ASIGNATURA:

REDES DE COMPUTADORES Lectura No 7.

TEMAS: 1. PROTOCOLOS DE LAN 1.1. Generalidades 1.2. Protocolos Tradicionales  IEEE 802.3 

PROTOCOLOS DE LAN Generalidades

Normas IEEE 802 para LAN Los comités 802 del IEEE se concentran principalmente en la interfaz física relacionada con los niveles físicos y de enlace de datos del modelo de referencia OSI de la ISO. Los productos que siguen las normas 802 incluyen tarjetas de la interfaz de red, bridges, routers y otros componentes utilizados para crear LANs de par trenzado y cable coaxial. El nivel de enlace se divide en 2 subniveles MAC (Control de Acceso múltiple) y LLC (Control Lógico de Enlace). son diferentes en la capa física en la subcapa MAC, pero son compatibles en la subcapa de enlace. Es un módulo de software incorporado a la estación de trabajo o al servidor que proporciona una interfaz entre una tarjeta de interfaz de red NIC y el software redirector que se ejecuta en el computador.

802.1 da una introducción al conjunto de normas y define las primitivas de interfaz, para interconexión de redes.

802.2 describe la parte superior de la capa de enlace que utiliza el protocolo LLC. 802.3 describe la norma CSMA/CD. 802.4 describe la norma token bus. 802.5 describe la norma token ring. 802.6 red de área metropolitana MAN 802.7 grupo asesor para técnicas de banda ancha 802.8 grupo asesor para técnicas de fibra óptica. 802.9 redes integradas para voz y datos. 802.10 seguridad de red. 802.11 redes inalámbricas. 802.12 LAN de acceso de prioridad bajo demanda (100VG-Any LAN). 802.16 Redes inalámbricas de banda ancha.

Definición de interconexión de red 802.1 Define la relación entre las normas 802 del IEEE y el modelo de referencia de la OSI. Este comité define que las direcciones de las estaciones de la LAN sean de 48 bits para todas las normas 802, así cada adaptador puede tener una única dirección. Control de enlaces lógicos 802.2 Define el protocolo que asegura que los datos se transmiten de forma fiable a través del enlace de comunicaciones LLC Logical Link Control. En los bridges estos dos subniveles se utilizan como un mecanismo modular de conmutación. Una frame que llega a una red ethernet y se destina a una red token ring , se le desmonta su header de frame ethernet y se empaqueta con un header de token ring. El LLC suministra los siguientes servicios: o servicio orientado a la conexión en el cual se establece una sesión con un destino y se libera cuando se completa la transferencia de datos. o servicios orientados a la conexión con reconocimiento parecido al anterior, en el cual se confirma la recepción de los paquetes. o servicio sin reconocimiento no orientado a la conexión en el cual no se establece una conexión ni se confirma su recepción. Norma IEEE 802.3 y ethernet Se utilizan en redes LAN con protocolo CSMA/CD. Históricamente se inicia en el sistema ALOHA en Hawai, continuándose su desarrollo por la XEROX y posteriormente entre XEROX, DEC e Intel proponen una norma para la ethernet de 10 Mbps la cual fue la base de la norma 802.3

Norma IEEE 802.4: token bus Debido a problemas inherentes del CSMA/CD como la característica probabilística de su protocolo que podría hacer esperar mucho tiempo a un frame, o la falta de definición de prioridades que podrían requerirse para transmisiones en tiempo real, se ha especificado esta norma diferente. la idea es representar en forma lógica un anillo para transmisión por turno, aunque implementado en un bus. Esto porque cualquier ruptura del anillo hace que la red completa quede desactivada. Por otra parte el anillo es inadecuado para una estructura lineal de casi todas las instalaciones.

El token o testigo circula por el anillo lógico. Sólo la estación que posee el testigo puede enviar información en el frame correspondiente. Cada estación conoce la dirección de su vecino lógico para mantener el anillo. protocolo de subcapa MAC para 802.4 token bus Al iniciar el anillo, las estaciones se le introducen en forma ordenada, de acuerdo con la dirección de la estación, desde la más alta a la más baja. El testigo se pasa también desde la más alta a la más baja. Para transmitir, la estación debe adquirir el testigo, el cual es usado durante un cierto tiempo, para después pasar el testigo en el orden adquirido. Si una estación no tiene información para transmitir, entregará el testigo inmediatamente después de recibirlo. La estructura del frame para un 802.4 es:

El preámbulo es utilizado para sincronizar el reloj del receptor. Los campos correspondientes a los delimitadores de comienzo y fin del frame contienen una codificación analógica de símbolos diferentes al 0 y 1, por lo que no pueden aparecer accidentalmente en el campo de datos.

