Historia de las redes Ethernet
En 1972 comenzó el desarrollo de una tecnología de redes conocida como Ethernet Experimental- El sistema Ethernet desarrollado, conocido en ese entonces como red ALTO ALOHA, fue la primera red de área local (LAN) para computadoras personales (PCs). Esta red funcionó por primera vez en mayo de 1973 a una velocidad de 2.94Mb/s.Las especificaciones formales de Ethernet de 10 Mb/s fueron desarrolladas en conjunto por las corporaciones Xerox, Digital (DEC) e Intel, y se publicó en el año 1980. Estas especificaciones son conocidas como el estándar DEC-Intel-Xerox (DIX), el libro azul de Ethernet. Este documento hizo de Ethernet experimental operando a 10 Mb/s un estándar abierto.
La tecnología Ethernet fue adoptada para su estandarización por el comité de redes locales (LAN) de la IEEE como IEEE 802.3. El estándar IEEE 802.3 fue publicado por primera vez en 1985.
El estándar IEEE 802.3 provee un sistema tipo Ethernet basado, pero no idéntico, al estándar DIX original. El nombre correcto para esta tecnología es IEEE 802.3 CSMA/CD, pero casi siempre es referido como Ethernet.
IEEE 802.3 Ethernet fue adoptado por la organización internacional de estandarización (ISO), haciendo de el un estándar de redes internacional.
Ethernet continuó evolucionando en respuesta a los cambios en tecnología y necesidades de los usuarios. Desde 1985, el estándar IEEE 802.3 se actualizó para incluir nuevas tecnologías. Por ejemplo, el estándar 10BASE-T fue aprobado en 1990, el estándar 100BASE-T fue aprobado en 1995 y Gigabit Ethernet sobre fibra fue aprobado en 1998.
Ethernet es una tecnología de redes ampliamente aceptada con conexiones disponibles para PCs, estaciones de trabajo científicas y de alta desempeño, mini computadoras y sistemas mainframe.
La arquitectura Ethernet provee detección de errores pero no corrección de los mismos. Tampoco posee una unidad de control central, todos los mensajes son transmitidos a través de la red a cada dispositivo conectado. Cada dispositivo es responsable de reconocer su propia dirección y aceptar los mensajes dirigidos a ella. El acceso al canal de comunicación es controlado individualmente por cada dispositivo utilizando un método de acceso probabilístico conocido como disputa (contention).
Objetivos de Ethernet
Los objetivos principales de Ethernet son consistentes con los que se han convertido en los requerimientos básicos para el desarrollo y uso de redes LAN.Los objetivos originales de Ethernet son:
Simplicidad
- Las características que puedan complicar el diseño de la red sin hacer una contribución substancial para alcanzar otros objetivos se han excluido.
Bajo Costo
- Las mejoras tecnológicas van a continuar reduciendo el costo global de los dispositivos de conexión.
Compatibilidad
- Todas las implementaciones de Ethernet deberán ser capaces de intercambiar datos a nivel de capa de enlace de datos. Para eliminar la posibilidad de variaciones incompatibles de Ethernet, la especificación evita características opcionales.
Direccionamiento flexible
- El mecanismo de direccionamiento debe proveer la capacidad de dirigir datos a un único dispositivo, a un grupo de dispositivos, o alternativamente, difundir (broadcast) el mensaje a todos los dispositivos conectados a la red.
Equidad
- Todos los dispositivos conectados deben tener el mismo acceso a la red.
Progreso
- Ningún dispositivo conectado a la red, operando de acuerdo al protocolo Etheret, debe ser capaz de prevenir la operación de otros dispositivos.
- Alta velocidad
- La red debe operar eficientemente a una tasa de datos de 10 Mb/s.
Bajo retardo
- En cualquier nivel de tráfico de la red, debe presentarse el mínimo tiempo de retardo posible en la transferencia de datos.
Estabilidad
- La red debe ser estable bajo todas las condiciones de carga. Los mensajes entregados deben mantener un porcentaje constante de la totalidad del tráfico de la red.
Mantenimiento
- El diseño de Ethernet debe simplificar el mantenimiento de la red, operaciones y planeamiento.
Arquitectura en capas
- El diseño Ethernet debe ser especificado en término de capas
de forma de separar las operaciones lógicas de los protocolos de capa de enlace
de las especificaciones de comunicaciones físicas del canal de comunicación.Si bien IEEE 802.3 y Ethernet son similares, no son idénticos.
Las diferencias entre ellos son lo suficientemente significantes como para
hacerlos incompatibles entres si.
Todas las versiones de Ethernet son similares en que comparten la misma arquitectura de acceso al medio múltiple con detección de errores, CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection). Sin embargo, el estándar IEEE 802.3 ha evolucionado en el tiempo de forma que ahora soporta múltiples medios en la capa física, incluyendo cable coaxil de 50 Ω y 75 Ω, cable par trenzado sin blindaje (Unshielded Twisted Pair o UTP), cable par trenzado con blindaje (Shielded Twisted Pair o STP) y fibra óptica. Otras diferencias entre los dos incluyen la velocidad de transmisión, el método de señalamiento y la longitud máxima del cableado.
Formato de la trama
La diferencia más significativa entre la tecnología Ethernet original y el estándar IEEE 802.3 es la diferencia entre los formatos de sus tramas. Esta diferencia es lo suficientemente significativa como para hacer a las dos versiones incompatibles.
