INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
CENTRO DE EDUCACIÓN CONTINUA UNIDAD OAXACA
PROYECTO
PRESENTAN
ALBERTO REVILLA VALDIVIESO MARCOS ORTIZ HERNANDEZ
ELIZABETH ROJAS LEON MALINALI OSORIO FLORES JESÚS ONOFRE LÓPEZ HERNÁNDEZ
PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO EN ELECTRÓNICA
INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES LICENCIADO EN INFORMÁTICA
POR LA OPCIÓN DE SEMINARIO DE TITULACIÓN
INTERCONECTIVIDAD Y SEGMENTACIÓN EN REDES DE ALTA VELOCIDAD
ASESOR Y TITULAR DEL SEMINARIO
M.C. RAYMUNDO SANTANA ALQUICIRA
OAXACA DE JUÁREZ OAXACA, FEBRERO DE 2009
“DISEÑO DE LA SEGMENTACIÓN DE LA RED A TRAVÉS DE VLAN´S, DEL CENTRO EDUCATIVO EMSAD 64 PERTENECIENTE
AL CECYTEO”
ÍNDICE
ÍNDICE ... 2
OBJETIVO GENERAL ... 5
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 5
JUSTIFICACIÓN ... 6
ALCANCE ... 6
INTRODUCCIÓN ... 7
CAPITULO I INTRODUCCION A LAS REDES ... 8
1.1 QUE ES UNA RED ... 8
1.2 CLASIFICACIÓN DE LAS REDES ... 9
1.2.1 Geográficamente ... 9
1.2.2 Servicio... 9
1.2.3 Conexión ... 9
1.3 TOPOLOGÍAS DE REDES ... 10
1.3.1 Topología Bus o Lineal ... 10
1.3.2 Topología Estrella ... 11
1.3.3 Topología Anillo ... 11
1.3.4 Topología de Malla ... 12
1.4 EVOLUCIÓN ... 12
1.4.1 Maestro/ Esclavo (similar a una relación de alumno y maestro) ... 12
1.4.2 Modelo Cliente Servidor (similar a una transacción de cajero automático) ... 12
1.4.3 Punto a punto (similar al concepto de grupo de trabajo) ... 13
1.5 MEDIOS DE TRANSMISIÓN ... 13
1.5.1 Modelo de transmisión de datos ... 13
1.5.2 Modos de enlace ... 13
1.5.3 Tipos de transmisión ... 14
1.5.4 Multiplexación ... 14
1.5.5 Analógico y Digital ... 14
1.6 MODELO OSI ... 17
1.6.1 Capas del modelo OSI ... 17
1.6.2 Estándares de conexión para una red (normas IEEE) ... 18
1.6.3 IEEE 802.1 ... 19
1.6.4 IEEE 802.2 ... 19
1.6.5 IEEE 802.3 ... 19
1.6.6 IEEE 802.5 ... 19
CAPITULO II ETHERNET ... 21
2.1 EVOLUCIÓN DE ETHERNET ... 21
2.1.1 Primeros medios Ethernet ... 21
2.1.2 Ethernet antigua ... 22
2.1.3 Ethernet actual... 22
2.2 ESTANDARES E IMPLEMENTACIÓN... 23
2.2.1 Estándares de la IEEE ... 23
2.2.2 Subcapa control de enlace lógico (LLC) ... 24
2.2.3 subcapa MAC ... 25
2.2.4 Topología lógica ... 26
2.3 DIRECCIÓN MAC ... 26
2.3.1 Estructura de la dirección MAC ... 26
2.4 ESTRUCTURA DE LAS TRAMAS ETHERNET ... 27
2.5 CONTROL DE ACCESO AL MEDIO DE ETHERNET ... 29
2.6 IMPLEMENTACIÓN DE ETHERNET ... 31
2.6.1 Ethernet de 10 Mbps - 10base-T ... 31
2.6.2 100 Mbps - Fast Ethernet ... 32
2.6.3 100Base-TX... 32
2.6.4 100 Base-FX ... 33
2.6.5 1000 Mbps - Gigabit Ethernet... 33
2.6.6 Ethernet 1000Base-T ... 33
2.6.7 Ethernet 1000Base-SX y 1000Base-LX por fibra óptica ... 34
CAPITULO III CONMUTACIÓN Y SEGMENTACIÓN ... 36
3.1 CONMUTACIÓN ... 36
3.1.1 Tipos de conmutación ... 36
3.1.2 Métodos de conmutación ... 37
3.2 SEGMENTACIÓN ... 38
3.2.1 Segmentación con puentes ... 38
3.2.2 Segmentación con switch ... 39
3.2.3 Segmentación con Router ... 41
3.3 SWITCH ... 42
3.3.1 Definición ... 42
3.3.2 Diferencia entre Switch y Hub. ... 43
3.3.3 Operación básica del Switch. ... 43
3.3.4 Arranque del Switch. ... 44
3.3.5 Modos de comando de los switches. ... 46
CAPITULO IV VLAN ... 48
4.1 INTRODUCCIÓN A LAS VLAN’S ... 48
4.1.1 Concepto ... 48
4.1.2 Funcionamiento ... 49
4.2 TIPOS DE VLAN’S ... 50
4.2.1 De puerto central ... 50
4.2.2 Estática... 50
4.2.3 Dinámica. ... 51
4.3 ESTANDAR IEEE 802.1Q. ... 51
4.3.1 Formato de trama ... 51
4.3.2 VLAN nativa... 52
4.4 CONFIGURACIÓN DE VLAN ESTÁTICAS. ... 52
CAPITULO V ”DISEÑO DE LA SEGMENTACIÓN DE LA RED A TRAVÉS DE VLAN’S, DEL CENTRO EDUCATIVO EMSAD 64 PERTENECIENTE AL CECYTEO” ... 54
5.1 ANTECEDENTES DE LA INSTITUCIÓN ... 54
5.1.1 Educación Media Superior a Distancia (EMSaD) ... 54
5.1.2 Descripción de las áreas ... 55
5.2. ESTADO ACTUAL DE LA RED LAN ... 55
5.3 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA... 56
5.4 SOLUCIÓN ... 57
5.5 DESARROLLO ... 58
5.5.1 Pasos para el desarrollo ... 58
ANEXOS ... 64
CONCLUSIÓN ... 76
ÍNDICE DE FIGURAS Y TABLAS ... 77
GLOSARIO ... 79
BIBLIOGRAFÍA ... 82
OBJETIVO GENERAL
Diseñar la segmentación de la red del centro EMSaD 64 del CECYTEO a través de la creación de VLAN’s en los switches.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Debido a la existencia de un solo segmento de red en el centro EMSaD 64, la información contenida en las áreas directivas y docentes han sido alteradas y robadas por personas no autorizadas.
JUSTIFICACIÓN
Al diseñar la segmentación de la red del centro EMSaD 64 en sus diferentes áreas se garantizara la seguridad de la información, logrando con esto mayor productividad en las áreas directivas y docentes.
ALCANCE
Esta tesina plantea el diseño de la segmentación de la red del centro EMSaD 64 del CECYTEO, creando redes virtuales (VLAN) a través de la configuración de switches.
INTRODUCCIÓN
Una red de área local (LAN) esta definida como una red de computadoras dentro de un área geográficamente acotada, como puede ser una empresa o una corporación. Uno de los problemas que nos encontramos es el de no poder tener una confidencialidad entre usuarios de la LAN, también estando todas las estaciones de trabajo en un mismo dominio de colisión, el ancho de banda no es aprovechado correctamente.
La solución a este problema es la división de la LAN en segmentos físicos los cuales son independientes entre si, dando como desventaja la imposibilidad de comunicación entre las LAN’s para algunos de los usuarios de esta.
La necesidad de confidencialidad así como el mejor aprovechamiento del ancho de banda disponible dentro de las organizaciones, ha llevado a la creación y crecimiento de las VLAN’s.
