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2 Redes de Área Local MSc. Ing. Jorge Crespo Torres Profesor Asistente email: [email protected] Maestría en Telemática La habana. Cuba. Marzo 2006

3 MSc. Jorge Crespo Torres 2 Actividad # 3 Sumario: 1.Estándar IEEE 802.3 2.Ethernet 3.Estándar IEEE 802.3u (Fast Ethernet) 4.Estándar IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet) 5.Estándar IEEE 802.3ae (10Gigabit Ethernet)

4 MSc. Jorge Crespo Torres 3 IEEE 802.3

5 4 Antecedentes El sistema ALOHA fue su comienzo En 1980 se unen Digital Equiment (DEC), Intel y Xerox para obtener la versión 2, la Ethernet DIX a 10 Mbps (10Base5), que fue la base usada para la especificación del estándar IEEE 802.3 publicado en 1985 Diseñado en los 70’s. Primera red: 1 Km, 100 estaciones y 2.94 Mbps a la que se le llamó Ethernet.

6 MSc. Jorge Crespo Torres 5 El estándar inicial ofrecía parámetros para un sistema banda base a 10 Mbps con cable coaxial de 50 . Los parámetros para otros tipos de medios y velocidades aparecieron después y aún siguen apareciendo. Muchas personas, usan incorrectamente el nombre “Ethernet” de manera genérica para referirse a todos los protocolos CSMA/CD, aún sabiendo que se refieren a productos implementados en el estándar 802.3. Antecedentes

7 MSc. Jorge Crespo Torres 6 Estándar IEEE 802.3 Define el método de acceso al medio conocido como CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection y las especificaciones de la capa física. Variantes 802.3: 10Base5 (1985) 10Base2 (1985) 10BaseT (1990) 10BaseF (1993)

8 MSc. Jorge Crespo Torres 7 Cableado NombreCableSegmento Máx. Veloc.Ventajas 10Base5Coaxial grueso500 m10 MbpsBueno en backbone 10Base2Coaxial fino200 m10 MbpsBarato 10BaseTUTP100 m10 MbpsFácil mtto 10BaseFFibra Óptica2000 m10 MbpsBueno entre edificios 100BaseTUTP cat5100 m100 MbpsBarato y fácil mtto

9 MSc. Jorge Crespo Torres 8 10Base5 o Thick Ethernet

10 MSc. Jorge Crespo Torres 9 10Base5 o Thick ethernet Tipo de cable usadoRG8 o RG11 Tipo de conector usadoAUI Velocidad10 Mbits/s Topología usadaBUS Mínima distancia entre transcentores2.5 m Máxima longitud del cable del transceptor50 m Máxima longitud de cada segmento500 m Máxima longitud de la red2.500 m Máximo de dispositivos conectados por segmento100

11 MSc. Jorge Crespo Torres 10 Ventajas: Es posible usarlo para distancias largas. Tiene una inmunidad alta a las interferencias. Conceptualmente es muy simple. Desventajas: Inflexible. Es difícil realizar cambios en la instalación una vez montada. Intolerancia a fallos. Si el cable se corta o falla un conector, toda la red dejará de funcionar. Dificultad para localización de fallos. Si existe un fallo en el cableado, la única forma de localizarlo es ir probando cada uno de los tramos entre nodos para averiguar cual falla. 10Base5 o Thick ethernet

12 MSc. Jorge Crespo Torres 11 10Base5 como backbone 10Base5 o Thick ethernet

13 MSc. Jorge Crespo Torres 12 10Base2 o thin ethernet

14 MSc. Jorge Crespo Torres 13 Tipo de cable usadoRG-58 Tipo de conectorBNC Velocidad10 Mbits/s Topología usadaBUS Mínima distancia entre estaciones0.5 m Máxima longitud de cada segmento185 m Máxima longitud de la red925 m Máximo de dispositivos conectados por segmento30 10Base2 o thin ethernet

15 MSc. Jorge Crespo Torres 14 Ventajas: Simplicidad. No usa concentradores, ni transceptores ni otros dispositivos adicionales. Es una red bastante económica. Buena inmunidad al ruido debido a que el cable coaxial dispone de un blindaje apropiado para este fin. Desventajas: Inflexible. Es bastante difícil realizar cambios en la disposición de los dispositivos una vez montada. Intolerancia a fallos. Si el cable se corta o falla un conector, toda la red dejará de funcionar. Dificultad para localización de fallos. Si existe un fallo en el cableado, la única forma de localizarlo es ir probando cada uno de los tramos entre nodos para averiguar cual falla. 10Base2 o thin ethernet