Una de las diferencias entre el formato de las dos tramas está en el preámbulo. El propósito del preámbulo es anunciar la trama y permitir a todos los receptores en la red sincronizarse a si mismos a la trama entrante. El preámbulo en Ethernet tiene una longitud de 8 bytes pero en IEEE 802.3 la longitud del mismo es de 7 bytes, en este último el octavo byte se convierte en el comienzo del delimitador de la trama.
La segunda diferencia entre el formato de las tramas es en el campo tipo de trama que se encuentra en la trama Ethernet. Un campo tipo es usado para especificar al protocolo que es transportado en la trama. Esto posibilita que muchos protocolos puedan ser transportados en la trama. El campo tipo fue reemplazado en el estándar IEEE 802.3 por un campo longitud de trama, el cual es utilizado para indicar el numero de bytes que se encuentran en el campo da datos.
La tercera diferencia entre los formatos de ambas tramas se encuentra en los campos de dirección, tanto de destino como de origen. Mientras que el formato de IEEE 802.3 permite el uso tanto de direcciones de 2 como de 6 bytes, el estándar Ethernet permite solo direcciones de 6 Bytes.
El formato de trama que predomina actualmente en los ambientes Ethernet es el de IEEE 802.3, pero la tecnología de red continua siendo referenciada como Ethernet.
Características de Ethernet
Las siguientes son algunas de las características que definen a Ethernet:
Las especificaciones Ethernet (IEEE 802.3) también han sido adoptadas por ISO y se encuentran en el estándar internacional 8802-3.
Ethernet esta basado en la lógica de la topología bus. Originalmente, el bus era una única longitud de cable a la cual los dispositivos de red estaban conectados. En las implementaciones actuales, el bus se ha miniaturizado y puesto en un hub (concentrador) al cuál las estaciones, servidores y otros dispositivos son conectados.
Ethernet usa un método de acceso al medio por disputa (contention). Las transmisiones son difundidas en el canal compartido para ser escuchadas por todos los dispositivos conectados, solo el dispositivo de destino previsto va a aceptar la transmisión. Este tipo de acceso es conocido como CSMA/CD.
Ethernet ha evolucionado para operar sobre una variedad de medios, cable coaxial, par trenzado y fibra óptica, a múltiples tasas de transferencia. Todas las implementaciones son interoperables, lo que simplifica el proceso de migración a nuevas versiones de Ethernet.
Múltiples segmentos de Ethernet pueden ser conectados para formar una gran red LAN Ethernet utilizando repetidores. La correcta operación de una LAN Ethernet depende en que los segmentos del medio sean construidos de acuerdo a las reglas para ese tipo de medio. Redes LAN complejas construidas con múltiples tipos de medio deben ser diseñadas de acuerdo a las pautas de configuración para multisegmentos provistas en el estándar Ethernet. Las reglas incluyen límites en el número total de segmentos y repetidores que pueden ser utilizados en la construcción de una LAN.
Ethernet fue diseñado para ser expandido fácilmente. El uso de dispositivos de interconexión tales como bridges (puente), routers (ruteadores), y switches (conmutadores) permiten que redes LAN individuales se conecten entre si. Cada LAN continúa operando en forma independiente pero es capaz de comunicarse fácilmente con las otras LAN conectadas.
Definición de CSMA/CD
El estándar IEEE 802.3 especifica el método de control del medio (MAC) denominado CSMA/CD por las siglas en ingles de acceso múltiple con detección de portadora y detección de colisiones (carrier sense multiple access with collision detection). CSMA/CD opera de la siguiente manera:
- Una estación que tiene un mensaje para enviar escucha al medio para ver si otra estación está transmitiendo un mensaje.
- Si el medio esta tranquilo (ninguna otra estación esta transmitiendo), se envía la transmisión.
- Cuando dos o más estaciones tienen mensajes para enviar, es posible que transmitan casi en el mismo instante, resultando en una colisión en la red.
- Cuando se produce una colisión, todas las estaciones receptoras ignoran la transmisión confusa.
- Si un dispositivo de transmisión detecta una colisión, envía una señal de expansión para notificar a todos los dispositivos conectados que ha ocurrido una colisión.
- Las estaciones transmisoras detienen sus transmisiones tan pronto como detectan la colisión.
- Cada una de las estaciones transmisoras espera un periodo de tiempo aleatorio e intenta transmitir otra vez.
Detección de portadora
La detección de portadora es utilizada para escuchar al medio (la portadora) para ver si se encuentra libre. Si la portadora se encuentra libre, los datos son pasados a la capa física para su transmisión. Si la portadora está ocupada, se monitorea hasta que se libere.
Detección de colisiones
Luego de comenzar la transmisión, continúa el monitoreo del medio de transmisión. Cuando dos señales colisionan, sus mensajes se mezclan y se vuelven ilegibles. Si esto ocurre, las estaciones afectadas detienen su transmisión y envían una señal de expansión. La señal de expansión de colisión asegura que todas las demás estaciones de la red se enteren de que ha ocurrido una colisión.
Funciones de CSMA/CD
El estándar CSMA/CD de la IEEE define un modelo hecho de hasta seis funciones. Tres de estas funciones están relacionadas con el envió de datos y las otras tres de la recepción de datos. Las funciones de recepción funcionan en paralelo con las de envio.
Encapsulado/Desencapsulado de datos
La función de encapsulación y desencapsulación de datos es llevada a cabo por la subcapa MAC. Este proceso es responsable de las funciones de direccionamiento y del chequeo de errores.
