Ethernet

Ing. Alvaro PachónUniversidad Icesi. Marzo 2003.

1. Ethernet y el Modelo de Referencia OSI.

Contenido de la Presentación

3. Ethernet.

4. Fast Ethernet.

5. Gigabit Ethernet.

2. Evolución Histórica de Ethernet.

1. Ethernet y el Modelo de

Referencia OSI.

Ethernet y el Modelo OSI.

ANSI y el IEEE han usado el modelo de referencia OSI paradefinir Ethernet.

FISICO

ENLACE

RED

NIVELESSUPERIORES

MEDIO FISICO

MAC802.3

MAC802.4

MAC802.5

LOGICAL LINK CONTROL -LLC

1.1. Nivel Fisico Ethernet.

Define la señalización eléctrica, los símbolos, los estados delínea, los requerimientos de reloj, la codificación de los datosy los conectores usados para la transmisión de datos.

MEDIO FISICO ETHERNET

1.1. Nivel Fisico Ethernet.

MEDIO FISICO ETHERNET

NIVELES SUPERIORES

Interfaz Independiente del Medio

Interfaz Dependiente del Medio

1.1. Nivel Fisico Ethernet.

Los niveles superiores le “hablan” al nivel físico a través deuna interfaz predefinida:

En 10 Mbps, se utiliza una Attachment Unit Interface (AUI).

En 100 Mbps, se utiliza una Media-Independent Interface(MII).

En 1000 Mbps, se utiliza una Gigabit Media-IndependentInterface (GMII).

1.1. Nivel Fisico Ethernet.

El nivel 1 establece una interfaz al cable en uso a través de una interfaz dependiente del medio: MDI-Medida DependentInterface.

1.2. Nivel de Enlace de Datos.El nivel de enlace de datos está constituido por dos piezasseparadas:

El Logical Link Control-LLC.

El Medium Access Control-MAC.

El LLC es una interfaz estandarizada entre el hardware MACespecífico y el nivel 3.

El IEEE ha publicado una especificación LLC muy completadenominada 802.2, esta función se implementa en software.

1.2. Nivel de Enlace de Datos.El nivel MAC describe la forma en la cual una estaciónprograma, transmite y recibe datos en un ambiente demedio compartido.

Todas las especificaciones MAC aprobadas por el IEEE usanla interfaz LLC para hablarle al nivel 3.

El nivel MAC:

Genera direcciones físicas fuente y destino para una trama.

Asegura su transferencia confiable a través del enlace.

Sincroniza la transmisión

Reconoce errores

Controla el flujo de datos.

2. EvoluciónHistórica deEthernet.

2. Evolución Histórica de Ethernet.1970. Ethernet experimental. Bob Metcalfe y David Boggs.

Xerox PaloAlto Research Center.Conexión Computador-Impresora Láser (2.94 Mbps)

1980. “Ethernet Blue Book” o “DIX Standard”.Se define “Thick” Ethernet (10 Base 5) con base enel protocolo CSMA/CD a 10 Mbps.

1982. Versión final de DIX (V2.0).

1983. Primer estándar IEEE para tecnología Ethernet.“IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access with CollisionDetect Access Method and Physical Layer Specifications”.

2. Evolución Histórica de Ethernet.1985. IEEE 802.3a. ”Thin Ethernet/”Cheapernet”/10Base2.

Implementa una topología en bus (dificil de administrar).

1987. Aparecen dos estándares: Para Fibra Optica y Cable UTP.IEEE 802.3d. Fiber Optic Inter-Repeater Link (FOIRL).IEEE 802.3e. Estándar Ethernet sobre UTP a 1 Mbps.

1993. IEEE 802.3j. 10 Base-F (FP,FB y FL). Actualiza FOIRL.

1990. IEEE 802.3i. 10 Base-T. Operación Ethernet sobre cable UTP de CAT3. Utiliza topología en Estrella.

2. Evolución Histórica de Ethernet.1995. IEEE 802.3u. 100Base-T. Llamada “Fast Ethernet”.

Tres versiones:1) 100-Base TX: Opera sobre dos pares UTP CAT 5.2) 100-Base T4: Opera sobre cuatro pares UTP CAT 3.3) 100-Base FX: Opera sobre dos fibra multimodo.

