Ethernet - WAN

7/23/2019 Ethernet - WAN

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Tecnologías Ethernet

1

Dibujo de Ethernet hecho por Metcalfe en 1976



Estandarización

2

En Febrero de 1980 IEEE creó el proyecto 802 paraaprobar el estándar de LANs

DIX intentó imponer Ethernet al IEEE 802

El IEEE 802 recibió tres propuestas:

CSMA/CD (DIX) Token Bus (General Motors)

Token Ring (IBM)

Resultado: se creó un subcomité para cada propuesta

(802.3, 802.4 y 802.5) más dos de tipo general: 802.1y 802.2 (LLC)



Especificaciones Ethernet

3

Ethernet Original: 1, 10 Mbps FastEthernet: 100 Mbps

Gigabit Ethernet: 1 Gbps

10 Gigabit Ethernet: 10 Gbps

100 Gigabit Ethernet: 100 Gbps y 40 Gbps

802.11: 2, 11, 54, 600 Mbps



Especificaciones Ethernet y 802.3

4

Medio Físico 1980: estandarización coaxial grueso, 10BASE5

1982: aparece coaxial delgado, 10BASE2

1984: primeros productos Ethernet fibra óptica

1989: estandarización FOIRL 1990: estandarización 10BASE-T

1991: estándar EIA/TIA 568

1995: estandarización 100BASE-TX

1999: estandarización 1000BASE-TX 2006: estandarización 10GBASE-T

2013: estandarización 40GBASE-T



Medio Físico Ethernet y 802.3

5

Denominación Cable Pares FDX Conector Dist.

10BASE5 Coaxial grueso 1 No ‘N’ 500 m

10BASE2 RG-58 (Coaxial fino) 1 No BNC 185 m

10BASE-T UTP Cat3 2 Sí RJ-45 100 m

100BASE-TX UTP Cat5 2 Sí RJ-45 100 m

1000BASE-T UTP Cat5 4 Sí RJ-45 100 m



Medio Físico Ethernet y 802.3

6

Medio Ventana Luz Fibra(micras) Conector Distancia

10BASE-FL 1ª(850nm) LED 62,5/125 ST 2Km

100BASE-FX 2ª(1300nm) LED 62,5/125 SC 2Km

100BASE-SX(propuesto) 1ª(850nm) Láser 62,5/125 SC o ST 500m1000BASE-SX 1ª(850nm) Láser

62,5/125

50/125 SC

275m

550m

1000BASE-LX 2ª(1300nm) Láser

62,5/125

50/125

9/125

SC

550m

550m

5Km



Ventanas en FO

7

Los cables de fibra de vidrio poseen la propiedadde no ser igualmente transparentes para cadalongitud de onda de la luz. Hay algunas zonaspreferidas (las denominadas "ventanas ópticas"), en lasque el medio presenta una atenuación especialmente

escasa y que se utilizan para la transmisión de datos: 850 nm: Primera ventana óptica. 1310 nm: Segunda ventana óptica. 1550 nm: Tercera ventana óptica.



Ventanas en FO

8

Las ventanas son zonas donde la atenuación totalpasa por un mínimo



Ventanas en Fo

9

La 2ª y 3ª ventana están a su vez subdivididas en lassiguientes bandas:

Banda Descripción Wavelength range

O band original 1260–1360 nm

E band extendido 1360–1460 nm

S band short wavelengths 1460–1530 nmC band convencional (“ventana erbium”) 1530–1565 nm

L band long wavelengths 1565–1625 nm

U band ultralong wavelengths 1625–1675 nm



Codificación en Ethernet

10

Tipo de redVelocidad

(Mb/s)

Esquema de

codificación

Número

de

pares

Frecuencia

Modulación

Mbaudios

Categoría

mínima

de cable UTP

1BASE-5 1 Manchester 1 2 2

Token Ring 4 Manchester Diferencial 1 8 3

10BASE-T 10 Manchester 1 20 3

Token Ring 16 Manchester Diferencial 1 32 3

FDDI100BASE-X 100 4B/5B 1 125 5

1000BASE-T 1000 PAM 5x5 4 125 5



Codificación Manchester

11

En Ethernet se eligió Manchester inicialmente porsencillez y bajo costo.