En esta tesina se lleva a cabo el diseño de VLAN’s para el EMSaD 64 perteneciente al CECYTEO. Con lo cual se pretende terminar con el problema de seguridad que presenta la red, segmentándola en tres partes o segmentos que son: DIRECTIVOS, PERSONAL DOCENTE Y CENTRO DE CÓMPUTO.
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN A LAS REDES
1.1 QUE ES UNA RED
El concepto de redes está marcado en la vida cotidiana ya que esta palabra quizás hace un par de años no formaba parte de nuestro vocabulario ya que hoy en día este concepto es muy común, puesto que en todo nuestro entorno diario estamos haciendo uso de las redes, es decir que, para comunicarnos a distancias lejanas lo hacemos a través del teléfono que a su vez esta conformado por una red de líneas telefónicas por todo el mundo, la luz eléctrica tan necesaria para nuestra vida esta conformada por una red eléctrica, bancos, etc.
El fundamento de una red es compartir información, que es en sí lo que hacemos en una red humana, académica, una red corporativa, etc. Además de todo eso no solo podemos transferir información si no también, podemos compartir nuestras carpetas (directorios) o archivos que están en nuestro disco duro, disco compacto o memoria, compartir dispositivos como una impresora o también compartir aplicaciones de diversa índole, este fue el motivo por la cual se hicieron las redes de computadoras.
Figura 1.1 Se puede compartir información, hardware y software.
Este concepto significa la comunicación de dos o más computadoras para compartir información y dispositivos periféricos a través de un medio de transmisión.
Figura 1. 2 Medio de transmisión
1.2 CLASIFICACIÓN DE LAS REDES
Las redes se pueden dividir en tres formas: por su geografía, por su servicio y por su conexión.
1.2.1 Geográficamente
· Redes PAN (PERSONAL AREA NETWORKS) o redes de área personal: Son aquellas que tienen una cobertura muy limitada y usando la tecnología bluetooth que permite crear una red Ethernet con vínculos inalámbricos entre equipos móviles, teléfonos móviles y dispositivos portátiles, adicionalmente se ocupa el infrarrojo para crear conexiones punto a punto.
· Redes LAN (LOCAL AREA NETWORKS) o redes de área local: Son las que no exceden 3km. De extensión. La denominación se refiere a configuraciones que abarquen un edificio o varios dentro de una manzana o un área limitada. Las LAN corresponden a un área limitada, típicamente de un máximo de entre 500 y 1000 metros según la topología física. Para más distancias se requiere de tecnologías WAN.
· Redes MAN (METROPOLITAN AREA NETWORKS) o red de área metropolitana: Tiene un alcance de entre los 3 hasta 50 km., es decir, distintos puntos dentro de una misma ciudad, normalmente están integradas por pequeños grupos de LAN.
· Redes WAN (WIDE AREA NETWORKS) o red de cobertura amplia: El área de cobertura es sin límite y puede enlazar distintas ciudades dentro de un mismo país o distintos países. Y pueden estar integradas por redes LAN y/o MAN.
· Redes GAN (GLOBAL AREA NETWORKS) o red de área global: También sin límite de distancia, provee una conectividad global, escapando al ámbito nacional.
1.2.2 Servicio
· Privado: Intercomunicación y conexión de oficinas de una misma empresa, se tiene el control total de los recursos, de la administración (anchos de banda y topología de la red), manipulación y entrega de la información.
· Público: Comunicación fuera de las empresas (redes privadas). Los proveedores suele ofrecer cierto nivel de seguridad, pero por el hecho de ser una red pública el acceso de cualquier persona no autorizada a la red es muy fácil.
1.2.3 Conexión
· Orientadas: Se dice que una red es orientada a la conexión cuando se establece un único camino para la transferencia de la información. Los datos viajarán uno tras otro por dicho camino. No hay más de un camino simultáneamente.
· Requieren obligatoriamente de 3 fases:
o Establecimiento o Transferencia o Desconexión
Figura 1.3 Comunicación orientada a conexión
· No orientadas: Llamadas datagramas, pasan directamente del estado libre al modo de transferencia de datos. Estas redes no ofrecen confirmaciones, control de flujo ni recuperación de errores aplicables a toda la red, aunque estas funciones si existen para cada enlace particular. Un ejemplo de este tipo de red es internet. En otras palabras, las redes no orientadas a la conexión no utilizan un único camino, sino que los datos se fraccionan y toman por distintas vías simultáneamente para llegar a destino. Se la conoce también como servicio de datagramas y los casos típicos son IP Y UDP.
1.3 TOPOLOGÍAS DE REDES
Para realizar la conexión de computadoras se utilizan diferentes topologías de redes, estas topologías se clasifican en dos tipos: lógica y física; la primera se puede definir como el comportamiento de los datos en la red independientemente de la conexión física y únicamente se utilizan dos: bus y anillo. Una topología física es la conexión real del cableado entre los dispositivos.
1.3.1 Topología Bus o Lineal
Es una de las topologías más sencillas que existe dentro de la conectividad de redes, su característica principal es que sólo ocupa un canal para realizar la conexión entre computadoras. El cable que utiliza comúnmente es el cable coaxial. Su principal desventaja es que si una conexión falla; toda la red deja de funcionar.
Figura 1.4 Topología de bus o lineal
1.3.2 Topología Estrella
Esta topología utiliza un hub o switch para realizar la conexión entre computadoras.
Además una computadora central es quien tiene el control absoluto de la red, este computador central recibe el nombre de servidor y las demás computadoras reciben el nombre de estaciones de trabajo. Comúnmente el cable utilizado en esta topología es el UTP (par trenzado sin o con blindaje) nivel 5E.
No existen problemas en cuanto a conexión ya que si una estación falla, la red sigue funcionando .
Figura 1.5 Topología de estrella
1.3.3 Topología Anillo
Una topología de anillo es utilizada en las redes token ring y FDDI, el cableado y la disposición física es similar a la de estrella. Sin embargo la diferencia estriba que en lugar de utilizar un concentrador, utiliza un MAU (UNIDAD DE ACCESO A MULTIESTACIONES). La principal desventaja es que si una conexión entre computadoras falla; toda la red deja de funcionar.
La dirección que sigue el flujo de datos es similar a las manecillas del reloj y cada computadora funciona como repetidores, mientras la información fluye por el canal y llega a su destino.
Figura 1.6 Topología de anillo
1.3.4 Topología de Malla
Esta topología no es muy común encontrarla en la conectividad de redes. Su principal característica es que todas la computadoras se encuentran conectadas entre si.
Figura 1.7 Topología malla
1.4 EVOLUCIÓN
1.4.1 Maestro/ Esclavo (similar a una relación de alumno y maestro)
En realidad, en un momento determinado, el dispositivo maestro sólo puede conectarse con un solo esclavo al mismo tiempo. Por lo tanto, rápidamente cambia de esclavos para que parezca que se está conectando simultáneamente con todos los dispositivos esclavos.
1.4.2 Modelo Cliente Servidor (similar a una transacción de cajero automático)
La arquitectura cliente-servidor permite al usuario en una máquina, llamada el cliente, requerir algún tipo de servicio de una máquina a la que está unido, llamado el servidor, mediante una red como una LAN (red de área local) o una WAN (red de área mundial).
Estos servicios pueden ser peticiones de datos de una base de datos de información
contenida en archivos o los archivos en sí mismos, o peticiones de imprimir datos en una impresora asociada.
1.4.3 Punto a punto (similar al concepto de grupo de trabajo)
Las redes punto a punto son aquellas que responden a un tipo de arquitectura de red en las que cada canal de datos se usa para comunicar únicamente dos nodos, en contraposición a las redes multipunto, en las cuales cada canal de datos se puede usar para comunicarse con diversos nodos.