16 MSc. Jorge Crespo Torres 15 10Base2 como backbone 10Base2 o thin ethernet

17 MSc. Jorge Crespo Torres 16 10BaseT Conector RJ - 45 Normalizado en 1990

18 MSc. Jorge Crespo Torres 17 Tipo de cable usadoUTP, STP y FTP Tipo de conectorRJ-45 Velocidad10 Mbps Topología usadaEstrella Máxima longitud entre la estación y el concentrador 90 m Máxima longitud entre concentradores100 m Máximo de dispositivos conectados por segmento512 10BaseT

19 MSc. Jorge Crespo Torres 18 Ventajas: Aislamiento de fallos. Debido a que cada nodo tiene su propio cable hasta el concentrador, en caso de que falle uno, dejaría de funcionar solamente él y no el resto de la red. Fácil localización de averías. Cada nodo tiene un indicador en su concentrador indicando que está funcionando correctamente. Localizar un nodo defectuoso es fácil. Alta movilidad en la red. Desconectar un nodo de la red, no tiene ningún efecto sobre los demás. Aprovechamiento del cable UTP para hacer convivir otros servicios. De los cuatro pares de que dispone, sólo se usan dos pares para los datos de la LAN, por lo que quedan otros dos utilizables para otros propósitos (telefonía, sistemas de seguridad, transmisión de vídeo, etc.).

20 MSc. Jorge Crespo Torres 19 Desventajas: Distancias. 10 Base-T permite que la distancia máxima entre el nodo y el concentrador sea de 90m. En algunas instalaciones esto puede ser un problema. Sensibilidad a interferencias externas. En la mayoría de los casos, el trenzado interno que lleva el cable UTP es suficiente para evitarlas. En instalaciones con posibilidades grandes de interferencias exteriores, se puede usar el cable FTP o el STP que es igual que el UTP pero con protección por malla.

21 MSc. Jorge Crespo Torres 20 Pin 1 2 3 4 5 6 7 8 Señal TD + TD - RD + - RD - - 1 TD+ 2 TD- 3 RD+ 6 RD- 1 TD+ 2 TD- 3 RD+ 6 RD- Estación AEstación B Conexión crossover

22 MSc. Jorge Crespo Torres 21 12361236 12361236 Tx Rx Estación Puerto del Hub “X” Conexión crossover

23 MSc. Jorge Crespo Torres 22 10BaseT y 10Base2 Puerto BNC Coaxial RG-58 adecuadament e terminado.

24 MSc. Jorge Crespo Torres 23 Backbone de coaxial 185 metros Coaxial RG-58 En el segmento del backbone de coaxial pueden existir 30 estaciones o hubs (estos conectados al backbone por un puerto BNC).

25 MSc. Jorge Crespo Torres 24 10BaseF Es la especificación Ethernet sobre fibra óptica. Los cables de cobre presentan el problema de ser susceptibles tanto de producir como de recibir interferencias. Por ello, en entornos industriales o donde existen equipos sensibles a las interferencias, es muy útil poder utilizar la fibra. Normalmente, las redes Ethernet de fibra suelen tener una topología en estrella. La distancia entre equipos puede llegar a 2 Km con los repetidores apropiados.

26 MSc. Jorge Crespo Torres 25 Ethernet

27 MSc. Jorge Crespo Torres 26 1- Definición de la capa MAC en la IEEE 802.3 2- Ligeras diferencias en el formato de las tramas. 3- Adición de variaciones, en el estándar 802.3, para formar toda una familia de redes que empleando el protocolo CSMA/CD cubre velocidades desde 1 a 1000 Mbps sobre diferentes medios de comunicación. Comparación con IEEE 802.3

28 MSc. Jorge Crespo Torres 27 Trama: conjunto de bits para portar los datos sobre el sistema. Protocolo MAC: conjunto de reglas incluidas en cada interfaz Ethernet que le permite a múltiples computadoras acceder al canal compartido. Componentes de señalización: dispositivos electrónicos que envían y reciben señales sobre el canal Ethernet. Medio físico: cables y hardware utilizados para portar las señales digitales entre las computadoras conectadas a la red. Elementos del estándar

29 MSc. Jorge Crespo Torres 28

30 MSc. Jorge Crespo Torres 29 Características del estándar IEEE 802.3 Protocolo: CSMA/CD Broadcast y multicast Topología: Bus y estrella Data Link Physical 802.3 CSMA/CD 802.2 LLC OSI IEEE Ethernet

31 MSc. Jorge Crespo Torres 30 Ethernet. Acceso al medio Cada estación opera de manera independiente, o sea, no existe un controlador central. Las señales Ethernet son transmitidas en forma serie, un bit a la vez, y enviadas a cada estación conectada a la red. Cada trama es enviada por el canal compartido, por lo que todas las interfases conectadas al canal leen en los bits del campo Destino de la trama y comparan el valor con su propia dirección MAC.

