuerdo para compartir un medio de transmisión común

21 2.I.21 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Control de acceso al medio Protocolos de acceso aleatorio [1]  En las técnicas denominadas de acceso aleatorio o de contención, no existe un tiempo preestablecido o predecible para que las estaciones transmitan, sino que las transmisiones se organizan aleatoriamente. En este sentido, las estaciones compiten para conseguir el acceso al medio (contención).  La principal ventaja de las técnicas de contención es su sencillez, porque pueden ser fácilmente implementadas. Estas técnicas funcionan eficientemente bajo carga a moderada, pero el rendimiento cae rápidamente bajo carga pesada. Estoy preparado. Transmitiré ahora Transmitiré cuando esté preparado. Estoy preparado. Transmitiré ahora Trama colisión Acceso basado en la contención

22 2.I.22 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Control de acceso al medio Protocolos de acceso aleatorio [2]  Aloha Simple Las estaciones transmiten en cualquier instante.  Aloha Ranurado Las estaciones transmiten durante unas determinadas ranuras, intervalos o slots de tiempo.  CSMA: Carrier Sense Multiple Access Las estaciones "escuchan" la portadora por si hay alguna otra estación transmitiendo antes de transmitir ellas mismas.  CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection Las estaciones "escuchan" la portadora antes de transmitir, y detectan colisiones durante la transmisión.  CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) Acceso múltiple con escucha de portadora y evasión de colisiones,

23 2.I.23 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Control de acceso al medio Protocolos de paso de testigo  Cuando ninguna estación quiere transmitir la trama de testigo circula con el indicador de vacío.  Si una estación desea transmitir, cambiará la indicación de testigo libre por la de ocupado y comenzará a transmitir.  Cada estación puede funcionar en uno de los dos modos siguientes: Modo a la escucha o Modo transmisión. Las estaciones están conectadas a un bus común pero funcionan como si estuvieran conectadas en anillo Anterior Siguiente T T T T Testigo T T Anterior Siguiente

24 2.I.24 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I 3. Modelo de referencia IEEE 802.x

25 2.I.25 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I El modelo de IEEE 802.x Introducción  El objetivo de la familia de estándares IEEE 802 fue conseguir un modelo multifabricante para el diseño de LANs  Durante el desarrollo de IEEE 802 se siguió el modelo OSI. Aunque se decidió descomponer las capas 1 y 2. Capas superiores Enlace Físico Modelo OSI Modelo 802 LLC: logical link control MAC: media access control Alcance de OSI Alcance de 802 PS: physical signaling AUI: access unit interface PMA: phy. médium attach.

26 2.I.26 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Modelo de referencia 802.x  El conjunto de estándares IEEE 802 define los dos niveles mas bajos del modelo OSI y está dirigido a redes LAN y MAN FISICA MAC LLC 802.3 Ethernet 802.5 Token ring 802.2 (LLC) Capa de enlace 802.1 Gestión 802.4 Token bus 802.11 WLAN 802.14 CATV 802.10 Seguridad

27 2.I.27 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I El Modelo de referencia IEEE 802.x y Ethernet II  Ethernet II Creado por la cooperación entre Digital Equipment Corporation, Intel y Xerox (1980), inicialmente le llamaron Ethernet DIX (hoy en desuso). Su crecimiento ha sido, desde entonces, exponencial e imparable debido a su coste moderado y a su demostrada versatilidad.  A pesar de que la norma IEEE 802.3 adoptada por la ISO define una red que se diferencia de la Ethernet original (DIX) en un formato alternativo de trama, ambas topologías suelen denominarse Ethernet 802.3. FISICA MAC LLC Capa de enlace 802.3 802.2 Modelo IEEE FISICA ENLACE Ethernet II Modelo DIX

28 2.I.28 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Modelo de referencia 802.x Encapsulado Capas superiores FISICA MAC LLC Protocolo LLC AHPHSHTHRHPDU de redLLCH AHPHSHTHRHPDU de redMACTLLCHMACH Capas superiores FISICA MAC LLC Datagrama IP Trama MAC PDU LLC Medio físico

