Arquitectura Ethernet 

A finales de la década de los setenta la Universidad de Hawai desarrollo la base para el Ethernet que se conoce actualmente. 

En 1972 la compañía Xerox experimenta la red Ethernet y en 1975 se introduce la primera red Ethernet comercial, sé probo interconectando 100 estaciones de trabajo sobre un kilometro de cable a velocidad de 294 mbps el resultado fue exitoso. 

Descripcion De Ethernet 

Ethernet es una topología de red que basa su operación en el protocolo MAC  CSMA/CD. En una implementación “Ethernet CSMA/CD”, una estación con un paquete listo para enviar, retarda la transmisión hasta que “sense” o verifique que el medio por el cual se va ha trasmitir, se encuentre libre o desocupado.  

Después de comenzar la transmisión existe un tiempo muy corto en el que una colisión puede ocurrir, este es el tiempo requerido por las estaciones de la red para “sensar” en el medio de transmisión el paquete enviado. En una colisión las estaciones dejan de transmitir, esperan un tiempo aleatorio y entonces vuelven a sensar el medio de transmisión para determinar si ya se encuentra desocupado. 

Una correcta operación, requiere que las colisiones sean detectadas antes  de que la transmisión sea detenida y también que la longitud de un paquete colisionado no exceda la longitud del paquete. Estos requerimientos de coordinación son el factor limitante del espacio de la red. En un cableado Ethernet el medio coaxial es partido en segmentos, se permite un máximo de 5 segmentos entre 2 estaciones. De esos segmentos únicamente 3 pueden ser coaxiales, los otros  2 deben de tener un enlace punto-a-punto. Los segmentos coaxiales son conectados por medio de repetidores, un máximo de 4 repetidores pueden ser instalados entre 2 estaciones. La longitud máxima de cada segmento es: 

1.- 500 mts para 10Base5

2.-185 mts para l0Base2. 

La función del repetidor es regenerar y retransmitir las señales que viajen entre diferentes segmentos, y detectar colisiones. 

 En el mercado existen tres tipos de arquitectura Ethernet, la diferencia es básicamente el cable: 

·         Arquitectura Ethernet 10baseT

·         Arquitectura Ethernet 10base5

·         Arquitectura Ethernet 10base2 

1. Arquitectura Ethernet 10baseT (par trenzado)

 Esta red utiliza el par de cables trenzados no blindados para conectar las estaciones a un HUB, el cable contiene dos pares de hilos uno para transmitir y el otro para recibir datos.

  El Hub de una red 10baseT sirve como repetidor. Es 10baseT porque transmite los datos a 10Mbps en banda base sobre un par trenzado no mayor a los 100 m., esta red se conecta a un concentrador de cableado que contiene diagnósticos integrados.

 2. Arquitectura Ethernet 10base5 (grueso)

Es conocida porque utiliza cable coaxial grueso, se dice que es 10base5 porque transmite a 10Mbps sobre un cable de banda base, el cual puede llevar la señal hasta una distancia de 500 m estructurada en 5 segmentos de 100 m.

Esta arquitectura utiliza la topología de Bus y puede contener hasta 100 nodos por segmento.

El segmento backbone o segmento troncal es el cable principal en el cual se conectan los repetidores y las estaciones. Esta red fue diseñada para soportar departamentos grandes o edificios completos.

 3. Arquitectura 10base2(delgado)

Esta red utiliza cable coaxial delgado, se dice que es 10base2 porque transmite 10Mbps sobre un cable de banda base el cual puede llevar la señal hasta una distancia de 200 metros Estructurados en dos segmentos de 100 metros.

Esta red se utiliza en topología de Bus, este tipo de red es económica y se puede conectar en trabajo de grupo o departamentos, el cable que utiliza es barato fácil de instalar y configurar. En esta red se pueden utilizar hasta 30 nodos. 

Norma Ethernet IEEE 802.3 

Las normas más usuales son:

Ethernet: También se le conoce como IEEE802.3. Suele ser la norma más usual para las redes actuales. Utiliza un método de transmisión de datos conocido como Acceso Múltiple  con Detección de Colisiones (CSMA/CD). Los tres estándares principales de Ethernet son:

a)10base5 (thicknet o Thick Ethernet)

Fue el primer tipo de Ethernet utilizado, sin embargo por sus altos costos ya no es usado en la gran mayoría de redes actuales. Utiliza topología física de bus con terminadores de 50 Ohms en sus extremos. La NIC se encuentra conectada a in transceiver o transceptor por medio de un cable conocido como cable de suspensión

Su arquitectura se puede ilustrar como sigue:

Esta norma emplea conectores DB15 en la NIC. El cable de suspensión va de este conector al transceptor. Utiliza conectores y terminadores conocidos con el nombre de serie N. El cable coaxial es el RG-62. 

