1 Redes Lan

Tecnologías de Redes “Redes de Área Local”

ÍNDICE DE LA SESIÓN 0. Objetivos . 1. Redes de Área Local. 2. Redes Ethernet 3. Elementos de interconexión a nivel de enlace. 4. Casos prácticos

OBJETIVOS DE LA SESIÓN - Introducción a los conceptos básicos de redes de área local, así como los estándares más utilizados actualmente: Ethernet Fast-Ethernet Gigabit-Ethernet. - Descripción de los distintos elementos de interconexión a nivel de enlace, así como las diferentes técnicas de conmutación.

PROGRAMA DE LA SESIÓN 1.- Redes de Área Local. Definición y características Modelo OSI de ISO Medios de Transmisión Topología 2.- Redes Ethernet Ethernet Fast-Ethernet Gigabit-Ethernet 3.- Elementos de interconexión de nivel de enlace Bridges Switches LAN switching 4.- Casos prácticos

Por qué necesitamos redes LAN: Desarrollo de la informática personal Organización distribuida Organización en grupos de trabajo Programas y datos compartidos Recursos compartidos Agilización de Comunicación: Correo electrónico, transferencias de ficheros y documentos Racionalización del cableado 1. Redes de Área Local Definición y características

1. Redes de Área Local Definición y características Tecnologías para el transporte de información Conmutación de circuitos - RTC, RDSI (XDSI, ISDN) (nivel físico) Conmutación de paquetes - Orientado a conexión (circuitos virtuales) X.25, Frame Relay, ATM - No orientado a conexión (datagrama) Ethernet, WLAN, (nivel 2) IP (nivel 3)

1. Redes de Área Local Definición y características Un Sistema de comunicación que proporciona interconexión a una variedad de dispositivos en una área restringida (recinto, edificio, campus) y que no utiliza medios de telecomunicación externos

Propiedad: Utilización de medios privados de comunicación. Alcance: Desde metros hasta pocos kilómetros. Velocidad: Alta en comparación con las de WAN . Conectividad: Permiten conexión de igual a igual. Interconexión: Ofrecen posibilidad de conexión con otras LANs. 1. Redes de Área Local Definición y características

1. Redes de Área Local Modelo OSI de ISO OSI: Open Systems Interconnection Nivel 1 FÍSICO ENLACE RED TRANSPORTE SESIÓN APLICACIÓN PRESENTACIÓN Nivel 7

1. Redes de Área Local Modelo OSI de ISO OSI: Open Systems Interconnection Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Físico 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Físico

1. Redes de Área Local Modelo OSI de ISO OSI: Open Systems Interconnection Nivel de Aplicación: - Interficie entre las aplicaciones y el usuario con la arquitectura de comunicaciones. - Proporciona servicios de comunicaciones básicos para: Acceso a sistemas de ficheros remotos NFS, RFS. Ejecución remota de trabajos Telnet, RPC. Gestión de terminales virtuales VT. Servicios de mensajería MHS, X.400, SMTP. Servicios de directorios remotos DNS, X.500. Servicios para gestión de redes, SNMP.

1. Redes de Área Local Modelo OSI de ISO OSI: Open Systems Interconnection Nivel de Presentación: Normas de sintaxis para la transmisión, estructuración y visualización de los datos. Permite la transmisión en diferentes formatos en una misma sesión. Realización de las conversiones entre códigos de transmisión diferentes (por ejemplo ASCII- EBCEDIC). Emuladores de terminal para PCs.

1. Redes de Área Local Modelo OSI de ISO OSI: Open Systems Interconnection Nivel de Sesión: Establecer, mantener y finalizar sesiones concurrentes contra uno o más sistemas remotos de forma transparente. NetBIOS.

1. Redes de Área Local Modelo OSI de ISO OSI: Open Systems Interconnection Nivel de Transporte : Establecer, mantener y finalizar conexiones simultáneas a una o más redes de forma concurrente y transparente. Comunicación “extremo a extremo”. Garantiza la fiabilidad en el envío de información a través de la red. Nivel de transición. TCP, UDP.

