introduccion a ethernet

25
INTRODUCCIÓN A ETHERNET Capa 2

Upload: karla-jimenez

Post on 23-Jun-2015

920 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Introduccion a Ethernet

INTRODUCCIÓN A

ETHERNET

Capa 2

Page 2: Introduccion a Ethernet

Programa

Principios de Acceso múltiple

Introducción a Ethernet

Trama Ethernet

Protocolos CSMA/CD

FastEthernet y GigabitEthernet

Conclusiones

Page 3: Introduccion a Ethernet

Acceso múltiple en redes

En redes, en principio se debe asumir que todos los nodos se encuentran conectados en el mismo medio físico (backbone)

Topologías de bus, anillo e inalámbricas

La transmisión de un nodo es recibida por todos los demás

No se considera conmutación intermedia

Son necesarios métodos para moderar el acceso (Controles de acceso al medio-MAC)

Equidad

Performance

¿Cómo realizar lo anterior?

Page 4: Introduccion a Ethernet

Métodos de acceso múltiple

Asignación fija.

Definir un canal particionado, por lo que cada nodo recibirá una porción del ancho de banda

Esto es, esencialmente conmutación de circuitos, por lo que se torna ineficiente.

Ejemplos: TDMA, FDMA, CDMA (Todos los inalámbricos usados en entornos móviles)

Basada en colisiones

Cada nodo solicita por igual el ancho de banda y recuperación ante colisiones

Ejemplos: Aloha, Ethernet

Basado en un Token

Se utiliza el canal de comunicación por turnos

Ejemplo: TokenRing

Page 5: Introduccion a Ethernet

Una breve reseña del Token

Desarrollado por IBM cerca de los ochentas como una nueva arquitectura LAN

Consistía en nodos conectados en forma de anillo

Mensajes especiales llamados “token” era pasado por el anillo

Cuando los nodos tomaban el token podían transmitir por tiempo limitado

Cada nodo tenía la misma oportunidad de enviar paquetes

IEEE 802.5 es el estándar de Token Ring

Diseñado para la previsibilidad, imparciabilidad y fiabilidad

Originalmente diseñado para fincionar a 4 y 16 MBps

Se sigue utilizando y vendiendo.

Page 6: Introduccion a Ethernet

Ethernet

Historia

Inventado en 1973 en el Xerox Palo Alto Research Center (PARC) por Robert Metcalfe (¡Anterior al modelo OSI!)

Publicado en 1980 por DEC, Intel y Xerox (Versión 1)

Revisado en 1982 (Versión 2), denominado: Ethernet II. Incompatible con la versión 1.

Ethernet II (Ethernet DIX) ha sobrevivido hasta el presente y sigue siendo muy utilizado.

En 1985 el IEEE publicó su propia versión, posteriormente revisada en 1988: Ethernet 802.3

ISO adoptó la versión IEEE en 1989: Ethernet ISO 8802-3.

Sigue evolucionando dentro de IEEE: nuevos medios físicos y nuevas funcionalidades, pero manteniendo el mismo algoritmo de acceso al medio y compatibilidad básica hacia atrás

Page 7: Introduccion a Ethernet

Ethernet

CSMA/CD Política de control de acceso al medio

para Ethernet.

CS = Detección de portadora (Carrier sense)

Enviar únicamente si el medio esta libre

MA = Acceso múltiple (Multiple Access)

CD = Detección de colisiones (Collision Detection)

Detiene el envío si una colisión es detectada

Page 8: Introduccion a Ethernet

Ethernet y el modelo OSI

Capas 1 y 2 del modelo OSI

Filosofía: Medio compartido (ether) al que se

conectan todos los dispositivos.

Dibujo original

de Robert

Metcalfe

Page 9: Introduccion a Ethernet

Acceso simultaneo

Cada nodo se conecta mediante un “adaptador” o “tarjeta” de red (NIC).

Todos los dispositivos tienen acceso compartido y por lo menos semi-dúplex (half-dúplex) al mismo medio físico.

Cualquier dispositivo puede hablar si la red está desocupada.