1997. IEEE 802.3x. Define la operación Ethernet “Full-Duplex”Ethernet sin CSMA/CD sobre enlaces punto_a_punto.

1998. IEEE 802.3z. 1000 Base-T. Llamada Gigabit Ethernet.Soporta tres medios:1) 1000-Base SX: 850 nm Fibra Multimodo.2) 1000-Base LX: 1300 nm Fibra Multimodo/Monomodo.3) 1000-Base CX: Cable STP.

2. Evolución Histórica de Ethernet.

1998. IEEE 802.3ac. Extensiones VLAN Tagging sobre Ethernet..

1999. IEEE 802.3ab. 1000-Base-T. Define la operación Ethernet a 1 Gbps sobre 4 pares de cable UTP CAT5.

2002. IEEE 802.3ae. 10 Gbps Ethernet.

3. Ethernet.

3.1. MAC Ethernet CSMA/CD.

Preámbulo El Preámbulo es enviado para permitir que el receptor pueda sincronizarse con la transmisión que llega y ubicar el inicio de la trama.

Es una secuencia 01010101…. De siete bytes de longitud

3.1. MAC Ethernet CSMA/CD.

Preámbulo

El delimitador de inicio de tramaSFD-Start of Frame Delimiter.Indica el comienzo de la trama MAC.

Es un octeto con la secuencia 10101011.

Delimitador iniciotrama (SFD)

3.1. MAC Ethernet CSMA/CD.

Preámbulo

Delimitador iniciotrama (SFD)

La dirección fuente denota elemisor.Cada nodo tiene una únicadirección, sus tres primerosbytes permiten identificar elproveedor.La dirección destino especificala estación a donde será enviadala trama.

Dirección Destino

Dirección Fuente

3.1. MAC Ethernet CSMA/CD.

Este campo especifica la longitud total de los datos que serántransmitidos.

Puede variar entre 0-1500 Bytes.

Dirección Destino

Preámbulo

Delimitador iniciotrama (SFD)

Dirección Destino

Dirección Fuente

Longitud

DATOS

PAD

3.1. MAC Ethernet CSMA/CD.

Asegura la precisión en la transmisión a través del métodode CRC- Cyclical RedundancyCheck.

Dirección Destino

Preámbulo

Delimitador iniciotrama (SFD)

Dirección Destino

Dirección Fuente

Longitud

DATOS

PAD

FRAME CHECKSEQUENCE

3.1. MAC Ethernet CSMA/CD.

Preámbulo

Delimitador iniciotrama (SFD)

Dirección Destino

Dirección Fuente

Longitud

FRAME CHECKSEQUENCE

Contenido generado por 802.3

Contenido generado por 802.3

Contenido generado por 802.2

DATOS

3.2. Tipos de Trama Ethernet.La trama Ethernet original fue especificada por Digital, Intely Xerox, conocida como DIX Ethernet V2.0 o Ethernet II.

La trama Ethernet IEEE la reemplazó posteriormente.

La única diferencia entre las tramas se encuentra en el campode 2 bytes destinado al tipo o longitud de trama.

3.2. Parámetros Trama Ethernet.

La mayoría de los parámetros se listan en tiempos de bits.

La MAC Ethernet es inherentemente escalable.

3.3. Niveles Fisicos Ethernet.

3.4. 10BASE-T.Estándar 802.3i adoptado por el IEEE en 1990.

Características:

Utiliza dos pares de cable UTP (uno para Tx y otro paraRx)

Utiliza Codificación Manchester.

Incorpora la característica “Link Integrity”.

Desde la perspectiva del cableado representa un paso haciaatrás.

3.5. 10BASE-F.Estándar basado en la especificación FOIRL (Fiber OpticInterRepeater) en 1993.

Utiliza dos hilos de fibra, uno para transmitir y otro para recibir.

Fibra Multimodo (MMF) de 62,5/125 µm es usada para portarluz infraroja generada por un LED.

Utiliza los conectores IEC BFOC/2,5 conocidos como ST.

10BASE-F es un término sombrilla que cobija tres diferentesespecificaciones de fibra óptica: 10BASE-FL (reempl. FOIRL), 10BASE-FP (P=Passive) y 10BASE-FB (B=Backbone):

3.6. Ethernet Half y Full Duplex.Ethernet es un método de acceso al medio compartido.

Por definición, un método de transmisión LAN sobre mediocompartido implica una operación Half-Duplex.

Esquema eficiente para transmisión sobre cable coaxial.