Nivel de red: Servicios de encaminamiento y direccionamiento de mensajes. Independencia del enlace utilizado. IP, IPX. 1. Redes de Área Local Modelo OSI de ISO OSI: Open Systems Interconnection

1. Redes de Área Local Modelo OSI de ISO OSI: Open Systems Interconnection Nivel de Enlace: Controla el acceso al medio físico. Proporciona los elementos necesarios para conectar entidades de nivel de red a través de un enlace de datos. Garantiza una transferencia fiable entre nodos colaterales del enlace. Fragmentación y secuenciación de la información en tramas. BSC, SDLC, HDLC, HDLC/LAPB, LAP-D. En redes de área local se divide en dos : LLC (Logical Link Control) y MAC ( Medium Access Control). Normas IEEE 802.X.

1. Redes de Área Local Modelo OSI de ISO OSI: Open Systems Interconnection Nivel Físico: Define las características de conexión de los equipos al medio en términos eléctricos y mecánicos. Permite la transmisión transparente del flujo de bits entre entidades de nivel de enlace a través de conexiones físicas. Normas RS-232C, RS-422, V.24, V.35, G.703, X.21, 10BaseT, 100BaseTX, ...

1. Redes de Área Local Medios de transmisión El medio físico nos condiciona la red? Ancho de Banda Longitud Fiabilidad en la transferencia Seguridad Facilidad de instalación Coste

Par Trenzado Tipos: UTP ( Unshielded Twisted Pair ) Bajo Coste Fácil instalación Se utiliza para telefonía y datos Suele ser de 4 pares STP ( Shielded Twister Pair ) Para distancias grandes Entornos ruidosos 1. Redes de Área Local Medios de transmisión

1. Redes de Área Local Medios de transmisión Par Trenzado Características: Soportan grandes velocidades. Impedancia: de 120 a 150 Ohms per STP de 100 Ohms per UTP Categorías de UTP: Categoría 3 Categoría 5, 5e (enhanced) Conectores RJ45

1. Redes de Área Local Medios de transmisión Cable Coaxial Tipos: 10BASE5 (Cable coaxial grueso) Impedancia de 50 Ohms Velocidad de 10 Mbps Longitud máxima del segmento 0,5 Km 10BASE2: ( Cable coaxial delgado ) Impedancia de 50 Ohms Velocidad de 10 Mbps Longitud máxima de 185 m

1. Redes de Área Local Medios de transmisión Fibra Óptica Tipos: Multimodo (Normalmente Color naranja) Bajo Coste de los Transceptores Utiliza diodos LED Distancias pequeñas (<1500m) Monomodo (Normalmente Color Amarillo) Para distancias grandes (Varios Km) Utiliza emisor Láser Alto coste de los transceptores Connectores: ST, SC

1. Redes de Área Local: Topología La topología define la distribución? Complejidad de la instalación y mantenimiento Vulnerabilidad a fallos o averías Gestión del medio Facilidad de localización de averías Capacidad de expansión y reconfiguración Coste

1. Redes de Área Local: Topología Bus Anillo Estrella

Tecnología de Redes de Comunicaciones 2. Redes Ethernet

2. Redes Ethernet: Ethernet Diseñada por Xerox en el año 1970 Puesta en el mercado en el año 1980 Mejorada en el año 1985 (Ethernet II) Normalizada por el IEEE como 802.3 Dos versiones: Ethernet II IEEE 802.3 En breve la norma IEEE 802.3 incluirá también la versión Ethernet II

2. Redes Ethernet: Ethernet CSMA/CD CSMA/CD : Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Las estaciones escuchan el medio antes de transmitir, para ver si está ocupado Alguien transmite?

2. Redes Ethernet: Ethernet CSMA/CD Una vez que se inicia la transmisión, todas las estaciones “escuchan” las tramas enviadas por las otras estaciones

2. Redes Ethernet: Ethernet CSMA/CD Cuando dos estaciones transmiten a la vez se produce una colisión. Las estaciones transmisoras detectan la colisión Esperan un tiempo aleatorio ( entre 10 y 90 micro segundos ) antes de transmitir otra vez

2. Redes Ethernet: Ethernet Ethernet 10base5 (thicknet) 10base2 (thinnet) 10baseT 10baseFL ...

2. Redes Ethernet: Ethernet TOPOLOGIA ETHERNET En Bus, utilizando coaxial En Estrella, utilizando Hubs o Commutadores

2. Redes Ethernet: Ethernet ESTRUCTURA DE LA TRAMA (Ethernet II) Destino Origen Tipo Datos CRC Preámbulo: 10101010 (7 bytes) 10101011 (1 byte) Destino: Dirección MAC destino. 6 bytes. Origen: Dirección MAC origen. 6 bytes. Tipo: Tipo de protocolo encapsulado en el campo de datos: IP, ARP, DECnet, Xerox NS, AppleTalk, etc...). 2 bytes. CRC: Código de Redundancia Cíclico. 4 bytes