32 MSc. Jorge Crespo Torres 31 CSMA/CD significa Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect. Sus antecesores son las técnicas de acceso al medio Aloha Puro, Aloha Ranurado y CSMA. Aumenta la eficiencia en el uso del medio de transmisión (con respecto a sus antecesores) al no detectar colisiones por ausencia de ACK del receptor sino por interferencias ocurridas en la señal transmitida. Protocolo de Acceso al medio CSMA/CD

33 MSc. Jorge Crespo Torres 32 Características: Aleatorio. Eficiente ante tráfico bajo. Presenta gran deterioro con incremento de tráfico. No permite prioridades. Requiere un tamaño mínimo de la trama. Protocolo de Acceso al medio CSMA/CD

34 MSc. Jorge Crespo Torres 33 Pream- bulo Dirección Fuente Dirección Destino DatosSCT Long 8626446 a 1500 Ethernet Pream- bulo DPTDPT Dirección Fuente Dirección Destino Datos SCT Long 7 12 a 62 4 0-1500 IEEE 802.3 PADPADPADPAD PADPADPADPAD 0 a 46 Bytes Trama IEEE 802.3 vs Trama Ethernet

35 MSc. Jorge Crespo Torres 34 48 bits de dirección MAC. Los 3 primeros bytes son administrados por la IEEE. Dirección Fuente tiene el mismo formato, con el primer bit = 0 I/G1/0I/G (1/0) : Dirección de Grupo o Individual (multicast o broadcast) U/L1/0U/L (1/0): Dirección Local (16 * 10 6 direcciones diferentes) o Universal (7 * 10 13 direcciones diferentes) para direcciones en cualquier lugar del mundo. I/G U/L Vendedor ID Dirección Única de Tarjeta 1 bit 1 bit 22 bits 24 bits Dir. Destino Datos SCT Long. PADPADPADPAD PADPADPADPAD Dir. Fuente DPTDPT Preám bulo Direccionamiento RFC 1112

36 MSc. Jorge Crespo Torres 35 CSMA/CD. Conceptos. Presencia de portadora: condición del canal cuando una estación está transmitiendo. Cuando una estación desea transmitir tiene que esperar a que el canal esté desocupado (ausencia de portadora). Intervalo intertramas (IFG: Interframe Gap): garantiza un breve período de recuperación entre recepciones de tramas en el interfaz de red Ethernet. El IFG se define como 96 períodos de bit (9.6 µs a 10 Mbps, 960 ns a 100 Mbps)

37 MSc. Jorge Crespo Torres 36 ¿Cómo ocurre el CSMA/CD en ethernet?

38 MSc. Jorge Crespo Torres 37 Si la estación logra transmitir 512 bits sin detectar colisión, se dice que se ha posesionado del canal y bajo un funcionamiento adecuado del sistema ya no debe haber colisión hasta que se termine de transmitir la trama en curso. Este tiempo (512 tiempos de bit) se conoce como tiempo de slot del canal Ethernet. ¿Cómo ocurre el CSMA/CD en ethernet?

39 MSc. Jorge Crespo Torres 38 Resumiendo: Reglas del CSMA/CD 1-“Oir”si el medio esta “vacío” y sólo sí lo está, transmitir. 2- Si el medio está ocupado, “oir” hasta que termine la transmisión y entonces transmitir. 3- Durante la transmisión mantener activa la detección de colisiones y si se detecta colisión interrumpir la transmisión y emitir una señal de “jam” de 32 bits (señal de ruido, no confundible con señal útil, que informa a todas las estaciones de la red que ha ocurrido una colisión y por lo tanto debe pasarse a la fase de recuperación de colisiones). 4- Tras el “jam” pasar a la recuperación de colisión con una espera aleatoria de las estaciones interesadas en transmitir (Algoritmo Binary Exponencial Backoff) 5- Regresar al punto 1.

40 MSc. Jorge Crespo Torres 39 Considerando las dos estaciones más alejadas to + 2 tp to + tp - e e e A B to t trama  2 tp+to to + tp Es preciso que la trama tenga un tamaño MÍNIMO por debajo del cual debe introducirse relleno (pad) De lo contrario podrían presentarse colisiones NO DETECTADAS.

41 MSc. Jorge Crespo Torres 40 El atempamiento de las señales en Ethernet se basa en la cantidad de tiempo que le toma a la señal ir desde un extremo a otro del medio y regresar (RTT: round trip time). Elementos temporales en ethernet BA to to + 2 tp to + tp RTT = 2 tp En estas redes el atempamiento es trascendental.