Norma IEEE 802.5, token ring Una de sus características es que el anillo no representa un medio de difusión sino que una colección de enlaces punto a punto individuales. Seleccionada por la IBM como su anillo LAN.

802.6 red de área metropolitana MAN Define un protocolo de alta velocidad en el cual las estaciones enlazadas comparten un bus doble de fibra óptica que utiliza un método de acceso llamado bus dual de cola distribuida o DQDB Distributed Queue Dual Bus.

DQDB es una red de transmisión de celdas que conmuta celdas con una longitud fija de 53 bytes, por lo tanto, es compatible con la ISDN de banda ancha ISDN-B y ATM. La conmutación de celdas tiene lugar en el nivel de control de enlaces lógicos 802.2. 802.7 grupo asesor para técnicas de banda ancha. Proporciona asesoría técnica a otros subcomités en técnicas de conexión de red de banda ancha. 802.8 grupo asesor para técnicas de fibra óptica. Proporciona asesoría técnica a otros subcomités en redes de fibra óptica como alternativa a las redes actuales basadas en cobre. 802.9 redes integradas para voz, datos y vídeo. Tanto para LANs 802 como para ISDNs. La especificación se denomina IVD Integrated Voice and Data. El servicio proporciona un flujo multiplexado que puede llevar información de datos y voz por los canales que conectan las dos estaciones sobre cables de par trenzado de cobre. 802.10 seguridad de red. Grupo que trabaja en la definición de un modelo normalizado de seguridad que Inter-opere sobre distintas redes e incorpore métodos de autentificación y de cifrado. 802.11 redes inalámbricas. Comité que trabaja en la normalización de medios como la radio de amplio espectro, radio de banda angosta, infrarrojos y transmisiones sobre líneas de potencia. 802.12 LAN de acceso de prioridad bajo demanda (100VG-AnyLAN). Comité que define la norma ethernet a 100 Mbps con el método de acceso de prioridad bajo demanda propuesto por la Hewlett Packard y otros fabricantes. El cable especificado es un par trenzado de 4 hilos de cobre utilizándose un concentrador central para controlar el acceso al cable. Las prioridades están disponibles para soportar la distribución en tiempo real de aplicaciones multimediales. Los concentradores 100VG-AnyLAN controlan el acceso a la red con lo cual eliminan la necesidad de que las estaciones de trabajo detecten una señal portadora, como sucede en el CSMA/CD de la norma ethernet. Cuando una estación necesita transmitir, envía una petición al concentrador. Todas las transmisiones se dirigen a través del concentrador,

que ofrece una conmutación rápida hacia el nodo destino. Emisor y receptor son los únicos involucrados en las transmisiones, a diferencia del CSMA/CD donde la transmisión es difundida por toda la red. Si múltiples peticiones de transmisión llegan al concentrador, primero se sirve la de mayor prioridad. Si dos estaciones de trabajo hacen la solicitud con la misma prioridad y al mismo tiempo, se van alternando para darles servicio. Este método de trabajo es mejor que CSMA/CD.

LAN Ethernet.Ethernet es la tecnología de LAN de uso más generalizado (son posiblemente las que dominan en Internet), adecuándose muy bien a las aplicaciones en las que un medio de comunicación local debe transportar tráfico esporádico y ocasionalmente pesado, a velocidades muy elevadas. La arquitectura de red Ethernet se originó en la Universidad de Hawai durante los años setenta, donde se desarrolló el método de acceso múltiple con detección de portadora y detección de colisiones, CSMA/CD (Carrier Sense and Multiple Access with Collition Detection), utilizado actualmente por Ethernet. Este método ante la necesidad de implementar en las islas Hawai un sistema de comunicaciones basado en la transmisión de datos por radio, que se llamó Aloha. El centro de investigaciones PARC (Palo Alto Research Center) de la Xerox Corporation desarrolló el primer sistema Ethernet experimental a principios del decenio 1970-80, que posteriormente sirvió como base de la especificación 802.3 publicada en 1980 por el Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE). Las redes Ethernet son de carácter no determinista, es decir, las estaciones de una LAN de tipo CSMA/CD pueden acceder a la red en cualquier momento. Antes de enviar datos, las estaciones CSMA/CD escuchan a la red para determinar si se encuentra en uso. Si lo está, entonces esperan. Si la red no se encuentra en uso, las estaciones comienzan a transmitir. Esto las distingue de las redes como Token Ring y FDDI que son deterministas, y permite que todos los dispositivos puedan comunicarse en el mismo medio, aunque sólo pueda haber un único emisor en cada instante. De esta forma todos los sistemas pueden ser receptores de forma simultánea, pero la información tiene que ser transmitida por turnos. Ocurre con frecuencia que varios host que han estado esperando, cuando aprecian que la red está libre, empiecen a transmitir tramas a la vez. Esto da lugar a que en los medios físicos se produzca un encontronazo o choque entre dos tramas diferentes que quieren pasar por el mismo sitio a la vez. Este fenómeno se denomina colisión, y la porción de los medios de red donde se producen colisiones se llama dominio de colisiones. Una colisión se produce cuando dos estaciones escuchan para saber si hay tráfico de red, no lo detectan y, acto seguido transmiten de forma simultánea. En este caso, ambas transmisiones se dañan y las estaciones deben volver a transmitir más tarde. Las estaciones CSMA/CD pueden detectar colisiones y determinar cuando retransmitir.

