4.1 Introducció
4.2 Ethernet – CSMA/CD

• 4.2.1 Introducció
  4.2.2 CSMA/CD
  

  • 4.2.2.1 ALOHA
    4.2.2.2 Slotted ALOHA
    

  4.2.3 Format de la trama
  4.2.4 Categories de cables de la xarxa
  4.2.5 IEEE 802.3 a 10Mbps
  4.2.6 Ethernet Commutada
  4.2.7 Fast Ethernet
  4.2.8 Gigabit Ethernet
  4.2.9 10 Gigabit Ethernet
  Token Ring
  

4.3 Altres tecnologies

• 4.3.1 Token Ring
  4.3.2 FDDI
  4.3.3 Canals de fibra
  4.3.4 LAN - ATM
  

4.4 Interconnexió de LANs
4.5 LANs sense fils

• 4.5.1 Introducció
  4.5.2 Aplicacions
  4.5.3 Requeriments
  4.5.4 Tecnologies
  4.5.5 IEEE 802.11
  4.5.6 PAN (Personal Area Network)
  4.5.7 Bluetooth
  4.5.8 802.11 versus Bluetooth
  4.5.9 Xarxes domèstiques
  

4.6 VLAN

(19/01) ()

4.1 Introducció

Les xarxes locals consten d'una serie de característiques:

• Àrea Moderada
  • L'abast de les xarxes locals es limitat, pero tot hi aixi permeten una distancia de conexió acceptable.
• Propietat de l’organisme que la utilitza
  • Son xarxes privades, el propietaris te els privilegis de restringir l'acces aixi com a configurar la xarxa de la manera mes adecuada per a les seves necessitats.
• Canal dedicat
  • Els canals de comunicacio son privats, de manera que la distribucio de la informacio es pot fer per canals privats i dedicats.
• Baixa taxa d’errors
  • La quantitat de informacio a transmetre i la quantitat de nodes per els que la informacio a de circular es suficient petita per a tenir una taxa d'errors estadisticamen baixa.
• Capacitat de transmissió elevada
  • Les xarxes local permeten canals dedicats de manera que l'ample de banda esta reservat. El resultat es una plena utilitzacio del canal i el seu total d'ample de banda.

• Modularitat

• Cost reduït
  • El cost es molt baix degut a la quantitat d'element necessearis per a tenir una xarxa local (ex:2 pc + 1 router)
• Interconnexió d’equips heterogenis
  • El repertori de maquines a col·locar en una xarxa local es molt ampli, ja que tenim lliure configuració de les maquines per a cobrir les nostres necessitats.

Aplicacions

• LAN de computadors personals
  • Cost baix:
    • Els elements que es requereixen per a crear una LAN personal son prou economics: 2 PC per exemple.
  • Compartició de recursos:
    • Els PC de la LAN poden compartit tot una serie d'elements i informacio:
      • Aplicacions.
      • Dades d’usuari.
      • Espai de disc.
      • Sistema d’impressió.
      • Comunicacion a l'exterior de la LAN.
  • Velocitat limitada:
    • L'ample de banda be delimitat per el tipus de canal que es fa servir. Segon el tipus de canal tenim mes ample de banda pero el cost incrementa.

Imágen «foto1.jpg» no disponible

(DanielMartín)

Es poden distingur 4 tipus de xarxes:

• Xarxes d'ordinadors, ordinadors interconnectats.
• Xarxes d'enmagatzematge, Storatge Area Network, SANs. Son xarxes compostes per un sistema intern d'enmagatzematge al qual s'accedeix a través d'uns servidors ubicats a altres xarxes.

Imágen «san.jpg» no disponible

• Xarxes ofimàtiques d'alta velocitat: Son xarxes semblants a les anteriors però sense tenir uns servidors especials per accedir als recursos.
• Xarxes troncals o Backbones: Son xarxes d'altíssima velocitat utilitzades per interconnectar subxarxes.

Protocols emprats

Bàsicament s'utilitzen protocols definits per l'IEEE (IE-cube, IE³) i els estàndards 802.

• Ethernet, 802.3:
  • Capa física
  • Capa d'enllaç, partida en 2 trossos:
    • -Logical Link Control, LLC, IEEE-802.2. Interactúa amb els nivells superiors. Es comuna a totes les LANs 802. Es independent de la capa física. Proporciona possibilitat d'accès a vàries capes de xarxa alhora mitjançant Service Access Points (SAPs). -Medium Access Contro, MAC. Específic de cada capa física, es comunica directament amb ella. Inclou control d'accés al medi CSMA/CD, definit després. Defineix quant i quan puc transmetre:

      • -Mecanisme centralitzat, un node o servidor decideix per tots.
        -Mecanisme distribuït, cada node decideix quan.
        -Mecanisme síncron, la capacitat es assignada s'utilitzi o no.
        -Mecanisme asíncron, la capacitat ve donada en funció de la demanda:
        

        • -RR, Round Robin, Rotació Circular: Es pasa el torn de manera circular. S'utilitzen tokens per distribuïr el torn. Un exemple es Token Ring.
          -Reserva. S'utilizen mètodes de reserva/concessió.
          -Contenció o competició. Cada node espera que el canal estigui lliure per transmetre ell. Les xarxes wifi son un exemple d'aquest sistema.
          

Ethernet es una xarxa amb mecanisme distribuït, asíncron i amb sistema de contenció.

Una trama al cable es transmet com:

• Topologíes:

  • Bus topology: A network topology in which all nodes, i.e., stations, are connected together by a single bus.

  • Fully connected topology: A network topology in which there is a direct path (branch) between any two nodes. Note: In a fully connected network with n nodes, there are n(n-1)/2 direct paths, i.e., branches. Synonym fully connected mesh network.