En los 90´s, con la introducción de 10BASE-T, se podía contarcon caminos de recepción y transmisión separados.

En 1992, Kalpana vió la oportunidad de doblar efectivamentela velocidad de Ethernet permitiendo la transmisión full-duplex.

3.6. Ethernet Half y Full Duplex.La propuesta de Kalpana implicaba una modificación en el algoritmo Ethernet:

Ethernet full-duplex significa correr Ethernet SIN operaciónMAC CSMA/CD, el único problema que persiste es el controlde flujo.

En 1997, el estándar 802.3X full-duplex/flow control fue aprobado.

No se requiere sensado de portadora.

No se requiere jam para la detección de colisiones.

Full-Duplex ha jugado un papel importante en la introducciónde Fast y Gigabit Ethernet.

4. Fast Ethernet.

4. Fast Ethernet.La mejora en el throughput en la LAN Ethernet: Fuente debúsqueda de alternativas de alta velocidad.

FDDI propuesta como “La próxima generación en tecnologíaLAN” fracasó.

Surgen dos tendencias:

Primera: Abandonar Ethernet y adoptar una nueva tecnología.

Segunda: Repotenciar Ethernet (que finalmente fue latendencia que se impuso).

4. Fast Ethernet.Se adoptan tres medios, surgen tres estándares Fast Ethernet:

100 Base-T4:

100 Base-TX:

100 Base-FX:

Utiliza cable de categoría 3 con una distancia máxima de segmento de 100 metros.

Utiliza cable de categoría 5 con codificación 4B/5B, capacidades full-duplex y distancia máxima de segmento de 100 metros.

Utiliza cable de fibra óptica con codificación 4B/5B, tiene un límite de distancia de 2000 metros, tiene capacidades full-duplex.

100BASE-X

4. Fast Ethernet- 100 BASE TX.

4. Fast Ethernet- 100 BASE FX.

4. Fast Ethernet.

LLC- Logical Link Control Layer

MAC- Media Access Control Layer

Reconciliation Sublayer

PCS- Physical Coding Sublayer.

PMA- Physicial Medium Attachment

PMD- Physical Medium Dependent.

Medio Físico- 100 Mbps

MII- Medium IndependentInterface

NivelEnlaceDatos

NivelFísico

AutonegociaciónMDI- Medium Dependent Interface

4. Fast Ethernet.El conjunto de especificaciones Fast Ethernet y los estándaresde medios para 100 Mbps son llamados 100 Base-T.

Todo el sistema 100Base-T comparte una especificación MACcomún, cada variante tiene su propio nivel físico o transceiver.

El transceiver puede estar integrado directamente en eldispositivo de red o localizado externamente a través de unconector con una interfaz independiente del medio.

La interfaz independiente del medio (Media Independent Interface-MII):

Provee un mecanismo para enlazar el control de acceso al medio Ethernet con el dispositivo de nivel físico(Physical Layer Device -PHY) que envía señales en la red.

5. Gigabit Ethernet.

5. Gigabit Ethernet.

Es una adición sobre la familia 802.3 ha sido definida comoel estándar IEEE 802.3z.

Resultado de la presión competitiva de ATM por conquistar el mercado LAN.

Dos grupos desarrollaron la tecnología en forma simultánea:

Escalable desde Ethernet y Fast Ethernet.

El Comité IEEE 802.3z.

La Alianza “Gigabit Ethernet Alliance”.

5. Gigabit Ethernet.El Task Force IEEE 802.3z ha desarrollado el estándar a partir de la especificación 802.3 (Ethernet) y ANSI X3T11 (Fibre Channel) para la Interfaz Física.

Se identifican tres implementaciones para el enlace:

Tecnología Medio Tipo Longitud DistanciaFísico de Onda

1000 Base SX Fibra Multimodo 850 nm. 2-550 m.

1000 Base LX Fibra Monomodo 1300 nm. Hasta 3 Km.

1000 Base CX Cobre - - Hasta 25 m.

5. Gigabit Ethernet.

El Task Force IEEE 802.3ab ha definido un estándar, 1000 Base-T, para ser usado con cable de cuatro paresde CAT-5 o CAT-5E hasta 100 m.

La adopción de un canal físico de fibra (Fiber Channel) ayudó al rápido desarrollo de productos 1000Base-X.

La tecnología 1000 Base-T NO usa la especificación FiberChannel y NO es parte de la familia 1000Base-X.