En una red punto a punto, los dispositivos en red actúan como socios iguales, o pares entre sí. Como pares, cada dispositivo puede tomar el rol de esclavo o la función de maestro.
1.5 MEDIOS DE TRANSMISIÓN 1.5.1 Modelo de transmisión de datos
Figura 1.8 Modelo de transmisión de datos
1.5.2 Modos de enlace
· Simplex.- la transacción sólo se efectúa en un solo sentido.
· Half-dúplex.- la transacción se realiza en ambos sentidos, pero de forma alternativa, es decir solo uno puede transmitir en un momento dado, no pudiendo transmitir los dos al mismo tiempo.
· Full-dúplex.- la transacción se puede llevar a cabo en ambos sentidos simultáneamente.
1.5.3 Tipos de transmisión
Una transmisión dada en un canal de comunicaciones entre dos equipos puede ocurrir de diferentes maneras. La transmisión está caracterizada por:
· La dirección de los intercambios
· El modo de transmisión: el número de bits enviados simultáneamente
· La sincronización entre el transmisor y el receptor
1.5.4 Multiplexación
Básicamente, consiste en compartir un mismo medio de transmisión entre varias comunicaciones, con lo que se divide el coste asociado a cada comunicación individual.
El esquema general del proceso se muestra en la siguiente figura:
Figura 1.9 Multiplexación
El proceso de Multiplexación es reversible y por tanto permite la transmisión simultánea de varias estaciones (a, b, c, d) por el mismo medio de transmisión.
Los dos métodos básicos que nos permiten realizar la Multiplexación, son la Multiplexación por división del tiempo (TDM –Time Division Multiplexing) y la Multiplexación por división de la frecuencia (MDF–Frecuency Division Multiplexing).
1.5.5 Analógico y Digital
Para transmitir datos es preciso transformarlos en una señal temporal que los represente y que pueda atravesar un determinado medio de transmisión para llegar al receptor en las mismas condiciones posibles.
En las redes de ordenadores, los datos a intercambiar siempre están disponibles en forma de señal digital. No obstante, para su transmisión podemos optar por la utilización de señales digitales o analógicas. La elección no será, casi nunca, una decisión del usuario, sino que vendrá determinada por el medio de transmisión a emplear.
No todos los medios de transmisión permiten señales analógicas ni todos permiten señales digitales. Como la naturaleza de nuestros datos será siempre digital, es necesario un proceso previo que adecue estos datos a la señal a transmitir.
Cuando las características del medio de transmisión no permiten señales digitales, se hace necesario convertir los datos digitales en una señal analógica susceptible de ser transmitida correctamente. El ejemplo más popular de esto, es la transmisión de datos digitales a través de las redes telefónicas. Estas redes fueron diseñadas para transmitir señales analógicas en el rango del espectro vocal (300-3400) Hz., lo que no resulta adecuado para la transmisión de señales digitales. Sin embargo, puede ligarse un dispositivo digital a la red telefónica por medio de un modem, que convierte los datos digitales en señales analógicas y viceversa.
Al proceso por el cual obtenemos una señal analógica a partir de unos datos digitales se le denomina modulación. Esta señal la transmitimos y el receptor debe realizar el proceso contrario, denominado demodulación para recuperar la información.
El proceso de modulación precisa de dos señales, moduladora y portadora, y genera como resultado una tercera señal, denominada señal modulada. Se define el término modulación como el proceso mediante el cual una señal que contiene información (moduladora) se combina con otra señal (portadora) para dar como resultado una nueva señal (modulada) que contiene la misma información que la primera pero que es el resultado de modificar alguno de los parámetros característicos (amplitud, frecuencia o fase) de la segunda.
Diferencia entre digital y analógico
Clasificación de los medios de transmisión.
Dentro de los medios de transmisión se pueden encontrar dos tipos:
A) Medios de transmisión alámbricos
Este medio de transmisión es el que comúnmente se utiliza. Es un medio de transmisión barato y su instalación no requiere de mucha especialización; a excepción de la fibra óptica. Se les conoce como terrestre porque no utilizan el espacio aéreo para transmitir. Dentro de este rubro encontramos:
· Cable coaxial: Este tipo de cable es el más barato y de mayor facilidad de instalación. Es utilizado en las redes de topología bus; para su instalación es necesario tener conectores tipo T y terminadores. Su estructura consiste en:
Analógico = es continuo Dato y/o señal
Digital = es abrupta
cubierta de plástico que protege el cable, malla de alambre, cubierta de plástico que cubre el alambre de cobre y el alambre de cobre que es por donde se realiza la transmisión.
· Par trenzado: Este tipo de cable es el más utilizado actualmente en la instalación de redes LAN. Es utilizado en la topología de estrella, para su instalación se requiere de un conector RJ-45. En el mercado existen diferentes niveles de este tipo de cable: Nivel 1 que es utilizado para instalación de líneas telefónicas y el nivel 5 para instalación de redes LAN, por citar algunos. Por otra parte, en el mercado existen dos tipos de cable UTP; sin blindaje (UTP) y con blindaje (STP).
· Fibra óptica: Este tipo de cable requiere para su instalación mano de obra especializada, no es muy común ya que su adquisición resulta cara. Esta constituido por millares de filamentos de vidrio que tienen el grosor de un cabello.
b) Medios de transmisión inalámbricos (radiados)
Este tipo de medio de transmisión no es muy utilizado ya que para poder realizar una transmisión se requiere de equipo especial. Para poder establecer una comunicación utiliza el espacio aéreo y es a través de microondas que se esparcen en el aire.
· Microondas: Usan antenas direccionales montadas normalmente en torres utilizan repetidoras para poder tener mayor alcance y establecer una comunicación optima y poder realizar la transmisión de información. Este tipo de transmisión se realiza a través de ondas electromagnéticas.
· Satélite: Es esencialmente una estación que retransmite microondas. Los satélites deben ser geoestacionarios (a una distancia de 35784 km). El rango de frecuencias óptimo para la transmisión vía satélite es de 1 a 10 Ghz. La transmisión hacia el satélite y la transmisión desde el satélite se efectúan a frecuencias distintas, lo que permite una transmisión continúa.
Entre sus aplicaciones podemos citar:
o Difusión de televisión.
o Transmisión telefónica a larga distancia.
o Redes privadas.
· Infrarrojo: Las comunicaciones se llevan a cabo mediante receptores y transmisores que modulan luz infrarroja no coherente. Los receptores y transmisores deben estar alineados o pueden aprovechar superficies reflectantes, como el techo de una habitación. A diferencia de las microondas, los rayos infrarrojos no pueden atravesar las paredes. No existen problemas de asignación de frecuencias, ya que en esta banda no se necesitan permisos.
1.6 MODELO OSI
El modelo de referencia OSI es la arquitectura de red actual más prominente. El objetivo de éste es el de desarrollar estándares para la interconexión de sistemas abiertos (Open System Interconnection, OSI). El término OSI es el nombre dado a un conjunto de estándares para las comunicaciones entre computadoras, terminales y redes. OSI es un modelo de 7 capas, donde cada capa define los procedimientos y las reglas (protocolos normalizados) que los subsistemas de comunicaciones deben seguir, para poder comunicarse con sus procesos correspondientes de los otros sistemas. Esto permite que un proceso que se ejecuta en una computadora, pueda comunicarse con un proceso similar en otra computadora, si tienen implementados los mismos protocolos de comunicaciones de capas OSI.
1.6.1 Capas del modelo OSI
Algunas de las funciones de cada capa o nivel se describen a continuación:
Figura 1.10 Capas del modelo OSI
· Nivel de aplicación: Esta capa acoge a todas las aplicaciones que requieren la red. Permite que varias aplicaciones compartan la red.