2. Redes Ethernet: Ethernet ESTRUCTURA DE LA TRAMA (802.3) 1....................6 7..................12 13,14 15 16 17.19......................1515 4 bytes Destino: Dirección MAC destino. 6 bytes. Origen: Dirección MAC origen. 6 bytes. Long.: Longitud de la trama (< 1514). 2 bytes DSAP/SSAP: Equivalente al campo "Tipo" en l’ Ethernet II. 2 bytes. CTL: Control. 2 bytes CRC: Código de Redundancia Cíclico. DSAP SSAP CTL Destino Origen Long Datos CRC

2. Redes Ethernet: Ethernet CÓMO DIFERENCIAR EL TIPO DE TRAMA IEEE 802.3 Los valores del campo “Longitud” toman valores de 1500 (0x05DC) como máximo. Ethernet II Los valores del campo “Tipo” toman valores superiores a 1500. Ej: 08-00 IP 08-06 ARP 80-35 RARP 81-37 NOVELL

2. Redes Ethernet: Ethernet DIRECCIONES MAC Constan de 48 bits (6 bytes) Los 3 primeros bytes especifican el fabricante, y son asignados por el IEEE. Se suelen expresar en formato hexadecimal, separando los bytes por guión o dos puntos. Ejemplo de direcciones de algunos fabricantes: 00-00-0C-XX-XX-XX CISCO 00-20-08-XX-XX-XX FORE Systems 08-00-20-XX-XX-XX Sun 09-00-09-XX-XX-XX Hewlett-Packard 08-00-5A-XX-XX-XX IBM

2. Redes Ethernet: Fast Ethernet Fast Ethernet 100 Mbps Coste reducido Preserva el nivel MAC, simplifica la interoperación con les redes existentes Fácil Coexistencia con les redes ya existentes

2. Redes Ethernet: Fast Ethernet Physical Layer 100BaseTX: UTP, Categoría 5 Utiliza dos pares 100BaseT4: Para instalaciones con UTP Cat. 3 y 4 Utiliza los 4 pares 100BaseFX : Fibra Multimodo Fibra Monomodo

2. Redes Ethernet: Fast Ethernet

2. Redes Ethernet: Fast Ethernet Full-Duplex Permite 100Mbps en cada dirección No hay colisiones. Incrementa la máxima distancia a 2 Km. Sólo máquinas conectadas a un switch pueden trabajar a full duplex. Auto-Negotiation Autonegociación 10/100 Autonegociación Full/Half

2. Redes Ethernet: Fast Ethernet Agregación de Enlaces Posibilidad de “agregar” varios puertos de 100Mbps como un único flujo de datos entre dos conmutadores. Permite obtener un backbone de mayor velocidad sin tener que adquirir puertos a 1Gbps.

Gigabit Ethernet Standard aprobado en el año 1998, IEEE-802.3z Conserva el nivel MAC de Ethernet La capa física utiliza tecnología Fiber Channel. Inicialmente, tecnología de backbone 2. Redes Ethernet: Gigabit Ethernet

2. Redes Ethernet: Gigabit Ethernet El aumento de ancho de banda en el extremo de la red (NICs) provoca la necesidad de un ancho de banda aún mayor en el resto de la red CoreBuilder 9000 10/100 Mbps 10/100 Mbps

2. Redes Ethernet: Gigabit Ethernet $0 $5 $10 $15 $20 $25 Gigabit Ethernet proporciona el precio más bajo @ $2.2/Mbps Conmutado a 1000 Conmutado a 100 ATM 622 ATM 155 Conmutado FDDI Source: Dell’Oro Group, CY1997 Coste del ancho de banda ($) por Mbps

2. Redes Ethernet: Gigabit Ethernet Nivel Físico 1000BaseX 1000BaseSX: Multimodo, entre 300 y 500m 1000BaseLX: Monomodo, entre 550m y 3000m 1000BaseCX: para cable twinax 1000BaseT: Sobre UTP, distancia max 100m, utiliza 4 pares