Si la red está desocupada debe esperar a que se desocupe.

La trama mandada por un dispositivo le llega a todos los demás

¡Cada nodo debe decidir si la trama era para él!

Page 10: Introduccion a Ethernet

Direccionamiento

Cada nodo tiene asignada una dirección de seis octetos de largo.

Los fabricantes de tarjetas de red Ethernet asignan direcciones numéricas según un esquema originalmente de Xerox y actualmente de IEEE.

La trama ethernet lleva indicada la dirección del remitente y del destinatario.

En base a la dirección cada nodo sabe si debe procesar la información o descartarla.

00:80:C7:2A:11:EF 00:00:1D:A3:45:F7

00:60:8C:82:41:21 00:A1:00:B3:72:11

Page 11: Introduccion a Ethernet

Direccionamiento

La dirección de la tarjeta de red asignada por el fabricante también se llama “Burt-in Address (BIA) y está integrada por:

Los primero tres octetos de la dirección Ethernet asignados por el IEEE para identificar al fabricante (Organization Unique Identifier - OUI).

Los últimos tres octetos son un número asignado por el fabricante e identifican a una tarjeta específica.

Existe una dirección especial llamada “Dirección de Broadcast” que sirve para transmitir información dirigida a todos los nodos (casos especiales).

Dirección de Broadcast: FF:FF:FF:FF:FF:FF

00:A1:00:B3:72:11

OUI

BIA

Page 12: Introduccion a Ethernet

Control de acceso al medio

Algoritmo.

En ALOHA las decisiones para transmitir eran hechas sin prestar atención de lo que los otros nodos realizaban

Ethernet utiliza CSMA/CD (Escucha antes/durante el envío de datos)

Si la línea esta libre (no se detecta portadora)

Envía el paquete inmediatamente

Los paquetes pueden ser superiores a los 1500 Bytes

Se debe esperar 9.6 Microsegundos antes de volver a enviar

Si la línea está ocupada..

Espera/sensa hasta que este disponible y envíala inmediatamente

Si se detecta una colisión

Deja de transmitir y envía una señal JAM

Intenta después.

Page 13: Introduccion a Ethernet

Control de acceso al medio

13

Packet?

Sense

Carrier

Discard

Packet

Send Detect

Collision

Jam channel

b=CalcBackoff();

wait(b);

attempts++;

No

Yes

attempts < 16

attempts == 16

Page 14: Introduccion a Ethernet

Control de acceso al medio

En caso de colisión cada estación que se da cuenta transmite una secuencia “JAM” para que la red se entere.

No hay ningún tipo de control de flujo

Detecta errores mediante un código de chequeo (FrameCheck Sequence - FCS) de 4 bytes, pero no los corrige.

Es responsabilidad de los protocolos superiores detectar si se perdió información y retransmitirla (en su caso).

Funcionamiento probabilístico

Ningún nodo puede “acaparar” el medio

Utilización: porcentaje de tiempo durante el cual hay tramas en la red, medido a lo largo de un intervalo fijo.

En un medio compartido, existe un buen funcionamiento siempre y cuando la utilización esté abajo del 30% (aprox.).

Page 15: Introduccion a Ethernet

Colisiones

Las colisiones son causa de dos estaciones transmiten al mismo tiempo

Ambas detectan la línea como disponible

Ambos han esperado para que la línea este disponible

¿Cómo nos podemos asegurar de que la colisión fue detectada?

A B

A B

A starts at

time 0

Message almost

there at time T when

B starts – collision!

Page 16: Introduccion a Ethernet

Evolución del Ethernet

Page 17: Introduccion a Ethernet

Las tramas ethernet

Algunas familias de protocolos usan por “default” un particular tipo ethernet

En general todas las familias de protocolos de la capa 3 y superiores pueden usar cualquier tipo de trama ethernet

TCP/IP Novell IPX, AppleTalk, NetBEUI

Ethernet II IEEE 802.3

Page 18: Introduccion a Ethernet

Ethernet II

Capa 2

Tramas de longitud variable

Formato sencillo de la trama

Encapsula paquetes de capa 3 en el campo de contenido

Preámbulo de sincronización formado por 64 bits: secuencia alternante de “1” y “0” excepto en los dos últimos bits para indicar el inicio de la trama

La dirección de destino va primero para facilitar el procesamiento.