· Nivel de presentación: Esta capa se encarga de definir los formatos de los datos y si es necesario, procesarlos para su envío. Este proceso puede ser el de compresión o el de paso a algún sistema de codificación. En resumen, se encarga de la sintaxis.
· Nivel de sesión: Se encarga de proporcional diálogo entre aplicaciones finales para el uso eficiente de las comunicaciones. Puede agrupar datos de diversas aplicaciones para enviarlos juntos o incluso detener la comunicación y restablecer el envío tras realizar algún tipo de actividad.
· Nivel de transporte: Esta capa se encarga de que los datos enviados y recibidos lleguen en orden, sin duplicar y sin errores. Puede ser servicio de transporte orientado a conexión (conmutación de circuitos o circuitos virtuales) o no orientado a conexión (datagramas).
· Nivel de red: Esta capa se encarga de enlazar con la red y encaminar los datos hacia sus lugares o direcciones de destino. Para esto, se produce un diálogo con la red para establecer prioridades y encaminamientos. Esta y las dos capas inferiores son las encargadas de todo el proceso externo al propio sistema y que están tanto en terminales como en enlaces o repetidores.
· Nivel de enlace de datos: Esta capa debe de encargarse de que los datos se envíen con seguridad a su destino y libres de errores. Cuando la conexión no es punto a punto, esta capa no puede asegurar su cometido y es la capa superior quien lo debe hacer.
· Nivel físico: Se encarga de pasar bits al medio físico y de suministrar servicios a la siguiente capa. Para ello debe conocer las características mecánicas, eléctricas, funcionales y de procedimiento de las líneas.
1.6.2 Estándares de conexión para una red (normas IEEE)
Fundado en 1884, el Instituto de Ingeniería en Eléctrica y Electrónica, Inc. (IEEE) se ha dedicado a ayudar a que más de 320,000 profesionales y estudiantes de ingeniería desarrollen su potencial en campos de la ingeniería eléctrica.
Objetivos:
Promover el avance de las teorías y las prácticas de la electrotecnología. Fomentar el progreso y el desarrollo profesional de su membrecía. Mejorar la calidad de vida a través de la aplicación de la electrotecnología. Promover el entendimiento de la electrotecnología ante el público.
Misión:
The Institute of Electrical and Electronics Engineers INC., IEEE, es una sociedad profesional con membrecía en todo el mundo. Se empeña en actividades técnicas
educacionales y profesionales que promueven la teoría y la práctica de la electrotecnología para el desarrollo personal y profesional de sus miembros. Fomenta el conocimiento y los avances científicos y tecnológicos, los cuales, miembros del IEEE transforman en productos prácticos y seguros, y en procedimientos que engrandecen la calidad de vida. Un estándar es un formato que ha sido aprobado por reconocidas organizaciones de estándares, y que ha sido aceptado por la industria desde el punto de vista de un usuario.
Los estándares son muy importantes debido a que permiten que distintos productos de diferentes fabricantes crear un sistema hecho a tu medida y necesidades. Sin los estándares, solamente el hardware y el software de la misma compañía se podrían utilizar juntos. Además, los estándares interfaces de usuarios facilitan el aprendizaje de nuevas aplicaciones IEEE determina los estándares para la mayoría de las interfaces eléctricas su estándar más famoso probablemente es el RS−232C el cual determina una interfaz para la comunicación en serie es la mas usada por módems, y otros aparatos incluyendo pantallas y ratones.
IEEE se encarga más de producir estándares para el hardware.
La norma 802 de la IEEE es la especificación para redes LAN. En realidad es un conjunto de normas que van de la 802.1 a la 802.12. Enunciaremos solamente las que se utilizan de manera constante.
1.6.3 IEEE 802.1
Define el estándar físico y de enlace para la comunicación dentro de una misma LAN o una LAN o WAN diferente.
1.6.4 IEEE 802.2
Define la subcapa LLC.
1.6.5 IEEE 802.3
Define una serie de opciones de la capa física, señalización, tipos de medios, topologías, etc.; siendo el elemento más característico el mecanismo CSMA/CD. Se basa en la especificación Ethernet de Xerox, aunque impone unas mínimas diferencias.
1.6.6 IEEE 802.5
Se basa en la especificación Token Ring de IBM aunque, a diferencia de ésta no impone un determinado medio de transmisión ni una determinada topología física.
Para contribuir a la sincronización, la capa física encapsula cada trama con delimitadores de inicio y finalización de stream. La temporización de loops se mantiene mediante streams continuos de símbolos inactivos que se envían en cada par de cables durante el espacio entre tramas.
A diferencia de la mayoría de las señales digitales, en las que generalmente se encuentra un par de niveles de voltaje discretos, la 1000Base-T utiliza muchos niveles de voltaje. En períodos inactivos, se encuentran nueve niveles de voltaje en el cable.
Durante los períodos de transmisión de datos, se encuentran hasta 17 niveles de voltaje en el cable. Con este gran número de estados, combinado con los efectos del ruido, la señal en el cable parece más analógica que digital. Como en el caso del analógico, el sistema es más susceptible al ruido debido a los problemas de cable y terminación.
CAPITULO II
ETHERNET
2.1 EVOLUCIÓN DE ETHERNET
Los cimientos de la tecnología Ethernet se fijaron por primera vez en 1970 mediante un programa llamado Alohanet. Alohanet era una red de radio digital diseñada para transmitir información por una frecuencia de radio compartida entre las islas de Hawái.
Alohanet obligaba a todas las estaciones a seguir un protocolo según el cual una transmisión no reconocida requería una retransmisión después de un período de espera breve. Las técnicas para utilizar un medio compartido de esta manera se aplicaron posteriormente a la tecnología cableada en forma de Ethernet.
La Ethernet se diseñó para aceptar múltiples computadoras que se interconectaban en una topología de bus compartida.
La primera versión de Ethernet incorporaba un método de acceso al medio conocido como acceso múltiple por detección de portadora y detección de colisiones (CSMA/CD).
El CSMA/CD administraba los problemas que se originaban cuando múltiples dispositivos intentaban comunicarse en un medio físico compartido.
2.1.1 Primeros medios Ethernet
Las primeras versiones de Ethernet utilizaban cable coaxial para conectar computadoras en una topología de bus. Cada computadora se conectaba directamente al BACKBONE. Estas primeras versiones de Ethernet se conocían como Thicknet (10Base5) y Thinnet (10Base2).
La 10Base5, o Thicknet, utilizaba un cable coaxial grueso que permitía lograr distancias de cableado de hasta 500 metros antes de que la señal requiriera un repetidor. La 10Base2, o Thinnet, utilizaba un cable coaxial fino que tenía un diámetro menor y era más flexible que la Thicknet y permitía alcanzar distancias de cableado de 185 metros.
La capacidad de migrar la implementación original de Ethernet a las implementaciones de Ethernet actuales y futuras se basa en la estructura de la trama de capa 2, que prácticamente no ha cambiado. Los medios físicos, el acceso al medio y el control del medio han evolucionado y continúan haciéndolo. Pero el encabezado y el tráiler de la trama de Ethernet han permanecido constantes en términos generales.
Las primeras implementaciones de Ethernet se utilizaron en entornos LAN de bajo ancho de banda en los que el acceso a los medios compartidos se administraba mediante CSMA y, posteriormente, mediante CSMA/CD. Además de ser una topología de bus lógica de la capa de enlace de datos, Ethernet también utilizaba una topología
de bus física. Esta topología se volvió más problemática a medida que las LAN crecieron y que los servicios LAN demandaron más infraestructura.
Los medios físicos originales de cable coaxial grueso y fino se reemplazaron por categorías iniciales de cables UTP. En comparación con los cables coaxiales, los cables UTP eran más fáciles de utilizar, más livianos y menos costosos.
