1 REDES LAN

2 ARQUITECTURA LAN Los elementos que determinan la naturaleza de una LAN: Arquitectura de Protocolo Topología Control de acceso al medio Control de enlace lógico

3 Arquitectura de protocoloCapas bajas del modelo OSI Modelo de referencia IEEE 802 Física Control de enlace lógico (LLC) Control de acceso al medio (MAC)

4 IEEE 802 y OSI

5 802 Capa Física Codificación/decodificaciónGeneración y extracción de preámbulo Transmisión/Recepción de bit Medio de transmisión y topología

6 802 Capa de Control de enlace lógicointerfase con las capas de nivel superior. Control de error y Control de flujo.

7 802 Capa de Control de acceso al medioEnsamblaje de datos dentro de tramas con los campos de dirección y detección de errores. Desensamblaje de trama Reconocimiento de direcciones Detección de errores Gobierno del acceso al medio de transmisión No se encuentra en la capa 2 (control de enlace de datos) Para un mismo LLC, se dispone de varias opciones MAC.

8 Protocolos LAN en su contexto

9 Topologías Árbol Bus Anillo Estrella Caso especial de árbolUn tronco, sin ramas Anillo Estrella

10 Topologías LAN

11 Bus y Árbol Medio multipunto La medición se propaga a través del medioTodas las estaciones escuchan el medio Necesidad de identificación de la estación Cada estación tiene una única dirección Conexión Full duplex entre estaciones y TAP Permite transmisión y recepción Necesidad de regular la transmisión Para evitar colisiones Para evitar la ocupación prolongada del medio Datos organizados en pequeños bloques (tramas) Terminadores de red que absorben las tramas en los extremos

12 TRANSMISION DE TRAMA - Bus LAN

13 Topología de anillo Repetidores unidos por enlaces punto a punto en un lazo cerrado Se reciben datos en un enlace y se retransmiten por otros Enlaces unidireccionales Estaciones unidas a los repetidores Tramas Circulación por todas las estaciones El destinatario reconoce la dirección y copia la trama Las tramas circulan hasta la fuente donde son retiradas El control de acceso al medio determina cuando una estación puede insertar una trama

14 Transmisión de tramas en LAN de anillo

15 Topología de estrella Cada estación se conecta directamente a un nodo central De forma usual a través de dos enlaces punto a punto El nodo central hace difusión de trama Estrella física, bus lógico Una sola estación puede transmitir en cada momento El nodo central actúa como un conmutador de tramas

16 Control de acceso al medioDónde? Central Mayor control Lógica de acceso simple en las estaciones Evita problemas de coordinación Existe un punto de falla total de la red Reducción potencial del desempeño Distribuido Cómo Sincrónico Una capacidad específica está dedicada a la conexión (FDM, TDM) Asincrónico En respuesta a la demanda

17 Sistema Asincrónico Round robin ContenciónEs bueno en la medida que muchas estaciones tengan datos que transmitir en un período extenso Bueno para tráfico caudaloso Contención Bueno para tráfico de ráfaga Las estaciones entran en contienda por el tiempo Distribuido Implementación sencilla Eficiente ante carga moderada Tiende a colapsar cuando la carga es muy alta

18 Formato de trama MAC La capa MAC recibe datos de la capa LLCControl MAC Dirección de destino MAC Dirección fuente MAC LLC CRC La capa MAC detecta errores y descarta tramas LLC, opcionalmente retransmite las tramas perdidas

19 Control de enlace lógicoTransmisión de las PDU a nivel de enlace entre dos estaciones Debe soportar multiacceso, medio compartido Es liberado de algunos detalles del acceso al medio por la capa MAC El direccionamiento incluye la especificación de los usuarios del LLC de origen y destino Referido como punto de acceso al servicio (SAP) Típicamente protocolos de alto nivel

20 Servicios LLC Basado en HDLCServicios sin conexión y sin reconocimiento Servicio en modo conexión Servicio sin conexión y con reconocimiento