42 MSc. Jorge Crespo Torres 41 El RTT máximo de las señales en un canal Ethernet está estrictamente limitado para asegurar que cada interfaz pueda “oir” todas las señales dentro de la cantidad de tiempo especificada por el sistema de control de acceso al medio. La configuración de la Ethernet según el estándar asegura que se cumplan los límites del RTT sin importar qué combinación de tipos de medios se use. Si esto no se respeta, las computadoras pueden no oírse unas a otras dentro de los límites de tiempo requerido e interferirse entre sí. Elementos temporales en ethernet

43 MSc. Jorge Crespo Torres 42 Cálculo del Tiempo de Slot. (Ventana de colisión) El tiempo de slot debe tener en cuenta el RTT máximo El RTT varía dependiendo del medio físico utilizado, el # de dispositivos en el camino de la señal, entre otros. El estándar especifica las longitudes máximas de cable y el número máximo de repetidores que pueden ser usados en cada tipo de medio físico (o sus combinaciones ) para garantizar que el RTT de una Red Ethernet no exceda el RTT máximo. incorporado dentro del Tiempo de Slot. Elementos temporales en ethernet

44 MSc. Jorge Crespo Torres 43 Cálculo del Tiempo de Slot. (Ventana de colisión) Tslot = RTTmax + Tce RTTmax: RTT de un sistema Ethernet de tamaño máximo (5 segmentos de 500 mts y 4 repetidores). La velocidad de propagación en el cable coaxial es de aproximadamente 5 µs/Km. Tce: tiempo máximo requerido por el mecanismo de reconocimiento de colisiones (collision enforcement). Elementos temporales en ethernet

45 MSc. Jorge Crespo Torres 44 Importancia del Tiempo de Slot Define: el mínimo de tiempo necesario para que una estación se apodere del medio de transmisión, la unidad básica de tiempo para el cálculo del tiempo de conteo regresivo a esperar después de una colisión, el tamaño mínimo de las tramas válidas, las tramas menores son consideradas fragmentos producto de una colisión y se desechan, el tamaño mínimo del campo de datos (46 bytes) para que la colisión pueda ser detectada ya que: 512 bits = 64 bytes = 12 dir. + 2 long. + 4 FCS + 46 datos. Elementos temporales en ethernet

46 MSc. Jorge Crespo Torres 45 Codificación de la Señal 0111000 0111000 transmisión sincrónica esquema de banda base se logra con métodos de codificación en línea como es el caso del Manchester que se usa en IEEE 802.3 ¿Cómo se detectan las colisiones? Dominio de colisión

47 MSc. Jorge Crespo Torres 46 ¿Cómo se detectan las colisiones? En el cable coaxial los transceptores monitorean el nivel de voltaje de CD promedio en el cable. Cuando ocurre una colisión el voltaje de CD promedio llega a un nivel que dispara el circuito de detección. Este proceso consume un tiempo usado en el cálculo del tiempo de slot. En la F.O. y el par trenzado, existen caminos separados para transmisión y recepción. La colisión se detecta por la ocurrencia simultánea de actividad en ambos.

48 MSc. Jorge Crespo Torres 47 Dominio de colisión Sistema Ethernet cuyos elementos (interfases, cables, repetidores y otros hardware de red) son parte del mismo sistema temporal. En un dominio de colisión, si dos dispositivos transmiten simultáneamente, ocurre una colisión. Los repetidores fuerzan a los segmentos que unen a pertenecer al mismo dominio de colisión. En un dominio de colisión si dos dispositivos transmiten simultáneamente, ocurre una colisión.

49 MSc. Jorge Crespo Torres 48 Peligro!!! Colisiones tardías Colisiones que ocurren después de transmitido el bit 512 de una trama. Error serio que indica el mal funcionamiento de la red. La trama transmitida es desechada. El interfaz Ethernet no retransmite automáticamente la trama desechada por esta causa, esto se deja a los niveles superiores, lo cual puede tomar un tiempo muy largo al tener que esperar por los ACK en la aplicación. Un número pequeño de colisiones tardías puede causar un alto retardo en la red.

50 MSc. Jorge Crespo Torres 49 Mitos de Ethernet Las colisiones son errores. Falso. Son componentes normales de la operación de la Ethernet. Está previsto que sucedan y el mecanismo MAC está diseñado para manejarlas rápida y eficientemente. Las colisiones causan corrupción en los datos. Falso. Todas las tramas que colisionan son retransmitidas, los fragmentos de tramas colisionadas son descartados.

51 MSc. Jorge Crespo Torres 50 Full-duplex Tx y Rx independientes Se duplica el ancho de banda Conexión point to point no requiere CSMA/CD IFG se mantiene para garantizar la mayor razón de tranferencia de tramas Rendimiento significativo –PCs (Tráfico asimétrico) –Backbone (Tráfico simétrico)

52 MSc. Jorge Crespo Torres 51 Auto Negociación La función de auto negociación es una parte opcional del sistema Ethernet que le permite a los dispositivos intercambiar información acerca de sus habilidades sobre un segmento de enlace. Le permite a los dispositivos realizar una configuración automática para trabajar en el mejor modo sobre un enlace. Para este proceso se utilizan un conjunto de señales denominadas pulsos de enlace rápido (FLP). Estas señales están definidas solo para medios a par trenzado con conectores de 8 pines. Dispositivos conectados por fibra óptica no pueden participar en auto negociación.