2. Redes Ethernet: Gigabit Ethernet 1000BASE-CX Copper Xcvr 1000BASE-SX Fiber Optic Xcvr 1000BASE-T PMA Gigabit Media Independent Interface (GMII) (Optional) 1000BASE-T PCS Multimode Fiber Single-Mode or Multimode Fiber Unshielded Twisted Pair Media Access Control (MAC) Full Duplex and/or Half Duplex 1000BASE-LX Fiber Optic Xcvr Shielded Copper Cable 802.3z 802.3ab 1000BASE-X PHY 8B/10B-AutoNegotiation

2. Redes Ethernet: Gigabit Ethernet 1000BASE-CX Cobre (coaxial) 25 m 1000BASE-T Cobre CAT 5 UTP 100 m 1000BASE-SX ~850nm fibra Multimodo 62.5 micros 220 m 275 m Multimodo 62.5 micros 500 m 1000BASE-LX ~1300nm fibra Monomodo 9 micros 5-10 Km

2. Redes Ethernet: Gigabit Ethernet Nivel de MAC En entornos Full-Duplex en los que no se utiliza CSMA/CD: Mismo formato de trama que Ethernet En entornos Half-duplex en los que se requiere detección de colisiones (CSMA/CD): Carrier Extension Packet Bursting

2. Redes Ethernet: Gigabit Ethernet Carrier Extension Cómo detectar una colisión a 1Gbps ? Aprovechamos poco el ancho de banda.

2. Redes Ethernet: Gigabit Ethernet T R R T 10 / 100 en Cat-5 T / R T / R T / R T / R T / R T/ R T / R T / R 250 Mbps 250 Mbps 250 Mbps 250 Mbps Gigabit en Cat-5 Requiere la cancelación de eco en cada par 10 Mbps

2. Redes Ethernet: Gigabit Ethernet Packet Bursting Cómo podemos mejorar el carrier extension

2. Redes Ethernet: Gigabit Ethernet Ejemplo

Tecnología de Redes de Comunicaciones 3. Elementos de interconexión de nivel de enlace

Se comparte el ancho de banda entre todas las estaciones. Sólo puede transmitir una estación en un momento dado Las colisiones (en el caso de ethernet) se “ven” en toda la red. 3. Interconexión a nivel 2: Redes compartidas

3. Interconexión a nivel 2: Redes compartidas Existen las mismas limitaciones con Hubs y con segmentos físicos. Hub

3. Interconexión a nivel 2: Redes compartidas No es idóneo para topologías multi-servidor Sólo puede acceder a un servidor en un instante determinado. Hub

3. Interconexión: Mejoras en la red compartida Red Compartida Todas las estaciones forman parte del mismo dominio de colisión Red Segmentada (Bridging) Dominios de colisiones separados Mayor ancho de banda agregado

Tráfico Tráfico Hay dos tráficos simultáneo, uno en cada segmento Útil en entornos de diferentes grupos de trabajo 3. Interconexión: Redes segmentadas Bridge

3. Interconexión: Bridges Realizan su función a nivel 2 Analizan el tráfico entrante Filtran los paquetes según la información de nivel de enlace. Se utilizan básicamente cuatro algoritmos: Transparent bridge Translating bridge Source route bridge Encapsulating bridge

3. Bridges: Bridges transparentes Los bridges aprenden las MAC que hay en cada segmento. Propagan sólo el tráfico que tiene que pasar . Mantienen una tabla de direcciones. No puede haber bucles en la topología lógica: Spanning Tree

E 1 E 2 E 3 B 1 B 2 P1/1 P1/2 3. Bridges: Bridges transparentes Bridge Bridge

3. Bridges: Spanning Tree En una topología de Bridge Transparentes no pueden existir bucles. Los bridges crean un esquema lógico (árbol de expansión) Spanning tree es un algoritmo para prevenir bucles Permite tener enlaces de backup.

3. Bridges: Spanning Tree Red física con bucles E 1 E 2 E 3 B 1 B 2 Bridge Bridge Bridge

3. Bridges: Spanning Tree Red lógica E 1 E 2 E 3 B 1 B 2 Bridge Bridge Bridge

3. Bridges: Translating bridges Proporcionan interconexión entre LANs con diferentes niveles físico y de enlace. Son bridges transparentes especializados:

3. Bridges: Bridges encapsuladores Se asocian con redes troncales (backbone). Pone los mensajes en un "sobre", para su transmisión a través de la red troncal. LAN "A" LAN "B" BRIDGE 4 BRIDGE 2 BRIDGE 3 BRIDGE 1 RED TRONCAL F D D I