29 2.I.29 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Modelo de referencia 802.x Servicios de las subcapas LLC y MAC

30 2.I.30 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I 3. IEEE 802.3 / Ethernet Generalidades sobre IEEE 802.3 IEEE 802.3 vs. Ethernet CSMA/CD Tamaño mínimo de la trama LAN El algoritmo BEB Formato de las tramas LAN

31 2.I.31 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Generalidades sobre 802.3 [1]  En 1973, Robert Metcalfe (de Xerox) presenta la patente de ETHERNET.  ETHERNET II, fué desarrollado en el año 1979 por la cooperación entre Digital Equipment Corporation, Intel y Xerox, iniciales que dieron su nombre al prefijo DIX de dicho sistema.  En 1983 se publica la norma IEEE 802.3 y esta se utiliza para referirse, comúnmente, a ETHERNET FISICA MAC LLC 802.3 Ethernet 802.5 Token ring 802.2 (LLC) Capa de enlace 802.4 Token bus 802.11 WLAN

32 2.I.32 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Generalidades sobre 802.3 [2]  Con el nombre IEEE 802.3 coexisten varios estándares: 10BASE2, 10BASE5, 10BASEX, 100BASEF, etc.  Estos normalizan el nivel MAC y físico.  En todos ellos el protocolo de acceso al medio es CSMA/CD FISICA MAC CSMA/CD MAC CSMA/CD LLC 802.2 (LLC) Capa de enlace 802.3a (10BASE2)802.3i (10BASET)802.3j (10BASEF)802.3u (100BASEF)802.3jab(1000BASET)802.3an (10GBASET)802.3z (1000BASEX) Ethernet II o DIX

33 2.I.33 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Carrier sense multiple access CSMA  Se entiende por Acceso Múltiple por Detección de Portadora (CSMA) a escuchar el medio para saber si existe presencia de portadora ocupando el canal, con el fin de evitar colisiones. B tiene datos para enviar, como no detecta portadora, transmite C no tiene datos que enviar D tiene datos para enviar, como no detecta portadora, transmite t=0ms A tiene datos para enviar, como detecta portadora, no transmite Detección de portadora ¡Colisión! A B C D

34 2.I.34 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Carrier sense multiple access/ Collision detection CSMA/CD En el caso de CSMA con detección de portadora el algoritmo es el siguiente:  Si el medio se encuentra libre se transmite.  Si está ocupado se continúa escuchando hasta que se libere; en este caso se transmite inmediatamente.  Si durante esta transmisión se detecta colisión se aborta la transmisión.  Tras el aborto se espera una cantidad aleatoria de tiempo conocida como espera (backoff ), intentando transmitir de nuevo a continuación (paso 1). B tiene datos para enviar, como no detecta portadora, transmite C no tiene datos que enviar D tiene datos para enviar, como no detecta portadora, transmite t=0ms A tiene datos para enviar, como detecta portadora, no transmite Detección de portadora A B C D Detección de Colisión Tiempo de backoff Ʈ Retardo máximo de propagación

35 2.I.35 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Carrier sense multiple access/ Collision detection CSMA/CD. Ventana de colisión  Ventana de colisión (o tiempo de reacción) Dados los ordenadores situados en los extremos opuestos de la red (A y D), el doble del tiempo transcurrido desde uno empieza a transmitir (A) el primer bit hasta que lo recibe el segundo (D) es la ventana de colisión (Vc). Dicho de otro modo: es el tiempo que A tarda en detectar una colisión en el caso peor, que es aquel en el que D empieza a transmitir cuando pasan exactamente Ʈ sgs. Evidentemente, D se da cuenta de la colisión inmediatamente, pero hasta que no pasan otros Ʈ sgs, A no se entera A B C D τ Retardo máximo de propagación V c = 2τ Ventana de colisión

36 2.I.36 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Carrier sense multiple access/ Collision detection CSMA/CD. Tamaño mínimo de la trama 802.2  El estándar fija el tamaño mínimo de trama para que se pueda detectar la colisión, ya que si finalizara demasiado pronto de transmitir, dejaría de escuchar y por tanto no vería si hay o no colisión. τ Colisión detectada A D C B Trasmisión superior al tiempo de reacción t t > t R = 2τ  colisión detectada Trasmisión inferior al tiempo de reacción t t < t R = 2τ  colisión no detectada τ A D C Bt Colisión detectada