Encapsulado
El encapsulado es realizado por la estación emisora. El encapsulado es el acto de agregar información, direcciones y bytes para el control de errores, al comienzo y al final de la unidad de datos transmitidos. Esto es realizado luego que los datos son recibidos por la subcapa de control de enlace lógico (LLC). La información añadida es necesaria para realizar las siguientes tareas:
Sincronizar la estación receptora con la señal.
Indicar el comienzo y el fin de la trama.
Identificar las direcciones tanto de la estación emisora como la receptora.
Detectar errores en la transmisión.
Desencapsulado
El desencapsulado es realizado por la estación receptora. Cuando es recibida una trama, la estación receptora es responsable de realizar las siguientes tareas:
- Reconocer la dirección de destino y determinar si coincide con su propia dirección.
- Realizar la verificación de errores.
- Remover la información de control que fue añadida por la función de encapsulado de datos en la estación emisora.
Administración de acceso al medio
La función de administración de acceso al medio es realizada por la subcapa MAC.
En la estación emisora, la función de administración de acceso al medio es responsable de determinar si el canal de comunicación se encuentra disponible. Si el canal se encuentra disponible puede iniciarse la transmisión de datos.
Adicionalote, la función de administración es responsable de determinar que acción deberá tomarse en caso de detectarse una colisión y cuando intentará retransmitir.
En la estación receptora la función de administración de acceso al medio es responsable de realizar las comprobaciones de validación en la trama antes de pasarla a la función de desencapsulado.
Codificación/decodificación de datos
La función de codificación/decodificación es realizada en la capa física. Esta función es responsable de obtener la forma eléctrica u óptica de los datos que se van a transmitir en el medio.
La codificación de datos es realizada por la estación emisora. Esta es responsable de traducir los bits a sus correspondientes señales eléctricas u ópticas para ser trasladadas a través del medio. Adicionalmente, esta función es responsable de escuchar el medio y notificar al la función de administración de acceso al medio si el medio se encuentra libre, ocupado o se ha detectado una colisión.
La decodificación de datos es realizada en la estación receptora. Esta es responsable de la traducción de las señales eléctricas u ópticas nuevamente en un flujo de bits.
Trama de transmisión CSMA/CD
Se defina a una trama de transmisión como el grupo de bits en un formato particular con un indicador de señal de comienzo de la trama.
El formato de la trama permite a los equipos de red reconocer el significado y propósito de algunos bits especificos en la trama. Una trama es generalmente una unidad lógica de transmisión conteniendo información de control para el chequeo de errores y para el direccionamiento.
El formato de la trama CSMA/CD (IEEE 8023.3) se encuentra a continuación:
Los componentes de la trama CSMA/CD son responsables de las siguientes tareas:
- El preámbulo es responsable de proveer sincronización entre los dispositivos emisor y receptor.
- El delimitador de inicio de trama indica el comienzo de una trama de datos.
- El delimitador de inicio de trama esta formado de la siguiente secuencia de 8 bits, 10101011
- Cada campo de dirección, dirección de origen y dirección
de destino, puede tener una longitud tanto de 2 bytes como de 6 bytes.
Ambas direcciones, origen y destino, deben tener la misma longitud en
todos los dispositivos de una red dada.
El campo dirección de destino específica la estación o estaciones a las cuales están dirigidos los datos. Una dirección que referencia a un grupo de estaciones es conocida como dirección de grupo de multicast, o dirección de grupo de multidifusión. Una dirección que referencia a todas las estaciones de una red es conocida como dirección de difusión.
La dirección de origen identifica a la estación que está haciendo la transmisión. - El campo longitud indica la longitud del campo de datos que se encuentra a continuación. Es necesaria para determinar la longitud del campo de datos en los casos que se utiliza un campo pad (campo de relleno).
- El campo información contiene realmente los datos transmitidos. Es de longitud variable, por lo que puede tener cualquier longitud entre 0 y 1500 bytes.
- Un campo pad o campo de relleno es usado para asegurar que la trama alcance la longitud mínima requerida. Una trama debe contener mínimo un número de bytes para que las estaciones puedan detectar las colisiones con precisión.
- Una secuencia de chequeo de trama es utilizada como
mecanismo de control de errores.
Cuando el dispositivo emisor ensambla la trama, realiza un cálculo en los bits de la trama. El algoritmo usado para realizar este cálculo siempre genera como salida un valor de 4 bytes. El dispositivo emisor almacena este valor en el campo de chequeo de secuencia de la trama.
Cuando el receptor recibe la trama, realiza el mismo cálculo y compara el resultado con el del campo de chequeo de secuencia de la trama. Si los dos valores coinciden, la transmisión se asume como correcta. Si los dos valores son diferentes, el dispositivo de destino solicita una retransmisión de la trama.Tipos de ethernet
Existen una gran variedad de implementaciones de IEEE 802.3. Para distinguir entre ellas, se ha desarrollado una notación. Esta notación especifica tres características de la implementación.
- La tasa de transferencia de datos en Mb/s
- El método de señalamiento utilizado
- La máxima longitud de segmento de cable en cientos de metros del tipo de medio.
Ethernet
1BASE-5
El estándar IEEE para Ethernet en banda base a 1Mb/s sobre cable par trenzado a una distancia máxima de 250m.
10BASE-5
Es el estándar IEEE para Ethernet en banda base a 10Mb/s sobre cable coaxial de 50 Ω troncal y AUI (attachment unit interface) de cable par trenzado a una distancia máxima de 500m.
