TECNOLOGIAS LAN POR: JUAN CARLOS RESTREPO [email protected] Versión: 2.8 Medellín-Colombia...
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CARACTERISTICAS DE LA LAN
Cortas distancias: un piso, un edificio, un campus, pocos kilómetros (típicamente menos de 5 Kmts).
Altas velocidades: varios Megabits por segundo. Ej: 10Mbps, 16Mbps , 100Mbps, 1 Gbps.
Generalmente son redes privadas.
Las principales tecnologías LAN han sido estandarizadas por la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).
MODELOS DE LA IEEE
Principales desarrollos IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineer. Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos.Define estándares principalmente en niveles 1 y 2 de OSI.Modelos orientados a redes LAN y MAN.Divide el nivel de enlace en dos capas: MAC y LLC.Busca como en todos los modelos por capas independizar la funcionalidad de 1 y 2 del resto de protocolos.Las capas superiores las suministran protocolos como TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX.
PRESENTACION
APLICACION
SESION
RED
FISICO
ENLACE
TRANSPORTE
ETHERNET, TB Y TR VS. OSI
Medios, Interfaces, señales, sincronismo, modulación, codificación, etc.
Tramado, detección y/o corrección de errores, control de flujo, control de acceso al medio.
Encripción, compresión, sintaxis, códigos.
Servicios extremo a extremo.
Servicios de conexión mejorados como sincronización entre aplicaciones, etc.
Enrutamiento, control de congestión.
Comunicación entre aplicaciones.
ETHERNET, TB Y TR VS. TCP/IP
SMTP
FTP
TELNET
IP
TCP UDP
DHCP
SNMP
RPC
ICMP IGMPARP RARP
ETHERNET, TOKEN RING,TOKEN BUS
HTTP
LPD
IMAP4
POP3
DNS
BOOTP
TFTP
MAC
LLC
FISICO
MODELO DE LA IEEE
LLC (802.2)
802.3 (CSMA/CD)
10BASET
802.4 (TB) 802.5 (TR)
10BASE2 10BASE5
MAC
LLC
FISICO
802.2 - LLC
• Logical Link Control.
• Define servicios estándares de nivel de enlace para las capas superiores, ocultando la complejidad como tipo de medio, trama, etc. De las capas inferiores.
• Tres tipos de servicios básicos:
Datagrama sin reconocimiento.
Datagrama con reconocimiento.
Orientado a conexión.
802.3 - ETHERNET
Ethernet fue desarrollado por los laboratorios de XEROX a partir del protocolo ALOHA.
Cable coaxial de 1 Km a 2.94 Mbps para 100 estaciones.
Xerox, DEC e Intel crearon Ethernet a 10 Mbps.
La IEEE hizo modificaciones y estandarizó la norma 802.3.
Basado en acceso al medio CSMA/CD.
Opera sobre diversos medios como coaxial, UTP, Fibra óptica.
En la actualidad es la tecnología de área local por excelencia.
ACCESO AL MEDIO- CSMA/CD
Se escucha el medio. Si esta ocupado queda escuchando hasta que se libere. Si esta libre empieza a transmitir.
Si dos transmiten a la vez hay colisiones.
Quien primero detecta la colisión genera un JAM (48 bits) para notificar la colisión al resto.
Quienes colisionaron esperan una cantidad aleatoria antes de transmitir de nuevo(backoff algorith). (Se toma un intervalo entre 0 y 2 i – 1, donde i es el número de colisiones hasta el momento)
Al valer i=10 se mantienen los intervalos entre 0-1023.
Después de 16 intentos fallidos se desiste con la trama y resetea el contador i.
Utilizado por 10, 100 y 1000 Mbps.
802.3 – MEDIOS FISICOS
COAXIAL: – 10BASE-2: C/segmento 185 mts. 30 nodos por seg. Máx 5 seg.
– 10BASE-5: C/segmento 500 mts. 100 nodos por seg. Max 5 seg.