Gigabit Ethernet-Características.

Completa interoperabilidad con Ethernet/Fast Ethernet.

Preserva la inversión en estaciones de usuario, hubs,switches y enrutadores.

Asegura que los usuarios finales puedan seleccionar equipos sin el riesgo de incompatibilidades.

Conformidad con el estándar Ethernet.

Retiene el mismo formato de trama Ethernet y los tamañosde trama mínimo (64 bytes) y máximo (1514 bytes).

Conformidad con las especificaciones 802.2 LLC.

Gigabit Ethernet-Características.Método CSMA/CD extendido.

Expansión para mantener en 200 metros el diámetro decolisión a velocidades de Gigabit.

Se extiende el tiempo de CSMA/CD mínimo y el tiempo delslot Ethernet de 64 a 512 bytes.

Trama Ethernetconvencional

Trama GigabitEthernet

5. Gigabit Ethernet.Desarrollada para incrementar:

La velocidad de conexión al servidor.

La capacidad y ancho de banda para los backbone deedificios y campus:

- Agregando tráfico entre clientes y servidores.

- Conectando múltiples switches 100 Base-T a travésde switches 100/1000 Mbps.

5. Gigabit Ethernet.

Granja deServidores

Granja deServidores

Backbone dedispositivos 1000Base-X

100

10 10 10

100100

10 10

1000 1000

5. Gigabit Ethernet.¿Por qué unademanda por

Conexiones deRed a tan

altas tasas?Respuesta:

Por los “voraces”requerimientos

de Ancho de Bandade las “NuevasAplicaciones”

Modelamiento 3D.

Animación CAD/CAM.

Imágenes Médicas.

Data Warehouse.

BackUps de Red.

Aplicaciones Internete Intranet (multimedia al desktop)

Arquitectura deProtocolos.

5. Gigabit Ethernet.

GMII-Gigabit Media IndependentInterface

MDI-Media Dependent Interface

LLC- Logical Link Control Layer

MAC- Media Access Control Layer

Reconciliation Sublayer

PCS- Physical Coding Sublayer.

PMA- Physicial Medium Attachment

PMD- Physical Medium Dependent.

Medio Físico- 1000 Mbps

NivelEnlaceDatos

NivelFísico

Gigabit MediaIndependent Interface-GMII

1000 BASE-X Cod/Decod 8B/10BPhysical Coding Sublayer (PCS)

1000 BASE-T Cobre Cod/DecodPhysical Coding Sublayer (PCS)

Serializador/DeserializadorPhysicial Medium Attachment-PMA Transceiver UTP

Physical MediumDependent-PMA

1000BASE-LXPMD

1000 BASE-SXPMD

1000 BASE-CXPMD

1000 BASE-TXPMD

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Físico

Modelo OSI.

Logical Link Control-LLCMedia Access Control-MAC

5. Gigabit Ethernet.

Interfaz encargada de enlazar las funciones de nivelMAC y de nivel físico del dispositivo GbE.

GMII- Gigabit Media Independent Interface.

Análoga a la AUI (Ethernet) y a la MII (Fast Ethernet).

Permite que “cualquier nivel físico” sea usado conel nivel MAC.

Provee trayectorias separadas de Tx/Rx de 8 bits,puede soportar operación full/half duplex.

5. Gigabit Ethernet.

Se adoptan tres estándares para GigabitEthernet:

1000 Base-SX:

1000 Base-LX:

1000 Base-CX:

Utiliza Fibra Optica.

Utiliza Fibra Optica.

Utiliza cable STP.

5.1. 1000 BASE-SX.

5.1. 1000 BASE-SX.

NivelesSuperiores

IEEE 802.3 Ethernet

IEEE 802.2 LLC

IEEE 802.3 CSMA/CD

IEEE 802.3 PHY Layer

ANSI X3T11 Fibre Channel

FC-4 Upper Layer Mapping

FC-3 Common Services

FC-2 Signaling

FC-1 Encode/Decode

FC-0 Interface and Media

IEEE 802.3z GbE

IEEE 802.2 LLC

IEEE 802.3 CSMA/CD

8B/10B Encode/Decode

Serializer/Deserializer

Connector

5.2. 1000 BASE-LX.

5.3. 1000 BASE-CX.

5.4. 1000 BASE-T.

5. Gigabit Ethernet.