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7/23/2019 Ethernet - WAN
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Tecnologías Ethernet
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Dibujo de Ethernet hecho por Metcalfe en 1976
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Estandarización
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En Febrero de 1980 IEEE creó el proyecto 802 paraaprobar el estándar de LANs
DIX intentó imponer Ethernet al IEEE 802
El IEEE 802 recibió tres propuestas:
CSMA/CD (DIX) Token Bus (General Motors)
Token Ring (IBM)
Resultado: se creó un subcomité para cada propuesta
(802.3, 802.4 y 802.5) más dos de tipo general: 802.1y 802.2 (LLC)
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Especificaciones Ethernet
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Ethernet Original: 1, 10 Mbps FastEthernet: 100 Mbps
Gigabit Ethernet: 1 Gbps
10 Gigabit Ethernet: 10 Gbps
100 Gigabit Ethernet: 100 Gbps y 40 Gbps
802.11: 2, 11, 54, 600 Mbps
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Especificaciones Ethernet y 802.3
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Medio Físico 1980: estandarización coaxial grueso, 10BASE5
1982: aparece coaxial delgado, 10BASE2
1984: primeros productos Ethernet fibra óptica
1989: estandarización FOIRL 1990: estandarización 10BASE-T
1991: estándar EIA/TIA 568
1995: estandarización 100BASE-TX
1999: estandarización 1000BASE-TX 2006: estandarización 10GBASE-T
2013: estandarización 40GBASE-T
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Medio Físico Ethernet y 802.3
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Denominación Cable Pares FDX Conector Dist.
10BASE5 Coaxial grueso 1 No ‘N’ 500 m
10BASE2 RG-58 (Coaxial fino) 1 No BNC 185 m
10BASE-T UTP Cat3 2 Sí RJ-45 100 m
100BASE-TX UTP Cat5 2 Sí RJ-45 100 m
1000BASE-T UTP Cat5 4 Sí RJ-45 100 m
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Medio Físico Ethernet y 802.3
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Medio Ventana Luz Fibra(micras) Conector Distancia
10BASE-FL 1ª(850nm) LED 62,5/125 ST 2Km
100BASE-FX 2ª(1300nm) LED 62,5/125 SC 2Km
100BASE-SX(propuesto) 1ª(850nm) Láser 62,5/125 SC o ST 500m1000BASE-SX 1ª(850nm) Láser
62,5/125
50/125 SC
275m
550m
1000BASE-LX 2ª(1300nm) Láser
62,5/125
50/125
9/125
SC
550m
550m
5Km
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Ventanas en FO
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Los cables de fibra de vidrio poseen la propiedadde no ser igualmente transparentes para cadalongitud de onda de la luz. Hay algunas zonaspreferidas (las denominadas "ventanas ópticas"), en lasque el medio presenta una atenuación especialmente
escasa y que se utilizan para la transmisión de datos: 850 nm: Primera ventana óptica. 1310 nm: Segunda ventana óptica. 1550 nm: Tercera ventana óptica.
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Ventanas en FO
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Las ventanas son zonas donde la atenuación totalpasa por un mínimo
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Ventanas en Fo
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La 2ª y 3ª ventana están a su vez subdivididas en lassiguientes bandas:
Banda Descripción Wavelength range
O band original 1260–1360 nm
E band extendido 1360–1460 nm
S band short wavelengths 1460–1530 nmC band convencional (“ventana erbium”) 1530–1565 nm
L band long wavelengths 1565–1625 nm
U band ultralong wavelengths 1625–1675 nm
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Codificación en Ethernet
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Tipo de redVelocidad
(Mb/s)
Esquema de
codificación
Número
de
pares
Frecuencia
Modulación
Mbaudios
Categoría
mínima
de cable UTP
1BASE-5 1 Manchester 1 2 2
Token Ring 4 Manchester Diferencial 1 8 3
10BASE-T 10 Manchester 1 20 3
Token Ring 16 Manchester Diferencial 1 32 3
FDDI100BASE-X 100 4B/5B 1 125 5
1000BASE-T 1000 PAM 5x5 4 125 5
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Codificación Manchester
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En Ethernet se eligió Manchester inicialmente porsencillez y bajo costo.
