Ethernet / IEEE 802.3 - Facultad de Ciencias Exactas

Ethernet / IEEE 802.3
Comunicación de Datos I
Ingeniería en Sistemas – Facultad Cs. Exactas,
Universidad Nacional de Centro de la Prov. de Bs. As
Sebastián Barbieri

Desarrollada por DEC, Xerox e Intel (Ethernet)
Sebastián Barbieri
Características
Liberada por Xerox para que se utilice por cualquier empresa
Ambas normas (Ethernet y IEEE 802.3) coexisten actualmente
Topologías de bus o estrella.
Protocolo de acceso al medio: CSMA/CD 1-persistente; binary
exponential backoff (10Mbps, 100Mbps, 1000Mbps) y full duplex (línea
dedicada) 10Mbps, 100Mbps, 1000Mbps
Standards en uso: velocidades de 10Mbps, 100Mbps y 1000Mbps
Cables soportados:
Coaxial delgado (10Mbp)
Pares de cables trenzados (UTP) (100-1000Mbp)
Fibra óptica. (100-1000Mbp)

Evolución del Protocolo
Xerox Palo Alto Research Center: Robert M. Metcalfe, 2.94Mbps. (1972)
DEC-Intel-Xerox (DIX Ethernet Statndard): Ethernet V1, 10Mbps (1980)
DEC-Intel-Xerox (DIX V2.0): Ethernet V2, 10 Mbps (1982)
802.3 CSMA/CD, 10 Mbps (1985)
IEEE 802.3a-1985: cable coaxial delgado a 10 Mbps, IEEE
802.3c-1985 especificaciones de un repetidor 10 Mbps.
IEEE 802.3d-1987: enlace de fibra óptica, 10 Mbps (hasta 1000m de distancia)
IEEE 802.3i-1990: par trenzado a 10 Mbps
EEE 802.3 Ij-1993: enlace de fibra óptica, 10 Mbps (hasta 2000 m de distancia)
IEEE 802.3u-1995: par trenzado a 100 Mbps (Fast Ethernet) y
autonegociación.
IEEE 802.3x-1997: estándar para full duplex
IEEE 802.3z-1998: estándar para 1000 Mbps (Gigabit Ethernet)
sobre fibra óptica.
IEEE 802.3ab-1999: Gigabit Ethernet sobre par trenzado
IEEE 802.3ac-1998: extensión del tamaño del frame Ethernet a 1522 bytes para
incluir la etiqueta de VLAN
IEEE 802.3ae-2002: Especificación para 10 GigaBit Ethernet
Sebastián Barbieri

Sebastián Barbieri

Ethernet consta de cuatro elementos básicos:
Sebastián Barbieri
Ethernet
El medio físico: compuesto por los cables y otros
elementos de hardware, como conectores, utilizados para
transportar la señal dos utilizan entre los computadores
conectados a la red.
Los componentes de señalización: dispositivos
electrónicos estandarizados (transceivers) que envían y
reciben señales sobre un canal Ethernet.
El conjunto de reglas para acceder el medio:
protocolo utilizado por la interfaz (tarjeta de red) que
controla el acceso al medio y que le permite a los
computadores acceder (utilizar) de forma compartida el
canal Ethernet. Existen dos modos: half y full duplex
El frame Ethernet: conjunto de bits organizados de
frame es utilizado para llevar los datos dentro del sistema
Ethernet. También recibe el nombre de marco o trama.

Sebastián Barbieri
Notación

Sebastián Barbieri
Tecnologías

Ethernet- Half Duplex
Puede uede usarse sobre cualquier medio
Obligatorio bligatorio en aquellos que no soportan transmisión bidireccional simultanea
Si otra interfaz (tarjeta de red) está transmitiendo habrá una señal sobre el canal, que
es llamada carrier.
Basado CSMA/CD (CarrierSense Multiple Access with Collition Detection)
El acceso al canal compartido está determinado por un mecanismo de control de acceso
al medio embebido en la interfaz (tarjeta de red) Ethernet instalada en cada estación
Todas las otras interfaces deben esperar un tiempo denominado IFG (interframe gap de
96 bit times: tiempo que tomaría transmitir 96 bits) hasta que el carrier termine, antes
de poder transmitir
Todas las interfaces Ethernet tienen la misma habilidad para enviar frames sobre el
medio. Ninguna tiene prioridad (Multiple Access)
A la señal le toma un tiempo finito viajar desde un extremo del cable Ethernet al otro.
Se puede sensar la colisión de señales y detener la transmisión (Collision Detect)
Retransmisión Algoritmo Algoritmo Backoff exponencial
Evitar retransmisiones simultaneas
Tiempo aleatorio multiplo del slot_time
Sebastián Barbieri