Para intentar solventar esta pérdida de paquetes, las estaciones CSMA/CD pueden detectar colisiones, y poseen algoritmos de postergación que determinan el momento en que las estaciones que han tenido una colisión pueden volver a transmitir. Tanto las LAN Ethernet como las LAN IEEE 802.3 (dos especificaciones diferentes para un mismo tipo de red) son redes de broadcast (redes de difusión), lo que significa que cada estación puede ver todas las tramas, aunque una estación determinada no sea el destino propuesto para esos datos. Cada estación debe examinar las tramas que recibe para determinar si corresponden al destino. De ser así, la trama pasa a una capa de protocolo superior dentro de la estación para su adecuado procesamiento. Si la estación no es la destinataria final de la trama, ésta es ignorada. Existen diferencias sutiles entre las LAN Ethernet e IEEE 802.3. Ethernet proporciona servicios correspondientes a la Capa 1 y a la Capa 2 del modelo de referencia OSI, mientras que IEEE 802.3 especifica la capa física, o sea la Capa 1, y la porción de acceso al canal de la Capa 2 (de enlace), pero no define ningún protocolo de Control de Enlace Lógico. Tanto Ethernet como IEEE 802.3 se implementan a través del hardware. Normalmente, el componente físico de estos protocolos es una tarjeta de interfaz en un computador host, denominada tarjeta de red o NIC, o son circuitos de una placa de circuito impreso dentro de un host. MAC de Ethernet.Ethernet es una tecnología de broadcast de medios compartidos. El método de acceso CSMA/CD que se usa en Ethernet ejecuta tres funciones: 1. Transmitir y recibir paquetes de datos. 2. Decodificar paquetes de datos y verificar que las direcciones sean válidas antes de transferirlos a las capas superiores del modelo OSI. 3. Detectar errores dentro de los paquetes de datos o en la red.

Formatos de paquetes de Control de Acceso al Soporte (MAC)

Ambos paquetes de Ethernet e IEEE 802.3 empiezan por un patrón alternativo de unos y ceros denominado preámbulo. El preámbulo indica a las estaciones receptoras que llega un paquete. El byte que precede a la dirección de destino tanto en un paquete Ethernet como en uno IEEE 802.3 es un delimitador inicio-de-paquete, "start-of-frame" (SOF). Este byte finaliza con dos bits uno consecutivos y sirven para sincronizar las partes recibidas del paquete de todas las estaciones de la LAN. Inmediatamente después del preámbulo tanto en LANs Ethernet como IEEE 802.3 se encuentran los campos destino y dirección de origen. Ambas direcciones Ethernet e IEEE 802.3 tienen una longitud de 6 bytes. Las direcciones están especificadas en el hardware de las tarjetas de interface Ethernet e IEEE 802.3. Los tres primeros bytes los especifica el vendedor de la tarjeta Ethernet o IEEE 802.3, como por ejemplo EPSON. La dirección origen siempre es una dirección única (nodo único), mientras que la dirección destino puede ser única o múltiple (grupo), o de difusión (todos los nodos). En los paquetes Ethernet, el campo de 2 bytes que sigue a la dirección origen es un campo de tipo. Este campo especifica el protocolo de la capa superior que recibirá los datos después que se haya completado el proceso Ethernet. En los paquetes IEEE 802.3, el campo de 2 bytes que sigue a la dirección de origen es un campo de longitud, que indica el número de bytes de datos que siguen a este campo y preceden al campo de la secuencia de comprobación del paquete (FCS). A continuación de los campos tipo/longitud se encuentran los datos reales contenidos en el paquete. Después de completarse el procesamiento de la capa de enlace y la capa física, estos datos se envían eventualmente a un protocolo de