Es autosincronizada, es decir, la información de sincronía
puede ser recuperada de los datos en sí por lo que no es
necesaria una línea adicional.
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Codificación Manchester
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• Manchester: Alto a Bajo = 1, Bajo a Alto = 0• Manchester diferencial: Transición = 0, No transición = 1
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Manchester Diferencial
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Provee ventajas sobre el Manchester normal:
Detectar transiciones es menos propenso a erroresespecialmente en ambientes ruidosos.
Dado que sólo las transiciones son importantes, unainversión en la polaridad no afectará la información.
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Conector vampiro de Ethernet 10BASE5
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Topología típica de una red 10BASE5
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ver, realiza lade colisiones
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Conexión Ethernet 10BASE2 (thinwire)
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Conectores Ethernet 10BASE5 y 10BASE2
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(10BASE2)
(10BASE5)
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Conectores cable UTP
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Conectores de fibra óptica
ST (10 Mbps)
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Conectores de fibra óptica
SC (100 y 1000 Mbps)
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Conectores de fibra óptica
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Repetidores y norma EIA/TIA 568
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Repetidores y norma EIA/TIA 568
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Repetidores y norma EIA/TIA 568
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Repetidores y norma EIA/TIA 568
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Funcionamiento Ethernet
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Funcionamiento Ethernet
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Subcapa MAC
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Estandarización 802.3
1983: 802.3 aprueba CSMA/CD con una modificación
respecto a Ethernet DIX: Campo Ethertype
reemplazado por longitud
Xerox desplaza campo Ethertype a valores >1536 paraque pueda coexistir DIX con 802.3
En 802.3 el tipo es especificado en LLC
Por lo tanto, ¡existen dos especificaciones!
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Frames Ethernet II/802.3
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PreámbuloDir.
Destino
S
O
F
Datos RellenoDir.
FuenteTipo CRC
7 B 1 B 6 B 6 B 2 B 0-1500 B 0-46 B 4 B
PreámbuloDir.
DestinoDatos Relleno
Dir.
FuenteLargo CRC
8 B 6 B 6 B 2 B 0-1500 B 0-46 B 4 B
Ethernet II (DIX, Digital-Intel-Xerox)
802.3
• Tipo especifica protocolo nivel 3• Largo especifica el largo del campo datos
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Frames Ethernet II/802.3
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Especificación Formato DIX Formato 802.3
Protocolo de red Campo Tipo enframe MAC
Campo DSAP/SSAPen encabezado 802.2
Longitud si ≥64 bytes
Implícita porlongitud del frame
Explícita en campolongitud
Longitud si <64
bytes
En campo
longitud de paquete (nivel dered)
Explícita en campo
longitud
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Frames Ethernet/802.3
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DIX:
TCP/IP 802.3/LLC:
STP, NetBIOS
En 1997 IEEE aprueba doble significado (tipo/longitud) alestandarizar control de flujo (802.3x).
La asignación de Ethertype pasó entonces de Xerox aIEEE.
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Formato direcciones MAC IEEE
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I/G U/L Dirección de 46 bits
I/G= 0 Dirección Individual
I/G= 1 Dirección de GrupoU/L= 0 Dirección Única (administrada globalmente)U/L= 1 Dirección Local (administrada localmente)
Ejs:08:00:20:73:44:51 MAC
Tipos de Direcciones IEEE de 48
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Tipos de Direcciones IEEE de 48
bits
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0 1 Dirección local (46 bits)
Broadcast
UnicastLocal
0 0 Fab (22 b) Dir. Nodo (24 b)UnicastGlobal
1 1 Grupo Multicast local (46 bits)
1 0 Fab (22 b) Grupo Multicast (24 b)MulticastGlobal
1 1 11111111111…111111111111111
Multicast
Local
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Ethernet Broadcast
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Tamaño del frame Ethernet
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En Ethernet/802.3 es fundamental detectar una colisión
Para ello existe un tiempo mínimo que un nodo debe
quedar sensando el canal en espera de recibir una señal
jam
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Tamaño mínimo de frame Ethernet
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Un nodo debe esperar 2t para prevenir queincorrectamente asuma que un frame fueexitosamente enviado.