10BASE-2
El estándar IEEE para Ethernet en banda base a 10MB/s sobre cable coaxial delgado de 50 Ω con una distancia máxima de 185m.
10BROAD-36
El estándar IEEE para Ethernet en banda ancha a 10Mb/s sobre cable coaxial de banda ancha de 75 Ω con una distancia máxima de 3600m.
10BASE-T
El estándar IEEE para Ethernet en banda base a 10 Mb/s sobre cable par trenzado sin blindaje (Unshielded Twisted Pair o UTP) siguiendo una topología de cableado horizontal en forma de estrella, con una distancia máxima de 100m desde una estación a un hub.
10BASE-F
El estándar IEEE para Ethernet en banda base a 10Mb/s sobre fibra óptica con una distancia máxima de 2.000 metros (2Km).
Fast Ethernet
100BASE-TX
El estándar IEEE para Ethernet en banda base a 100Mb/s sobre dos pares (cada uno de los pares de categoría 5 o superior) de cable UTP o dos pares de cable STP.
100BASE-T4
El estándar IEEE para Ethernet en banda base a 100Mb/s sobre 4 pares de cable UTP de categoría 3 (o superior).
100BASE-FX
Es el estándar IEEE para Ethernet en banda base a 100Mb/s sobre un sistema de cableado de dos fibras ópticas de 62.5/125 μm.
100BASE-T2
El estándar IEEE para Ethernet en banda base a 100Mb/s sobre 2 pares de categoría 3 (o superior) de cable UTP.
Gigabit Ethernet
1000BASE-SX
El estándar IEEE para Ethernet en banda base a 1000Mb/s (1Gb/s) sobre 2 fibras multimodo (50/125 μm o 62.5/125 μm) de cableado de fibra óptica.
1000BASE-LX
El estándar IEEE para Ethernet en banda base a 1000Mb/s (1Gb/s) sobre 2 fibras monomodo o multimodo (50/125 μm or 62.5/125 μm) de cableado de fibra óptica.
1000BASE-CX
El estándar IEEE para Ethernet en banda base a 1000Mb/s (1Gb/s) sobre cableado de cobre blindado balanceado de 150 Ω. Este es un cable especial con una longitud máxima de 25m.
1000BASE-T
El estándar IEEE para Ethernet en banda base a 1000Mb/s (1Gb/s) sobre 4 pares de categoría 5 o superior de cable UTP, con una distancia máxima de cableado de 100m
Principios de operación de Ethernet
Cada dispositivo equipado con Ethernet opera en forma independiente del resto de los dispositivos de la red, las redes Ethernet no hacen uso de un dispositivo central de control. Todos los dispositivos son conectados a un canal de comunicaciones de señales compartidas.
Las señales Ethernet son transmitidas en serie, se transmite un bit a la vez. Las transmisiones se realizan a través del canal de señales compartidas donde todos los dispositivos conectados pueden escuchar la transmisión.
Antes de comenzar una transmisión, un dispositivo escucha el canal de transmisión para ver si se encuentra libre de transmisiones. Si el canal se encuentra libre, el dispositivo puede transmitir sus datos en la forma de una trama Ethernet.
Después de que es transmitida una trama, todos los dispositivos de la red compiten por la siguiente oportunidad de transmitir una trama. La disputa por la oportunidad de transmitir entre los dispositivos es pareja, para asegurar que el acceso al canal de comunicaciones sea justo, ningún dispositivo puede bloquear a otros dispositivos.
El acceso al canal de comunicaciones compartido es determinado por la subcapa MAC. Este control de acceso al medio es conocido como CSMA/CS.
Direccionamiento
Los campos de direcciones en una trama Ethernet llevan direcciones de 48 bits, tanto para la dirección de destino como la de origen. El estándar IEEE administra parte del campo de las direcciones mediante el control de la asignación un identificador de 24 bits conocido como OUI (Organizationally Unique Identifier, identificador único de organización).
A cada organización que desee construir interfaces de red (NIC) Ethernet, se le asigna un OUI de 24 bits único, el cual es utilizado como los primeros 24 bits de la dirección de 48 bits del NIC. La dirección de 48 bits es referida como dirección física, dirección de hardware, o dirección MAC.
El uso de direcciones únicas preasignadas, simplifica el montaje y crecimiento de una red Ethernet.
La topología lógica de una red determina como las señales son transferidas en la red. La topología lógica de una red Ethernet provee un único canal de comunicaciones que transporta señales de todos los dispositivos conectados. Esta topología lógica puede ser diferente de la topología física o de la disposición real del medio. Por ejemplo, si los segmentos del medio de una red Ethernet se encuentran conectados físicamente siguiendo una topología estrella, la topología lógica continua siendo la de un único canal de comunicaciones que transporta señales de todos los dispositivos conectados.
Múltiples segmentos Ethernet pueden ser interconectados utilizando repetidores para formar una red LAN más grande. Cada segmento de medio es parte del sistema de señales completo. Este sistema de segmentos interconectados nunca es conectado en forma de bucle, es decir, cada segmento debe tener dos extremos.
La señal generada por un dispositivo es puesta en el segmento de medio al cual esta conectado. La señal es repetida en todos los otros segmentos conectado de forma que sea escuchada por todos las demás estaciones. Sin importar cual se ala topología física, solo existe un canal de señales para entregar tramas a través de todos los segmentos a todos los dispositivos conectados.