Ethernet- Full Duplex
Envío y recepción de datos simultáneamente (en teoría
ofrece el doble de ancho de banda).
No se comparte el segmento físico: sólo se interconectan dos
dispositivos.
Las dos estaciones deben ser capaces y estar configuradas
para trabajar en full duplex.
El medio debe tener trayectorias independientes para
transmitir y recibir
datos que operen de manera simultánea (no se utiliza
CSMA/CD, aunque se respeta el IFG)
10BaseT, 10Base-FL, 100BaseTX, 100BaseFX, 1000Base-SX,
1000Base-LX, 1000Base-CX y 1000Base-T pueden usar full
duplex
En fibra óptica, los enlaces full duplex pueden ser más largos
que en half duplex.
Configuración típica: típica:
un switch central con un
port por equipo
Sebastián Barbieri

Ethernet/IEEE 802.3: Formato de frame
PRE (7) SF
(1)
D.DEST
(2 o 6)
D.ORIG
(2 o 6)
LONG
PAD
DATOS (VARIABLE)
(2) (V)
Cubierto por FCS
PRE
PRE
(Preámbulo):
(Preámbulo):
7
7
bytes
bytes
10101010
10101010
(duración
(duración
5,6
5,6
microseg)
microseg)
sincronización
sincronización
de
de
clock
clock
SF
SF
(Delimitador
(Delimitador
de
de
frame):
frame):
1
1
byte
byte
10101011
10101011
sincronización
sincronización
a
a
frame.
frame.
Direcciones:
Direcciones:
Asignadas
Asignadas
(globales)
(globales)
por
por
la
la
IEEE-Registradas
IEEE-Registradas
por
por
hardware
hardware
en
en
la
la
placa
placa
grupos:
grupos:
unicast:
unicast:
una
una
sola
sola
placa
placa
(1er
(1er
bit
bit
en
en
0)
0)
(origen,
(origen,
destino)
destino)
multicast:
multicast:
grupo
grupo
lógico
lógico
de
de
placas
placas
(1er
(1er
bit
bit
en
en
1)
1)
(destino)
(destino)
broadcast:
broadcast:
todas
todas
las
las
placas
placas
(todos
(todos
los
los
bits
bits
en
en
1)
1)
(destino)
(destino)
(FF:FF:FF:FF:FF:FF)
(FF:FF:FF:FF:FF:FF)
LONG(Longitud):
LONG(Longitud):
Cantidad
Cantidad
de
de
bytes
bytes
en
en
el
el
campo
campo
de
de
datos
datos
(0
(0
a
a
1500)
1500)
(IEEE
(IEEE
802.3)
802.3)
Tipo
Tipo
de
de
protocolo
protocolo
encapsulado
encapsulado
en
en
el
el
frame
frame
(Ethernet)
(Ethernet)
DATOS:
DATOS:
Datos
Datos
del
del
nivel
nivel
superior
superior
(LLC
(LLC
si
si
IEEE
IEEE
802.3)
802.3)
sincronización
sincronización
a
a
frame.
frame.
PAD:
PAD:
Campo
Campo
de
de
relleno
relleno
para
para
lograr
lograr
el
el
tamano
tamano
mínimo
mínimo
permitido
permitido
para
para
un
un
frame
frame
(64
(64
bytes
bytes
desde
desde
dirección
dirección
de
de
origen
origen
hasta
hasta
FCS
FCS
inclusive)
inclusive)
FCS:
FCS:
Código
Código
cíclico
cíclico
que
que
cubre
cubre
desde
desde
dirección
dirección
de
de
destino
destino
hasta
hasta
PAD
PAD
inclusive
inclusive
Sebastián Barbieri
FCS (4)
10

Sebastián Barbieri
Dirección MAC
La Media Access Control Address o dirección de control de
acceso al medio es un número hardware único que se asigna
dispositivo Ethernet en el momento de su fabricación.
Por lo general, la dirección MAC no se puede modificar.
Conocer la dir MAC de un dispositivo
Linux - ifconfig
Windows - ipconfig /all