Este tiempo es 51.2µs o 512 bits (64 bytes)excluyendo el preámbulo.
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Tamaño mínimo de frame Ethernet
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Bajo estas suposiciones el RTT sería 43.2µs. El IEEE eligió 51.2
µs como el intervalo de detección de colisión. Para los 10 Mbps de diseño, esto corresponde a 512 bits.
Si estas reglas no se cumplen se pueden producir colisiones nodetectadas y “colisiones tardías”.
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Fast Ethernet
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1988: Van Jacobson obtiene 8 Mbps TCP
1992: Grand Junction inventa Fast Ethernet
1992: IEEE crea grupo estudio alta velocidad Dospropuestas:
Ethernet x 10 (CSMA/CD)→ Fast Ethernet 1995: Estándar Fast Ethernet (802.3u). Nivel físico basado
en FDDI.
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Medio físico
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Medio Cable Distancia Pares F.D. Costo
100BASE-T4
100BASE-T2100BASE-TX
100BASE-FX
UTP-3
UTP-3UTP-5
F.O.
100 m
100 m100 m
2 Km
4
22
1
No
SiSi
Si
Medio
MedioBajo
Alto
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Codificación en Ethernet
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Medio Codificación Pares Frec.Mbaudios
Frec.MHz
Categ.Min.
10BASE-T Manchester 1 20 10 3
100BASE-TX 4B/5B 2 125 31.25 5
1000BASE-TX PAM 5x5 4 125 62.5 5E
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Codificación a 100 Mbps
Se descarta Manchester que necesitaría 200 Mbaudios ypor tanto utilizar Manchester es ineficiente. Se utilizacodificación 4B/5B: codifico 4 bits en 5 bits. Por tanto delos 32 (=25) posibles símbolos codificados en 5 bits seeligen solo la mitad, 16 (=24).
Eficiencia: 4 bits en 5 bits/símbolo => 4/5 = 0,8 (p.ej. conManchester es: 1 bit en 2 bits/símbolo, 1/2 = 0,5)
La mayor eficiencia permite usar frecuencias menores(125 Mbaudios, que al 80% (0.8) dan 100 Mbps
(125*0.8=100 Mbaudios), frente a 200 Mbaudios delManchester).
Baudios = símbolos (niveles en línea) por segundo
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Codificación 4B/5B
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Señalización 100BASE-TX
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MLT-3 Multilevel Transmit (-1,0,+1,0) permite disminuir lafrecuencia fundamental cerca de cuatro veces, es decir,125 MHz/4 = 31.25 MHz.
Es necesario que dentro de los patrones de 5 bits hayasiempre 2 1’s para permitir la sincronización.
• Transmite 1: siguiente estado
• Transmite 0: mismo estado
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Subcapa MAC
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En Ethernet/802.3 debe detectar colisión
Para ello existe un tamaño de frame mínimo
Fast Ethernet mantiene los mismos frames
Lo único que cambia es la velocidad de operación, lo que
crea un diámetro menor Aumenta 10 veces la velocidad, disminuye en 10 veces el
diámetro
Fast Ethernet agrega autonegociación
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Gigabit Ethernet
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Se repite experiencia de Fast Ethernet.
Oct. 1995: Se crea grupo estudio GE
1997: se separa 1000BASE-T de resto de GE
1998: Estándar 802.3z (GE) Nivel físico basado en Fiber
Channel (800 Mbps) 1999: Se aprueba 802.3ab (1000BASE-T)
1/2000: Se crea GT para 10 GB Ethernet
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Medio físico
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Medio Cable Distancia Pares F.D. Costo
1000BASE-TX
1000BASE-SX1000BASE-LX
UTP-5E
F.O.F.O.