UTP/STP– 10BASE-T
– 100BASE-T (802.3u)
– 100BASE-T4
– 1000BASE-T (802.3ab)
– 1000BASE-CX (STP – 25 mts)
FIBRA OPTICA– 10BASE-FX
– 1000BASE-SX (802.3z)
– 1000BASE-LX (802.3z)
CONECTORES PARA UTP5 DCE
10/100BASET
1000BASET
CONECTORES PARA UTP5 DCE
9u Singlemode
{1000BASE-LXFiber (1350nm)
{1000BASE-SXFiber (850nm)
{1000BASE-CXCopper
25m 5km220m275m
{1000BASE-TCopper
100m 550m
50u Multimode
50u Multimode
4 pr CAT 5 UTP
Balanced Shielded Cable
62.5u Multimode
62.5u Multimode
Source: Gigabit Ethernet Alliance
Data Center
BuildingBackbones
CampusBackbone
Wiring Closet
APPLICATION
Fiber versus Copper Gigabit
MODELO DE GIGABIT ETHERNET
MODELO DE GIGABIT ETHERNET
MODELO DE GIGABIT ETHERNET
MODELO DE GIGABIT ETHERNET
DISTANCIAS CON GIGABIT ETHERNET
ESCALABILIDAD DE ETHERNET
FUENTES DE LUZ
0.85 1.35 1.55
Atenuacion
Longitud de onda en micrones
0.77-0.86 1.270-1.355LUZ:0.4-0.7
.
dB/Km
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
SX LX
1000BASE-ZX
FIBRA DISTANCIA9/10 micrones single mode 70 Kmts.
9/10 micrones dispersión shift 100 Kmts.
Longitud de onda: 1550 nm.
1000BASE-LH
Es una especificación multivendedor que cubre diferentes distancias.
No es aún una norma de la IEEE.
DISPOSITIVOS
HUBS-CONCENTRADORES
Operan en el nivel físico.
Pueden ser:
Pasivos: la señal que entra en un puerto la pone en los otros tal y como llega.
Activos: a diferencia del anterior regenera la señal.
Inteligentes: son adicionalmente administrables y validan algunos aspectos como longitud de la trama, errores, etc.
SUICHES
Operan en el nivel 1 y 2 de OSI ya que entienden las tramas.
DISPOSITIVOS-HUB
3COM
Servidor
Cliente
Cliente
CODIFICACION
MANCHESTER (10 Mbps)Provee sincronismo, pero no detección de errores.Utilizado en Ethernet.
4B/5B (100 Mbps) MEDIANTE MLT34 bits se representan con 5 símbolos.Usado también por FDDI.8B/10B (1000 Mbps)•8 bits se representan con 10 símbolos.• Usado en Fiber Channel (parte de Gigabit Ethernet) y en ATM.
CODIFICACION
TRAMAS
Trama Ethernet I desarrollada por DIX (Digital, Intel y Xerox) hacia 1.980.
Dos años después se presenta Ethernet II que es la trama utilizada por TCP/IP. Tambien conocida como ARPA.
Posteriormente la IEEE empezó a desarrollar la norma 802.3 pero Novell no esperó y presentó la trama 802.3. (En Cisco se llama Novell-Ether)
Luego la IEEE finalizó el desarrollo de la trama 802.3 incluyendo el encabezado 802.2 (LLC: Logical Link Control).
Actualmente las tarjetas de red soportan todos estos tipos de trama, pero se requiere que cada conjunto de estaciones con el mismo protocolo tengan la misma trama.
TRAMAS
Ethernet 802.3 Header 802.2
Ethernet II
Preámbulo: 10101010SFD: 10101011
INTERFACE AL NIVEL DEL ENLACE
TRAMA SNAP (Sub Network Access Point)Caso particular de trama 802.2.
DSAP=SSAP=170 Indican presencia de SNAPEtherType igual que en trama Ethernet II.