La topología física también se cambió por una topología en estrella utilizando hubs. Los hubs concentran las conexiones, toman un grupo de nodos y permiten que la red los trate como una sola unidad. Cuando una trama llega a un puerto, se lo copia a los demás puertos para que todos los segmentos de la LAN reciban la trama. La utilización del hub en esta topología de bus aumentó la confiabilidad de la red, ya que permite que cualquier cable falle sin provocar una interrupción en toda la red. Sin embargo, la repetición de la trama a los demás puertos no solucionó el problema de las colisiones.
2.1.2 Ethernet antigua
En redes 10Base-T, el punto central del segmento de red era generalmente un hub.
Esto creaba un medio compartido. Debido a que el medio era compartido, sólo una estación a la vez podía realizar una transmisión de manera exitosa. Este tipo de conexión se describe como comunicación half-duplex.
A medida que se agregaban más dispositivos a una red Ethernet, la cantidad de colisiones de tramas aumentaba notablemente. Durante los períodos de poca actividad de comunicación, las pocas colisiones que se producían se administraban mediante el CSMA/CD, con muy poco impacto en el rendimiento, en caso de que lo hubiera. Sin embargo, a medida que la cantidad de dispositivos y el consiguiente tráfico de datos aumenta, el incremento de las colisiones puede producir un impacto significativo en la experiencia del usuario.
2.1.3 Ethernet actual
Un desarrollo importante que mejoró el rendimiento de la LAN fue la introducción de los switches para reemplazar los hubs en redes basadas en Ethernet. Este desarrollo estaba estrechamente relacionado con el desarrollo de Ethernet 100Base-TX. Los switches pueden controlar el flujo de datos mediante el aislamiento de cada uno de los puertos y el envío de una trama sólo al destino correspondiente (en caso de que se lo conozca) en vez del envío de todas las tramas a todos los dispositivos.
El switch reduce la cantidad de dispositivos que recibe cada trama, lo que a su vez disminuye o minimiza la posibilidad de colisiones. Esto, junto con la posterior introducción de las comunicaciones full-duplex (que tienen una conexión que puede transportar señales transmitidas y recibidas al mismo tiempo), permitió el desarrollo de Ethernet de 1 Gbps y más.
Tabla 2.1 Tipos de Ethernet
2.2 ESTANDARES E IMPLEMENTACIÓN 2.2.1 Estándares de la IEEE
En 1985, el comité de estándares para redes metropolitanas y locales del instituto de ingenieros eléctricos y electrónicos (IEEE) publicó los estándares para las LAN. Estos estándares comienzan con el número 802. El estándar para Ethernet es el 802.3. El IEEE quería asegurar que sus estándares fueran compatibles con los del modelo OSI de la organización internacional para la estandarización (ISO). Para garantizar la compatibilidad, los estándares IEEE 802.3 debían cubrir las necesidades de la capa 1 y de las porciones inferiores de la capa 2 del modelo OSI. Como resultado, ciertas pequeñas modificaciones al estándar original de Ethernet se efectuaron en el 802.3.
Ethernet opera en las dos capas inferiores del modelo OSI: la capa de enlace de datos y la capa física como se puede apreciar en la figura 2.1.
Figura 2.1 Ethernet
Ethernet opera a través de dos capas del modelo OSI. El modelo ofrece una referencia sobre con qué puede relacionarse Ethernet, pero en realidad se implementa sólo en la mitad inferior de la capa de enlace de datos, que se conoce como subcapa control de acceso al medio (Media Access Control, MAC), y la capa física.
Ethernet en la capa 1 implica señales, streams de bits que se transportan en los medios, componentes físicos que transmiten las señales a los medios y distintas topologías. La capa 1 de Ethernet tiene un papel clave en la comunicación que se produce entre los dispositivos, pero cada una de estas funciones tiene limitaciones.
Tal como lo muestra la figura 2.1, Ethernet en la capa 2 se ocupa de estas limitaciones.
Las subcapas de enlace de datos contribuyen significativamente a la compatibilidad de tecnología y la comunicación con la computadora. La subcapa MAC se ocupa de los componentes físicos que se utilizarán para comunicar la información y prepara los datos para transmitirlos a través de los medios.
La subcapa control de enlace lógico (Logical Link Control, LLC) sigue siendo relativamente independiente del equipo físico que se utilizará para el proceso de comunicación.
2.2.2 Subcapa control de enlace lógico (LLC)
Ethernet separa las funciones de la capa de enlace de datos en dos subcapas diferenciadas: la subcapa control de enlace lógico (LLC) y la subcapa control de acceso al medio (MAC). Las funciones descritas en el modelo OSI para la capa de enlace de datos se asignan a las subcapas LLC y MAC. La utilización de dichas subcapas contribuye notablemente a la compatibilidad entre diversos dispositivos finales.
Para Ethernet, el estándar IEEE 802.2 describe las funciones de la subcapa LLC y el estándar 802.3 describe las funciones de la subcapa MAC y de la capa física. El control de enlace lógico se encarga de la comunicación entre las capas superiores y el
software de red, y las capas inferiores, que generalmente es el hardware. La subcapa LLC toma los datos del protocolo de la red, que generalmente son un paquete IPV4, y agrega información de control para ayudar a entregar el paquete al nodo de destino. La capa 2 establece la comunicación con las capas superiores a través del LLC.
El LLC se implementa en el software y su implementación depende del equipo físico. En una computadora, el LLC puede considerarse como el controlador de la tarjeta de interfaz de red (NIC). El controlador de la NIC (tarjeta de interfaz de red) es un programa que interactúa directamente con el hardware en la NIC para pasar los datos entre los medios y la subcapa de control de acceso al medio (MAC).
2.2.3 subcapa MAC
El control de acceso al medio (MAC) es la subcapa de Ethernet inferior de la capa de enlace de datos. El hardware implementa el control de acceso al medio, generalmente en la tarjeta de interfaz de red (NIC).
La subcapa MAC de Ethernet tiene dos responsabili dades principales:
· Encapsulación de datos
· Control de acceso al medio Encapsulación de datos
La encapsulación de datos proporciona tres funciones principales:
· Delimitación de trama
· Direccionamiento
· Detección de errores
El proceso de encapsulación de datos incluye el armado de la trama antes de la transmisión y el análisis de la trama al momento de recibir una trama. Cuando forma una trama, la capa MAC agrega un encabezado y un tráiler a la PDU de capa 3. La utilización de tramas facilita la transmisión de bits a medida que se colocan en los medios y la agrupación de bits en el nodo receptor.
El proceso de entramado ofrece delimitadores importantes que se utilizan para identificar un grupo de bits que componen una trama. Este proceso ofrece una sincronización entre los nodos transmisores y receptores.
El proceso de encapsulación también posibilita el direccionamiento de la capa de enlace de datos. Cada encabezado Ethernet agregado a la trama contiene la dirección física (dirección MAC) que permite que la trama se envíe a un nodo de destino.
Una función adicional de la encapsulación de datos es la detección de errores. Cada trama de Ethernet contiene un tráiler con una comprobación cíclica de redundancia (CRC) de los contenidos de la trama. Una vez que se recibe una trama, el nodo receptor crea una CRC para compararla con la de la trama. Si estos dos cálculos de CRC coinciden, puede asumirse que la trama se recibió sin errores.
Control de acceso al medio
La subcapa MAC controla la colocación de tramas en los medios y el retiro de tramas de los medios. Como su nombre lo indica, se encarga de administrar el control de acceso al medio. Esto incluye el inicio de la transmisión de tramas y la recuperación por fallo de transmisión debido a colisiones.
2.2.4 Topología lógica
La topología lógica subyacente de Ethernet es un bus de multiacceso. Esto significa que todos los nodos (dispositivos) en ese segmento de la red comparten el medio. Esto significa además que todos los nodos de ese segmento reciben todas las tramas transmitidas por cualquier nodo de dicho segmento.