Es autosincronizada, es decir, la información de sincronía

puede ser recuperada de los datos en sí por lo que no es

necesaria una línea adicional.



Codificación Manchester

12

• Manchester: Alto a Bajo = 1, Bajo a Alto = 0• Manchester diferencial: Transición = 0, No transición = 1



Manchester Diferencial

13

Provee ventajas sobre el Manchester normal:

Detectar transiciones es menos propenso a erroresespecialmente en ambientes ruidosos.

Dado que sólo las transiciones son importantes, unainversión en la polaridad no afectará la información.



Conector vampiro de Ethernet 10BASE5

14



Topología típica de una red 10BASE5

15

ver, realiza lade colisiones



Conexión Ethernet 10BASE2 (thinwire)

16



Conectores Ethernet 10BASE5 y 10BASE2

17

(10BASE2)

(10BASE5)



Conectores cable UTP

18



Conectores de fibra óptica

ST (10 Mbps)

19




SC (100 y 1000 Mbps)

20




21



Repetidores y norma EIA/TIA 568

22




23




24




25



Funcionamiento Ethernet

26



Funcionamiento Ethernet

27



Subcapa MAC

28

Estandarización 802.3

1983: 802.3 aprueba CSMA/CD con una modificación

respecto a Ethernet DIX: Campo Ethertype

reemplazado por longitud

Xerox desplaza campo Ethertype a valores >1536 paraque pueda coexistir DIX con 802.3

En 802.3 el tipo es especificado en LLC

Por lo tanto, ¡existen dos especificaciones!



Frames Ethernet II/802.3

29

PreámbuloDir.

Destino

S

O

F

Datos RellenoDir.

FuenteTipo CRC

7 B 1 B 6 B 6 B 2 B 0-1500 B 0-46 B 4 B

PreámbuloDir.

DestinoDatos Relleno

Dir.

FuenteLargo CRC

8 B 6 B 6 B 2 B 0-1500 B 0-46 B 4 B

Ethernet II (DIX, Digital-Intel-Xerox)

802.3

• Tipo especifica protocolo nivel 3• Largo especifica el largo del campo datos



Frames Ethernet II/802.3

30

Especificación Formato DIX Formato 802.3

Protocolo de red Campo Tipo enframe MAC

Campo DSAP/SSAPen encabezado 802.2

Longitud si ≥64 bytes

Implícita porlongitud del frame

Explícita en campolongitud

Longitud si <64

bytes

En campo

longitud de paquete (nivel dered)

Explícita en campo

longitud



Frames Ethernet/802.3

31

DIX:

TCP/IP 802.3/LLC:

STP, NetBIOS

En 1997 IEEE aprueba doble significado (tipo/longitud) alestandarizar control de flujo (802.3x).

La asignación de Ethertype pasó entonces de Xerox aIEEE.



Formato direcciones MAC IEEE

32

I/G U/L Dirección de 46 bits

I/G= 0 Dirección Individual

I/G= 1 Dirección de GrupoU/L= 0 Dirección Única (administrada globalmente)U/L= 1 Dirección Local (administrada localmente)

Ejs:08:00:20:73:44:51 MAC

Tipos de Direcciones IEEE de 48



Tipos de Direcciones IEEE de 48

bits

33

0 1 Dirección local (46 bits)

Broadcast

UnicastLocal

0 0 Fab (22 b) Dir. Nodo (24 b)UnicastGlobal

1 1 Grupo Multicast local (46 bits)

1 0 Fab (22 b) Grupo Multicast (24 b)MulticastGlobal

1 1 11111111111…111111111111111

Multicast

Local



Ethernet Broadcast

34



Tamaño del frame Ethernet

35

En Ethernet/802.3 es fundamental detectar una colisión

Para ello existe un tiempo mínimo que un nodo debe

quedar sensando el canal en espera de recibir una señal

jam



Tamaño mínimo de frame Ethernet

36

Un nodo debe esperar 2t para prevenir queincorrectamente asuma que un frame fueexitosamente enviado.