CANTIDAD DE TRAMAS
Interframe Gap
Ethernet devices must allow a minimum idle period between transmission of frames known as the interframe gap (IFG) or interpacket gap (IPG). It provides a brief recovery time between frames to allow devices to prepare for reception of the next frame. The minimum interframe gap is 96 bit times, which is 9.6 microseconds for 10 Mb/s Ethernet, 960 nanoseconds for 100 Mb/s Ethernet, and 96 nanoseconds for 1 Gb/s Ethernet
Cantidad de tramas de 64Bytes en los diferentes enlaces:
10Mbps 14800
100Mbps 148000
Trama mínima: 64Bytes
Trama máxima: 1518 sin VLAN y 1522 con VLAN (No todas las tarjetas soportan esta última.)
DIRECCIONAMIENTO
Se utiliza un direccionamiento plano basado en direcciones de 6 bytes estructurados así:
3 bytes para el fabricante.
3 bytes para el identificar cada tarjeta del fabricante.
Ejemplo: 00-D0-01-AB-CD-EF
Ethernet soporta:
Unicast: Direccionar un nodo. Cada NIC tiene su MAC.
Multicast: Direccionar un grupo de nodos.
Broadcast: Enviar a todo mundo. FF-FF-FF-FF-FF-FF
MULTICASTING
Para Multicast Ethernet esta reservado el rango:01-00-5E-00-00-00 A 01-00-53-7F-FF-FF
Ejemplo: Mapeo de una dirección Multicast IP a una Dirección Multicast Ethernet
MULTICASTING• Envío a un grupo de equipos a la vez.
• Uso: Aplicaciones multimedia como emisión de video y audio, videoconferencia, actualización Bases de datos distribuidas, etc.
• Depende de las facilidades de los niveles inferiores. Ejemplo: Ethernet soporta Multicast.
• Las direcciones 224.0.0.1 - 224.0.0.255 son locales a la red física.
• Ejemplo de grupos predefinidos:
224.0.0.0 Reservada.
224.0.0.1 Todos los sistemas en esta subred.
224.0.0.2 Todos los enrutadores en esta subred
224.0.0.5 Todos los enrutadores OSPF.
MULTICAST
Un suiche tradicional maneja el Multicast mediante Flooding.
Para evitar inundaciones por este tipo de tráfico se requiere que los suiches entiendan GARP/GMRP.
Solo se envía paquetes Multicast por los puertos del suiche donde hay nodos que reportaron su interés en el grupo.
Un suiche sin esta funcionalidad inunda la red con el tráfico Multicast, incurriendo en consumo de ancho de banda aunque no procesamiento de la estación.
GARP/GMRP
Protocolo para notificar la pertenencia de una estación a un grupo Multicast para que las tramas no sean manejadas con flooding sino de forma inteligente.Protocolos Multicast de nivel 2 que hacen parte de 802.1dUtiliza dos tipos de mensajes:
JOIN: Para notificar el interes en un grupo. Enviado por la estación.LEAVE: Para indicar la salida de un grupo. Enviado por la estación.LEAVE-ALL: Enviado por el suiche por todos sus puertos peiódicamente para evitar seguir enviando tráfico cuando las estaciones no envían el mensaje LEAVE para salir.
Para garantizar la entrega del mensaje se envía dos veces. Si se escucha que alguien más envía el mensaje, se toma este envío como una de las veces.
Multicast Filtering
Not a Client
Clients
No Clients
3COM
3COM
3COM
3COM3COM
3COM
3COM
3COM
Clients
REPETIDOR Dispositivo que repite o regenera la señal.
Mecanismo para extender un segmento.
Típicamente se utilizan Transceivers o Hubs.
Para cada medio se establece la cantidad de repetidores posibles en un dominio de colisión.
Permiten cambiar de un medio a otro.
Dominio de Colisión: espacio en donde dos máquinas pueden colisionar.
El repetidor extiende el dominio de colisión.
TRANSCIEVER
Dispositivo o componente (Transmitter-Receiver) que transmite o recibe las señales al medio o del medio.
Pueden ser externos o internos.
Los internos están en la circuitería de la tarjeta de red o NIC (Network Interface Card).
El externo típicamente utiliza una interface AUI.
TARJETA DE RED O NIC
Network Interface Card.
Componente que conecta el nodo (estación, servidor, etc)
a la red.
Su configuración requiere entender:
IRQ.
Puerto I/OBASE
DMA
Memoria compartida.