Debido a que todos los nodos reciben todas las tramas, cada nodo debe determinar si debe aceptar y procesar una determinada trama. Esto requiere analizar el direccionamiento en la trama provisto por la dirección MAC.
Ethernet ofrece un método para determinar cómo comparten los nodos el acceso al medio. El método de control de acceso a los medios para Ethernet clásica es el acceso múltiple con detección de portadora con detección de colisiones (CSMA/CD) que se analizara mas adelante.
2.3 DIRECCIÓN MAC
Inicialmente, la Ethernet se implementaba como parte de una topología de BUS. Cada uno de los dispositivos de red se conectaba al mismo medio compartido. En redes con poco tráfico o pequeñas, ésta era una implementación aceptable. El problema más importante que debía resolverse era cómo identificar cada uno de los dispositivos.
Se creó un identificador único, denominado dirección de control de acceso al medio (MAC), para ayudar a determinar las direcciones de origen y destino dentro de una red Ethernet. Independientemente de qué variedad de Ethernet se estaba utilizando, la convención de denominación brindó un método para identificar dispositivos en un nivel inferior del modelo OSI.
Como ya se menciono, la dirección MAC se agrega como parte de una PDU de capa 2.
Una dirección MAC de Ethernet es un valor binario de 48 bits expresado como 12 dígitos hexadecimales
2.3.1 Estructura de la dirección MAC
El valor de la dirección MAC es el resultado directo de las normas implementadas por el IEEE para proveedores con el objetivo de garantizar direcciones únicas para cada dispositivo Ethernet. Las normas establecidas por el IEEE obligan a los proveedores de dispositivos ETHERNET a registrarse en el IEEE. El IEEE le asigna a cada proveedor un código de 3 bytes, denominado identificador único organizacional (OUI).
El IEEE obliga a los proveedores a respetar dos normas simples:
Todas las direcciones MAC asignadas a una NIC u otro dispositivo Ethernet deben utilizar el OUI que se le asignó a dicho proveedor como los 3 primeros bytes.
Se les debe asignar un valor exclusivo a todas las direcciones MAC con el mismo OUI (identificador exclusivo de organización) (código del fabricante o número de serie) en los últimos 3 bytes.
La dirección MAC se suele denominar dirección grabada (BIA) porque se encuentra grabada en la ROM (memoria de sólo lectura) de la NIC. Esto significa que la dirección se codifica en el chip de la ROM de manera permanente (el software no puede cambiarla).
Sin embargo, cuando se inicia el equipo la NIC copia la dirección a la RAM (memoria de acceso aleatorio). Cuando se examinan tramas se utiliza la dirección que se encuentra en la RAM como dirección de origen para compararla con la dirección de destino. La NIC utiliza la dirección MAC para determinar si un mensaje debe pasarse a las capas superiores para procesarlo.
Dispositivos de red
Cuando el dispositivo de origen reenvía el mensaje a una red Ethernet, se adjunta la información del encabezado dentro de la dirección MAC. El dispositivo de origen envía los datos a través de la red. Cada NIC de la red visualiza la información para determinar si la dirección MAC coincide con su dirección física. Si no hay coincidencia, el dispositivo descarta la trama. Cuando la trama llega al destino donde la MAC de la NIC coincide con la MAC de destino de la trama, la NIC pasa la trama hasta las capas OSI (interconexión de sistema abierto), donde se lleva a cabo el proceso de desencapsul ación.
Todos los dispositivos conectados a una LAN Ethernet tienen interfaces con direcciones MAC. Diferentes fabricantes de hardware y software pueden representar las direcciones MAC en distintos formatos hexadecimales. Los formatos de las direcciones pueden ser similares a 00-03-7a-3b-78-00, 00:03:7a:3b:78:00 ó 0005.9a3c.7800. Las direcciones MAC se asignan a estaciones de trabajo, servidores, impresoras, switches y routers (cualquier dispositivo que pueda originar o recibir datos en la red).
2.4 ESTRUCTURA DE LAS TRAMAS ETHERNET
La estructura de la trama de Ethernet agrega encabezados y tráilers a la PDU de capa 3 para encapsular el mensaje que se envía.
Tanto el encabezado como el tráiler de Ethernet tienen varias secciones de información que el protocolo Ethernet utiliza. Cada sección de la trama se denomina campo. Hay dos estilos de tramas de Ethernet: el IEEE 802.3 (original) y el IEEE 802.3 revisado (Ethernet).
Las diferencias entre los estilos de tramas son mínimas. La diferencia más significativa entre el IEEE 802.3 (original) y el IEEE 802.3 revisado es el agregado de un delimitador de inicio de trama (SFD) y un pequeño cambio en el campo tipo que incluye la longitud, tal como se muestra en la figura 2.2:
Figura 2.2 Diferencias entre tramas
El estándar Ethernet original definió el tamaño mínimo de trama en 64 bytes y el tamaño máximo de trama en 1518 bytes. Esto incluye todos los bytes del campo dirección MAC de destino a través del campo secuencia de verificación de trama (FCS).
Los campos preámbulo y delimitador de inicio de trama no se incluyen en la descripción del tamaño de una trama. El estándar IEEE 802.3ac, publicado en 1998, amplió el tamaño de trama máximo permitido a 1522 bytes. Se aumentó el tamaño de la trama para que se adapte a una tecnología denominada red de área local virtual (VLAN). Las VLAN se crean dentro de una red conmutada y se describen de forma detallada mas adelante.
Si el tamaño de una trama transmitida es menor que el mínimo o mayor que el máximo, el dispositivo receptor descarta la trama.
Campos preámbulo y delimitador de inicio de trama
Los campos preámbulo (7 bytes) y delimitador de inicio de trama (SFD) (1 byte) se utilizan para la sincronización entre los dispositivos de envío y de recepción. Estos ocho primeros bytes de la trama se utilizan para captar la atención de los nodos receptores.
Básicamente, los primeros bytes le indican al receptor que se prepare para recibir una trama nueva.
Campo dirección MAC de destino
El campo dirección MAC de destino (6 bytes) es el identificador del receptor deseado.
Como ya se menciono la capa 2 utiliza esta dirección para ayudar a los dispositivos a determinar si la trama viene dirigida a ellos. La dirección de la trama se compara con la dirección MAC del dispositivo. Si coinciden, el dispositivo acepta la trama.
Campo dirección MAC de origen
El campo dirección MAC de origen (6 bytes) identifica la NIC o interfaz que origina la trama. Los switches también utilizan esta dirección para ampliar sus tablas de búsqueda.
Campo longitud/tipo
El campo longitud/tipo (2 bytes) define la longitud exacta del campo datos de la trama.
Esto se utiliza posteriormente como parte de la FCS para garantizar que el mensaje se reciba adecuadamente. En este campo debe ingresarse una longitud o un tipo. Sin embargo, sólo uno u otro podrán utilizarse en una determinada implementación. Si el objetivo del campo es designar un tipo, el campo tipo describe qué protocolo se implementa.
Campos datos y relleno
Los campos datos y relleno (de 46 a 1500 bytes) contienen los datos encapsulados de una capa superior, que es una PDU de capa 3 genérica o, con mayor frecuencia, un paquete IPV4. Todas las tramas deben tener al menos 64 bytes de longitud. Si se encapsula un paquete pequeño, el PAD se utiliza para aumentar el tamaño de la trama hasta alcanzar este tamaño mínimo.
Campo secuencia de verificación de trama
El campo secuenci a de verificación de trama (FCS) (4 bytes) se utiliza para detectar errores en la trama. Utiliza una comprobación cíclica de redundancia (CRC). El dispositivo emisor incluye los resultados de una CRC en el campo FCS de la trama.
El dispositivo receptor recibe la trama y genera una CRC para detectar errores. Si los cálculos coinciden, significa que no se produjo ningún error. Los cálculos que no coinciden indican que los datos cambiaron y, por consiguiente, se descarta la trama.