Este tiempo es 51.2µs o 512 bits (64 bytes)excluyendo el preámbulo.



Tamaño mínimo de frame Ethernet

37

Bajo estas suposiciones el RTT sería 43.2µs. El IEEE eligió 51.2

µs como el intervalo de detección de colisión. Para los 10 Mbps de diseño, esto corresponde a 512 bits.

Si estas reglas no se cumplen se pueden producir colisiones nodetectadas y “colisiones tardías”.



Fast Ethernet

38

1988: Van Jacobson obtiene 8 Mbps TCP

1992: Grand Junction inventa Fast Ethernet

1992: IEEE crea grupo estudio alta velocidad Dospropuestas:

Ethernet x 10 (CSMA/CD)→ Fast Ethernet 1995: Estándar Fast Ethernet (802.3u). Nivel físico basado

en FDDI.



Medio físico

39

Medio Cable Distancia Pares F.D. Costo

100BASE-T4

100BASE-T2100BASE-TX

100BASE-FX

UTP-3

UTP-3UTP-5

F.O.

100 m

100 m100 m

2 Km

4

22

1

No

SiSi

Si

Medio

MedioBajo

Alto



Codificación en Ethernet

40

Medio Codificación Pares Frec.Mbaudios

Frec.MHz

Categ.Min.

10BASE-T Manchester 1 20 10 3

100BASE-TX 4B/5B 2 125 31.25 5

1000BASE-TX PAM 5x5 4 125 62.5 5E



Codificación a 100 Mbps

Se descarta Manchester que necesitaría 200 Mbaudios ypor tanto utilizar Manchester es ineficiente. Se utilizacodificación 4B/5B: codifico 4 bits en 5 bits. Por tanto delos 32 (=25) posibles símbolos codificados en 5 bits seeligen solo la mitad, 16 (=24).

Eficiencia: 4 bits en 5 bits/símbolo => 4/5 = 0,8 (p.ej. conManchester es: 1 bit en 2 bits/símbolo, 1/2 = 0,5)

La mayor eficiencia permite usar frecuencias menores(125 Mbaudios, que al 80% (0.8) dan 100 Mbps

(125*0.8=100 Mbaudios), frente a 200 Mbaudios delManchester).

Baudios = símbolos (niveles en línea) por segundo

41



Codificación 4B/5B

42



Señalización 100BASE-TX

43

MLT-3 Multilevel Transmit (-1,0,+1,0) permite disminuir lafrecuencia fundamental cerca de cuatro veces, es decir,125 MHz/4 = 31.25 MHz.

Es necesario que dentro de los patrones de 5 bits hayasiempre 2 1’s para permitir la sincronización.

• Transmite 1: siguiente estado

• Transmite 0: mismo estado



Subcapa MAC

44

En Ethernet/802.3 debe detectar colisión

Para ello existe un tamaño de frame mínimo

Fast Ethernet mantiene los mismos frames

Lo único que cambia es la velocidad de operación, lo que

crea un diámetro menor Aumenta 10 veces la velocidad, disminuye en 10 veces el

diámetro

Fast Ethernet agrega autonegociación



Gigabit Ethernet

45

Se repite experiencia de Fast Ethernet.

Oct. 1995: Se crea grupo estudio GE

1997: se separa 1000BASE-T de resto de GE

1998: Estándar 802.3z (GE) Nivel físico basado en Fiber

Channel (800 Mbps) 1999: Se aprueba 802.3ab (1000BASE-T)

1/2000: Se crea GT para 10 GB Ethernet



Medio físico

46

Medio Cable Distancia Pares F.D. Costo

1000BASE-TX

1000BASE-SX1000BASE-LX

UTP-5E

F.O.F.O.