Entre las principales reglas definidas para la instalación de Ethernet 10base5 están: 

·          La longitud máxima de cada segmento de cable es de 500 metros

·         Debe existir un terminador de 50 Ohms en cada extremo del bus, solo un terminador debe estar aterrizado a tierra.

·         La cantidad máxima de transceptores por segmento de cable es de 100

·         Los transceptores no pueden instalarse a distancias menores de 2.5 metros

Los cables de suspensión no pueden ser de mas de 50 metros

Figura 6: Conectores Tipo N

Figura 8: Conexión 10base5

b)10base2 (thinnet o Cheapernet)

Utiliza topología física de bus con un cable coaxial mas barato y más delgado que el de 10base5. También utiliza en sus extremos terminadores de 50 Ohms. La NIC de cada computadora se encuentra conectada directamente el bus por medio de conectores conocidos como T-BNC. El transceptor utilizado en 10base5 se encuentra ya incorporado dentro de la arquitectura de la tarjeta de red. Esta norma es muy popular en instalaciones pequeñas por su facilidad de instalación y bajo costo.

Su arquitectura resulta demasiado similar a la 10base5, solo que en este caso se elimina el transceptor y el cable de suspensión.

Esta norma utiliza cable coaxial RG-58, conectores y terminadores BNC y la conexión del bus a la NIC de cada PC recibe el nombre de T-BNC.

Entre las principales reglas definidas para la instalación de esta norma están:

·         La longitud máxima de cada segmento de cable es de 185 metros

·         Debe existir un terminador de 50 Ohms en cada extremo del bus, solo un terminador debe estar aterrizado a tierra.

·         La cantidad máxima de nodos por segmento es de 30

·         La distancia máxima de cable entre 2 adaptadores de red es de 0.5 metros

·         Numero máximo de repetidores es de 4

·         Utiliza topología de Bus

Figura 9: Ethernet 10base2

Figura 10: 2º. Ejemplo Ethernet 10base2

Figura 11: Conectores BNC

Figura 12: Conexión física 10base2

c)10baseT (Par Trenzado)

Comúnmente utiliza cable de tipo UTP (Par Trenzado sin Blindaje)aunque en algunos casos puede encontrarse implementada con cable STP (Par trenzado con blindaje). Utiliza una topología física de estrella donde cada nodo es conectado a un hub o concentrador. La NIC de cada computadora se conecta al concentrador por medio de un segmento de cable.

Esta norma utiliza conectores RJ-45 (parecidos a los telefónicos) y generalmente cable UTP

Entre las principales reglas definidas para la instalación de esta norma están:

·         La longitud máxima de cable es de 100 metros

·         Los pines utilizados para el conector RJ-45 son el 1,2,3 y 6. El pin 1 y 2 se utilizan para transmisión y 3 y 6 para recepción de datos

·         Se pueden conectar hasta 12 concentradores a un concentrador central

·         Numero máximo de repetidores 4

·         Numero máximo de estaciones por red 1024

Figura 13: Ethernet 10baseT

Figura 14: Conexión fisica 10baseT

En el tipo UTP solo se utilizan  4 cables de los 8 que contiene. Los pins 4, 5, 7 y 8 simplemente no se utilizan. Configuracion del cable recto y cable cruzado.

INTRODUCCION A FAST ETHERNET

 El crecimiento de las LANS ha sido conducido a través de la introducción de la tecnología ETHERNET, al igual que las PC's disponibles en el mercado. Como resultado de lo anterior, muchas aplicaciones pueden correr ahora en una red LAN. Pero algunas aplicaciones de Multimedia, groupware o imaging pueden provocar que las redes se vuelvan más lentas, cuando se trata de redes que utilizan 10 Mbps, como en ETHERNET.

