PDF de programación - Clase 5 - Diseño de redes Ethernet

Diseño de redes Ethernet

Clase 5
WLANs

Tema 2.- Nivel de enlace en LANs

Ingeniero Técnico de Telecomunicación Especialidad en

Dr. Daniel Morató

Redes de Ordenadores
Sonido e Imagen, 3º curso

Temario

1.- Introducción
2.- Nivel de enlace en LANs
3.- Interconexión de redes IP
4.- Enrutamiento con IP
5.- Nivel de transporte en Internet
6.- Nivel de aplicación en Internet
7.- Ampliación de temas

Diseño redes Ethernet

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Temario

LANs Ethernet
Diseño de redes Ethernet. WLANs

1.- Introducción
2.- Nivel de enlace en LANs
•
•
3.- Interconexión de redes IP
4.- Enrutamiento con IP
5.- Nivel de transporte en Internet
6.- Nivel de aplicación en Internet
7.- Ampliación de temas

Diseño redes Ethernet

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Objetivos

• Funcionamiento
de
conmutadores Ethernet
• Otras tecnologías frecuentes

puentes

y

Diseño redes Ethernet

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Contenido

• Redes Ethernet

 Puentes y conmutadores
 Puentes transparentes
 Spanning-Tree Protocol
• Wireless LAN (WLAN)

 Elementos
 IEEE 802.11

Diseño redes Ethernet

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Contenido

• Redes Ethernet

 Puentes y conmutadores
 Puentes transparentes
 Spanning-Tree Protocol
• Wireless LAN (WLAN)

 Elementos
 IEEE 802.11

Diseño redes Ethernet

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Puentes
segmentos
unen
Ethernet a nivel físico ⇒ un
dominio de colisión (…)
segmentos
Ethernet a nivel de enlace (…)

unen

• Repetidores

• Puentes

Hub

Hub

Dominio de colisión

Red
Enlace
Físico

Hub

Hub

Puente

Hub

Hub

Dominio de colisión

Dominio de colisión

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Puentes: ¿Por qué?

Hub

Hub

Puente

Hub

Hub

Dominio de colisión

Dominio de colisión

• LANs alejadas geográficamente que se desean unir
• Exceso de carga en una LAN y se quiere dividir
• Confiabilidad: limitar efectos de nodos defectuosos
• Seguridad: limitar efectos modo promiscuo

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Puentes

Hub

Hub

Puente

Hub

Hub

Dominio de colisión

Dominio de colisión

•

•

Funcionamiento
 Conectado como una estación normal
 Modo promiscuo
 Reenvía las tramas dirigidas a estaciones conectadas a otro dominio
 No altera la trama (se mantienen las direcciones MAC origen y destino)
Las colisiones no se propagan (dominios de colisión separados)

• Conmutador de paquetes
•
• Transparente para las estaciones
• Número entre dos estaciones no está limitado:
 Permite agrandar la red más allá de los límites de Ethernet.
Pueden unir redes de diferente tecnología 802
Diseño redes Ethernet

 La LAN resultado se comporta lógicamente como un solo segmento

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Puentes y conmutadores

• Conmutador Ethernet (switch, switching-hub) es básicamente un
• Normalmente con más de 2 puertos, uno por estación
•
• Cada pareja tiene un canal dedicado con la capacidad total de la LAN
•
• Tipos

puente
Puede otorgar un camino conmutado entre cada par de estaciones
para cada trama
Puede trabajar con multiples tramas al mismo tiempo

- Store-and-forward
- Cut-through

Hub

10Mbps

Switch

10Mbps

10Mbps

Medio compartido

Capacidad total 10Mbps

Medio conmutado

Capacidad total Nx10Mbps

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Puente transparente

(Funcionamiento)

A

B

000d933159fa

D

E

F

Puerto 1

Puerto 3

Puerto 2

C

• Mantiene una lista de direcciones MAC asociada a cada uno
• Cuando ve una trama por un puerto (…)

de sus puertos (…)

si no estaba ya. Ahora sabe que esa máquina está en ese dominio (…)