21 Protocolo LLC Modelado después de HDLCModo asincrónico balanceado de operación de HDLC para soportar servicios LLC en modo conexión PDUs de información no numeradas para soportar servicios sin conexión y con reconocimiento Multiplexación usando LSAPs

22 Formato típico de trama

23 LANs BUS Señales balanceadasLa señal debe ser suficientemente fuerte para cumplir con los requerimientos de nivel de señal mínimo en el receptor. Dar una razón señal a ruido adecuada No tan fuerte como para sobrecargar al transmisor Debe satisfacer esto para todas las combinaciones de estaciones transmisoras y receptoras en el BUS Generalmente se divide la red en pequeños segmentos Los enlaces de segmentos con amplificadores o repetidores

24 Medios de Transmisión Par trenzado Cable coaxial en banda baseNo es práctico en BUS compartido a muy alta razón de datos Cable coaxial en banda base Ethernet cable coaxial de banda ancha Incluido en la especificación 802.3, pero no muy usado Fibra Óptica Cara Dificultad con la disponibilidad No usada Nuevas instalaciones Reemplazar por topologías en estrella basadas en par trenzado y en fibra óptica

25 Cable coaxial banda baseUsa señalización digital La codificación es Manchester o Manchester diferencial Se usa todo el espectro del cable El cable como un solo canal Bi-direccional Pocos Kmts de rango Ethernet (básicamente para 802.3) a 10Mbps Cable 50 ohm

26 10Base5 La especificación Ethernet y la norman el uso de cables de 0.4 pulgadas de diámetro con una razón de 10Mbps Máxima longitud del cable es de 500m La distancia entre taps es un múltiplo de 2.5m Esto asegura que las reflexiones de los taps adyacentes no se adicionen en fase Máx. 100 taps 10Base5

27 10Base2 Red barata Cable de 0.25 pulgada Mayor flexibilidadFácil de traer a la computadora Electrónica más barata Mayor atenuación Más baja resistencia al ruido Pocos taps (30) Distancias pequeñas (185m)

28 Repetidores Transmite en ambas direccionesEnlazan dos segmentos de cable Sin buffer Sin aislamiento lógico entre segmentos Si dos estaciones intentan transmitir al mismo tiempo, los paquetes colisionan Solo se permite un camino de segmentos y repetidores entre dos estaciones

29 Configuración en bandabase

30 LANs Anillo Cada repetidor se conecta con otros dos a través de enlaces de transmisión unidireccionales Un solo camino cerrado Los datos son transferidos bit a bit de un repetidor al siguiente El repetidor regenera y retransmite cada bit El repetidor realiza la inserción, la recepción y el retiro de los datos El repetidor actúa como un punto para anexar Los paquetes son retirados por el transmisor después de un recorrido completo al anillo

31 Estados de un repetidor de anillo

32 Funciones del estado de escuchaBúsqueda de patrones en la cadena de bit Dirección de la estación adjunta Token de permiso de transmisión Copia los bit de entrada y los envía a la estación adjunta Mientras retransmite cada bit Modificación de bit a medida que pasan Por ejemplo para indicar que el paquete se ha copiado (ACK)

33 Funciones del estado de transmisiónLa estación tiene datos para transmitir El repetidor tiene el permiso Recibe los bit de entrada Si la longitud del bit en el anillo es menor que la del paquete Pasar a la estación de origen para chequeo (ACK) Puede haber más de un paquete en el anillo Almacenar para retransmitir después

34 Estado de bypass Las señales que se propagan pasan por el repetidor sin demora Solución parcial a la fiabilidad Mejora del desempeño

35 Medios de transmisión en anilloPar trenzado Cable coaxial bandabase Fibra óptica NO cable coaxial banda ancha Cada repetidor debe ser capaz de recibir y transmitir en múltiples canales

