TECNOLOGIAS LAN

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TECNOLOGIAS LAN

• POR
• JUAN CARLOS RESTREPO
• Juanrest_at_diginet.com.co
• Versión 2.8
• Medellín-Colombia 2001

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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).

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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.

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ETHERNET, TB Y TR VS. OSI
Comunicación entre aplicaciones.
Encripción, compresión, sintaxis, códigos.
Servicios de conexión mejorados como
sincronización entre aplicaciones, etc.
Servicios extremo a extremo.
Enrutamiento, control de congestión.
Tramado, detección y/o corrección de errores,
control de flujo, control de acceso al medio.
Medios, Interfaces, señales, sincronismo,
modulación, codificación, etc.
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ETHERNET, TB Y TR VS. TCP/IP
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MODELO DE LA IEEE
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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.

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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.

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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 i10 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.

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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)

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CONECTORES PARA UTP5 DCE

• 10/100BASET

• 1000BASET

12
CONECTORES PARA UTP5 DCE
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Fiber versus Copper Gigabit

9u Singlemode
1000BASE-LX Fiber (1350nm)
50u Multimode
62.5u Multimode

1000BASE-SX Fiber (850nm)
50u Multimode
62.5u Multimode
1000BASE-T Copper

4 pr CAT 5 UTP

1000BASE-CX Copper
Balanced Shielded Cable
220m 275m
25m
5km
100m
550m
Data Center
Building Backbones
Campus Backbone
Wiring Closet
APPLICATION
Source Gigabit Ethernet Alliance
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MODELO DE GIGABIT ETHERNET
15
MODELO DE GIGABIT ETHERNET
16
MODELO DE GIGABIT ETHERNET
17
MODELO DE GIGABIT ETHERNET
18
DISTANCIAS CON GIGABIT ETHERNET
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ESCALABILIDAD DE ETHERNET
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FUENTES DE LUZ
1.55
1.35
dB/Km
0.85
A t e n u a c i o n
.
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
Longitud de onda en micrones
0.77-0.86
1.270-1.355
LUZ0.4-0.7
SX
LX
21
1000BASE-ZX

• FIBRA DISTANCIA
• 9/10 micrones single mode 70 Kmts.
• 9/10 micrones dispersión shift 100 Kmts.
• Longitud de onda 1550 nm.

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1000BASE-LH

• Es una especificación multivendedor que cubre
  diferentes distancias.
• No es aún una norma de la IEEE.

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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.

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DISPOSITIVOS-HUB

Cliente
Cliente
Servidor
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CODIFICACION

• MANCHESTER (10 Mbps)
• Provee sincronismo, pero no detección de errores.
• Utilizado en Ethernet.
• 4B/5B (100 Mbps) MEDIANTE MLT3
• 4 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.

26
CODIFICACION

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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.

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TRAMAS
Ethernet II
Header 802.2
Ethernet 802.3
Preámbulo 10101010 SFD 10101011
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INTERFACE AL NIVEL DEL ENLACE
TRAMA SNAP (Sub Network Access Point) Caso
particular de trama 802.2.
DSAPSSAP170 Indican presencia de SNAP EtherType
igual que en trama Ethernet II.
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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.)

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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

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MULTICASTING
Para Multicast Ethernet esta reservado el
rango 01-00-5E-00-00-00 A 01-00-53-7F-FF-FF Eje
mplo Mapeo de una dirección Multicast IP a una
Dirección Multicast Ethernet
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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.

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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.

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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 802.1d
• Utiliza 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.

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Multicast Filtering
No Clients
Clients
Clients
Not a Client
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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.

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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.

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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.

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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.

Buffers
Driver Con buffer
TRAMA
MEMORIA
PIC
CPU
TRAMA
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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.

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SUICHEO

• Suiche 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.

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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
  FFFFFFFFFFFF, todos la deben procesar.

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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

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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.

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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.

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SUICHEO
TABLA MAC PUERTO TIEMPO 0x00-00-01-03-02-ab
1 30 0x00-00-02-01-0a-aa 2 25
1
2
8

0x00-00-01-03-02-ab
0x00-00-02-01-bb-bb
0x00-00-02-01-0a-aa
48
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.

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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.

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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.

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VLAN TAGGING (Cont.)
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

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VLAN
V1 V2 V3
VLAN3
VLAN2
VLAN1
802.1Q
802.1Q
802.1Q
V1 V2
V2, V3 V1
V2, V3 V1
53
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.

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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

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AGREGACION (TRUNKING)
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(No Transcript)
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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.

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RESILENCIA
SS3300
SS3300
RSL
RSL
SS4900SX
SS4900SX
RSL
RSL
SS4900
SS4900
RSL
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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 1000.000 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.

60
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.

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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.

62
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.)

63
802.11 ETHERNET INALÁMBRICO
64
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.

65
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.

66
TOPOLIGIA DE 802.4
3
4
1
2
67
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.

68
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.

69
TOPOLOGIA DE 802.5
70
802.5 - TOKEN RING

• TOPOLOGIA FISICA Estrella.
• TOPOLOGIA LOGICA Anillo.

71
ESTRUCTURA DE LA TRAMA
72
802.5 - TOKEN RING

• Soporta manejo de prioridades.
• CODIFICACION Manchester diferencial.

73
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.

74
FDDI

• Similar a Token Ring.

75
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.

76
RESUMEN DE ALGUNAS TECNOLOGIAS LAN
77
RESUMEN DE ALGUNAS TECNOLOGIAS LAN
78
WIRING CLOSET HIGH-BANDWIDTH USER SOLUTION
1000BASE-SX Trunks
Transcend Network Supervisor
100/1000
79
Control de flujo- 802.3x