NIC
Cuando la trama no es para la tarjeta no genera interrupción.
Cuando la trama es para la tarjeta: su MAC, broadcast o un grupo Multicast al que pertenece genera interrupción y procesamiento en el nodo.
BuffersDriverCon buffer
TRAMA
IP IPX NB
CPU
MEMORIA
PIC
TRAMA
ARP
BRIDGING- BRIDGE
Mecanismo para conectar varias LAN creando dominios de colisión.
Utiliza backward learning para aprender donde está cada nodo.
Si hay múltiples caminos entre una red y otra mediante Spanning Tree solo deja una ruta.
Si no sabe donde está el destino utiliza Flooding (inyecta el paquete por todas las interfaces excepto por donde entró).
Básicamente por software y pocos puertos.
Adicionan generalmente entre un 10-30% de retardo en la red.
SUICHEOSuiche: dispositivo inteligente de nivel 2 que conmuta tramas.
Aprende la ubicación de los nodos a medida que estos transmiten, revisando la dirección MAC fuente y registrando su ubicación (puerto por donde entró la trama) en la tabla MAC.
La tabla MAC entre otros campos tiene: PUERTO, MAC, TIEMPO DE VIDA.
Si al suichear una trama se sabe donde esta el destino, coloca esta solo en el puerto correspondiente.
Si no sabe del destino utiliza flooding: inyecta la trama por todos los puertos excepto por donde entro. OJO: Flooding NO es lo mismo que broadcast.
FLOODING VS. BROADCAST
FLOODING
El PDU (Eje: trama) se inyecta por todas las interfaces excepto por donde entro.
Solo la procesa aquella estación o estaciones para la cual va dirigida.
BROADCAST
La trama se inyecta por todas las interfaces, excepto por donde entro.
Al tener la trama como destino todos: FF:FF:FF:FF:FF:FF, todos la deben procesar.
SUICHEO-SPANNING TREE
Algoritmo para evitar loops entre suiches o bridges creando rutas únicas entre los nodos.
Los suiches intercambian Bridge Protocol Data Units para determinar el estado de los puertos.
Define estados para los puertos asi: Blocking: No pasa frames pero escucha BPDU.
Listening: No pasa frames pero los escucha.
Learning: No pasa frames pero aprende direcciones.
Forwarding: pasa frames y aprende direccines.
Disabled: No pasa frames y no escucha BPDU.
Se reservó el grupo de direcciones MAC: 01-80-C2-00-00-00 para el envio de BPDU. Actualmente se usa: 01-80-C2-00-00-01
SUICHE
Crea dominios de colisión.
En configuración normal (sin VLAN) se mantiene un solo dominio de broadcast.
La diferencia fundamental con el bridge es que suichea el paquete por hardware.
Varios tipos de suiches: Simetricos: todos los puertos operan a la misma
velocidad.
Asimetricos: unos puertos son más rápidos que otros.
SUICHEO
Tipos de suicheo:Store and fordward: espera a que llegue totalmente la trama antes de conmutarla. Verifica la longitud de la trama y FCS.Cut-through: empieza a conmutar al llegar el principio de la trama. No verifica el FCS. Dos esquemas:
Fast-forward: conmuta inmediatamente al tener la dirección destino. Es el más rápido pero puede pasar tramas malas.
Fragment-free: empieza a conmutar al llegar 64 bytes, para evitar conmutar jam o pedazos de tramas originados por colisiones.
SUICHEO
3COM
0x00-00-01-03-02-ab
TABLA MAC PUERTO TIEMPO0x00-00-01-03-02-ab 1 300x00-00-02-01-0a-aa 2 25
0x00-00-02-01-0a-aa
1
2 8
0x00-00-02-01-bb-bb
SUICHEO- 802.1p
Norma para proveer calidad de servicio.
Define 8 niveles de prioridad: 0-7.
Niveles altos de mayor prioridad.
Tanto el suiche como los nodos deben manejar el protocolo.
Requiere en el suiche el manejo de colas para priorizar.