3. Bridges: Redes segmentadas Si el tráfico inter-segmento es superior al 20%, debemos plantearnos de nuevo la solución de segmentación. >20% Bridge

3. Bridges: Redes segmentadas El gran problema es el “tráfico transeunte” que atraviesa diferentes segmentos. La situación puede empeorar en entornos con mucha segmentación. Bridge >20%

3. Bridges El tráfico entre A y B ocupa TODOS los segmentos A B Bridge Bridge Bridge

Soluciones. Replantear la distribución de los clientes y servidores Segmentar más (posible empeoramiento del rendimiento). Switching Ethernet 3. Bridges Bridge

Funcionamento Funciona a nivel 2, como los bridges. Menor latencia Mayor número de interfaces 3. Switching: Introducción Objectivos LAN switching Proporcionar TODO el ancho de banda de la LAN a una estación o grupo de estaciones Evitar el tráfico “transeúnte” Disminuir las colisiones Aumentar el ancho de banda agregado Disminuir el número de colisiones

3. Switching: Ancho de banda dedicado Proporciona TODO el ancho de banda de la LAN a una estación o grupo de estaciones. Gracias a los mecanismos de commutación del equipo. 10 Mbps 10 Mbps 10 Mbps 10 Mbps 10 Mbps 10 Mbps

3. Switching: Más ancho de banda agregado El commutador permite comunicaciones simultáneas entre diferentes estaciones de trabajo. En el ejemplo, el ancho de banda agregado es de 10 X 3 = 30 Mbps.

3. Switching: Optimización ancho de banda Evita el tráfico “transeúnte” El tráfico se dirige DIRECTAMENTE a la estación destino.

3. Switching: Técnicas de Switching Existen dos técnicas de conmutación: Store & Forward Cut Through Fast Forward switching Fragment-Free switching

3. Switching: Store & Forward Cada trama entrante se almacena en un buffer. Una vez almacenada, se analiza completamente toda la trama. Permite comprobar errores. Latencia mayor con paquetes grandes. Detección de errores mayor, puesto que se analiza toda la trama.

3. Switching: Cut Through También conocido como “on the fly” Se omite el paso por un buffer. A partir de la cabecera de la trama se toma la decisión de forwarding. Se conmuta la trama antes de recibir toda la trama. Problema: en caso de error, se transmite Menor latencia que en Store & Forward . Menor control de errores.

3. Switching: Cut Through Tipos de conmutación Cut Through : Fast Forward: Conmuta la trama al leer la dirección MAC destino Mínimo control Mínima latencia Fragment-Free: Filtra fragmentos de colisión Filtra paquetes menores de 64 bytes

3. Switching: Mecanismos de congestión Si muchas estaciones se dirigen simultáneamente al mismo servidor, se pueden producir situaciones de congestión.

3. Switching: Backpressure En situaciones de congestión el switch genera colisiones. De esta manera las estacions generadoras del tráfico dejarán de enviar información. Colisión Colisión Colisión

3. Switching: Buffers internos El tráfico al cual no se le puede dar salida se almacena en un buffer. Las situaciones de congestión suelen ser puntuales. Los buffers actúan como “un colchón” absorbiendo estos “picos” de tráfico.

3. Switching: Interfaces de alta velocidad Mayor ancho de banda en los servidores. La suma de los tráficos entrantes es muy improbable que sature la interface del servidor. ATM Fast Ethernet Ethernet Full Duplex

Tecnología de Redes de Comunicaciones 4. Casos prácticos

4. Caso práctico 1 ¿ Cuántos dominios de colisión hay en este escenario?

Dominios de colisión: 4. Caso práctico 1

4. Caso práctico 1 ¿Tabla de direcciones del Bridge 2?

4. Caso práctico 1 ¿Tabla de direcciones del Bridge 2? ¿Y del Bridge 3? P2/1 P2/2 P3/1 P3/2

4. Caso práctico 2 ¿ Cuántos dominios de colisión hay en este escenario?

4. Caso práctico 2 Dominios de colisión:

4. Caso práctico 2 ¿Tabla de direcciones del bridge 6?

4. Caso práctico 2 ¿Tabla de direcciones del bridge 6? Spanning Tree necesario!

¿Tabla de direcciones del Bridge 6? ¿Y del Bridge 4? 4. Caso práctico 2 P 6 /1 P 6 /2 P 4 /1 P 4 /2

FIN DE LA SESIÓN Gracias por su atención!

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