36 Temporización del JitterEl reloj es incluido en la señal Por ejemplo: Codificación Manchester diferencial El reloj es recuperado por los repetidores Para conocer cuando muestrear la señal y recuperar los bits Usar el reloj para la retransmisión El reloj recuperado se desvía del centro del intervalo del bit aleatoriamente ruido Imperfecciones en los circuitos Retransmisión sin distorsión pero con error de temporización El efecto acumulativo es tal que la longitud del bit varía Número limitado de repetidores en el anillo

37 Solucionando las limitaciones del JitterLos repetidores usan PLL (phase locked loop) Minimizan la desviación de un bit al próximo Uso de buffer en uno o más repetidores Reteniendo un cierto número de bits Expansión y contracción para mantener la longitud del bit en el anillo constante Incremento significativo de la longitud máxima del anillo

38 Problemas potenciales del anilloLa ruptura en cualquier enlace deshabilita la red La falla de un repetidor deshabilita la red La instalación de un nuevo repetidor para adjuntar una nueva estación requiere de la identificación de los dos repetidores topológicamente adyacentes Jitter de temporización Método de eliminación de los paquetes circulantes Técnica de backup para caso de errores La mayoría de estos problemas se solucionan con una arquitectura estrella-anillo

39 Arquitectura estrella-anilloTodos los enlaces entre los repetidores a un solo sitio Concentrador Provee acceso central a la señal en cada enlace Fácil localización de fallas Puede alimentar mensaje en el anillo y determinar cuan lejos llega El segmento dañado puede ser desconectado y reparado posteriormente Un nuevo repetidor puede adicionarse con facilidad Los relé de bypass asociados a cada repetidor pueden ser trasladados al concentrador Pueden conectarse múltiples anillos utilizando puentes (puentes)

40 LANs Estrella Usa par trenzado sin apantallar (telefónico)Costo de instalación mínimo Adjunto a un hub activo central Dos enlaces Transmisión y recepción El Hub repite la señal de entrada en todas las líneas de salida La longitud de todos los enlaces está limitada d cerca de 100m Fibra óptica hasta 500m BUS lógico con colisiones

41 Topología estrella de dos niveles

42 Hubs y Switches Los hub comparten el medio físico Switched LAN hubHub central El Hub retransmite la señal de entrada en todos los enlaces de salida Solo una estación puede transmitir en cada instante Con una LAN a 10Mbps, la capacidad total es 10Mbps Switched LAN hub El Hub actúa como switch Las tramas de entrada son conmutadas a la línea de salida apropiada Las líneas no utilizadas pueden ser usadas para conmutar otro tráfico Cuando dos pares de línea están en uso la capacidad total es de 20Mbps

43 Hubs conmutados Sin cambios en el software y el hardware de los dispositivos Cada dispositivo tiene una capacidad dedicada Son escalables fácilmente Switch de almacenamiento y reenvío Acepta señales de entrada, las almacena brevemente y las transmite Switch de corte Utiliza la dirección de destino que está al comienzo de la trama Comienza a repetir la trama de entrada en la línea de salida tan pronto como reconoce la dirección Puede propagar tramas erróneas

44 Hubs y Switches (diag)

45 LANs inalámbrica Movilidad Flexibilidad Apropiada en áreas extensasReduce los costos de sistemas inalámbricos Eleva el desempeño de sistemas inalámbricos.

46 Aplicaciones de LAN inalámbricasLAN extensas Interconexión de edificios Acceso nómada Redes Ad hoc

47 Aplicación de las LAN inalámbricasEdificios con grandes áreas Plantas manufactureras Almacenes Edificios históricos Oficinas pequeñas Pueden mezclarse con sistemas fijos

48 LAN inalámbrica de una celda

49 LAN inalámbrica multicelda

50 Interconexión de edificiosEnlaces inalámbricos punto a punto entre edificios Típicamente interconectando puentes o routers Usada donde la conexión de cables es imposible Por ejemplo a través de una calle

51 Acceso Nómada Terminales de datos móviles (Mobile data terminal)Ejemplo: laptop Transferencia de datos de una laptop a un servidor Campus o grupos de edificios

