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Redes de Comunicación II

Módulo II. Redes de área local

Tema 5. Redes LAN

Tema 5. LAN 2

Índice

• Introducción• ArquitecturaArquitectura• Capa física• Subcapa MAC• Subcapa MAC• Supcapa de enlace

IEEE 802 3 i t Eth t• IEEE 802.3 y sistema Ethernet• IEEE 802.5: Token Ring• Ethernet de alta velocidad y Gigabit• Fiber Distributed Data Interface (FDDI)• LANs inalámbricas y estándar IEEE 802.11

Tema 5. LAN 3

Introducción• Características fundamentales▫ Distancia de cobertura relativamente pequeña (cientos de metros)▫ Medio de transmisión compartidoMedio de transmisión compartido

Requiere protocolos de acceso al medio (MAC)▫ Velocidad de transmisión elevada (hasta Gbps)▫ BER muy pequeña (10-8)BER muy pequeña (10 8)▫ Gestión: corresponde al propietario

Alcance limitado, recinto privado• ObjetivosObjetivos▫ Compartir recursos hardware y software

Impresoras, servidores,…▫ Comunicación

• Usos básicos▫ Redes domésticas▫ Redes pequeñas empresasedes peque as e p esas

Tema 5. LAN 4

Arquitectura

Capas SuperioresCapas Superiores

Subcapa de enlaceCapa de

Subcapa MAC

penlace

Capa física

Tema 5. LAN

Capa física

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Capa físicaMedios y tipos de transmisión

• Medios de transmisión▫ Par trenzado. Ejemplo: sistema 100BASE-T

100BASE T significa: 100 Mbps transmisión en banda base par100BASE-T significa: 100 Mbps, transmisión en banda base, par trenzado

▫ Cable coaxial. Ejemplo: redes de cable▫ Fibra óptica Ejemplo: sistema 100BASE-FX▫ Fibra óptica. Ejemplo: sistema 100BASE-FX▫ Aire. Redes LAN inalámbrica (WLAN)• Tipo de transmisión

B d B▫ Banda BaseRepresentación: XBASEY

▫ Banda ancha Se denota como: XBROADYX: velocidad de transmisión, en MbpsY: relacionada con las características del medio de transmisión

b ó d l d d bl10BASE5: 10 Mbps, transmisión en BB, 500 m de longitud de cable100BASE-T: 100 Mbps, transmisión en banda base, par trenzado

Tema 5. LAN

Capa física

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Capa físicaCódigos de línea y modulaciones

• Código de línea▫ Manchester (en Ethernet)

M h t dif i l ( d ill d▫ Manchester diferencial (en redes en anillo con paso de testigo)

▫ 4B5B/NRZI en redes en anillo basadas en fibra óptica (FDDI) y Ethernet de alta velocidad

• Transmisión en banda ancha• Transmisión en banda ancha ▫ Modulación digital

ASKFSKFSKBPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAMModulación multi-portadora OFDM

Tema 5. LAN

Capa física

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Capa física Topología: bus, árbol, anillo y estrella

• Topología en bus▫ Estaciones distribuidas linealmente a lo largo del g

medio de transmisión▫ La transmisión de una estación

Se propaga en ambos sentidosSe recibe en el resto de las estaciones

Terminadores pasivos (óhmicos) para absorber señal y evitar reflexiones

Terminador

Medio de transmisión:- Par de cobre

Terminador - Coaxial- Fibra óptica

Estación (host)

Tema 5. LAN

Capa física

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Capa física Topología: bus, árbol, anillo y estrella

• Topología en Árbol▫ Varios busesVarios buses

Conectados a un punto común (“punto raíz”)Punto

raíz

Tema 5. LAN

Capa física

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Capa física Topología: bus, árbol, anillo y estrella

• Topología en Anillo▫ Estaciones distribuidas a lo largo de un medio deEstaciones distribuidas a lo largo de un medio de

transmisión cerrado (sin extremos)▫ La transmisión efectuada por una estación se propagaLa transmisión efectuada por una estación se propaga

por el medio de transmisión y termina llegando▫ Sentido de propagación único para evitar colisionesp p g p

anillo

host

Tema 5. LAN

Capa física

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Capa física Topología: bus, árbol, anillo y estrella