37 2.I.37 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Carrier sense multiple access/ Collision detection CSMA/CD. BEB BEB Si se produce una colisión, se deja de transmitir, y se resuelve la espera mediante la técnica BEB (Binary Exponential Backoff): Se divide el tiempo posterior a una colisión en ranuras de duración 2 , que es el intervalo de vulnerabilidad (donde τ retardo máximo de propagación) Se define una ranura de tiempo como el tiempo que la señal tarda en ir y volver, y debe ser igual al tiempo de transmisión de una trama mínima de 512 bits A 10 Mbps es de 51,2 µs y a 100 Mbps: 5,12 µs Tras la colisión: Las estaciones involucradas vuelven a intentar transmitir en una de las 2 ranuras siguientes, de forma aleatoria. Si se vuelve a producir una colisión, esas estaciones intentarán transmitir en una de las 4 ranuras siguientes... Si se siguen produciendo colisiones, el intervalo de espera sigue creciendo hasta el décimo intento, a partir del 10 intento y hasta el 15, no se aumenta el número de ranuras. A partir del intento 16, se descarta la trama.

38 2.I.38 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I La trama IEEE 802.2  DSAP (1 octeto): Destino de SAP, es un campo que simplemente actúa como un puntero a un búfer de memoria en la estación receptora.  SSAP (1 octeto): El SSAP o Fuente de Service Access Point, es análogo a la DSAP, y especifica el punto de acceso de servicio (SAP) del proceso de envío.  Control (2 octetos): Especifica el tipo de trama LLC que se trata.  Datos (0-1500 octetos. Mínimo 46 bytes => longitud mínima de la trama 64 bytes). Datos LLCOrigenDestinoLenCRC 6638….150024 PDU MAC 802.3 Cabec. 802.2 3-4 Datos LLC DSAP SSAP Ctrl 1B 38…1500B1-2B PDU LLC 802.2 Payload PDU MAC = PDU LLC

39 2.I.39 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I La trama IEEE 802.2 Alternativa con SNAP  Nuevos campos (cabecera SNAP):  OIF (3 octetos): Organization Identifier Field o código del proveedor.  Tipo (2 octetos): Identifica al protocolo de nivel superior dentro de un fabricante. Se le suele llamar Ethertype. Datos LLCOrigenDestinoLenCRC 6638….150024 PDU MAC 802.3 Cabec. 802.2 8 Datos LLC DSAP SSAP Ctrl 1B 38…1500B1-2B PDU LLC 802.2 Payload PDU MAC = PDU LLC OIF 3B Tipo 2B Con SNAP su valor es AAH Cabecera SNAP

40 2.I.40 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Formato de la trama MAC Ethernet II y IEEE 802.3  Preámbulo (7 octetos): 1010...10 para sincronizar los relojes.  SFD /start of frame delimiter):Delimitador de principio de trama (1 octeto: 10101011)  Origen/Destino: son direcciones MAC  Longitud de datos/Tipo de Protocolo (802.3/Ethernet II).  Datos (0-1500 octetos. Mínimo 46 bytes => longitud mínima de la trama 64 bytes). Si no llega a 46 se hace un Relleno (Padding - 0-46 octetos): asegura que el tamaño mínimo de la trama sea de 512 bits (46+18=64 octetos, no incluido el preámbulo).  CRC (Cyclic Redundancy Coding, 4 octetos): control de errores. DatosOrigenDestinoLenCRCPreambulo SFD 66 38….1500 2471 Los incorpora la capa física Datos (<1500B)OrigenDestinoTipCRCPreambulo 6646….1500248 Ethernet II 802.3 Cabec. 802.2 3 u 8

41 2.I.41 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I El modelo de IEEE 802.x Subcapas del nivel físico Modelo 802 Capa física Capa de enlace LLC: logical link control Medio [100/1000Mps] Medio [100/1000Mps] MDI Conciliación PCS MII PMA/MAU PMD AUI MDI PMA/MAU Medio [10Mps] Medio [10Mps] PLS MAC: media access control Physical Medium Attachment (PMA) Physical Layer Signaling (PLS) Attachment Unit Interface (AUI)