Tiempo de señales
Para que el método de control de acceso al medio funcione correctamente, todas las interfaces de red Ethernet deben poder responder a las señales dentro de una cantidad de tiempo especificada. El tiempo de la señal está basado en la cantidad de tiempo que le toma a una señal ir de un extremo de la red al otro y regresar (Round Trip Time).
El límite del Round Trip Time debe alcanzar a pesar de que combinación de segmentote de medio se utilicen en la construcción de la red. Las pautas de configuración proveen las reglas para la combinación de segmentos con repetidores de forma que el tiempo de las señales se mantenga. Si estas reglas no son seguidas, las estaciones podrían no llegar a escuchar las transmisiones a tiempo y las señales de estas estaciones pondrían interferirse entre si, causando colisiones tardías y congestionamiento en la red.
Los segmentos del medio deben ser construidos de acuerdo a las pautas de configuración para el tipo de medio elegido y la velocidad de transmisión de la red (las redes de mayor velocidad exigen un tamaño de red de menor). Las redes locales Ethernet construidas por múltiples tipos de medios deben ser diseñadas siguiendo las pautas para configuraciones multisegmento de el estándar Ethernet.
Topologías Ethernet
Introducción
Las redes ethernet a menudo están formadas por múltiples segmentos individuales interconectados por repetidores. Los segmentos están interconectados entre si siguiendo lo que se denomina un patrón de árbol sin raíz. Cada segmento Ethernet es una rama individual de la red completa.
Se considera sin raíz ya que los segmentos interconectados pueden crecen en cualquier dirección.
Los segmentos Ethernet individuales pueden utilizar diferentes medios. Históricamente cada tipo de medio requiere de una disposición de física de cable diferente. Actualmente la topología física recomendada para las instalaciones es la topología estrella como se especifica en ANSI/TIA/EIA-568-A. La utilización de una topología estrella ha hecho permitido limitar las interrupciones en la red causadas por problemas de cableado.
Topología Bus
Cuando se utiliza cable coaxial delgado, la topología física de la red puede ser únicamente una topología bus. En este diseño, todos los dispositivos son conectados a un único tramo de cable. Este cable provee un camino para las señales eléctricas que es común para todos los dispositivos conectados y transporta todas las transmisiones entre los dispositivos.
Un problema asociado con el diseño bus de cableado es que una falla en cualquier parte del cable coaxial delgado va a interrumpir el camino eléctrico. Como resultado, la operación de todos los dispositivos conectados será interrumpida.
Los dispositivos conectados a un segmento de cable coaxial delgado siguen una topología conocida como cadena tipo margarita. En esta topología, un cable coaxial delgado conectado a un conector T BNC en un dispositivo es conectado a otro conector T en el siguiente dispositivo y así sucesivamente. Los conectores T que se encuentran en los extremos opuestos del segmento son terminales.
En una topología cadena tipo margarita, si cualquier cable coaxial delgado es removido incorrectamente del conector T, todo el segmento queda no funcional para todos los dispositivos conectados. Si el conector T es removido de la interfaz de red Ethernet, el segmento continúa funcionando, ya que la continuidad del cable coaxial no ha sido interrumpida.
También es posible tener segmentos punto a punto en un ambiente de cable coaxial delgado. Utilizando un repetidor multipuerto se puede conectar un segmento en forma directa a un dispositivo. Esto limita el número de dispositivos que pueden ser afectados por el daño a un cable específico.
Topología Estrella
Los segmentos de par trenzado y de fibra óptica son dispuestos en una topología física estrella. En esta topología, los dispositivos individuales son conectados a un concentrador o hub central, formando un segmento. Las señales de cada dispositivo conectado son enviadas al hub y luego difundidas a todos los otros dispositivos conectados. Este diseño permite a Ethernet operar lógicamente como un bus, pero físicamente el bus solo existe en el hub.
Una topología estrella simplifica la administración de la red y la resolución de problemas ya que cada tramo de cable conecta solo dos dispositivos, una a cada extremo del cable. Si un dispositivo no puede comunicarse exitosamente con en la red, puede ser movido físicamente a otra ubicación para establecer si la falla reside en el cableado o en el dispositivo. Este tipo de aislamiento es mucho más difícil en las topologías bus o cadena tipo margarita.
Ethernet 10BASE-T
La migración a UTP comenzó con la formalización de Ethernet 10BASE-T en 1990. Esta es la extensión IEEE 802.3i del estándar Ethernet que especifica el uso de UTP como medio.
Ethernet 10BASE-T es el primer estándar para redes locales (LAN) que considera las recomendaciones hechas en un sistema de cableado estándar. Las especificaciones de 10BASE-T para cableado son las mismas que las de cableado estructurado ANSI/TIA/EIA-568-A. Por ejemplo, 10BASE-T está diseñado para operar sobre un cable de longitud máxima de extremo a extremo de 100m, la distancia recomendada para enlace horizontal en el documento ANSI/TIA/EIA-568-A.
La especificación de 10BASE-T es compatible con las versiones anteriores del estándar IEEE 802.3. Algunas de estas características de compatibilidad incluyen:
Las interfaces de red Ethernet existentes pueden utilizarse con instalaciones de 10BASE-T mediante el uso de un transceptor 10BASE-T conectado al puerto AUI.
Los enlaces de par trenzado pueden ser añadidos al de cable coaxial troncal utilizando repetidores que soporten tanto cable coaxial como par trenzado.
En 10BASE-T el trenseptor es construido en la interfaz de red. El cable coaxial troncal es reemplazado con un hub repetidor, generalmente referido como hub 10BASE-T. Cada dispositivo de red es conectado a través de un enlace UTP a un puerto del gub.