• Topología en Estrella▫ Todas las estaciones conectadas a un hub

host

Todas las estaciones conectadas a un hub▫ El hub retransmite los datos▫ Dos tipos de hubsDos tipos de hubs

De difusiónRetransmisión hacia todas las estaciones o host

Hub

De conmutaciónRetransmisión solo hacia el host destino

Tema 5. LAN

Capa física

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Capa física Interfaces de conexión

• Interfaz de la conexión de las estaciones al medio de transmisióntransmisión• Consiste en una tarjeta NIC (Network Interface Card)• Ejemplo: RJ-45• Ejemplo: RJ-45

Tema 5. LAN

Capa de enlace

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Capa de enlaceSubcapa MAC (Medium Access Control)

• En este tema: CSMA/CD y “Paso de testigo”▫ CSMA/CD

Carrier Sense Multiple Access/Collision DetectionProceso

Cuando un ordenador quiere transmitir “escucha el bus”Cuando un ordenador quiere transmitir, escucha el bus▫ Sí está ocupado, entonces espera un tiempo aleatorio▫ Si está libre, comienza a transmitirSi hay colisión:Si hay colisión:▫ Para la transmisión▫ Emite “señal de atasco”

E i l i ( di i i b bilid d d▫ Espera tiempo aleatorio (para disminuir probabilidad de nueva colisión

Si crece el número de estaciones, aumenta la probabilidad de l ócolisión

Tema 5. LAN

Capa de enlace

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Capa de enlaceSubcapa MAC (Medium Access Control)

d iPaso de testigo1. El testigo

circula por el medio

2. A drena el testigo y genera una tramatoken

AB

genera una trama hacia B

token

ABB

3. B copia la trama

4. A drena su trama y regenera el testigo

AB AB

regenera el testigo

BB

Tema 5. LAN

Capa de enlace

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Capa de enlaceSubcapa de enlace

• Protocolo más utilizado: LLC (Logical Link Control)▫ Descrito en IEEE 802.2Descrito en IEEE 802.2▫ trama LLC:

4 campos (origen, destino, control de flujo, datos)4 campos (origen, destino, control de flujo, datos)encapsulada sobre el campo de datos de la trama MAC

cabecera DATOSPDU de capas superiores

cabecera DATOSPDU LLC

DATOScabecera colaPDU MAC

Tema 5. LAN 15

Estándar LAN IEEE 802.3 y sistema Ethernet

• Características del sistema Ethernet▫ Topología: en bus▫ Velocidad de transmisión: 10 Mbpsp▫ Transmisión: en banda base▫ Codificación: Manchester▫ Medio de transmisión: coaxial

• Tomando como referencia Ethernet, IEEE especificó el estándar 802.3▫ Sistemas 10BASE5 y 10BASE2

Ob l tObsoletosTopología en bus

▫ 10BASE-TTopología en estrella

Fibra ópticat dTopología en estrella

Medio de transmisión: par trenzado▫ 10BASE-F

Topología en estrella Hub

o par trenzado

Medio de transmisión: fibra óptica

Tema 5. LAN

k

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LAN IEE 802.5: Token RingTopología en anillo. Protocolo MAC de paso de testigo

1. El testigo circula por el medio

2. A drena el testigo y genera una tramatoken

AB

genera una trama hacia B

token

ABB

3. B copia la trama

4. A drena su trama y regenera el testigo

AB AB

regenera el testigo

BB

Tema 5. LAN 17

Ethernet de Alta Velocidad y Gigabit

• Notas introductorias▫ Los estándares IEEE estudiados hasta ahora seLos estándares IEEE estudiados hasta ahora se

consideran básicos ya que:La velocidad de transmisión que consiguen es pequeña para q g p q palgunas aplicaciones actualesConstituyen la base conceptual de otros estándares más

d j lavanzados, como por ejemplo:▫ Fast Ethernet▫ Ethernet Gigabitg▫ Fiber Distributed Data Interface (FDDI)▫ Wireless LAN (WLAN)