42 2.I.42 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Clasificación de las redes Ethernet

43 2.I.43 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Denominación informal de los estándares físicos de las LANs Ejemplos: 10BASE5 10BASE-T (cobre, 100m) 10GBASE-T(Cu cat6) 10BASE-S (FO multimodo) 10BASE-L (FO monomodo) 10BROAD36 (3,6km, coax) 100BASE-TX (cobre[2])

44 2.I.44 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Estándares físicos de las LANs IEEE 802.3 (10Base5)  Fue la primera red Ethernet (IEEE 802.3; 1983)  Conocida como Ethernet de cable grueso (Thick Ethernet)  Muy fiable  Topología en Bus.  La señal es sacada del bus mediante conexiones vampiro, entre las cuales debía haber una distancia mínima de 2,5 m y máxima de 500m.  Longitud total máxima de los segmentos de 500m unidos: 2.500 metros.  Número máximo de equipos por segmento: 100 por especificación. MAU: Transceiver AUI (25 pines) Vampiro Attachment Unit Interface (AUI)

45 2.I.45 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Estándares físicos de las LANs 10Base2  Fue la primera red Ethernet (IEEE 802.3a; 1985)  Conocida como Ethernet de cable fino (Thin Ethernet)  Muy fiable  Topología en Bus.  La señal es sacada del bus un conector BNC en forma de T.  Los cables coaxiales pueden tener una longitud máxima de 185 metros.  Número máximo de equipos por segmento es de 30.  Coste bajo.

46 2.I.46 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Estándares físicos de las LANs IEEE 802.3b (10Base-T)  Es el mas común en nuestros días (IEEE 802.3i; 1990)  Cable par trenzado UTP CAT3 (2 pares).  Conectores RJ45  Topología en estrella con hub o switch  Cada segmento: 100m. Longitud máxima 2,5 km (con repetidores)  Hasta 1024 estaciones  Coste bajo.

47 2.I.47 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Estándares físicos de las LANs IEEE 802.3u (100Base-TX). Fast Ethernet  Es el mas común en nuestros días (IEEE 802.3u; 1995)  Cable par trenzado UTP CAT5 (2 pares).  Conectores RJ45  Topología en estrella con hub o switch  Longitud máxima 2,5km. Cada segmento: 100m.  Número máximo de equipos por dominio de colisión es de 1024.  Coste bajo.

48 2.I.48 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Configuración mixta Ethernet y Fast Ethernet Capa Troncal 100M 10M Sw 100M Sw 10/100M Capa de acceso 10M Sw 10M Hub 10M Servidores

49 2.I.49 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Estándares físicos de las LANs IEEE 802.3j (10Base-FL)  Es el mas común en nuestros días (IEEE 802.3j; 1993)  Medio: FO.  Topología en estrella  Unidades de acceso al medio externas (FOMAU)  Longitud máxima 2000m entre hub- FOMAU  Coste alto.

50 2.I.50 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I  El camino de transmisión máxima de paquetes en este sistema es de entre DTE1 y DTE2, ya que hay cuatro repetidores y cinco segmentos con medios de comunicación diferentes.  Sólo puede existir un único camino entre un par de equipos de la red (no hay bucles cerrados).  Un único dominio de colisiones Estándares físicos de las LANs Combinación de segmentos

51 2.I.51 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Estándares físicos de las LANs IEEE 802.3ab ampliado (1000BASE-X) 10 Gigabit Ethernet (GigaE)  Gigabit Ethernet es una Fast Ethernet supercargada. Su estrategia es la misma que Fast Ethernet.  Compatibilidad hacia atrás. facilita la migración IEEE 802.3ab

52 2.I.52 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Estándares físicos de las LANs IEEE 802.3ae (10GBASE-X) 10 Gigabit Ethernet (10GbE)  10 Gigabit Ethernet es el más reciente (año 2002) y más rápido de los estándares Ethernet. IEEE 802.3.  Es un protocolo full-duplex y no requiere de CSMA / CD.