La especificación 10BASE-T incluye una característica de testeo de cable conocida como test de integridad del enlace. Este monitoreo es realizado desde un punto central y prueba los cables de par trenzado en búsqueda de cables abiertos (cortados) y cortocircuitos (contactos eléctricos no intencionales entre cables).
Cable UTP
Se utiliza cable UTP para conectar las estaciones al hub 10BASE-T. El cable UTP que se utilice debe tener características de transmisión de categoría 3 o superior.
NIC (Interfaz de red)
El punto de conexión en una interfaz de red (NIC) 10BASE-T es un conector modular de ocho posiciones.
Hub 10BASE-T (repetidor)
Los hubs 10BASE-T también son llamados concentradores o repetidores multipuerto. Cada puerto en el hub provee un punto de conexión para un cable UTP a un dispositivo de RED. Algunos modelos también proveen conexiones para cable coaxial o fibra óptica para enlaces a otros segmentos Ethernet.
Los repetidores son una parte integral de cualquier red 10BASE-T cuando más de dos DTEs van a ser conectadas.
Si bien la apariencia física de una red Ethernet es la de una estrella, lógicamente continúa operando en una topología bus lineal. Este bus lineal es miniaturizado y contenido dentro del hub 10BASE-T.
El estándar Ethernet define a los segmentos 10BASE-T como segmentos de enlace. Un segmento de enlace es un canal de comunicación punto a punto que conecta dos MDIs. Para cumplir con la especificación IEEE 802.3, un segmento de enlace debe tener solo dos dispositivos conectados a él, uno a cada extremo. Típicamente, una red 10BASE-T utiliza repetidores multipuerto (hubs) para proveer las conexiones entre un gran numero de segmentos de enlace con todos los dispositivos comunicándose a través del hub.
Ethernet 10BASE-T usa cableado de clasificación categoría 3 o superior. Se utilizan dos pares, uno para la transmisión de señales y el otro para la recepción de señales. Las colisiones son detectadas y retransmitidas a los dispositivos por el hub, el cual es un dispositivo activo (con energía).
Algunas consideraciones que se deben tener cuando se diseña una red Ethernet 10BASE-T basada en UTP se listan a continuación:
La longitud total de un cable desde un hub a un dispositivo no debe exceder los 100m. Aunque longitudes de cable mayores pueden funcionar bajo ciertas condiciones, el objeto del diseño es limitar las longitudes de los segmentos de enlace a 100m.
Dos hubs pueden ser separados como máximo 100m.
En teoría a una red 10BASE-T pueden ser conectados hasta 1024 dispositivos.
Cable cruzado (Crossover)
Para conectar dos MAUs UTP con un segmento de enlace, los pines de transmisión de uno de los conectores modulares de 8 posiciones deben ser conectados a los pines receptores del otro conector y viceversa. Esto se conoce como cable cruzado o crossover y puede lograrse de dos manera.
Puede ser construirse un cable cruzado especial en el cual los pines de transmisión de uno de los extremos se encuentren físicamente conectados a los pines de recepción del otro extremo del cable. Esta es una posible solución cuando se conectan dos dispositivos con un solo segmento. Sin embargo, no es una solución práctica para cablear varios segmentos. El uso de cables cruzados no es recomendado por el estándar Ethernet.
El estándar recomienda que los cruces de señales se hagan internamente dentro del puerto del hub. Esto permite utilizar cables rectos para conectar los dispositivos. Por lo tanto, no es necesario asegurar que los alambres en los cables estén correctamente cruzados. Cuando un cruce se realiza dentro del puerto del hub, el estándar requiere que el puerto sea marcado con una “X”. Este cruce convierte un MDI en un MDI-X.
Cables patch/línea de par trenzado
Los cables patch o de línea de 10BASE-T deben utilizar cable par trenzado. No utilizar cables patch de par trenzado, o utilizar cables patch de par trenzado mal construidos, puede resultar en la aparición de colisiones fantasma. Estas colisiones fantasmas son el resultado de un crosstalk excesivo. Las colisiones en un ambiente 10BASE-T son detectadas por la ocurrencia simultaneas de señales en los pares de transmisión o recepción. Altos niveles de crosstalk pueden imitar esta ocurrencia simultánea de señales y activar erróneamente el circuito de detección de colisiones.
El problema de las colisiones fantasmas puede ser evitado con la utilización de cables match de par trenzado que cumplan con los requerimientos de
TIA y de 10BASE-T.
Prueba de integridad de enlace
Una de las funciones de la MAU 10BASE-T es monitorear la actividad del camino de recepción de datos. Esto asegura que el enlace está funcionando correctamente. Además, durante periodos de no actividad, los MAUs se envían entre si una señal de testeo de enlace para verificar la integridad.
La mayoría de los vendedores de productos 10BASE-T incluyen luces de enlace en sus MAUs. Cuando un enlace de segmento es conectado a dos de dichos MAUs y las luces de enlace en ambos se encienden, esto indica que el segmento esta conectado correctamente. Sin embargo esto no garantiza que la transmisión sobre el segmento sea posible.
Ethernet 10BASE-F
Ethernet 10BASE-F utiliza fibra óptica como medio y pulsos de luz en vez de señales de corriente eléctrica.