Dominio de colisión (DC):
Dominio de colisión
Parte de la red en que la transmisión de un equipo interfiere
con la de los demás
Problemas de escalabilidad (Ethernet, carga hasta 40%)
Protocolos de acceso al medio (CSMA/CD) (dentro del DC)
Segmentación de un dominio de colisión (nivel 2 o superior)
(separa DCs)
Tráfico entre nodos
X ---Y: 500
X – J: 10
X – K: 20
X – A: 1800
X –B : 100
Y – J: 10
Y– K: 10
Y – A: 2000
Y – B: 50
J – K: 800
J – A : 20
J – B : 2000
K – B 1400
A B
X Y J K
TOTAL: 8720
A
X Y
Sebastián Barbieri 12
B
J K
TOTAL: 4520 TOTAL: 4420
X ---Y: 500
X – J: 10
X – K: 20
X – A: 1800
X –B : 100
Y – J: 10
Y– K: 10
Y – A: 2000
Y – B: 50
J – A : 20
220
X – J: 10
X – K: 20
X –B : 100
Y – J: 10
Y– K: 10
Y – B: 50
J – K: 800
J – A : 20
J – B : 2000
K – B 1400

Dispositivos: repetidor
Operan en el nivel físico del modelo ISO
Introducen muy poca demora
Extienden la longitud de la red
Aumenta el dominio de colisión
Cantidad de equipos limitada.
Protocolo requiere que la señal alcance
toda la red
Regla 5-4-3
5 segmentos
4 repetidores
3 activos
PC
Sebastián Barbieri
PC
PC
R
E
P
PC
PC
PC
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Opera a nivel físico del modelo ISO
Repetidores multipuertos.
Permite crear topologías centralizadas (star)
Genera señal de colisión
Facilita detección de fallas
Replica Señal por todas las salidas.
Baja demora
Aumenta el dominio de colisión
Dispositivos: Hub
Dispositivo simple, reemplazado por los switches o bridges
PC PC
PC
Configuración
Original
PC
Sebastián Barbieri
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Dispositivos: bridge/switch
Nivel 2 ISO
Analiza los frames a nivel MAC Mayor demora que un hub
Separa en dominios de colisión
Permite compatibilizar segmentos de diferentes velocidades
Switch
Switch Bridge multipuerto
Creación de VLANs
Los switches permiten enlazar un amplio número de LAN’s
Ethernet, siendo capaz de soportar miles de estaciones.
PC
PC PC
Sebastián Barbieri
BR
HUB
DC 1
100 Mbps
PC
BR
Backbone
100 Mbps
PC PC DC 2
10 Mbps
PC
BR
PC
15

Operan en el nivel 3 de la ISO (Nivel de Red)
Interconexión de Redes
Al Menos 2
Dispositivos: Router
Un paquete normalmente pasa por varios routers antes de llegar
a su destino final.
Routeo Tablas / Algoritmos
Trayecto mas corto
Menor tiempo.
Sebastián Barbieri
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Ethernet - Slot y Longitud de la Red
Unidad de tiempo del protocolo de acceso al medio
Tiempo máximo que una estación puede tardar para detectar una
colisión de un frame transmitido por ella Denominado Denominado collision
window
Slot time = 2 * demora en el cable + margen de seguridad
demora en el cable = d. de propagación + demora equipos + demora
repetidores
100 Mbps
Trama Mínima de 512 bytes - 64 Bytes - 10 y
51,2 microseg calculada para un maximo de aprox 2800 m y 4 repetidores
(10Mbps)
5,12 microseg calculada para un maximo de 205 m (100Mbps)
En 1000Mbps 20m con el mismo slot time
extensión de la longitud minima de frame a 4096 bits (para
lograr 200 mts de diametro)
Agregado de campo de extensión al frame
Mantiene compatibilidad
PRE (7) No agrega complejidad en los switches que soportan
diferentes velocidades
Ineficiente para frames pequeños Frame Bursting
SF D.DEST
FCS (4) EXTENSION (V)
(1) (2 o 6)
D.ORIG LONG
PAD
DATOS (VARIABLE)
(2 o 6) (2) (V)
Longitud minima de frame
(Cubierto por FCS)
Slot time =4096
Sebastián Barbieri