100 m
500 m5 Km
4
11
Si
SiSi
Medio
MedioAlto
• Existe también una especificación sobre coaxial
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Codificación en Gigabit Ethernet
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Medio Codificación Pares Frec.
Mbaud
Categ.Min.
1000BASE-TX PAM 5 4 125 5E1000BASE-SX 8B/10B 1 1250 F.O.
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Codificación en 1000BASE-X
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En fibra (1000BASE-SX, 1000BASE-LX) se usa 8B/10B.
Misma eficiencia que 4B/5B (0.8)
Mayor redundancia que 4B/5B; de los 1024 grupos
posibles se eligen 28 = 256
Inconveniente: si hay un error se pierden 8 bits (frente a 4en el caso de 4B/5B)
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Codificación en 1000BASE-T
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En 1000BASE-T se aplican tres ‘trucos’:
1. Repartir tráfico en los 4 pares (250 Mbps c/u)
2. Usa circuitos híbridos para Tx simultáneamente por
cada par full duplex
3. Se codifica en PAM 5x5. Los símbolos se agrupan dedos en dos: 25 (52) combinaciones posibles se eligen 16
permitiendo 4 bits por símbolo, es decir, 2 bits/baudio
implica eficiencia igual a 2.
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PAM-5
50
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PAM-5
51
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Circuitos Híbridos
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53
Transmisión full-duplex en 1000BASE-T
250 Mbps por par
2 bits/símb
125 Msímb/s
Cuatro pares
H í b r i d o
H í b r i d o
H í b r i d o
H
í b r i d o
Hí
b r i d o
Hí b r i d o
Hí b r i d o
Hí b r i d o
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
250 Mb/s
250 Mb/s
250 Mb/s
250 Mb/s
250 Mb/s
250 Mb/s
250 Mb/s
250 Mb/s
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Cableado para 1000BASE-T
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Se calcula que de un 5 a un 10% de instalaciones Cat. 5 no
soportan 1000BASE-T, especialmente por problemas delos conectores.
Se ha creado la categoría 5e
En teoría una instalación Cat. 5 se debería recertificar
para 5e antes de usarla para 1000BASE-T
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Cableado para 1000BASE-T
55
• Cat. 5e aporta un mayormargen de seguridad• Un factor importante es lalongitud de los enlaces
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Subcapa MAC
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En Ethernet y Fast Ethernet no debe superarse los 512 bits de
RTT (51.2 y 5.12 µs). En GE con 512 bits el diámetro máximo sería de unos 30
metros. El frame mínimo se amplía a 512 bytes (4096 bits,4.096 µs) con la ‘extensión de portadora’.
Si estas reglas no se cumplen se pueden producir colisiones
tardías.
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WLAN IEEE 802.11
Estándar IEEE para redes inalámbricas
IEEE define varias velocidades de operación
Basado en CSMA/CA
Es necesario considerar aspectos prácticos como
consumo de potencia, seguridad, etc.
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Arquitectura IEEE 802.11
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Modo de Operación Infrastructure BSS
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Modo de Operación Ad-Hoc
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Medio Físico
Bandas RF: 2.4 o 5 GHz
IR: opera 850-950 nm modulación PPM 4 ó 16
IEEE 802.11a 5 GHz, hasta 54 Mbps (1999).
IEEE 802.11b 2.4 GHz, hasta 11 Mbps (1999).
IEEE 802.11g 2.4 GHz, hasta 54 Mbps (2003) IEEE 802.11n 2.4, 5 GHz, MIMO, hasta 600 Mbps (11
Septiembre 2009)
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Funciones móviles y de seguridad
Unión al BSS
Roaming
Seguridad
Wireless Encription Protocol (WEP)
WiFi Protected Access (WPA1 y WPA2)