2.5 CONTROL DE ACCESO AL MEDIO DE ETHERNET
En un entorno de medios compartidos, todos los dispositivos tienen acceso garantizado al medio, pero no tienen ninguna prioridad en dicho medio. Si más de un dispositivo realiza una transmisión simultáneamente, las señales físicas colisionan y la red debe recuperarse para que pueda continuar la comunicación.
Las colisiones representan el precio que debe pagar la Ethernet para obtener el bajo gasto relacionado con cada transmisión.
Como ya se ha mencionado la Ethernet utiliza el acceso múltiple por detección de portadora y detección de colisiones (CSMA/CD) para detectar y manejar colisiones y para administrar la reanudación de las comunicaciones.
Debido a que todas las computadoras que utilizan Ethernet envían sus mensajes en el mismo medio, se utiliza un esquema de coordinación distribuida (CSMA) para detectar la actividad eléctrica en el cable. Entonces, un dispositivo puede determinar cuándo puede transmitir. Cuando un dispositivo detecta que ninguna otra computadora está
enviando una trama o una señal portadora, el dispositivo transmitirá en caso de que tenga algo para enviar.
Figura 2.3 Control de acceso al medio de Ethernet
Detección de portadora
En el método de acceso CSMA/CD, todos los dispositivos de red que tienen mensajes para enviar deben escuchar antes de transmitir.
Si un dispositivo detecta una señal de otro dispositivo, esperará durante un período especificado antes de intentar transmitir.
Cuando no se detecte tráfico, un dispositivo transmitirá su mensaje. Mientras se lleva a cabo la transmisión, el dispositivo continúa escuchando para detectar tráfico o colisiones en la LAN. Una vez que se envía el mensaje, el dispositivo regresa a su modo de escucha predeterminado.
Multiacceso
Si la distancia existente entre los dispositivos es tal que la latencia de las señales de un dispositivo denota que un segundo dispositivo no detecta las señales, el segundo dispositivo puede comenzar también a transmitir. Los medios tienen entonces dos dispositivos que transmiten sus señales al mismo tiempo. Sus mensajes se propagarán por todos los medios hasta que se encuentren. En ese punto, las señales se mezclan y el mensaje se destruye. Si bien los mensajes se corrompen, la mezcla de señales restantes continúa propagándose a través de los medios.
Detección de colisiones
Cuando un dispositivo está en modo de escucha, puede detectar una colisión en el medio compartido. La detección de una colisión es posible porque todos los dispositivos pueden detectar un aumento de la amplitud de la señal por encima del nivel normal.
Una vez que se produce una colisión, los demás dispositivos que se encuentren en modo de escucha (como así también todos los dispositivos transmisores) detectarán el aumento de la amplitud de la señal. Una vez detectada la colisión, todos los dispositivos transmisores continuarán transmitiendo para garantizar que todos los dispositivos de la red detecten la colisión.
Señal de congestión y postergación aleatoria
Cuando los dispositivos de transmisión detectan la colisión, envían una señal de congestión. Esta señal interferente se utiliza para notificar a los demás dispositivos sobre una colisión, de manera que éstos invocarán un algoritmo de postergación. Este algoritmo de postergación hace que todos los dispositivos dejen de transmitir durante un período aleatorio, lo que permite que las señales de colisión disminuyan.
Una vez que finaliza el retraso asignado a un dispositivo, dicho dispositivo regresa al modo "escuchar antes de transmitir". El período de postergación aleatoria garantiza que los dispositivos involucrados en la colisión no intenten enviar su tráfico nuevamente al mismo tiempo, lo que provocaría que se repita todo el proceso. Sin embargo, esto también significa que un tercer dispositivo puede transmitir antes de que cualquiera de los dos dispositivos involucrados en la colisión original tenga la oportunidad de volver a transmitir.
2.6 IMPLEMENTACIÓN DE ETHERNET
Las principales implementaciones de 10 Mbps de Ethernet incluyen:
· 10base5 con cable coaxial Thicknet
· 10base2 con cable coaxial Thinnet
· 10base-T con cable de par trenzado no blindado CAT3/CAT5
Las primeras implementaciones de Ethernet, 10Base5 y 10Base2 utilizaban cable coaxial en un bus físico. Dichas implementaciones ya no se utilizan y los más recientes estándares 802.3 no las admiten.
2.6.1 Ethernet de 10 Mbps - 10base-T
La 10Base-T utiliza la codificación Manchester para dos cables de par trenzado no blindado. Las primeras implementaciones de la 10Base-T utilizaban cableado Cat3. Sin embargo, el cableado Cat5 o superior es el que se utiliza generalmente en la actualidad.
La Ethernet de 10 Mbps se considera como la Ethernet clásica y utiliza una topología en estrella física. Los enlaces de Ethernet 10Base-T pueden tener hasta 100 metros de longitud antes de que requieran un hub o repetidor.
La 10Base-T utiliza dos pares de cables de cuatro pares y finaliza en cada extremo con un conector RJ-45 de 8 pin. El par conectado a los pin 1 y 2 se utiliza para transmitir y el
par conectado a los pin 3 y 6 se utiliza para recibir. La figura 2.4 muestra la salida de pin RJ45 utilizada con Ethernet 10Base-T.
Figura 2.4 Configuración de cables en 10Base-T
La 10Base-T generalmente no se elige para instalaciones de LAN nuevas. Sin embargo, todavía existen actualmente muchas redes Ethernet 10Base-T. El reemplazo de los hubs por los switches en redes 10Base-T aumentó notablemente la velocidad de transmisión (throughput) disponible para estas redes y le otorgó a la Ethernet antigua una mayor longevidad. Los enlaces de 10Base-T conectados a un switch pueden admitir el funcionamiento tanto Half-Duplex como Full-Duplex.
2.6.2 100 Mbps - Fast Ethernet
Entre mediados y fines de la década de 1990 se establecieron varios estándares 802.3 nuevos para describir los métodos de transmisión de datos en medios Ethernet a 100 Mbps. Estos estándares utilizaban requisitos de codificación diferentes para lograr estas velocidades más altas de transmisión de datos.
La Ethernet de 100 Mbps, también denominada Fast Ethernet, puede implementarse utilizando medios de fibra o de cable de cobre de par trenzado. Las implementaciones más conocidas de la Ethernet de 100 Mbps son:
· 100Base-TX con UTP CAT5 o mayor
· 100Base-FX con cable de fibra óptica
Ya que las señales de mayor frecuencia que se utilizan en Fast Ethernet son más susceptibles al ruido, Ethernet de 100 Mbps utiliza dos pasos de codificación por separado para mejorar la integridad de la señal.
2.6.3 100Base-TX
100Base-TX fue diseñada para admitir la transmisión a través de dos hilos de fibra óptica o de dos pares de cable de cobre UTP de categoría 5. La implementación 100Base-TX utiliza los mismos dos pares y salidas de pares de UTP que la 10Base-T.
Sin embargo, la 100Base-TX requiere UTP de categoría 5 o superior. La codificación 4b/5b se utiliza para la Ethernet 100Base-T.
Al igual que con la 10Base-TX, la 100Base-TX se conecta como estrella física. La figura muestra un ejemplo de una topología en estrella física. Sin embargo, a diferencia de la 10BaseT, las redes 100Base-TX utilizan generalmente un switch en el centro de la estrella en vez de un hub. Aproximadamente al mismo tiempo que las tecnologías 100Base-TX se convirtieron en la norma, los switches LAN también comenzaron a implementarse con frecuencia. Estos desarrollos simultáneos llevaron a su combinación natural en el diseño de las redes 100Base-TX.