53 MSc. Jorge Crespo Torres 52 Familia 802.3 SuplementoDescripción 802.3a-198510BASE2 thin Ethernet 802.3i-199010BASE-T twisted-pair 802.3j-199310BASE-F fiber optic 802.3u-1995100BASE-T Fast Ethernet 802.3z-19981000BASE-X Gigabit Ethernet 802.3ab-19991000BASE-T Gigabit Ethernet 802.3ac-1998Frame size extension to 1522 bytes for VLAN tag 802.3ae-200210 Gigabit Ethernet

54 MSc. Jorge Crespo Torres 53 IEEE 802.3u. Fast Ethernet

55 MSc. Jorge Crespo Torres 54 Red IEEE 802.3 NECESIDAD DE AUMENTAR LA VELOCIDAD Y LA EFICIENCIA DE LAS LAN Introducción de estaciones sin disco que comparten un sistema de ficheros común Acceso a Intranet, Extranet y a Internet desde las LAN Creciente uso de las LAN con cada vez mayor # de estaciones Incremento del # de aplicaciones que demandan mayores Anchos de Banda Introducción de estaciones sin disco que comparten un sistema de ficheros común

56 MSc. Jorge Crespo Torres 55 Red IEEE 802.3 Variaciones para aumentar la velocidad y la eficiencia de las LAN: – Redes conmutadas (empleo de Switch) – Fast Ethernet (IEEE 802.3u) – Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) –10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae)

57 MSc. Jorge Crespo Torres 56 Surgimiento de Fast Ethernet En 1992 IEEE orientó al Comité 802.3 que trabajara en una LAN más rápida. Este comité decidió mantener el 802.3 haciéndolo más rápido a costa de nuevas características (necesidades tales como tráfico en tiempo real y digitalización de voz) debido a: compatibles 1. La necesidad de que fuese compatibles con las miles de LAN existentes. 2. El temor de que el nuevo protocolo pudiera presentar problemas no previstos. 3. El deseo de mantener el trabajo hecho anteriormente.

58 MSc. Jorge Crespo Torres 57 IEEE 802.3u (Fast Ethernet) En Junio de 1995 IEEE aprueba la propuesta bajo el nombre de 802.3u, la cual técnicamente no es un nuevo estándar sino una adición al estándar 802.3. Esto es lo que se conoce como Fast Ethernet. La idea fue simple: –mantener el formato del paquete, –mantener las interfases y los procedimientos –y reducir el tiempo de bit de 100 ns a 10 ns.

59 MSc. Jorge Crespo Torres 58 IEEE 802.3u (Fast Ethernet) Se requiere reducir la extensión de la red para garantizar detectar las colisiones. Está basada en el diseño de 10BaseT por lo cual todos los sistemas desarrollados emplean Hubs (o switches). El cableado que se emplea es: –par trenzado (categoría 3, 4, 5 y 6) –fibra óptica.

60 MSc. Jorge Crespo Torres 59 10BaseT a 100 Mbps. MAC 802.3 emplea (CSMA/CD) Topología en estrella Nuevos esquemas de señalización. ¿por qué? Compatible con las herramientas de administración existentes. IEEE 802.3u (Fast Ethernet) ¿Qué es? Cuatro Pares UTP (100Base-T4) (Cat 3,4,5) Thick Coax (10Base5) CSMA/CD MAC Sin cambio Thin Coax (10Base2) Fibra (10BaseF) Par Trenzado (10BaseT) (Cat 3,4,5) Fibra (100Base-FX) Tipos de fast ethernet. Comparación Opciones Dos Pares UTP, STP (100Base-TX) (Cat 5) CSMA/CD MAC

61 MSc. Jorge Crespo Torres 60 Emplea 4 pares de cables UTP, como mínimo de categoría 3 (utilizado en la mayoría de las oficinas para el alambrado telefónico). Trabaja en modo half-duplex. Utiliza los 4 pares de cables de la forma siguiente: 2 1 4 3 Conmutan de acuerdo a la dirección en que se este transmitiendo. Solución 100Base-T4 2 pares para Tx, Rx, sensado de carrier y detección de colisiones 2 pares para Tx de datos bidireccional

62 MSc. Jorge Crespo Torres 61 Codificación de 100BaseT4 (8B6T) Codificación 8B6T (8 bits binarios se convierten en 6 símbolos ternarios (3 niveles)) +-+-+-+- 1 0 1 1 1 0 1 0 Octeto8B6T T 100  8 X?  6 X = (6 x 100)/8 Repartidos en 3 pares (6 x 100) / (8 x 3)= 25 MB*