- Apunta la dirección MAC origen de la trama en la lista asociada al puerto
- MAC destino:

recibió

- Broadcast: reenvía la trama por todos los puertos menos aquel por el que la
- Buscar en las listas de los puertos:

o Si la encuentra en un puerto reenvía la trama solo por ese puerto
o Si no la encuentra en ninguna lista reenvía la trama por todos los puertos menos por el

que la leyó (inundación, flooding)

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Puente transparente

(Ejemplo)

A

B

Puerto 1

Puerto 3

D

E

F

Puerto 2

C

Suceso
Suceso

Acción

Lista del puerto 1 Lista del puerto 2

Lista del puerto 3

Arranca el puente
Arranca el puente

-
-

A envía a B
B envía a A

F envía broadcast

E envía a B

E envía a D
C envía a F

Envía por puerto 2 y 3

-
-

Envía por puerto 1 y 2
Envía por puerto 1
Envía por puerto 1 y 2
Envía por puerto 3

-
-

A
A

A y B
A y B

A y B
A y B

A y B
A y B

A y B
A y B

A y B
A y B

-
-

-
-

-
-

-
-

-
-

-
-

C
C

-
-

-
-

-
-

F
F

E y F
E y F

E y F
E y F

E y F
E y F

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Puentes y conmutadores

(Problemas)

• Crean un solo dominio de broadcast

control necesaria para algunos protocolos

• No debe haber bucles (closed-loops) en la

- Más estaciones ⇒ mayor porcentaje de tráfico es de broadcast
- Generalmente este tráfico no es de datos sino de información de
- Solución: Separar los dominios de broadcast con Routers
topología
- No permite redundancia en los enlaces
- Se crearían tormentas
- Solucion: romper los bucles, Spanning-Tree Protocol

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Spanning-Tree Protocol (STP)

• Si se colocan formando un bucle y se envía una trama a una MAC

desconocida por los puentes o a broadcast

Puente 1

Puente 2

Puente 2

Puente 1

Puente 3

Puente 4

• Para evitar eso los puentes emplean un protocolo (STP) que
calcula un árbol, desactivando los enlaces fuera del mismo (IEEE
802.1D) (… …)

Puente 1

Puente 4

Puente 2

Puente 2

Puente 3

Puente 1

Puente 3

Puente 4

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Ventajas e inconvenientes
• Ventajas

- Transparente para las estaciones
- Los puentes/conmutadores aíslan el tráfico de cada dominio de colisión

aumentando el ancho de banda total

- Permiten aumentar las distancias más allá de los límites de la tecnología LAN
- Pueden interconectar tecnologías muy diferentes (10BASE-T, 100BASE-TX, Token

Ring, FDDI, etc. )

independientes

- Un conmutador puede mantener tráfico simultáneo entre pares de puertos

alternativo está desactivado emplendo STP hasta que hace falta)

- Permiten tener caminos alternativos por si un puente falla (el camino
Inconvenientes
- Todo se comporta como una sola LAN luego los broadcast deben llegar a

•

todas las máquinas

- En redes grandes el tráfico de broadcast puede ser elevado

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Contenido

• Redes Ethernet

 Puentes y conmutadores
 Puentes transparentes
 Spanning-Tree Protocol
• Wireless LAN (WLAN)

 Elementos
 IEEE 802.11

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Elementos de la red

(Infraestructura)

• Estaciones inalámbricas
 Pueden ser móviles o no
• Estaciones base

• Red cableada (wired)

 Conecta a las estaciones a la
 Crea una celda (asociación)

red cableada

Distribution System (DS)

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Elementos de la red

(Ad-hoc)

• No hay estaciones base
• Comunicación
con
otros
nodos dentro del alcance
• Los nodos
reenvían
los
paquetes para aumentar el
alcance
• Protocolos de enrutamiento
específicos para redes ad-hoc