Un sistema Ethernet de fibra óptica es generalmente implementado como un segmento de enlace. Hay dos especificaciones de fibra óptica comúnmente usadas para segmentos de enlace, el enlace entre repetidores de fibra óptica original (fiber optic inter-repeater link, FOIRL) y 10BASE-FL.
La especificación FOIRL original fue introducida a principios de 1980s. Su propósito era proveer un enlace entre dos repetidores que pudieran estar separados por una distancia de hasta 1000m. Con el tiempo, varios vendedores adoptaron FOIRL para enlazar dispositivos de red directamente a puertos de fibra óptica en los repetidores hub. Sin embargo el estándar FOIRL no describe específicamente una conexión entre un repetidor y un DTE, los vendedores han fabricado FOIRL MAUs, que permiten este tipo de conexión.
10BASE-F es una actualización del conjunto de estándares para Ethernet en fibra óptica. Estos estándares permiten conexiones de fibra óptica entre dispositivos de red y repetidores. La especificación de 10BASE-F define tres tipos de segmento que se describen a continuación.
10BASE-FL
10BASE-FL, también conocido como Fiber Link Ethernet o enlace de fibra óptica ethernet y fue introducido por primera vez en 1993. La especificación 10BASE-FL reemplaza a FOIRL y está diseñada para interoperar con el equipamiento FOIRL existente.
Un segmento 10BASE-FL puede ser utilizado entre dos dispositivos de res, dos repetidores, o entre un repetidor y un dispositivo de red. Si solo se utilizan componentes 10BASE-FL, un segmento puede tener una longitud de hasta 2000m. Si los componentes 10BASE-FL se mezclan con componentes FOIRL, la longitud máxima de un segmento continua siendo la máxima para un segmento FOIRL, es decir 1000m.
10BASE-FL es la parte con más implementaciones de la especificación 10BASE-F.
10BASE-FB
La especificación 10BASE-FB describe un segmento troncal o backbone de fibra óptica. 10BASE-FB incrementa el número total de repetidores que pueden ser utilizados en un solo dominio de colisiones de Ethernet a 10 Mb/s.
Los enlaces 10BASE-FB son típicamente utilizados para interconectar repetidores en un sistema backbone de cadena tipo margarita que puede extenderse por largas distancias. Los enlaces individuales en la cadena pueden ser de hasta 2000 m de longitud.
10BASE-FP
También conocido como sistema de fibra pasivo, 10BASE-FP provee especificaciones para enlaces entre múltiples dispositivos sobre un canal de transmisión de fibra óptica sin la utilización de repetidores activos (con energía).
Un segmento de 10BASE-FP puede tener una longitud de hasta 500m y un solo conector estrella coupler puede enlazar hasta 33 dispositivos.
Cable de fibra óptica
Un segmento típico de enlace de fibra es un cable de fibra óptica multimodo 62.5/125 μm. Cada enlace requiere de dos fibras ópticas, una para la transmisión de datos y otro para la recepción de datos. La fibra óptica es utilizada en forma similar al cable UTP en un ambiente 10BASE-T. 10BASE-FL es compatible con la tecnología FOIRL anterior, que utiliza el mismo tipo de cable.
Conectores
El conector más frecuentemente usado en 10BASE-FL es generalmente llamado conector tipo ST.
Hub de fibra óptica
El rol de un hub en 10BASE-FL es similar al del hub en 10BASE-T. Actúa como un dispositivo repetidor que recibe transmisiones de un segmento de enlace y repite la señal a todos los otros segmentos conectados.
MAU de Fibra óptica MAU (FOMAU)
El FOMAU conecta el DTE al hub utilizado dos fibras ópticas. El FOMAU puede ser un dispositivo externo. En dicho caso, el FOMAU es conectado a la interfaz de red (NIC) Ethernet utilizando un cable estándar de cobre, como un cable AUI. El FOMAU convierte las señales eléctricas de los NIC en pulsos luminosos y viceversa.
Reglas de configuración de 10BASE-FL
Los segmentos tanto de 10BASE-FL como de FOIRL están definidos en el estándar ethernet como segmentos enlace, canales punto a punto conectando dos MDI.
En 10BASE-FL, es utilizado un cable de fibra óptica de dos fibras en una forma similar a UTP en 10BASE-T. Una fibra es usada para transmisión y el otro para la recepción. En lugar de un hub 10BASE-T, se utiliza un hub 10BASE-FL. La red también sigue una topología física en forma de estrella con todos los dispositivos conectados directamente al hub.
A continuación se detallan algunas consideraciones a tenerse en cuenta al diseñas una red Ethernet 10BASE-FL.
Se recomienda el uso de fibra óptica multimodo de 62.5/125 μm para conectar los dispositivos de red a los hubs.
La distancia máxima entre el NIC de un dispositivo y el puerto de un hub 10BASE-FL es de 2000m.
Prueba de integridad de enlace en 10BASE-FL
Los MAU tanto 10BASE-FL como de FOIRL monitorean el nivel de intensidad de la luz en un segmento de fibra óptica para comprobar la integridad de el enlace. Si el nivel de intensidad cae por debajo de un límite aceptable para una transferencia confiable, el MAU lo detecta y cierra el enlace.
Una luz de enlace opcional puede estar incluida en el MAU para proveer un indicador visual del estado de integridad del enlace. Cuando la luz está encendida, indica que el segmento se encuentra conectado correctamente y que las perdidas ópticas se encuentran dentro de los límites aceptables.
Repetidores de fibra óptica
Con la utilización de fibra óptica, el tamaño total del dominio de colisiones puede ser expandido considerablemente.