La velocidad de las redes y su disponibilidad son requerimientos críticos. Con más aplicaciones que requieren mayores velocidades en una LAN para tener un performance aceptable, los administradores de redes se enfrentan a una gran cantidad de opciones para implementar tecnologías de alta velocidad para una LAN. Por poner algún ejemplo, en una aplicación para una preprensa electrónica, un documento de una sola página, puede producir más de 8 megabytes de datos. Las PC's y workstations que cuentan con un alto performance, o las nuevas arquitecturas de redes pueden no satisafecerse por las arquitecturas de 10 Mbps. Sus aplicaciones requieren un gran ancho de banda para mover sus grandes cantidades de datos a través de una red de una manera rápida.

Para aquellas empresas con instalaciones ETHERNET, es preferible el incrementar la velocidad de su red a 100 Mbps que el invertir en una nueva tecnología LAN. Esta preferencia provocó que se especificara una ETHERNET de mayor velocidad que operara a 100 Mbps.( Desarrollo de Fast Ethernet ).

En julio de 1993, un grupo de compañías de redes se juntaron para formar la alianza de Fast Ethernet. Este grupo incorporó un bosquejo de la especificación 802.3u 100BaseT de la IEEE, y aceleró la aceptación de dicha especificación en el mercado. La especificación final del 802.3u fue aprovada en Junio de 1995.

Dentro de otros objetivos de esta alianza se tiene :

§         Mantener el CSMA/CD ( Ethernet transmission protocol Carrier Sense Multiple Access Collision Detection ).

§         Soportar los esquemas populares de cableado. ( e.g. 10BaseT ).

§         Asegurar que la tecnología Fast Ethernet no requerirá cambios en los protocolos de las capas superiores, ni en el software que corre en las estaciones de trabajo LAN. (e.g. no se necesita realizar cambios para el software de SNMP (Simple Network Managment Protocol) ni para las Management Information Bases (MIBs).

El objetivo principal de la alianza es el de asegurar que se pueda pasar del Ethernet tradicional a Fast Ethernet, manteniendo el protocolo tradicional de transmisión de Ethernet.

Cisco realizó contribuciones importantes para el desarrollo de las características básicas y opcionales de la especificación Fast Ethernet, a través de votos representativos en el comité IEEE 802 y a través de la alianza de Fast Ethernet miembra de 'Kalpana', una compañía adquirida por CISCO en diciembre de 1994. Por ejemplo, en la capa física 100BaseTX, Cisco contribuyó con el Multi-Level Transmit (MLT-3), tecnología de codificación en línea que le permite tranmisiones de 100 Mbps, tanto a Fast Ethernet como a FDDI, corriendo bajo la categoría 5 de UTP.

Cisco también contribuyó para la especificación del MII (Media Independent Interface), el cual soporta transceivers externos en la capa física y que equivale a un AUI (Auxiliary Unit Interface) en 10baseT. Cisco colaboró para la especificación de la operación en full - duplex, primeramente para el estándar de Ethernet de 10 Mbps, para luego proponer el estándar para la especificación de Fast Ethernet.

FAST ETHERNET

§         Opera con un throughput de 100 Mbts y soporta tanto a las aplicaciones de Ethernet como a las de token ring.

§         Cuenta con un diseño y una configurción muy sencillos.

§         Ofrece un fuerte soporte para multimedia.

§         Requiere de nuevas tarjetas adaptadorasm hubs y switches.

§         Un ruteador 100VG es utilizado para la comunicación entre segmentos Ethernet y tokenring. Comparaciones.

§         100VG y 100BaseT son mejores alternativas que ATM, FDDI, y Fibre Channel.

§         Los adaptadores para ATM y FDDI son mucho más caros que los de 100VG y 100BaseT,pudiendo ir desde $1000 por cada tarjeta.

Ventajas que ofrece 100VG sobre el 100BaseT

§         100VG-AnyLan puede soportar tanto aplicaciones de Ethernet como de token ring, aunque no en la misma red. Se utiliza un ruteador para poder ir de un 100VG Ethernet a un 100VG token ring y visceversa.

§         100VG elimina las colisiones de paquetes y permite un uso más eficiente del ancho de banda de la red. Esto es realizado utilizando un esquema de acceso por prioridades de demanda en lugar de el CSMA/CD (carrier-sense multiple access with collision detection), esquema utilizado en 10Base-T Ethernet y fast Ethernet.

§         La demanda de prioridades permite establecer prioridades rudimentarias del tráfico sensitivo al tiempo, así como la voz y el video en tiempo real,haciendo que 100VG esté bien surtido para las aplicaciones multimedia.