53 2.I.53 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I 5. Interconexión de LANs Interconexión de redes La interconexión a nivel físico La interconexión a nivel de enlace Los puentes Los conmutadores Las VLANs

54 2.I.54 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Internet Conceptos fundamentales de la interconexión de redes (OSI)  La interconexión de redes (internetworking) es la conexión física y lógica entre dos o más redes (con tecnologías y diseños diferentes). Su objetivo es facilitar que los usuarios de cualquier red se puedan comunicar con los usuarios de los demás redes, y dar acceso a los servicios ofrecidos por las distintas redes. IS Subred Y Subred X Subred: Subred: red constituyente de una internet Internet colección de redes de comunicación interconectadas Sistema Intermedio (IS) Equipo que permite conectar dos subredes y habilita la comunicación entre ES conectados a diferentes redes Sistema Final (ES) Equipo conectado a una de las redes de una internet que contiene aplicaciones o servicios del usuario final ES X ES Y

55 2.I.55 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Conceptos fundamentales de la interconexión de redes (OSI) Aplicación Presentación Sesión Transporte Red_X Enlace_X Físico_X Aplicación Presentación Sesión Transporte Red_Y Enlace_Y Físico_Y Ap X Ap Y Protocolo de aplicación Protocolo de presentación Protocolo de sesión Protocolo de transporte Protocolo red Protocolo Enlace Bits Enlace_X Físico_X Enlace_Y Físico_Y Sistema intermedio (IS) Subred X Subred Y R Red_X Red_Y R: R: Función de enrutamiento y conmutación

56 2.I.56 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Repetidor o Hub Interconexión a nivel físico Capas: A(7), P(6),S(5) Transporte Red Enlace Físico_X Red Enlace Físico_Y Físico_X Físico_Y Sistema intermedio (IS) Capas: A(7), P(6),S(5) Transporte IS LAN Y LAN X

57 2.I.57 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Interconexión a nivel físico Ejemplos Edificio YEdificio X Tx Rx Repetidor de FO Hub 10M 10BASE-T 10BASE5 Espacios de colisión únicos

58 2.I.58 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Puente (bridge) Interconexión a nivel de enlace Interconexión a nivel de enlace Ethernet DIX Capas: A(7), P(6),S(5) Transporte Red Enlace_X Físico_X Sistema intermedio (IS) Capas: A(7), P(6),S(5) Transporte LAN Y LAN X Red Enlace_X Físico_Y Físico_XFísico_Y Enlace_XEnlace_Y Cambio de las cabeceras MAC

59 2.I.59 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Puente (bridge) Interconexión a nivel de enlace Interconexión a nivel de enlace IEEE 802.x Capas: A(7), P(6),S(5) Transporte Red Sistema intermedio (IS) Capas: A(7), P(6),S(5) Transporte LAN Y LAN X LLC MAC_X Físico_X MAC_Y Físico_Y Red IEEE 802.3 IEEE 802.5 LLC MAC Físico_X LLC MAC Físico_Y

60 2.I.60 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Puente (bridge) Interconexión a nivel de enlace Interconexión a nivel de enlace IEEE 802.x Puentes de nivel MAC Capas: A(7), P(6),S(5) Transporte Red Sistema intermedio (IS) Capas: A(7), P(6),S(5) Transporte LAN Y LAN X MAC Físico Red IEEE 802.3 LLC MAC Físico LLC MAC Físico Conmutación

61 2.I.61 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Puentes transparentes IEEE 802.1D 802.3: CSMA/CD (Ethernet) 802.1: Puentes Transparentes 802.2: LLC (Logical Link Control) Capa Física Subcapa LLC Subcapa MAC (Media Access Control) 802.1: Gestión 802.1: Perspectiva y Arquitectura Puente Homogéneo Puente Heterogéneo Puente Homogéneo 802.15: Bluetooth 802.5: Token Ring 802.11: LANs Inalám- bricas 802.16: WiMAX … … ……

62 2.I.62 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Características y funcionalidades de los puentes