100 m

500 m5 Km

4

11

Si

SiSi

Medio

MedioAlto

• Existe también una especificación sobre coaxial



Codificación en Gigabit Ethernet

47

Medio Codificación Pares Frec.

Mbaud

Categ.Min.

1000BASE-TX PAM 5 4 125 5E1000BASE-SX 8B/10B 1 1250 F.O.



Codificación en 1000BASE-X

48

En fibra (1000BASE-SX, 1000BASE-LX) se usa 8B/10B.

Misma eficiencia que 4B/5B (0.8)

Mayor redundancia que 4B/5B; de los 1024 grupos

posibles se eligen 28 = 256

Inconveniente: si hay un error se pierden 8 bits (frente a 4en el caso de 4B/5B)



Codificación en 1000BASE-T

49

En 1000BASE-T se aplican tres ‘trucos’:

1. Repartir tráfico en los 4 pares (250 Mbps c/u)

2. Usa circuitos híbridos para Tx simultáneamente por

cada par full duplex

3. Se codifica en PAM 5x5. Los símbolos se agrupan dedos en dos: 25 (52) combinaciones posibles se eligen 16

permitiendo 4 bits por símbolo, es decir, 2 bits/baudio

implica eficiencia igual a 2.



PAM-5

50



PAM-5

51



Circuitos Híbridos

52



53

Transmisión full-duplex en 1000BASE-T

250 Mbps por par

2 bits/símb

125 Msímb/s

Cuatro pares

H í b r i d o

H í b r i d o

H í b r i d o

H

í b r i d o

Hí

b r i d o

Hí b r i d o

Hí b r i d o

Hí b r i d o

T

R

T

R

T

R

T

R

T

R

T

R

T

R

T

R

250 Mb/s

250 Mb/s

250 Mb/s

250 Mb/s

250 Mb/s

250 Mb/s

250 Mb/s

250 Mb/s



Cableado para 1000BASE-T

54

Se calcula que de un 5 a un 10% de instalaciones Cat. 5 no

soportan 1000BASE-T, especialmente por problemas delos conectores.

Se ha creado la categoría 5e

En teoría una instalación Cat. 5 se debería recertificar

para 5e antes de usarla para 1000BASE-T



Cableado para 1000BASE-T

55

• Cat. 5e aporta un mayormargen de seguridad• Un factor importante es lalongitud de los enlaces



Subcapa MAC

56

En Ethernet y Fast Ethernet no debe superarse los 512 bits de

RTT (51.2 y 5.12 µs). En GE con 512 bits el diámetro máximo sería de unos 30

metros. El frame mínimo se amplía a 512 bytes (4096 bits,4.096 µs) con la ‘extensión de portadora’.

Si estas reglas no se cumplen se pueden producir colisiones

tardías.



WLAN IEEE 802.11

Estándar IEEE para redes inalámbricas

IEEE define varias velocidades de operación

Basado en CSMA/CA

Es necesario considerar aspectos prácticos como

consumo de potencia, seguridad, etc.

57



Arquitectura IEEE 802.11

58



Modo de Operación Infrastructure BSS

59



Modo de Operación Ad-Hoc

60



Medio Físico

Bandas RF: 2.4 o 5 GHz

IR: opera 850-950 nm modulación PPM 4 ó 16

IEEE 802.11a 5 GHz, hasta 54 Mbps (1999).

IEEE 802.11b 2.4 GHz, hasta 11 Mbps (1999).

IEEE 802.11g 2.4 GHz, hasta 54 Mbps (2003) IEEE 802.11n 2.4, 5 GHz, MIMO, hasta 600 Mbps (11

Septiembre 2009)

61



Funciones móviles y de seguridad

Unión al BSS

Roaming

Seguridad

Wireless Encription Protocol (WEP)

WiFi Protected Access (WPA1 y WPA2)

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