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IEEE 802.11

• Wireless Ethernet, Wi-Fi (Wireless Fidelity)
•

1 y 2 Mbps (depende de la calidad de la señal)
2.4 GHz (sin licencia) C-Band ISM (Industrial Scientific and Medic)

802.11
-
-
802.11b
- Hasta 11Mbps
-
802.11a (Wi-Fi5)
-
- Hasta 54Mbps
802.11g
-
- Hasta 54Mbps

•

•

•

2.4 GHz (sin licencia)

5-6 GHz (sin licencia)

2.4 GHz (sin licencia)
• Emplea CSMA/CA
• Soportan modo infraestructura y modo ad-hoc

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Service Sets

•

Infrastructure Basic Service Set
 AP = Access Point
 Celda = Basic Service Set (BSS) = AP

+ hosts

AP

Independent BSS o Ad Hoc BSS

•
• Extended Service Set

 DS (Distributed System) 802, wired o
 Permite movilidad entre BSSs

wireless

BSS1

BSS2

ESS

BSS3

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Distributed System

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Nivel físico

• Canales
Japon
España, 4 en Francia, 14 en Japón

- 802.11a: 12 canales en USA y Canada, 19 en Europa, 4 en
- 802.11b/g: 11 canales en USA, 12 en Europa (ETSI), 2 en
- Cada canal puede transmitir a la velocidad máxima
- Un access point emplea 1 canal
frecuencia
- Separación mínima de 5 canales para no interferirse
- 3 canales que no se solapan (si al menos 11 son legales)

• Los canales 802.11b/g se superponen en

802.11g
2.4GHz
6-54Mbps

FDM

802.11a
5GHz
6-54Mbps
FDM

802.11
2.4GHz
1, 2Mbps
FHS, DSSS

802.11b
2.4GHz
DSSS

5.5, 11Mbps

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Métodos de acceso al medio

Red

C
L
L


l
e
v
i
N
b
u
S

C
A
M


l
e
v
i
N
b
u
S

e
c
a
n
E

l

i

o
c
s
í
F

Logical Link Control (LLC)

Servicio

con

contienda

Servicio sin
contienda

Point Coordination

Function (PCF)

Distributed Coordination Function (DCF)

802.11g
2.4GHz
6-54Mbps
OFDM

802.11a
5GHz
6-54Mbps
OFDM

802.11
2.4GHz
1, 2Mbps
FHSS, DSSS

802.11b
2.4GHz

5.5, 11Mbps
HR-DSSS

•

Coordination

• Distributed
Function (DCF)
 CSMA/CA
Coordination
Point
Function (PCF)
modo
en
 Solo
infraestructura
 El AP controla el acceso al
medio mediante polling
 Escasas implementaciones
802
• Direcciones MAC
(formato
trama
de
diferente de 802.3)

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CSMA/CA

sender

receiver

DIFS

data

ACK

SIFS

• Carrier Sense: Si se detecta el
medio inactivo durante el tiempo
suficiente (DIFS) la estación puede
enviar una trama
Si el medio está ocupado se
emplea un backoff exponencial

•
• No se pueden detectar colisiones:

- La radio debería transmitir y recibir a la

vez (caro)
receptor (hidden terminal)

- Puede que la colisión se dé solo en el
La trama debe ser confirmada
(acknowledgement en el nivel de
enlace)
Si no se recibe confirmación se
hace backoff y retransmisión

•

•

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ABCCSMA/CA

• Collision Avoidance:

- Si se produce una colisión con una trama
larga es un gran desaprovechamiento del
canal
- Reservar previamente el canal con una
trama corta
(menor probabilidad de
colisión)
- Request-To-Send (RTS) (puede colisionar)
(nadie más
- Clear-To-Send
• Throughput obtenible limitado
• Unos 4-6Mbps en 802.11