VLAN
• Virtual LAN.• División de una LAN en varias LAN lógicas totalmente
independientes.• Crea dominios de Broadcast aprovechando la inteligencia del
suiche para decidir si deja o no pasar una trama a otro puerto.• Se pueden crear por varios criterios (MEMBRECIA):
– Puerto físico (Port Centric).– Dynamic: Determina la VLAN de acuerdo a MAC,
Direcciones de Red, Protocolo de red, etc.– Static VLAN: se asigna el puerto a la VLAN.
• Requiere de routers para la interconexión de las VLAN.• Para implementar VLAN entre varios suiches se utiliza la norma
para trunking entre suiches 802.1Q.• Cada VLAN corre una instancia independiente de Spanning Tree.
VLAN-802.1Q
• Estandar para extender las VLAN entre suiches.
• Los suiches marcan las tramas agregando 4 bytes a la trama original así:– 2 para el tipo.– 2 para información de prioridad y VLAN
• En la trama Ethernet_II utiliza el type: 0x8100.
Cabecera de la Etiqueta (Tag Header)Cabecera de la Etiqueta (Tag Header)
•TPID: Tag Protocol ID (8100)•CFI: Canonical Format Indicator
– Orden de bit de dirección en frames TR/FDDI– Presencia/ausencia de RIF en 802.3/Ether frame
•PRIORITY: Nivel de prioridad de 0-7.•VID: Identificador VLAN
VLAN TAGGING (Cont.)VLAN TAGGING (Cont.)
802.1Q
802.1Q
V1 V2 V3
V1 V2V2, V3 V1
VLAN3
VLAN2
VLAN1
802.1Q
VLAN
3COM
3COM
3COM
V2, V3 V1
AGREGACION
También conocido como trunking.
Norma: 802.3ad
Agrupación de varios enlaces para incrementar la capacidad.
Puede ser entre suiche-suiche o suiche-nodo.
Requiere deshabilitar el Spanning Tree en los puertos de la agregación.
Los puertos de un enlace agregado se ven como uno solo.
Las tramas de un flujo entre una fuente y un destino que pasan por un troncal agregado siempre se van por solo uno de los enlaces, para evitar la reorganización de las tramas.
RESILENCIA
Permite tener contingencia al tener más de un enlace entre los suiches.
El Spanning Tree deshabilita el canal de backup mientras el principal esta en funcionamiento
3COM
3COM
SS II Switch 3300
SS4900SX
SS4900
Gigabit Links
AGREGACION (TRUNKING)
APILAR (STACK) VS. CASCADEAR
• A través de un puerto especial se conectan los backplane de los dispositivos.
• Generalmente se ve el stack como un solo equipo.
• Mayor desempeño.
• A través de los puertos convencionales (10/100/1000) se conectan los equipos.
• Se ven como equipos independientes.
• Menor desempeño.
RESILENCIA
3COM
3COM
SS3300
3COM
3COM
SS3300
SS4900SX SS4900SX
SS4900 SS4900
RSL RSL
RSLRSL
RSL
LAYER 3 SUICHING
Enrutador de alto desempeño enbebido en el suiche y orientado a la LAN usado principalmente cuando se tienen VLAN.
Su alto desempeño se debe a la utilización de ASIC (Aplication Specific Integrated Circuit).
Mientras que un enrutador tradicional enruta entre 100.000 y 1’000.000 de paquetes por segundo, el suiche nivel 3 enruta varios millones de paquetes por segundo.
Es una evolución mas que una revolución.
Maneja protocolos de enrutamiento tradicionales como RIP, OSPF, etc.
LAYER 3 SUICHING
Dos filosofías básicas:
Packet-by-packet: Se enruta el paquete como lo hace un router tradicional solo que por hardware (ASIC: Application Specific Integrated Circuit).
Interoperan bien con routers tradicionales.
Flow-based routing: El primer paquete se enruta, pero los otros con el mismo destino se suichean. Mas rápido pero generalmente soluciones propietarias.
LAYER 3 SUICHING VS. ROUTERS
LAYER 3 SUICHES
Mayor desempeño: varios millones de pps
Implementados con ASIC.
ROUTERS
Basados en procesadores de propósito general.