63 MSc. Jorge Crespo Torres 62 Emplea una velocidad de señalización de 25 MHz (25% mayor que en 802.3 que usa 20 MHz empleando Manchester). Se obtiene los 100 Mbps de la siguiente forma: DTE HUB Par 1 Par 2 Par 3 Par 4 Transmisión DTE==>Hub Transmisión Hub ==> DTE sensado de carrier y detec. colisiones sensado de carrier y detec. colisiones Cada T de reloj 3 posibles valores por cable que codifican 4 bit 4 bits x 25 MHz = 100 Mbps

64 MSc. Jorge Crespo Torres 63 Secuencia de Codificación en 100BaseT4

65 MSc. Jorge Crespo Torres 64 Apariencia física de 100Base T4

66 MSc. Jorge Crespo Torres 65 Emplea 2 pares de cables UTP categoría 5 o 2 pares de cable STP (un par de cables para transmitir y otro para recibir). Permite trabajar en modo full-duplex. Su velocidad de señalización es de 125 MHz. Utiliza un esquema de codificación llamado 4B5B (4 bits de datos son precodificados en un símbolo de 5 bits). Se obtienen los 100 Mbps de la forma siguiente: 1- Cada 5 periodos de reloj se envían 4 bits, que de 32 posibles símbolos solo se usan 16 símbolos existiendo cierta redundancia. 2- Lo anterior da una eficiencia del 80% con lo que se tienen los 100 MHz (125 MHz * 0.8). Solución 100BaseTx

67 MSc. Jorge Crespo Torres 66 Solución 100BaseTx NRZI representa un ¨1¨ mediante NRZ con cambio al inicio del intervalo y un ¨0¨ sin cambio. 4B de datos tiene 16 representaciones diferentes, se transforman en secuencias de 5B (2 5 representaciones posibles y se desechan las que no tienen al menos dos transiciones para permitir la recuperación de reloj). Dato Codificación 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1

68 MSc. Jorge Crespo Torres 67 Apariencia física de 100Base TX

69 MSc. Jorge Crespo Torres 68 Emplea 2 fibras multimodo de 62.5/125 o de 50/125  m) (una para transmitir y otra para recibir). Trabaja en modo full-duplex. Su velocidad de señalización es de 125 MHz. Utiliza un esquema de señalización similar a 100BaseTX. (Esquema precodificado) 100Base-Fx

70 MSc. Jorge Crespo Torres 69 Apariencia física de 100Base FX

71 MSc. Jorge Crespo Torres 70 Repetidores Fast-Ethernet Clase I Las señales recibidas son convertidas a formato binario y luego codificadas para su retransmisión a señales de línea. Introduce mayores demoras. Utilizado para unir segmentos con señalizaciones de línea diferentes 100BaseT4 -100BaseTx. Sólo se admite uno por dominio de colisión en la red.

72 MSc. Jorge Crespo Torres 71 Repetidores Fast-Ethernet Clase II Las señales son repetidas en los puertos de salida tal y como se reciben (sin proceso de decodificación /codificación en los puertos de entrada) Se admiten dos repetidores Clase II por Dominio de colisión.

73 MSc. Jorge Crespo Torres 72 Ejemplo de diseño utilizando Hub Clase II

74 MSc. Jorge Crespo Torres 73 Cable: 2-pares Categoría 5 UTP, 2-pares Tipo 1 STP (100 m) Conector: Categoría 5 certificado RJ-45. Señalización: 100Mbps = 1-par x 125MHz x 80% (por codificación 4B5B) Conexión de pines: igual a 10BaseT Resumen de Fast Ethernet Cable: 4-pares Categoría 3, 4 ó 5 UTP. (100 m) Conector: RJ-45 estándar Señalización: 100Mbps = 3-pares x 25MHz x 133% (por codificación 8B6T ) Conexión de pines: 10Base-T + 2 pares bidireccionales Cable: 2-fibras, 62.5/125  m. (2 Km *) Conector: MIC, ST, SC, o SMA Señalización: 100Mbps = 1 fibra x 125MHz x 80% (por codificación 4B5B) Conector de fibra: 1 transmite, 1 recibe 100BASE-FX 100BASE-TX 100BASE-T4

75 MSc. Jorge Crespo Torres 74 10 veces el comportamiento de 10BaseT como máximo al doble del costo. Tecnología probada. Sencillez de uso y de migración. –Productos dual-speed 10/100. –Conmutación de 10Mbps a 100Mbps a bajo costo. Uso de plataformas de administración existentes. Amplio soporte en la industria. Equipos de bajo costo. Beneficios de 100BaseT

76 MSc. Jorge Crespo Torres 75 IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet)

77 MSc. Jorge Crespo Torres 76 Motivación Gigabit Ethernet Necesidades crecientes de las aplicaciones. Cambio en el comportamiento del tráfico y de la regla 80/20. Existencia de estándares ATM con velocidades de 622 Mbps de mayores costos y con inconvenientes en la explotación de la red. (Emulación de LAN). Desarrollo de la Electrónica, del PDS, etc. Interés de desarrollar un estándar con mayores velocidades pero que mantenga compatibilidad con las redes ya instaladas. Estandarizada en Junio del 98.