Gigabit Ethernet: Frame bursting
Solo utilizado en Gigabit Half Duplex
La transmisión del primer frame “limpia” el canal para
que se puedan transmitir la siguiente ráfaga de frames.
Una vez transmitido este primer frame, una estación
equipada con frame bursting puede enviar datos
enseguida durante 65536 bit times.
Para frames pequeños y sin frame bursting la eficiencia
del canal es de sólo un 12%.
la eficiencia puede llegar a un 90%
Sebastián Barbieri
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Ventajas full duplex
Mayor ancho de banda
Ethernet half y full duplex
No existe overhead debido a colisiones
Logica mas simple, no se difiere la transmision
No hay dominio de colision, la distancia maxima
depende del medio fisico y no del protocolo
Sebastián Barbieri
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Ethernet – Medios Físicos
Sebastián Barbieri

Topología Física y Lógica de un bus
Sebastián Barbieri

Red local de alta velocidad
Fast Ethernet - 802.3u:
Surge por la necesidad de aumentar la velocidad de las redes locales
Compatible con IEEE 802.3, sólo cambia la velocidad a 100Mbps
Sólo es posible el uso de hubs (no cable multiacceso)
Cableado:
NOMBRE CABLE L. MAX. SEGM
100Base-T4 par trenzado 100 m
100Base-TX par trenzado 100 m
100Base-F fibra óptica 2000 m
Sebastián Barbieri

Cable UTP- Par trenzado
Núm Pin
RJ45
Color
(T568A)
Color
(T568B)
1 White/Green White/Orange
2 Green Orange
3 White/Orange White/Green
4 (NU) Blue Blue
5 (NU) White/Blue White/Blue
6 Orange Green
7 (NU) White/Brown White/Brown
8 (NU) Brown Brown
NU: no usados para Ethernet de 10M o de 100M

Tipos de cable Ethernet
• Cable directo
– Conexión de dispositivos “no iguales” (PC-hub, etc)
– Normas A o B en ambos conectores
• Cable cruzado
– Conexión de dispositivos iguales (PC-PC, hub-hub)
– Normas diferentes en los conectores
PIN
1
2
3
4
5
6
7
8
Cable cruzado
Conector 1 Conector 2
Blanco-Naranja Blanco-Verde
Naranja Verde
Blanco-Verde Blanco-Naranja
Azul Azul
Blanco-Azul Blanco-Azul
Verde Naranja
Blanco-Marron Blanco-Marron
Marron Marron
Sebastián Barbieri

Autonegociación
Proceso standard que permite la configuración automática de
dispositivos Ethernet
No es visible al operador de la red
Los dispositivos seleccionan el modo de operación más eficiente en
aspectos
Velocidad
Modo half o full duplex
Etc
Características
Señalización propia
Utilizada sólo en vínculos punto a punto
Se realiza sólo al comienzo de la operación del link.
Operación
Cada dispositivo anuncia sus capacidades para
cada característica a negociar
Se elige la común de mayor prioridad (p.ej 100Mbps y 10Mbps)
No SENSA el cable, cable,
puede requerir configuración manual
Sebastián Barbieri
Problemas Bajar la velocidad del vínculo
Prioridades de autonegociación
A 1000BASE-T, full duplex
B 1000BASE-T
C 100BASE-T2, full duplex
D 100BASE-TX, full duplex
E 100BASE-T2
F 100BASE-T4
G 100BASE-TX
H 10BASET, full duplex
I 10BASE-T

Operación en el modo de desempeño más alto
Interface 10Mbps
I
Hub
Ejemplo- Autonegociación
Sebastián Barbieri
Interface 100Mbps
¿A qué velocidad
trabajarán los puertos del hub?
La respuesta es: depende del diseñador del Hub.
Opción 1: todos los puertos tendrán la mínima velocidad: 10BaseT
Opción 2: Si hay estaciones a 100Mbps no se podrán conectar estaciones a
10 Mbps fijo (le enviará un mensaje de intento de conexión fallido).
Opción 3: hub costoso, algunas estaciones se conectan a 10Mbps y otras a 100 Mbps,
luego cada interfaz con una velocidad determinada se conectaria a un
determinado switch.
Los switches Ethernet con autonegociación si pueden operar cada puerto a la velocidad
que se requiera.