Los precios para el equipo requerido para una 100VG se pueden comparar con los de 100BaseT y son considerablemente menores a los del equipo para una red ATM

Desventajas

§               Soporta un gran rango de opciones de cableado, pero sus requerimientos de cableado no son tan flexibles como los de token ring o el Ethernet Convencional. ( Esta misma limitación se aplica a 100BaseT de Fast Ethernet ).

Requiere que los usuarios instalen nuevas tarjetas adaptadoras para red, así como nuevos switches y hubs. Futuro de 100VG-AnyLan

FAST ETHERNET. Cableado y Topologia

Topología

§               La topologia que se utilizada es la de estrella en la cual cada usuario se conecta a un repetidor central o hub.

§               Cada grupo de trabajo forma una LAN separada (tambien conocido como collision domain).

§               Y estos collision domains son facilmente conectados por switches, puentes o ruteadores.

§               El grupo de trabajo de la topologia de estrella de Fast Ethernet puede estar configurada con un maximo de dos repetidores.

§               Existen repetidores de Clase I que transmiten (o repiten) la señal de la linea de entrada de un puerto a los demas. No pueden existir en cascada.

§               El de tipo Clase II repite inmediatamente las señales de la linea de entrada sin conversiones. Aqui se conectan medios de tranmision identicos. a diferencia del nivel I

§               Para 100BaseTX y 100BaseT4 la distancia maxima de un hub a una estacion de trabajo es de 100m.

Fast Ethernet ofrece tres opciones de medio de transmision:

Ventajas addicionales de Fast Ethernet.

Full Duplex

            La tecnlogia full-duplex permite transmisiones a 200 Mbps porque provee comunicacion bidireccional a 100 Mbps, ademas incrementa la distancia maxima que es soportada por las fibras opticas entre dos dispositivos DTE (Data Terminal Equipment).

La comunicacion full-duplex es implementada deshabilitando la detección de colisiones y las funciones de loopback, las cuales son necesarias para una comunicación eficiente en una red compartida; por lo tanto solo los switches pueden ofrecer full-duplex si Por tanto es mas eficiente si esos switches se conectan en la conexión backbone

Implicaciones de Fast Ethernet

Costos de una Red Fast Ethernet

Fast Ethernet, también llamado 100BASEX, es una extensión del estándar Ethernet IEEE 802.3 que opera a velocidades de 100 Mbps, un incremento diez veces mayor que el Ethernet estándar de 10Mbps. Otra aplicación de la tecnología Fast Ethernet es la tecnología 100BASEVG de Hewlett-Packard, que opera a 100Mbps sobre un cableado UTP existente.

A continuacion se muestra una red de PCs con Adaptadores Fast Ethernet, que trabaja a una velocidad igual a una Ethernet. El cambio de una red Ethernet a una fast Ethernet implica todo un cambio de equipo y cableado, de manera que realmente se trabaje a 100mbps. o se puede implementar una red Fast Ethernet como tal con solo los adaptadores de red.

Token Ring

El problema con Ethernet es que la distribución del acceso al medio e aleatoria, por lo que puede ser injusta, perjudicando a un computador durante un periodo de tiempo.

En algunos casos es muy importante garantizar un acceso igualitario al medio, de modo de garantizar que siempre podremos transmitir, independientemente de la carga.

Por razones de justicia en el acceso, típicamente estas redes se organizan en anillo, de modo de que el token pueda circular en forma natural.

El token es un paquete físico especial, que no debe confundirse con un paquete de datos. Ninguna estación puede retener el token por más de un tiempo dado (10 ms).  Intenta aprovechar el ancho de banda a un 100%

Las redes Token Ring originalmente fueron desarrolladas por IBM en los años 1970s. Este fue el primer tipo de Red de Area Local de la tecnología IBM (LAN) Las especificaciones de IEEE 802.5 son casi idénticas en cuanto a compatibilidad con las redes de IBM's Token Ring. En base a las especificaciones de esta red se modeló es estándar IEEE 802.5. 

 FDDI 

La FDDI (Fiber Distribuited Data Interfaz)  es un estándard nuevo para redes de área local de alta velocidad.. Se trata de un modelo presentado por ANSI y que los organismos internacionales están pensando en normalizar. Sus principales características son: 

·       Es una red basada en fibra óptica.

·       La velocidad de transmisión es de unos 100 Mbps.

·       Utiliza una configuración en anillo.

·       Puede soportar distancias de hasta 2 Km de fibra óptica entre estaciones, y una circunferencia total de fibra de 200 Km.