78 MSc. Jorge Crespo Torres 77 Características  Mantiene formato de tramas Ethernet incrementando el tamaño de trama mínimo a 512 bytes.  Usa el protocolo 802.3 CSMA/CD.  Permite operación half y full-dúplex.  El nivel físico emplea fibra óptica y par trenzado.  Compatible con las tecnologías Ethernet existentes.  Eficiencia del 70%.  Velocidad de transmisión 1Gbps.

79 MSc. Jorge Crespo Torres 78 Alternativas de Gigabit Ethernet

80 MSc. Jorge Crespo Torres 79 Alternativas de Gigabit Ethernet

81 MSc. Jorge Crespo Torres 80

82 MSc. Jorge Crespo Torres 81

83 MSc. Jorge Crespo Torres 82 Modo de operación Half Duplex: Principal desafío.  Proveer una red lo suficientemente amplia como para ser aplicada en el backbone de una red Ethernet.  Tiempo de slot, (Diámetro máximo de la red) : Tslot = RTTmax + Tce Tslot= 512 tiempos de bit Fast Ethernet:Diametro máximo de un dominio de colisiones = 512 bits  200m. Gigabit Ethernet: 512 bits  20m

84 MSc. Jorge Crespo Torres 83 Buscando tiempos de bits Disminuyendo los retardos introducidos por los repetidores –Tecnología existente no lo permite Retardos de propagación de los cables –Basado en la velocidad de la luz, no se pueden reducir Extendiendo el Tamaño mínimo de la trama –Problema: compatibilidad

85 MSc. Jorge Crespo Torres 84 Extensión de portadora 512 bytes (4,096 bit times) Introduce sobrecarga ante tramas pequeñas

86 MSc. Jorge Crespo Torres 85 Ráfagas de tramas Sin este mecanismo un canal GE es 2 veces más lento que un canal Fast Ethernet para tramas de tamaño mínimo Con dicho mecanismo un canal GE es 9 veces más rápido que un canal Fast Ethernet para un flujo constante de tramas pequeñas.

87 MSc. Jorge Crespo Torres 86 Codificacion de Línea en Gigabit Ethernet Codificación 8B/10B. Semejante a 4B/5B de Fast Ethernet, pero ésta no garantiza control sobre el nivel de CD. 8B/10B si garantiza control sobre el nivel de CD. Estandarizada en FibreChannel FC-1

88 MSc. Jorge Crespo Torres 87 QoS en Gigabit Ethernet Empleada en los backbones de las redes. 802.1p Generic Attribute Registration Protocol para QoS. Para aplicaciones que requieren QoS en 1998 fue aprobado IEEE 802.1p IEEE 802.1p permite a cada estación, solicitar determinada QoS y a la red responder y permite gestión de grupos multicast.

89 MSc. Jorge Crespo Torres 88 Conclusiones Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet es una tecnología viable para 1Gbps. Muy buena relación costo-beneficio. Empleada en backbones. Compatible con lo instalado. Desarrollo de protocolos que junto a RSVP garanticen QoS que ethernet no garantiza de forma inherente.

90 MSc. Jorge Crespo Torres 89 IEEE 802.3ae (10 Gigabit Ethernet)

91 MSc. Jorge Crespo Torres 90 ¿Para qué 10Gb? El tráfico de voz aumenta el 10% anual El tráfico de datos aumenta el 35% y el de Internet se duplica cada 3 meses. Tecnologías emergentes que trabajan en el orden de los GHz, GbE LAN, y aplicaciones multimedia que demandan elevado ancho de ancha son realidades actuales o futuras que requieren mayor velocidad en la red.

92 MSc. Jorge Crespo Torres 91 Para redes LAN empresariales, 10GbE hace posible escalar las redes de 10 Mbps a 10Gbps, manteniendo la inversión en Ethernet a medida que se incrementa el desempeño de la red.* ¿Para qué 10Gb?

93 MSc. Jorge Crespo Torres 92 Arquitectura LAN 100 Mbps 10 1995 10 Gbps 1 G1 G 1 G1 G 1 G1 G 1 G1 G 2005 LAN Switch Enterprise Switch LAN Switch 1 Gbps 100 2000 100 1 G1 G

94 MSc. Jorge Crespo Torres 93 ¿Para qué más Gigabits? Los usuarios tienen altas expectativas de la red y requieren inmediatez en los procesos, siendo cada vez menos tolerantes a los lentos tiempos de respuesta. La TIA/EIA especifica el cableado Cat 5e para las nuevas instalaciones. Cableado horizontal Gigabit ready.