El campo “tipo” define el protocolo de capa 3 que ha sido encapsulado

Preámbulo de Sincronización Dir. Destino Dir. Fuente Tipo Contenido FCS

6B 6B 2B 46 - 1500 B 4B

Page 19: Introduccion a Ethernet

Ethernet IEEE

Capa 2

Tramas de longitud Variable

Estructura de trama mas complicada que ethernet II

Publicado por dos organismos de estándares: IEEE 802.3 e ISO 8802.3

La trama se especifica en dos recomendaciones separadas:

Logical Link Control (LLC): 802.2

Medium Access Control (MAC): 802.3

LLC 802.2

MAC 802.3Enlace

Física

Page 20: Introduccion a Ethernet

IEEE 802.3 MAC

Control de acceso al medio con el mismo algoritmo que Ethernet II

El campo “contenido” lleva una subtrama IEEE 802.2.

Los dos octetos después de la dirección de origen indican la longitud de la trama total.

Preámbulo de Sincronización Dir. Destino Dir. Fuente Long. Contenido/Subtrama 802.2 FCS

6B 6B 2B 46 - 1500 B 4B

MAC

Page 21: Introduccion a Ethernet

Distinción entre tramas

Problema:

Si tenemos una red ethernet en la que estén circulando tramas Ethernet II al mismo tiempo que tramas IEEE 802.3, cuando una estación recibe una trama ¿Cómo sabe de qué tipo es? (sin esperar a examinarla toda)

Page 22: Introduccion a Ethernet

Distinción entre tramas

Las tramas Ethernet II no pueden llevar cualquier valor numérico en el campo tipo

Si los dos octetos que siguen a la dirección origen llevan un número decimal inferior a 1518 (tamaño máximo de cualquiera de las dos tramas ethernet) se interpretan como “Longitud”

Si el número es superior a 1518 (decimal) se interpreta como “Tipo”

El campo “Tipo” identifica al protocolo de capa 3 encapsulado directamente en el área de “Contenido” de la trama Ethernet II.

Xerox originalmente, y actualmente el IEEE publican una serie de valores permitidos para el campo “Tipo” de las tramas Ethernet II”.

Las tramas IEEE identifican el “Tipo” mediante dos campos en la subtrama 802.2

Page 23: Introduccion a Ethernet

Consideraciones

Espacio entre tramas

Todo nodo debe dejar pasar al menos 9.6 µ seg. después del final de la última trama antes de poder transmitir. Esto equivale a 96 bits o 12 de bytes (a 10 Mbps).

Tramas dañadas

En general todas éstas se detectan porque la secuencia de chequeo FCS no da un valor correcto

RUNT. Trama menor a 64 bytes (el mínimo). Usualmente debido a una colisión pero también debido a fallas en la red

JABBER. Trama mayor al máximo. Puede ocasionarse por una colisión no detectada o por equipo no ethernet

Desalineada (misaligned). Trama con un número de bits no divisible entre 8. ¡Sobran bits! También puede deberse a una colisión

Page 24: Introduccion a Ethernet

Conclusiones

Experiencias con Ethernet

Ethernet trabaja mejor cuando la carga es lijera

La utilización arriba del 30% es considerada como carga

pesada

La capacidad de la red es desperdiciada por las colisiones

Muchas redes eran limitadas a los 200 Hosts

El nivel transporte y el control de flujo ayudan a reducir la

carga

Ethernet es inexpresivo, fácil y rápido, sencillo de

administrar

Page 25: Introduccion a Ethernet

Conclusiones

¿Porqué usar Ethernet?

Es compartida con infinidad de protocolos LAN

Precio (económica)

Es confiable, disponible

Tiene un buen rendimiento

Facil de uso

Escalable (FastEthernet, GigabitEthernet,

10GigabitEtnernet)