·       El número máximo de estaciones conectadas es de 500, aunque se pueden conectar dos redes a través de un bridge.

·       Habitualmente los enlaces con FDDI se utilizan para unir el concentrador que conecta varias estaciones a un servidor muy potente.

·       Utiliza como método de acceso al medio el paso de testigo. 

Un inconveniente que tiene es que los intefaces FDDI son más caros que los estándares anteriores. 

FDDI (norma ANSI X3T9.5) COMO NUEVA OPCION TOKEN RING:        

Los usuarios de las redes Ethernet a 10Mbps y Token Ring a 4 o 16 Mbps se encuentran, básicamente con dos problemas:

1.      Saturación de red, provocada por el aumento de nodos y el uso intensivo de aplicaciones de red (servidores de ficheros, correo electrónico, acceso a bases de datos remotas, etc.).

2.      Conectividad de las diferentes redes y aplicaciones. 

                  El objetivo de la red FDDI no es sustituir a las redes anteriores; más bien las complementa, intentando solucionar estos problemas. Además se han añadido recursos para la integración de nuevos servicios telemáticos de voz e imagen. La red está estandarizada por el comité X3T9.5 de ANSI (American National Standards Institute ).

            En la norma FDDI se define un nivel físico y un nivel de enlace de datos, usándose fibra óptica como medio de transmisión a una velocidad de 100 Mbps. La norma establece un límite máximo de 500 estaciones, 2 Km. entre estaciones y una distancia máxima total de 100 Km. FDDI se caracteriza por su topología de doble anillo:

 - Un anillo primario: similar al anillo principal de Token Ring.

- Un anillo secundario: similar al anillo de backup de Token Ring

Cada anillo se forma con un hilo de fibra óptica, por lo que, con un par de hilos de fibra óptica podremos formar el doble anillo FDDI. 

Según el tipo de conexión al anillo, simple o doble, existen dos tipos de estaciones denominadas SAS (Single-Attached Station) y DAS (Dual-Attached Station) respectivamente. Las primeras necesitan realizar la conexión al anillo mediante un concentrador y, al contrario que las segundas, no forman parte integrante del esquema tolerante a fallos que implementa FDDI. Las estaciones SAS permiten una topología en estrella (ver figura), característica que las hace adecuadas para su instalación mediante un sistema de cableado PDS como el que disponemos. 

Para poder llevar a cabo esta última configuración deberíamos tener FDDI sobre cable de cobre UTP, de esto último se encarga TPDDI. La tecnología de FDDI sobre hilo de cobre se inició a principios de 1991. Cabletron desarrolló la tecnología necesaria para transmitir sobre distancias de hasta 100 metros en FDDI con UTP, y hasta 150 metros con STP, sin modificar el esquema actual de codificación FDDI.

Actualmente se está a la espera de la aprobación de una norma definitiva. FDDI se basa en la arquitectura OSI y su especificación se divide en cuatro capas. Las dos primeras se corresponden con el nivel físico, la tercera con el control de acceso al medio y la cuarta abarca a las tres anteriores y realiza funciones de gestión (ver figura 2). Las cuatro capas son: 

1.      PMD (Physical Media Department). Define la frecuencia y los niveles de los pulsos ópticos que componen la señal. También especifica la topología y los tipos de fibras y conectores que pueden ser empleados. 

2.      PHY (Physical Layer Protocol). Aquí se definen los tipos de codificación (4b/5b) y sincronización. 

3.      MAC (Media Acces Control). Comprende los protocolos necesarios para la generación del token, la transmisión de la trama y el reconocimiento de direcciones. También se define aquí la estructura o formato de las tramas y el método de corrección de errores. El protocolo de acceso es, básicamente, el mismo que en el caso de Token Ring, aunque con algunas diferencias. La estación que quiere transmitir tiene que esperar a recibir el token, una vez en su poder puede transmitir tramas durante un cierto tiempo, transcurrido el cual debe devolver el token a la red. 

4.      SMT (Station Management). Su misión es la monitorización y gestión de la red. Se divide en tres partes: Frame Services que genera tramas de diagnóstico; CMT (Connection Management), que controla el acceso a la red; y Ring Management que determina los problemas que aparecen en la red física. SMT monitoriza y gestiona la red mediante una completísima lista de funciones que ningún otro protocolo ofrece. Gracias a esto, FDDI es la tecnología de red más sólida y robusta de las que hay actualmente disponibles.