Tema 5. LAN 18

Ethernet de Alta Velocidad y Gigabit• Fast Ethernet▫ Norma IEEE 802.3u

V l id d 100 Mb▫ Velocidad:100 Mbps▫ Compatible con estándar a 10 Mbps▫ Técnicas de codificación distintas de la del estándar IEEE

802.3. Ejemplo: 4B/5B-NRZI▫ 100BASE-T:

Par trenzado UTP Cat 5Par trenzado UTP Cat.5 Longitud máxima: 100 m.Topología en estrella

▫ 100BASE F:Hub

▫ 100BASE-F:Fibra ópticaLongitud máxima: 2 kmTopología en estrella Fibra óptica

o coaxial

Tema 5. LAN 19

Ethernet de Alta Velocidad y Gigabit

• Ethernet Gigabit▫ Norma IEEE 802.3zNorma IEEE 802.3z▫ Velocidad: 1000 Mbps = 1 Gbps▫ Codificación: 8B/10BCodificación: 8B/10B▫ Topología en estrella, pero en este caso conmutada▫ Soporta distintos medios de transmisión: Hub de

ióSoporta distintos medios de transmisión:Par trenzado (1000BASE-T) Fibra óptica monomodo (1000BASE-LX)

conmutación

Fibra óptica monomodo (1000BASE LX)Fibra óptica multimodo (1000BASE-SX)

Hub

Tema 5. LAN 20

Fiber Distributed Data Interface (FDDI)

• Similar a IEEE 802.5▫ Topología en anillo

LAN “1”p g

▫ Técnica de acceso al medio: paso de testigo▫ Amplio uso como red troncal (backbone) para la

interconexión de otras LANs• Características básicas

V l id d d i ió 100 Mb▫ Velocidad de transmisión: 100 Mbps▫ Codificación: 4B/5B-NRZI▫ Soporta distintos medios de transmisión:

LAN “2”

▫ Soporta distintos medios de transmisión:Par trenzado para distancias máximas en trono a 100 m. Fibra óptica para longitud de anillo de 200 km y con hastaFibra óptica para longitud de anillo de 200 km y con hasta 500 estaciones conectadas

Tema 5. LAN 21

E ió

WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi)Estación

móvil (portátil)

Estaciónbase

• Introducción▫ Motivación

Satisfacer necesidades de movilidad

ME

Satisfacer necesidades de movilidadDar cobertura en lugares difíciles de cablearAñadir nuevos ordenadores

▫ Principales tecnologías de acceso inalámbrico

BSME

▫ Principales tecnologías de acceso inalámbricoInfrarrojos Espectro expandidoMicroondas de banda estrecha

nm) 900≈(GHz) 2≈(

Accesoinalámbrico Célula

ME

Microondas de banda estrecha

▫ AplicacionesAmpliación de redes LAN

GHz) 2010( −≈

CélulaAmpliación de redes LANInterconexión de edificiosAcceso nómadaRedes “ad hoc”Redes ad hoc

Tema 5. LAN 22

WLAN y estándar IEEE 802 11 (Wi Fi)WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi)Ejemplo de WLAN con dos celdas

MEME

ME

MEBSAccess point (AP)

MEME

BSMEME

Célula 2ME

ME

Célula 1

LANltroncal

cableada

Tema 5. LAN 23

WLAN y estándar IEEE 802 11 (Wi Fi)WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi)Arquitectura conceptual de 802.11

Extended Service Set (ESS)“Conjunto de servicios ampliado”(conexión de varios BBS con el sistemas de

distrib ción a tra és de na parte f ncional deldistribución a través de una parte funcional del AP llamada portal)

Sistema de distribuciónBasic Service Area (BBA)

“Area básica de servicios”(área geográfica de cobertura)

ME

ME AP

ME

ME APME

ME

ME

ME

BSS ME

ME AP

BSS BSS ME

ME AP

BSS

B i S i S (BBS)