Hay dos especificaciones que describen el rol de la fibra óptica en este tipo de instalaciones:
FOIRL (fiber optic inter-repeater link o enlace entre repetidores de fibra óptica)
Es la especificación original para segmentos Ethernet de enlace con fibra óptica. FOIRL cumple con límite tradicional de cuatro repetidores y especifica una distancia máxima entre repetidores de 1000m.
10BASE-FL
La especificación de enlace de fibra reemplaza a FOIRL. Permite una distancia de 2000m entre repetidores o entre una interfaz de red de fibra óptica y su correspondiente puerto del hub.
En todos los casos donde se utilizan repetidores para expandir el tamaño de un único dominio de colisión, el factor limitante es la cantidad de tráfico generado en la red resultante. Sin embargo es teóricamente posible conectar cientos de dispositivos en una sola red LAN Ethernet utilizando repetidores multipuerto, esto generalmente resulta en una red congestionada con muchas colisiones y subsecuentemente retrasos en las colisiones.
Una detección normal de colisiones resulta en la retransmisión de la trama. Sin embargo, la colisiones tardías (colisiones que son detectadas tarde en la transmisión de una trama ethernet), resultan en perdida de tramas. Esta perdida de tramas debe ser detectada antes de poder retransmitir la trama. Este tipo de retransmisión es más lenta y va a degradar el rendimiento de la red. Dicha situación puede ser evitada limitando el área del dominio de colisiones con bridges, routers, o switches.
Fast Ethernet
Fast Ethernet, también conocido como 10BASE-T, fue desarrollado en respuesta a la necesidad de una red LAN compatible con Ethernet con mayor tasa de transferencia que pudiera operar sobre el cableado UTP. 100BASE-T fue desarrollado por la IEEE802.3 y es totalmente compatible con 10BASE-T. Las especificaciones de 100BASE-T se encuentran en el estándar IEEE802.3u.
En 100BASE-T, los parámetros de tiempo se incrementan por un factor de diez para alcanzar un incremento de 10 veces de la tasa de transferencia. Sin embargo, el resto del mecanismo de CSMA/CD no se modifica. La diferencia en el nivel de rendimiento es atribuido a cuan frecuentemente son transmitidas las tramas. El formato de la trama, la longitud, el control de errores, y la administración de información son prácticamente idénticas a las que se encuentran en 10BASE-T. Esto permite una mejora en el rendimiento utilizando tecnología familiar.
No obstante, hay algunos cambios en 100BASE-T entre los que se incluyen:
- Funciones de control de errores adicionales
- No hay soporte para ningún tipo de medio de cable coaxial.
- Soporte para auto negociación. Esta es la técnica que permite que dispositivos 10BASE-T y 100BASE-T se reconozcan entre si y que automáticamente cambien a una tasa de transferencia aceptada por ambos.
Tres de los tipos de transceptores, types—100BASE-T4, 100BASE-TX, y 100BASE-FX están definidos en el suplemento IEEE 802.3u publicado en 1995. 100BASE-T2 está definido en el suplemento IEEE 802.3y publicado en 1997.
100BASE-T4, 100BASE-TX, y 100BASE-FX son las versiones más ampliamente adoptadas de Fast Ethernet.
100BASE-T4
Los segmentos de tipo T4 operan sobre UTP categoría 3 o superior. Para permitir que se utilice UTP categoría 3, el esquema de señalamiento utiliza cuatro pares de cables. Los cuatro pares son utilizados en paralelo, lo que reduce el ancho de banda de señales requerido para cada par. Esto se traduce en requerimientos de circuitos para recuperación de datos más simples y un sistema más robusto.
100BASE-T2
En 1995, se formó el grupo de trabajo de la IEEE 802.3y para estudiar la posibilidad de transmitir 100Mb/s sobre dos pares de UTP categoría 3. En 1997 se finalizó el estándar 100BASE-T2.
El nuevo transceptor funciona sobre todos los tipos de medio UTP actualmente utilizados para 100BASE-T4 y 100BASE-TX. Si bien es posible alcanzar una tasa de datos de 100Mb/s sobre dos cables UTP categoría 3, esto es al costo de sofisticadas técnicas de señalamiento digital. Los transceptores de 100BASE-T2 requieren de la cancelación del nearend crosstalk (NEXT) y de ecualización digital adaptativa para realizar su función.
100BASE-X
El estándar 100BASE-FX engloba a 100BASE-TX y 100BASE-FX. Ambos utilizan los estándares para medios físicos desarrollados por ANSI para FDDI. El estándar X combina los estándares Ethernet y FDDI. Utiliza el método de control de acceso al medio CSMA/CD de Ethernet y el tipo de transceptor de FDDI.
100BASE-X contiene dos tipos de transceptores, par trenzado de cobre y fibra óptica multimodo. El Tipo de segmento TX opera sobre dos pares de par trenzado de grado para datos, es decir UTP categoría 5 o superior o STP-A 150 W. El tipo de segmento FX opera sobre dos fibras ópticas multimodo 62.5/125 μm.
100BASE-X no provee un mecanismo para de puente entre Ethernet y las redes FDDI.
La técnica de señalamiento en 100BASE-X transmite datos sobre dos vías de señales, una en cada dirección. Cada vía de señales provee una tasa transferencia de datos completa de 100Mb/s.
La arquitectura 100BASE-X preserva la naturaleza full duplex del canal de comunicación subyacente. Cualquier transceptor 100BASE-X puede ser usado para transmisiones full duplex.
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