63 2.I.63 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Segmento Y Segmento X Interconexión a nivel de enlace Ejemplos Hub 10M Espacios de colisión diferentes   1 10 2 3 11 12 13 20 Las tramas con direcciones entre 11...20 son aceptadas y transmitidas al segmento Y Las tramas con direcciones entre 1...10 son aceptadas y transmitidas al segmento Y 01 02 03.. 10 11 12 13.. 20 Tabla de direcciones

64 2.I.64 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Funcionamiento de una red con dos puentes Segmento Y Segmento X Hub 10M   A B E F Segmento Z CDABCDEF ABCDEF  P1 P2

65 2.I.65 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Backbone constituido con puentes Backbone o segmento troncal S1S3 S2 S4 Internet Trafico agregado

66 2.I.66 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Backbone constituido con puentes en detalle Hub 10BASE-T 10M Hub 10BASE-T 10M Hub 10BASE-T 10M FastHub 100M

67 2.I.67 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I El problema de los bucles 1.Los puentes no tienen ninguna entrada en su tabla de direcciones MAC. 2.Una estación transmite un paquete con dirección MAC de origen X, los puentes guardan en la memoria que la estación con MAC = X se encuentra conectada al puerto 1. 3.Uno de los puentes va a ser el primero que transmitirá el paquete recibido en la LAN A a la LAN B, lo que hará que el otro puente interprete que la estación X se encuentra en la LAN B y guardará el paquete en la cola de la LAN A. 4.El puente envía el paquete de la LAN B a la LAN A y el otro puente renueva la entrada que dice que la estación X se encuentra en A y lo envía a la LAN B, este paquete será enviado a la LAN A por el otro puente y así sucesivamente

68 2.I.68 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Representación de las redes como un grafo  La red se puede representar como un grafo, donde cada nodo se corresponde con un segmento LAN y los arcos son los dispositivos (bridges, switches) que conectan 2 segmentos A B C D 1 2 3 4 AB DC 1 4 3 2

69 2.I.69 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Posibles árboles de expansión El protocolo STP Spanning tree protocol (IEEE 802.1d)  El algoritmo STP transforma la red física, en la que existen bucles, en una red lógica en forma de árbol (llamado árbol de expansión), o sea libre de bucles. AB DC 1 4 3 2 AB DC 1 4 2 AB DC 4 3 2 AB DC 1 3 2 AB DC 1 4 3

70 2.I.70 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I El protocolo STP El algoritmo STP  El algoritmo STP mas frecuente para determinar el árbol de expansión mínimo (el de menor coste) es el siguiente: 1. Se marca un nodo cualquiera, será el nodo de partida (nodo raíz). 2. Seleccionamos la arista de menor valor en el nodo marcado anteriormente, y marcamos el otro nodo en el que incide. 3. Repetir el paso 2 siempre que la arista elegida enlace un nodo de los marcados y otro que no lo esté. 4. El proceso termina cuando tenemos todos los nodos del grafo marcados. A B DC 1 4 3 2 Nodo raíz 6 5 A B D C 1 AB C 1 2 D AB DC 1 3 2

71 2.I.71 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I El protocolo STP Ejemplo de aplicación  En la red mostrada, a la que se aplica el algoritmo STP, el conjunto de puentes ={A, B, C, D, E, F, H, I, J} es tal que el de menos coste es “A” y el de mas coste es “J”.  Se supone que el nodo inicial o vértice es “1” 1 5 43 2 J 8 9 7 6 H FE CB GJ I J A D G 5 6 7 9 8 ABC D F E G H I J 1234 Puerto bloqueado 1 2 2 3 6 5 4 78

72 2.I.72 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Conmutadores o switches  Los Conmutadores (N2) son puentes de múltiples puertos que realizan la conmutación de forma muy rápida gracias a implementaciones en hardware con ASICs (Application Specific Integrated Circuit)  Su función es interconectar dos o más segmentos de red, de manera similar a los puentes de red, pasando datos de un segmento a otro de acuerdo con la dirección MAC de destino  Los puentes han sufrido un retroceso comercial debido a las mayores prestaciones ofrecidas por los conmutadores Puertos 10/100/1000BASE-X Puerto de consola