52 Red Ad Hoc Peer to peer Temporalmente Ejemplo: conferencia

53 Configuración de LAN inalámbrica

54 Requerimiento de LAN inalámbricasCaudal Número de nodos Conexión a un backbone Área de servicio Consumo de potencias de baterías Transmisión robusta y segura Ubicación de las LAN en operación Operación libre de licencia Handoff/roaming Configuración dinámica

55 Tecnología de LAN inalámbricaInfrarroja (IR) LANs De espectro extendido LANs Microondas de banda estrecha

56 Puentes Posibilidad de expansión más allá de una LAN individualProvee la interconexión con otras LANs/WANs Use Puente o router Puente es simple Conecta LANs similares Protocolos idénticos para las capas físicas y de enlace Procesamiento mínimo El Router es de propósito más general Interconexión de varias LANs y WANs

57 Por qué Puente? Fiabilidad Desempeño Seguridad Geografía

58 Funciones de un puente Leer todas las tramas transmitidas desde una LAN y aceptar las que direccionan alguna de las estaciones de otra Mediante el uso del protocolo MAC, retransmite las tramas en la segunda red

59 Operación del Puente

60 Aspecto de diseño de los PuenteNo modifican el contenido ni el formato de las tramas No encapsula las tramas Retransmite exactamente el mismo patrón de bit de la trama de llegada Capacidad de almacenamiento mínima para asimilar los picos de demanda Posee inteligencia para el enrutamiento y el direccionamiento Debe ser capaz de decidir que trama pasa Puede haber más de un puente Pueden ser conectadas más de dos LAN Es transparente a las estaciones Todas las estaciones de múltiples LAN aparentan estar en una misma LAN

61 Arquitectura de los protocolos de PuenteIEEE 802.1D Nivel MAC La dirección de cada estación está a este nivel Los Puente no necesitan capa LLC Retransmiten tramas MAC Pueden transmitir tramas pasando por sistema de comunicación externo Ejemplo: enlaces WAN Captura de trama Encapsulamiento Enviar a través del enlace Elimina el encapsulamiento y envía a través del enlace LAN

62 Conexión de dos LAN

63 Enrutamiento fijo LANs complejas necesitan alternativas de enrutamiento Balance de carga Tolerancia a fallos Los Puente deben decidir sobre enviar o no las tramas Los Puente deben decidir hacia que Lan enviar la trama Selección de ruta para cada par de LAN fuente- destino Con la configuración Usualmentela ruta de menos salto Solo cambia cuando cambia la topología

64 Múltiples LANs

65 Árbol extendido El Puente elabora automáticamente la tabla de enrutamiento Actualiza automáticamente en respuesta a los cambios Envío de tramas Aprendizaje de direcciones Resolución de lazo

66 Retransmisión de la tramaMantiene las bases de datos para cada puerto Lista de las direcciones de las estaciones alcanzadas a través de cada puerto Para una trama que llega por el puerto x: Busca en la base de datos de reenvío para ver si la dirección MAC si está en la lista de cualquier puerto excepto x Si no se encuentra la dirección, enviar por todos los puertos excepto x Si la dirección está listada en el puerto y, chequear si el puerto y está bloqueado o en estado de reenvío El bloqueo no permite que el puerto transmita o reciba. Si no está bloqueado transmitir la trama por el puerto y

67 Aprendizaje de la direcciónSe puede hacer una carga preliminar de la base de datos de reenvío Pueden ser aprendidas Cuando una trama llega al puerto x proviene de la LAN adjunta a dicho puerto Usa la dirección de fuente para actualizar la base de datos de reenvío del puerto x incluyendo dicha dirección Temporización de cada entrada en la base de datos Cada vez que una trama llega, se chequea su dirección de fuente en la base de datos de reenvío

68 Algoritmo de árbol extendidoTrabaja aprendiendo las direcciones para el trazado del árbol Por ejemplo: sin lazo cerrado Para cada grafo hay un árbol extendido que mantiene la conectividad pero que no contiene lazos Cada puente tiene asignado un único identificador Intercambio entre puentes para establecer el árbol extendido

69 Lazo de Puentes