95 MSc. Jorge Crespo Torres 94 ¿Para qué más Gigabits? Una planeación y diseño apropiados sugiere que si el cableado horizontal es “Gigabit Ready”, el backbone necesita manejar velocidades un factor arriba, requiriendo entonces una infraestructura “10Gigabit Ready”.

96 MSc. Jorge Crespo Torres 95 Transportar simultáneamente 833 señales de video (video digital de 1.5 Megabyte/s).* ¿Qué tan rápido puede ser 10 Gigabits/s? Transferir el contenido de un disco duro de 10 Gigabyte en 8 segundos. Hacer un respaldo de 2 Terabyte de una empresa en 27 minutos.

97 MSc. Jorge Crespo Torres 96 Grupo de compañías interesadas en promover el desarrollo y la implementación de la tecnología 10GE: Formación del Grupo de Estudio 802.3ae Promover la aceptación de la industria Acelerar su adopción Demostrar la interoperabilidad entre fabricantes Promover la comunicación entre usuarios y proveedores* 10 Gigabit Ethernet Alliance

98 MSc. Jorge Crespo Torres 97 Evolución del Estándar 10 Gigabit Ethernet En sólo 3 años se realizó el desarrollo y la especificación completa del estándar para 10GE !

99 MSc. Jorge Crespo Torres 98 Evolución del BW de la Fibra Óptica. Transición LED - Láser Fibra óptica: único soporte definido para 10GE

100 MSc. Jorge Crespo Torres 99 IEEE 802.3ae 10Gb/s. Objetivos Genéricos Preservar los tamaños máximos y mínimos de las tramas. Soportar solamente comunicación full-duplex. Soportar redes LAN en topología estrella a través de enlaces punto a punto sobre cableado estructurado. Define dos familias de PHYs (Physical Layer Device) –LAN PHY operando a 10 Gb/s –WAN PHY operando a OC-192c/SDH VC-4-64c

101 MSc. Jorge Crespo Torres 100 Proveer las especificaciones de capa física para soportar distancias de: –Por lo menos 300m sobre fibra multimodo (MMF) instalada; 65m sobre MMF; 2km sobre fibra mono modo (SM); 10km sobre fibra SM; 40km sobre fibra SM –Soportar la fibra óptica especificada en la 2° Edición del estándar internacional ISO/IEC 11801* IEEE 802.3ae 10Gb/s. Objetivos Genéricos

102 MSc. Jorge Crespo Torres 101 10GBASE-SR (850nm Serial)

103 MSc. Jorge Crespo Torres 102 10GBASE-LR (1310nm Serial) 40kmSingle-mode Minimum RangeFiber Type 10GBASE-ER (1550nm Serial)

104 MSc. Jorge Crespo Torres 103 Comparación de Costos 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 850nm VCSEL1300nm Laser1550nm Laser Tipo de Puerto Óptico Fuentes Ópticas

105 MSc. Jorge Crespo Torres 104 Demostración de Interoperabilidad entre Fabricantes 10GE (2002)

106 MSc. Jorge Crespo Torres 105 Aplicaciones de 10GE

107 MSc. Jorge Crespo Torres 106 Interconexión 10GE WAN PHY con Red Transponder/DWDM

108 MSc. Jorge Crespo Torres 107 Interconexión 10GE WAN PHY con Backbone OC-768

109 MSc. Jorge Crespo Torres 108 Conclusiones sobre 10 GE La trasmisión 10GBASE-SR @ 850nm provee la solución más simple y costo-efectiva para 10GbE en las redes corporativas hasta de 300m. WWDM es efectivo al transmitir los 10Gbps utilizando la base de fibra óptica multimodo instalada, sin embargo aumenta la complejidad y los costos de la solución en equipos activos. La fibra monomodo deberá tenerse muy en cuenta como una alternativa para el cableado de backbone según las distancias.

110 MSc. Jorge Crespo Torres 109 10GbE podrá soportar distancias hasta de 300m en fibra multimodo y de 40km sobre monomodo. Con 10GbE se podrá construir LAN’s, MAN’s y WAN’s utilizando Ethernet como la Capa-2 de transporte extremo a extremo. Aprovechando el largo alcance de la SMF se podrá construir redes metropolitanas de bajo costo y backbones 10 Gigabit Ethernet. La interfaz WAN PHY del estándar 10GbE se adapta eficientemente sobre las redes de transporte SONET/SDH/TDM. Conclusiones sobre 10 GE

111 MSc. Jorge Crespo Torres 110 40GbE podría llegar a ser el “próximo paso” de evolución, como lo ha sido (OC-768) en las redes SONET/SDH. ¡Planee con anterioridad! Para estar en posición de tomar plena y rápida ventaja de estas tecnologías clave a medida que están disponibles. Conclusiones sobre 10 GE

112 MSc. Jorge Crespo Torres 111 Esto es todo. ¿Alguna pregunta?