capa superior. En el caso Ethernet, el protocolo de capa superior viene identificado en el campo tipo. En el caso IEEE 802.3, el protocolo de capa superior debe ser definido en la porción de los datos del paquete. Si los datos del paquete son insuficientes para llenar el paquete a su tamaño mínimo de 64 bytes, se añaden bytes de relleno para garantizar un paquete con un tamaño mínimo de 64 bytes. Después del campo de los datos se encuentra el campo FCS de 4 bytes que contiene un valor de comprobación de redundancia cíclica (CRC). El CRC se crea en el dispositivo emisor y lo recalcula el dispositivo receptor para comprobar si el paquete en tránsito ha sufrido daños. El CSMA/CD no proporciona asentimiento, por lo que es necesario enviar un nuevo frame de confirmación desde el destino al origen.

Cableado en Ethernet.Existen por lo menos 18 variedades de Ethernet, que han sido especificadas, o que están en proceso de especificación. Las tecnologías Ethernet más comunes y más importantes las son: 1. Ethernet 10Base5: también llamada Ethernet gruesa, usa un cable coaxial grueso, consiguiendo una velocidad de 10 Mbps. Puede tener hasta 100 nodos conectados, con una longitud de cable de hasta 500 metros. Las conexiones se hacen mediante la técnica denominada derivaciones de vampiro, en las cuales se inserta un polo hasta la mitad del cable, realizándose la derivación en el interior de un transceiver, que contiene los elementos necesarios para la detección de portadores y choques. El transceiver se une al computador mediante un cable de hasta 50 metros. 2. Ethernet 10Base2: usa un cable coaxial delgado, por lo que se puede doblar más fácilmente, y además es más barato y fácil de instalar, aunque los segmentos de cable no pueden exceder de 200 metros y 30 nodos. Las conexiones se hacen mediante conectores en T, más fáciles de instalar y más seguros, y el transceiver se n el computador, junto con el controlador. 3. Ethernet 10Base-T: en la que cada estación tiene una conexión con un hub central, y los cables usados son normalmente de par trenzado. Son las LAN más comunes hoy en día. Mediante este sistema se palian los conocidos defectos de las redes 10BAse2 y 10Base5, a saber, la mala detección de derivaciones no deseadas, de rupturas y de conectores flojos. Como desventaja, los cables tienen un límite de sólo 100 metros, y los hubs pueden resultar caros.

4. Ethernet 10Base-F: se basa en el uso de fibra óptica para conectar las máquinas. Esto la hace cara para un planteamiento general de toda la red, pero sin embargo resulta idónea para la conexión entre edificios, ya que los segmentos pueden tener una longitud de hasta 2000 metros, al ser la fibra óptica insensible a los ruidos e interferencias típicos de los cables de cobre. Además, su velocidad de transmisión es mucho mayor.

IEEE 802.3u - ETHERNET DE ALTA VELOCIDAD ( Fast Ethernet)

El estándar IEEE 802.3u se aprobó en 1995 para ofrecer redes LAN Ethernet a 100 Mbps. Para hacerla compatible con Ethernet 10Base-T se preservan los formatos de los paquetes y las interfaces, pero se aumenta la rapidez de transmisión, con lo que el ancho de banda sube a 100 Mbps. Si aumenta la velocidad de 10 a 100 Mbps, el tiempo de transmisión del paquete se reduce en un factor de 10; para que el protocolo MAC funcione correctamente, o bien el tamaño mínimo debe incrementarse en un factor de 10, hasta 640 bytes. O la distancia máxima entre estaciones debe reducirse en un factor de 10, digamos 250mts. El desarrollo del estándar IEEE 802.3u a 100Mbps estuvo motivado por el deseo de mantener inalterados el tamaño de las tramas y los procedimientos, y definir un conjunto de capas físicas basadas en una topología en la que se hiciese uso de paneles de conexiones y cableado de para trenzado y fibra óptica. El estándar implica el uso de estaciones que se conectan en una topología de estrella a los paneles de conexión mediante para trenzado no apantallado.