2.6.4 100 Base-FX
El estándar 100Base-FX utiliza el mismo procedimiento de señalización que la 100Base-TX, pero lo hace en medios de fibra óptica en vez de cobre UTP. Si bien los procedimientos de codificación, decodificación y recuperación de reloj son los mismos para ambos medios, la transmisión de señales es diferente: pulsos eléctricos en cobre y pulsos de luz en fibra óptica. La 100Base-FX utiliza conectores de interfaz de fibra de bajo costo (generalmente llamados conectores SC Dúplex).
Las implementaciones de fibra son conexiones punto a punto, es decir, se utilizan para interconectar dos dispositivos. Estas conexiones pueden ser entre dos computadoras, entre una computadora y un switch o entre dos switches.
2.6.5 1000 Mbps - Gigabit Ethernet
El desarrollo de los estándares de Gigabit Ethernet dio como resultado especificaciones para cobre UTP, fibra monomodo y fibra multimodo. En redes de Gigabit Ethernet, los bits se producen en una fracción del tiempo que requieren en redes de 100 Mbps y redes de 10 Mbps. Gracias a que las señales se producen en menor tiempo, los bits se vuelven más susceptibles al ruido y, por lo tanto, la temporización tiene una importancia decisiva. La cuestión del rendimiento se basa en la velocidad con la que el adaptador o la interfaz de red puedan cambiar los niveles de voltaje y en la manera en que dicho cambio de voltaje pueda detectarse de un modo confiable a 100 metros de distancia en la NIC o la interfaz de recepción.
A estas mayores velocidades, la codificación y decodificación de datos es más compleja. La Gigabit Ethernet utiliza dos distintos pasos de codificación. La transmisión de datos es más eficiente cuando se utilizan códigos para representar el stream binario de bits. La codificación de datos permite la sincronización, el uso eficiente del ancho de banda y características mejoradas de relación entre señal y ruido.
2.6.6 Ethernet 1000Base-T
La Ethernet 1000Base-T brinda una transmisión Full-Duplex utilizando los cuatro pares de cable UTP categoría 5 o superior. La Gigabit Ethernet por cables de cobre permite un aumento de 100 Mbps por par de cable a 125 Mbps por par de cable o 500 Mbps para los cuatro pares. Cada par de cable origina señales en Full-Duplex, lo que duplica los 500 Mbps a 1000 Mbps.
La 1000Base-T utiliza codificación de línea 4D-PAM5 para obtener un throughput de datos de 1 Gbps. Este esquema de codificación permite señales de transmisión en cuatro pares de cables simultáneamente. Traduce un byte de 8 bits de datos en una transmisión simultánea de cuatro símbolos de código que se envían por los medios, uno en cada par, como señales de modulación de amplitud de pulsos de 5 niveles (PAM5).
Esto significa que cada símbolo se corresponde con dos bits de datos. Debido a que la información viaja simultáneamente a través de las cuatro rutas, el sistema de circuitos tiene que dividir las tramas en el transmisor y reensamblarlas en el receptor.
La 1000Base-T permite la transmisión y recepción de datos en ambas direcciones (en el mismo cable y al mismo tiempo). Este flujo de tráfico crea colisiones permanentes en los pares de cables. Estas colisiones generan patrones de voltaje complejos. Los circuitos híbridos que detectan las señales utilizan técnicas sofisticadas tales como la cancelación de eco, la corrección del error de envío de capa 1 (FEC) y una prudente selección de los niveles de voltaje. Al utilizar dichas técnicas, el sistema alcanza un throughput de 1 Gigabit.
Para contribuir a la sincronización, la capa física encapsula cada trama con delimitadores de inicio y finalización de stream. La temporización de loops se mantiene mediante streams continuos de símbolos inactivos que se envían en cada par de cables durante el espacio entre tramas.
A diferencia de la mayoría de las señales digitales, en las que generalmente se encuentra un par de niveles de voltaje discretos, la 1000Base-T utiliza muchos niveles de voltaje. En períodos inactivos, se encuentran nueve niveles de voltaje en el cable.
Durante los períodos de transmisión de datos, se encuentran hasta 17 niveles de voltaje en el cable. Con este gran número de estados, combinado con los efectos del ruido, la señal en el cable parece más analógica que digital. Como en el caso del analógico, el sistema es más susceptible al ruido debido a los problemas de cable y terminación.
2.6.7 Ethernet 1000Base-SX y 1000Base-LX por fibra óptica
Las versiones de fibra óptica de la Gigabit Ethernet (1000Base-SX y 1000Base-LX) ofrecen las siguientes ventajas sobre el UTP: inmunidad al ruido, tamaño físico pequeño y distancias y ancho de banda aumentados y sin repeticiones.
Todas las versiones de 1000Base-SX y 1000Base-LX admiten la transmisión binaria Full-Duplex a 1250 Mbps en dos hebras de fibra óptica. La codificación de la transmisión se basa en el esquema de codificación 8B/10B. Debido al gasto de esta codificación, la velocidad de transferencia de datos sigue siendo 1000 Mbps.
Cada trama de datos se encapsul a en la capa física antes de la transmisión y la sincronización de los enlaces se mantiene enviando un stream continuo de grupos de códigos inactivos durante el espacio entre tramas.
Las principales diferencias entre las versiones de fibra de 1000Base-SX y 1000Base-LX son los medios de enlace, los conectores y la longitud de onda de la señal óptica. Estas diferencias se ilustran en la Tabla 2.2.
Tabla 2.2 Soporte de enlace de fibra
CAPITULO III
CONMUTACIÓN Y SEGMENTACIÓN
3.1 CONMUTACIÓN
La conmutación es una tecnología que reduce la congestión en las LAN Ethernet, Token Ring y la interfaz de datos distribuida por fibra (FDDI).
Los routers y los switches de capa 3 utilizan direcciones IP para enrutar un paquete.
Los switches LAN o de la capa 2 envían tramas en base a la información de la dirección MAC. Se puede decir que en la actualidad los términos conmutación de capa 3 y enrutamiento se utilizan con frecuencia de manera indistinta.
Existen dos métodos de conmutación de trama de datos: la conmutación de capa 2 y de capa 3. Los routers y los switches de capa 3 utilizan la conmutación de capa 3 para conmutar los paquetes. Los switches de capa 2 y los puentes utilizan la conmutación de capa 2 para enviar tramas.
La diferencia entre la conmutación de capa 2 y capa 3 es el tipo de información que se encuentra dentro de la trama y que se utiliza para determinar la interfaz de salida correcta. La conmutación de la capa 2 se basa en la información de la dirección MAC.
La conmutación de la capa 3 se basa en las direcciones de la capa de red o en las direcciones IP. Las funciones y la funcionalidad de los switches de capa 3 y los routers son muy parecidas. La única diferencia importante entre la operación de conmutación de paquetes de un router y de un switch de capa 3 es la implementación física. En los routers de propósito general, la conmutación de paquetes se produce en el software, mediante motores basados en el microprocesador, mientras que un switch de capa 3 realiza el envío de paquetes por medio del hardware de circuito integrado de aplicación específica (ASIC). La conmutación de la capa 2 busca una dirección MAC destino en el encabezado de la trama y envía la trama a la interfaz o puerto apropiado basándose en la dirección MAC de la tabla de conmutación. La tabla de conmutación se encuentra en la memoria de contenido direccionable (CAM). Si el switch de capa 2 no sabe dónde enviar la trama, envía la trama en broadcast por todos los puertos hacia la red, excepto por el puerto por el que se recibió la trama. Cuando se recibe una respuesta, el switch registra la nueva dirección en la CAM.
3.1.1 Tipos de conmutación
La conmutación LAN se puede clasificar como simétrica o asimétrica según la forma en que el ancho de banda se asigna a los puertos de conmutación. Un switch simétrico ofrece conexiones conmutadas entre puertos con el mismo ancho de banda. Un switch LAN asimétrico proporciona conexiones conmutadas entre puertos con distinto ancho de banda, tal como una combinación de puertos de 10 Mbps y de 100 Mbps