73 2.I.73 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Conmutadores o switches Modos de funcionamiento  Almacenamiento y reenvío (Store-and-Forward): El conmutador recibe la trama en su totalidad, la almacena, comprueba el CRC y la retransmite si es correcta (si no la descarta).  Conmutación de conexión directa (cut-through ): El conmutador empieza retransmitir la trama tan pronto ha leído la dirección de destino (6 primeros bytes). Aunque el CRC sea erróneo la trama se retransmite. Menor latencia que almac./reenvío.  Híbrido: Usa cut-through inicialmente, pero si detecta que una estación genera tramas erróneas pasa a modo almacenamiento/reenvío para las tramas que vienen de esa dirección MAC.

74 2.I.74 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Capa de troncal (100/1000Mbps) Capa de acceso (10/100Mbps) LAN jerárquica conmutada Servidores 1 GE/10 GE 1 0 M/100 M

75 2.I.75 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Ethernet full dúplex Ethernet full dúplex Red N2 metropolitana  Una red Ethernet tradicional es semi-duplex: una estación puede transmitir una trama o recibirla, pero no ambas cosas simultáneamente  Ethernet full-dúplex es un enlace punto a punto entre nodos (de conmutadores entre si o entre conmutadores y ordenadores).  Se desactiva el CSMA/CD. No hay colisiones. 10GB FO MMF/SMF Hasta 80km

76 2.I.76 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Concepto de VLAN Red de área local virtual  La VLAN es una tecnología que permite crear redes lógicas independientes dentro de una misma red física. Varias VLAN pueden coexistir en un único conmutador físico o en una única red física. Todas las estaciones de trabajo y los servidores de una VLAN comparten sus recursos, independientemente de la localización de su conexión física.  Por tanto, las VLAN suponen una segmentación de la red basada en dominios broadcast. 12345678 Dominio de difusión (VLAN 10)Dominio de difusión (VLAN 20) VLANPuertos 101,2,3 206,7,8

77 2.I.77 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Concepto de VLAN Concepto de VLAN Ventajas de las VLAN

78 2.I.78 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I 20 10 Concepto de puerto trunk Concepto de puerto trunk y puerto de acceso  Un puerto trunk (puerto de enlace troncal) es un puerto capaz de transportar tráfico para varias o todas las VLAN accesibles por conmutador en particular.  En cambio, un puerto de acceso, es aquél que lleva sólo el tráfico hacia y desde la VLAN específica asignada al mismo.  El puerto troncal marca las tramas con etiquetas especiales que las identifican (ya sean etiquetas ISL o etiquetas 802.1Q). Por el contrario, un puerto de acceso no proporciona tales etiquetas, porque son innecesarias. 1234567812345678 Puerto troncal Puerto de acceso Tramas etiquetadas (tagged). IEEE 802.1q o ISL (Cisco)

79 2.I.79 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Formato de la trama MAC Modificación para las VLANs  Tag Identificador de protocolo (TPID) : es un campo de 2 octetos con un valor igual a 0x8100 con el fin de identificar una trama IEEE 802.1Q.  Información de control del Tag (TCI): Contiene el Punto de código de prioridad (PCP) : un campo de 3 bits que se refiere a la prioridad. El CFI (Canonical Format Indicator) que indica el formato de direcciones MAC. Finalmente, el Identificador de VLAN (VID), 12 bits Datos (<1500B)OrigenDestino Tip/ Lon CRC 6646….150024 Ethernet II / 802.3 Datos (<1500B)OrigenDestino Tip/ Lon CRC 66 46….1500 2 4 802.1Q TPIDTCI 2 2

80 2.I.80 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Ejemplo Ejemplo Red del campus Switch-router Centro de calculo VLAN investigación VLAN administración Edificio C Edificio BEdificio A Edificio D Trunk

81 2.I.81 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte I Referencias [1] William Stallings: Comunicaciones y Redes de Computadores. Prentice Hall [2] J Kurose & K Ross: Computer networking (2009) [3] Andrew S. Tanenbaum: Computer Networks (4ª ed 2003). Prentice Hall [4] R.J. Cypser: Communications for cooperating systems. Addison-Wesley