PDF de programación - Ethernet (1)

REDES DE BANDA ANCHA
Área de Ingeniería Telemática

Ethernet (1)

Area de Ingeniería Telemática

http://www.tlm.unavarra.es

Redes de Banda Ancha

5º Ingeniería de Telecomunicación

Local Area Networks (LANs)

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•

• Son redes privadas
• Se limitan a un edificio o una

zona local (1 ó 2Km)
Las velocidades hoy en día
están entre
los
1000Mbps

los 10 y

• Conectan estaciones de trabajo,

periféricos, terminales...

• Suelen ser tecnologías basadas

en medios de broadcast

• Se producen pocos errores
• Muchos usuarios

• Ejemplos: Ethernet, WiFi,

FDDI, Token Ring, etc

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Ethernet

• Tecnología de LAN ampliamente extendida
• Simple de instalar
• Barata
• Multiples medios físicos (coaxial, par trenzado, fibra)
• Ha ido aumentado su velocidad (10Mbps-10Gbps)

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Contenido

• Ethernet original
• Formatos de trama Ethernet
• Control de acceso al medio
• Evolución de Ethernet

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Ethernet “original”

• ¿Quién?
• Bob Metcalfe. Años 70-80. Xerox Palo Alto Research Center,

¿Dónde? ....

¿Cuándo?

California

10Mbps

• Posteriormente fundador de 3Com
•
• Thick Ethernet o 10Base5
• Topología en bus
• Estándar DIX (Digital, Intel, Xerox)

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Ethernet “original”

“Thick Ethernet”

10Base5
•
• Coaxial grueso (amarillo)
• 5 → 500m (entre repetidores)

DTE

Interfaz Ethernet

Cable AUI

Transceiver (MAU)

Coaxial grueso (Physical Medium)

Tap (MDI)

MAU = Medium Attachment Unit
MDI = Medium Dependent Interface
AUI = Attachment Unit Interface
DTE = Data Terminal Equipment

Terminador

50Ω

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Topología en bus

Ventajas:
• Barata y fácil de implementar
• Requiere menos cableado que otras
• Se pueden añadir nuevos nodos sin afectar al tráfico

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Topología en bus

Desventajas:
• Es difícil encontrar fallos en el cableado
• Un corte en el bus puede aislar segmentos o ser fatal

para la LAN

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Área de Ingeniería Telemática

Formatos de trama Ethernet

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Nivel MAC

• PDU del nivel de enlace = Trama (Frame)
• Formato de la trama (estándar DIX)

– Direcciones MAC
– Ethertype
– Datos
– CRC

• Hoy en día recogido también en el IEEE 802.3

Cabecera (header)

Dest
Addr

Bytes:

6

Src
Addr

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6

2

Datos

Sentido de transmisión

Cola (trailer)

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Trama DIX: Direcciones MAC

• Única por tarjeta (“a fuego”)
• Espacio plano de direcciones
•

6
00:00:0C:95:7A:EA)
• Tipos de direcciones

bytes

(ej:

– Individual/Grupo: octavo bit

está a 0/1

– Broadcast: todos los bits están

a 1

– Universal/Local: séptimo bit

está a 0/1

• Gestionadas por el IEEE
24
identifican al fabricante

primeros

– Los

bits

00:00:0C (y otros) = Cisco

Systems

00:00:63 = HP
00:20:AF (y otros) = 3Com

Cabecera (header)

Dest
Addr

Bytes:

6

Src
Addr

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Datos

Sentido de transmisión

Cola (trailer)

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Trama DIX: Encapsulación

• Ethertype (ej: 0x0800 = 2048 => IP)
• Datos:

– MTU (Maximum Transmission Unit) de 1500 Bytes
– Tamaño mínimo de 46 Bytes
– ¿Si no alcanza el mínimo? Relleno (padding) con 0s hasta

el mínimo

•

IP sobre EthernetII en RFC 894

MTU (Maximum Transmission Unit) = 1500 Bytes

46-1500Bytes

Datos

Dest
Addr

Src
Addr

Bytes:

6

6

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2

Tamaño: Mínimo=64Bytes, Máximo=1518Bytes

Sentido de transmisión

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Trama IEEE

IEEE 802.3 + 802.2 (LLC/SNAP)…

•
• Campo de Longitud (hace referencia a todo

lo que le sigue, sin contar el CRC)
Los Ethertype son > 1500 por lo que ambos
formatos son compatibles
IP sobre 802 en RFC 1042