Entre 100.000 y algo más de 1’ de pps.
Implementados por software.
802.11b – Ethernet Inalámbrico
• Basado en tecnologías Spread Spectrum: Frequency Hopped and Direct Squence.
• Varias velocidades: 1, 2 y 11(DSSP) Mbps.• Basado en tecnología Direct Sequence Spread Spectrum.• Velocidad: 11 Mbps. Por overhead se baja a 5.5 Mbps generalmente.• Frecuencias: 2.4 GHz (Muy saturada actualmente).• Distancia típica: depende de la distribución del espacío. Tipicamente
(300 pies, aprox 100mts.)
802.11 – ETHERNET INALÁMBRICO
802.11A – ETHERNET INALÁMBRICO
• Norma de la IEEE para redes locales a 54 Mbps.
• Frecuencia: 5GHz (No saturada).
• Esquema de transmisión: OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).
• Alcance menor que 802.11b debido a la alta frecuencia. Eje: 60 pies, aprox 20mts, por tanto requerirá más access point.
• Incompatible con 802.11b.
802.4 - TOKEN BUS
• El aspecto estadístico de Ethernet no era bueno para el entorno industrial.
• General Motors y otros desarrollan Token Bus.
• Un bus físico, un anillo lógico.
• Cada estación tiene una dirección MAC.
• El anillo esta dado al tener cada estación un predecesor y un sucesor.
• El token circula lógicamente de estación a estación.
• Quien tiene el token puede transmitir.
• Es muy complejo: muchos temporizadores y variables.
• Utiliza cable coaxial de 75 ohmios.
• Permite tres técnicas de modulación.
TOPOLIGIA DE 802.4
12 3 4
802.4 - TOKEN BUS
Maneja prioridades.
Se considera determinístico, aunque algunos aspectos son estadísticos: por ejemplo el ingreso de una estación al anillo ya que debe esperar a que su dirección reciba permiso para entrar.
802.5 - TOKEN RING
Token Ring: Tecnología desarrollada por IBM.Es la base de la norma de la IEEE 802.5.El control de acceso al medio se hace mediante un token (trama especial) que circula de nodo a nodo. Cuando un nodo tiene el token puede transmitir. De lo contrario tiene que esperar hasta recibir el token.Quien transmitió remueve la trama del medio.Por su forma de operación es determinístico.Requiere que un nodo se comporte como monitor para controlar eventos como:
Pérdida del token.Tramas no sacadas de la red.
Velocidades: 4 y 16 Mbps.Numero de estaciones: 260 STP, 72 UTP.
TOPOLOGIA DE 802.5
802.5 - TOKEN RING
• TOPOLOGIA FISICA: Estrella.
• TOPOLOGIA LOGICA: Anillo.
ESTRUCTURA DE LA TRAMA
802.5 - TOKEN RING
Soporta manejo de prioridades.
CODIFICACION: Manchester diferencial.
FDDI
Fiber Distributed Data Interface.
Similar a Token Ring.
Orientada al Backbone de la red.
Opera sobre Fibra Optica multimodo con lasers.
Dos anillos operando en sentido contrario para soportar fallas.
Velocidad: 100 Mbps.
Distancia: 200 Km.
Estaciones: 1000
Codificación: 4B/5B.
No muy utilizada en la actualidad.
FDDI
• Similar a Token Ring.
LAYER 3 SWITCHING
Fiber Distributed Data Interface.
Similar a Token Ring.
Orientada al Backbone de la red.
Opera sobre Fibra Optica multimodo con lasers.
Dos anillos operando en sentido contrario para soportar fallas.
Velocidad: 100 Mbps.
Distancia: 200 Km.
Estaciones: 1000
Codificación: 4B/5B.
No muy utilizada en la actualidad.
RESUMEN DE ALGUNAS TECNOLOGIAS LAN
RESUMEN DE ALGUNAS TECNOLOGIAS LAN
WIRING CLOSET HIGH-BANDWIDTH USER SOLUTION
1000
BA
SE
-SX
T
run
ks
100/1000 Transcend Network
Supervisor
Control de flujo- 802.3x