ME

ME

ME

ME

Basic Service Set (BBS)“Conjunto básico de servicios”

(Se corresponde en la práctica con una celda)

Tema 5. LAN 24

WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi)• Tecnologías WLAN

▫ WLAN de infrarrojos▫ WLAN de espectro expandidop p▫ WLAN de microondas de banda estrecha

▫ WLAN de infrarrojosVentajasj

Reflexión difusa▫ Cobertura en toda la habitaciónLuz infrarroja no atraviesa paredes

á h h▫ Más seguras, no hay escuchas▫ En cada habitación, una WLAN de IREquipos sencillos y baratos▫ Modulación ASKModulación ASK

InconvenientesLa radiación IR contenida en la luz solar y artificial es una fuente de ruido▫ Para mantener la S/N hay que aumentar la potencia del transmisor pero sin

superar un límite (daños en los ojos, consumo excesivo)

Tema 5. LAN 25

WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi)

• Técnicas de transmisión en WLAN de IR▫ Direccional

Enlace punto a puntoLargo alcance si hay “línea de visión”Ej l t difi iEjemplo: para conectar edificios

▫ OmnidireccionalME

BS

▫ Difusión

Tema 5. LAN 26

WLAN y estándar IEEE 802 11 (Wi Fi)WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi)Resumen propiedades WLAN de IR

LAN de Infrarrojos

IR difuso IR haz directo

Velocidad (Mbps) 1- 4 1- 10

¿Estacionario o móvil? Estacionario / Móvil Estacionario con LOS(Line of Sight)( f g )

Alcance (m) 15 - 60 25

Longitud de onda 900 nmg

Modulación ASK

Pot. radiada -

MAC CSMA CSMA

Tema 5. LAN 27

WLAN y estándar IEEE 802 11 (Wi Fi)WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi)WLAN de espectro expandido

Espectro expandido

Salto de frecuencia Secuencia directa

Velocidad (Mbps) 1-3 2-50

¿Estacionario o móvil? Estacionario/Móvil

Estacionario/Móvil

Alcance (m) 30-100 30-250Alcance (m) 30 100 30 250

Frecuencia ~ 900 MHZ~ 2,4 GHz~ 5,7 GHz 5,7 GHz

Modulación FSK QPSK

Pot. radiada <1 W

MAC CSMA CSMA

Tema 5. LAN 28

WLAN y estándar IEEE 802 11 (Wi Fi)WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi)WLAN de radio

RadioMi d d b d t hMicroondas de banda estrecha

Velocidad (Mbps) 10-20

¿Estacionario o móvil? Estacionario/Móvil¿Estacionario o móvil? Estacionario/Móvil

Alcance (m) 10-40

Frecuencia ~ 900 MHZFrecuencia 900 MHZ~ 5,5 GHz~ 19 GHz

Modulación QPSKModulación QPSK

Pot. radiada 25 mW

MAC CSMA

Tema 5. LAN 29

WLAN y estándar IEEE 802 11 (Wi Fi)WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi)Comparativa accesos

Infrarrojo Espectro expandido RadioIR dif IR h di t S lt d S i Mi d dIR difuso IR haz directo Salto de

frecuenciaSecuencia

directaMicroondas de banda estrecha

Velocidad (Mbps)

1-4 1-10 1-3 2-50 10-20

(Mbps)

¿Estacionario o móvil?

Estacionario/Móvil

Estacionario con LOS

Estacionario/Móvil

Estacionario/Móvil

Estacionario/Móvil

Alcance (m) 15-60 25 30-100 30-250 10-40

Longitud de onda/ f i

900 nm ~ 900 MHZ~ 2,4 GHz~ 5,7 GHz

~ 900 MHZ~ 5,5 GHz~ 19 GHzfrecuencia 5,7 GHz 19 GHz

Modulación ASK FSK QPSK QPSK

Pot. radiada < 1 W 25 mW

MAC CSMA CSMA CSMA CSMA CSMA

Tema 5. LAN 30

WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi)• Nota: OFDM-WLAN