•

•

Network Layer

Link Layer

Physical Layer

LLC
MAC

Dest
Addr

Bytes:

6

Src
Addr

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o
L

802.2 LLC 802.2 SNAP
)
A
A
(

P
A
S
S

Org
Code
(000)

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)
A
A
(

P
A
S
D

)
3
(

L
T
N
C

38-1492Bytes

Datos

6

1 1 1 3

2
Tamaño: Mínimo=64Bytes, Máximo=1518Bytes

2

DIX (Ethernet II)

Dest
Addr

Src
Addr

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Datos

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CSMA/CD

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Subnivel MAC

CSMA/CD
• Carrier Sense Multiple Access / Colision Detection
• Canal inactivo: transmitir la trama
• C. ocupado: retrasar la transmisión
• Debido al retardo puede que un nodo no note que otro está transmitiendo
• Detecta si se produce una colisión mientras transmite
•
•

Si hay colisión reintenta tras un tiempo aleatorio (backoff)
Ejemplo (. . .)

A

B

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Subnivel MAC

CSMA/CD
• Carrier Sense Multiple Access /

Colision Detection

• Canal inactivo: transmitir la trama
• C. ocupado: retrasar la transmisión
• Debido al retardo puede que un
nodo no note que otro está
transmitiendo

• Detecta si se produce una colisión

mientras transmite
Si hay colisión reintenta tras un
tiempo aleatorio (backoff)
Ejemplo (. . .)

•

•

A

B

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Subnivel MAC

Tamaño mínimo de trama
• Emisor hace CD solo mientras transmite
• ¿Hacer CD hasta que el primer bit llegue a la estación más lejana y ya

se haya producido colisión o no vaya a haber ya? (…)

• Peor caso: trama mínima y colisión a la máxima distancia
• Colisión además debe llegar hasta el emisor (… … …)
• Collision window (slot time)
•
•

2 τ = trama_mínima / velocidad_tx = trama_mínima / 10Mbps
diámetro_máximo = τ ⋅ veloc_propag

A

t=t0

B

C

t=t0+2τ

t=t0+τ

D

t=t0+τ-ε

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Subnivel MAC

• Máximo 2500 m
• Mínimo 64 Bytes de trama
• Dominio de Colisión: una

red
la cual habrá una
CSMA/CD en
colisión si dos máquinas conectadas
al sistema
“al mismo
tiempo”

transmiten

• Con alta carga se disparan

colisiones

las

Tamaño de

trama
(bytes)

Tiempo de
Tx (µseg)

64
512
1000
1518

51.2
409.6
800
1214.4

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Frame rate

• ¿Máximo número de tramas por segundo? (. .

.)

IFG

Preámbulo

Trama mínima

9.6µs

6.4µs

51.2µs (64Bytes)

1

IFG + Preámbulo + Trama mínima

14.880 pps

=

!

IFG = Inter Frame Gap

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Frame rate

• ¿Mínimo número de tramas por segundo

ocupando toda la capacidad? (. . .)

IFG

Preámbulo

Trama máxima

9.6µs

6.4µs

1214.4µs (1518Bytes)

1

IFG + Preámbulo + Trama máxima

812 pps

=

!

IFG = Inter Frame Gap

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Evolución de tecnología Ethernet

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Tecnologías Ethernet

“Thinnet” o “Cheapernet”
IEEE 802.3a

10Base2
•
•
• Coaxial fino y flexible (negro)
•
2 → 185m (entre repetidores)
• Transceiver opcional (más barato)

Transceiver

Conector AUI

Una “T”

Conector BNC

Coaxial fino

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Tecnologías Ethernet

10Base-T
•
IEEE 802.3i
• Cables de par trenzado
• Topología física en estrella
– Elemento central = “Hub”

• Topología lógica en bus

DTE

DTE = Data Terminal Equipment
DCE = Data Communications Equipment

DCE

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Topología en estrella

Ventajas:
• Diseño simple con mínima planificación
• Fallos de conexión a una estación no afecta al resto

de la red

• El hub es un punto central que permite detectar fallos

(LEDs)

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Topología en estrella

Desventajas:
• El hub es un punto de fallo
• Requiere más cableado y más complicado de instalar

(sobredimensionar cableado)

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Tecnologías Ethernet

10Base-T
• Transceiver opcional
• Conector RJ-45

Conector AUI

Conector RJ-45

Cable de par trenzado

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Tecnologías Ethernet

Cable de par trenzado
• Ethernet 10Base-T emplea 2 pares de al menos categoría 3
• Un par transmisión, otro rece