Medios alternativos para IEEE 802.3u 100BaseT4 100BaseT 100BaseF Medio Par trenzado clase Par trenzado clase Fibra 3 5 Multimodo Dos Fibras Cuatro pares UTP Dos pares UTP Longitud de 100 mts 100 mts 2 Km Segmento Máxima Topología Física Estrella Estrella Estrella

óptica

IEEE 802.3z - ETHERNET GIGABIT El estándar IEEE 802.3z se completó en 1998 y supuso la definición de un Lan Ethernet que supera la Fast Ethernet en un factor de 10. El objetivo es definir una nueva capa física al tiempo que se mantiene la estructura de trama y los procedimientos del estándar IEEE 802.3 a 10Mbps. El incremento de la velocidad en otro factor de 10 puso de manifiesto las limitaciones del algoritmo MAC CSMA-CD. Por ejemplo, a una velocidad de 1Gbps, la transmisión de una trama de tamaño mínimo igual a 64 octetos puede completarse antes de que la estación emisora detecte la ocurrencia de una colisión. Es por ello que la ranura temporal se amplio a 512 bytes. Las tramas de longitud inferior a este tamaño deben ampliarse con información adicional. Como en el caso del empleo del campo de relleno ya estudiado. Además, se introdujo la técnica denominada ráfagas de paquetes para resolver el problema de escalado: se permite a las estaciones transmitir una ráfaga de paquetes pequeños para mejorar el parámetro a. A pesar de ello, es claro que el protocolo de control de acceso CSMA-CD ha alcanzado sus límites con Ethernet Gigabit. De hecho el estándar mantiene la estructura de trama pero funciona principalmente en modo conmutado. Medios alternativos para IEEE 802.3z 1000BaseSX 1000BaseLX Medio Dos fibras ópticas Dos fibras multimodo ópticas monomodo Longitud de 550 m 5 km Segmento Máxima Topología Estrella Estrella Física

1000BaseCX Cable de cobre apantallado 25 mts

1000 BaseT Par trenzado UTP de clase 5 100 mts

Estrella

Estrella

IEEE 802.3ae - ETHERNET GIGABIT SOBRE FIBRA Este proyecto, liderado por el Grupo de Trabajo IEEE 802.3, fue aprobado en enero de 2000 para extender el protocolo 802.3 a una velocidad operativa de 10Gb/s y para expandir el espacio de aplicación de Ethernet y así incluir una

compatibilidad superior con los vínculos WAN (red de área amplia) existentes. El estándar resultante ofreció un importante aumento en el ancho de banda y la administración opcional de redes compatibles con WAN, además de mantener compatibilidad máxima con el estándar IEEE 802.3 Ethernet existente. La 10GEA (Alianza Ethernet de 10 Gigabits) fue creada en enero de 2000 para promover los estándares basados en tecnología Ethernet de 10 Gigabits y alentar la utilización e implementación de Ethernet de 10 Gigabits como tecnología clave de redes para la conectividad de diversos dispositivos informáticos, de datos y de telecomunicaciones. Su mandato incluyó la implementación de Ethernet de 10 Gigabits para los mercados de redes de área local (LAN), redes de área metropolitana (MAN) y redes de área amplia (WAN) y el trabajo en colaboración con la Fuerza de Tareas Ethernet 10 Gigabits IEEE 802.3ae para colaborar a desarrollar las normas para Ethernet de 10 Gigabits. IEEE 802.3af – Energía sobre ETHERNET El estándar IEEE 802.3af de energía sobre Ethernet, PoE (Power over Ethernet), PoE permite la entrega de energía DC sobre el mismo cable de cobre de Ethernet, y permite que los clientes integren nuevos dispositivos de energía adjuntos a la red a su infraestructura LAN existente. Con un número de productos Ethernet con energía disponibles en el mercado incluyendo puntos de acceso Bluetooth, GSM picocells, cámaras de seguridad basadas en la Web, terminales de control de recolección de datos, controladores de iluminación y servidores de impresoras, los usuarios podrán ver claros beneficios al integrar un rango diverso de dispositivos adjuntos a la red en una sola red común. Además de eliminar la necesidad de energía AC local y generar ahorros financieros, un punto interesante de PoE es que representa el único estándar global de energía con un voltaje y enchufe común.

Bibliografía: * Tanenbaum Andrés S., Redes de Computadoras,

Editorial Prentice Hall.

* Stallings, William., Comunicaciones y Redes de Computadores. Quinta Edición, Editorial Prentice Hall. * Huidobro, José M. Redes y Servicios de Banda Ancha – Tecnologías y Aplicaciones – Serie de Telecomunicaciones 2004. Mc Graw Hill. * RAD COM, Guía completa de protocolos de telecomunicaciones. – Serie de Telecomunicaciones 2002. Mc Graw Hill.