  • Hybrid topology: A combination of any two or more network topologies. Note 1: Instances can occur where two basic network topologies, when connected together, can still retain the basic network character, and therefore not be a hybrid network. For example, a tree network connected to a tree network is still a tree network. Therefore, a hybrid network accrues only when two basic networks are connected and the resulting network topology fails to meet one of the basic topology definitions. For example, two star networks connected together exhibit hybrid network topologies. Note 2: A hybrid topology always accrues when two different basic network topologies are connected.

  • Linear topology: See bus topology.

  • Mesh topology: A network topology in which there are at least two nodes with two or more paths between them.

  • Ring topology: A network topology in which every node has exactly two branches connected to it.

  • Star topology: A network topology in which peripheral nodes are connected to a central node, which rebroadcasts all transmissions received from any peripheral node to all peripheral nodes on the network, including the originating node. Note 1: All peripheral nodes may thus communicate with all others by transmitting to, and receiving from, the central node only. Note 2: The failure of a transmission line, i.e., channel, linking any peripheral node to the central node will result in the isolation of that peripheral node from all others. Note 3: If the star central node is passive, the originating node must be able to tolerate the reception of an echo of its own transmission, delayed by the two-way transmission time, i.e., to and from the central node, plus any delay generated in the central node. An active star network has an active central node that usually has the means to prevent echo-related problems.

  • Tree topology: A network topology that, from a purely topologic viewpoint, resembles an interconnection of star networks in that individual peripheral nodes are required to transmit to and receive from one other node only, toward a central node, and are not required to act as repeaters or regenerators. Note 1: The function of the central node may be distributed. Note 2: As in the conventional star network, individual nodes may thus still be isolated from the network by a single-point failure of a transmission path to the node. Note 3: A single-point failure of a transmission path within a distributed node will result in partitioning two or more stations from the rest of the network.

Imágen «nettopoc.gif» no disponible

Temps de ranura, slot time, Tau

Es el temps per enviar la trama mínima:

• 10Mbps -> 0,1 micro.s/bit

• Tau = 512 bits * 0.1 micro.s / bit = 51.2 micro.s

• Per detectar les colissions m'interessa que que 2*Tp <= 51.2 micro.s (Tp = temps de propagació).

• Vcable = 2/3 C = 2/3 * 3·10⁸ = 2*10⁸

• l <= 5.120 m.

• Normalment i per problemes d'atenuació son 2.500 metres amb 4 repetidors amb cable coaxial.

Fuentes: Clase y http://www.its.bldrdoc.gov/projects/devglossary/_network_topology.html (/ DanielMartín)

índex

(10/01) (DavidSánchez)

4.2 Ethernet – CSMA/CD

Imágen «dibujo.jpg» no disponible
Ethernet: És un protocol d'enllaç el qual proporciona una interficie unificadament amb la xarxa, amb la qual cosa fa factible que el sistema operatiu trasmeti i rebi varis protocols de nivell de xarxa simultaniament. Aques protocol no es fiable ni orientat a connexió.
Els components d'una ehternet són els següents:

1. El grup de Directives del nivell físic, que són els tipus de cables, les limitacions del cablatge i els mètodes de senyalització.

2. El format de la trama, que es l'ordre i les funcions dels bits trasmesos per la xarxa.
3. El tercer component d'una ethernet és el CSMA/CD que és un mecanisme de control d'accès al medi.

CSMA/CD
Fent una mica d'historia direm que el desenvolupament inicial va ser durant els anys 1970 per Xerox creant la base per a l'especificació de l'estandar IEEE 802.3 en el 1985.
CSMA/CD significa en anglès Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection que és un tipus d'accès múltiple amb detecció de la senyal portadora i de col.lisions.
Els precursors del CSMA/CD són els anomentats sistemes de contenció o d'accès aleatori. Dos tipus de sistemes:

1. ALOHA: Són un tipus de xarxes de radio la trasmisió de la informació es realitza mitjançant paquets (Packet Radio). Aquest sistema actua en la trasmisió si hi ha una confirmació. Si no es dona el cas el que fa es retrasmetre. Amb aquest sistema, el màxim d'ús del canal d'inforamció es del 18%.
   

1. Slotted ALOHA: Aquest sistema el componen unes ranures uniformes de trasmisió de trames. Com que han de ser uniformes implica l'existencia (la necessitat) d'un rellotge central, així es crea el sincronisme que caracteritza al sistema. Pel que fa l'ús del canal el màxim es d'un 37%.
   

(11/01)
El que fa el CSMA es escoltar el medi abans de la trasmisió. Si el medi està ocupat, s'espera per trasmetre, si pel contrari està lliure trasmet la informació.
Si després d'haber trasmés la informació no rep cap resposta (cap ACK) el que farà és una retrasmisió de la informació enviada.
Quan es produeix una col.lisió el que succeeix es que dues estacions trasmeten alhora, això es detectable degut a que les estacions continuen escoltant e, medi durant la trasmisió. Això provoca, que el receptor no rebi al trama, que l'emisor no rebi la resposta i per consecuencia es torni a intentar enviar la trama (retrasmisió).
Per detectar una col.lisió ens hem de fixar en el bus en banda base i la topologia en estrella. En el bus de banda base, en una colisió, el nivell del voltatge es superior al d'una altra trasmisió simple, es a dir, sense col.lisió. Això pot ocasionar problemes amb la distancia, ja que el senyal s'atenua amb la distancia. Per solucionar aquest inconvenient es limita la longitud del cable. Amb la toplogia en estrella (parell trenat i concentradors), quan existeix colisió, es a dir, es detecta activitat en més d'una entrada de les estacions que formen la xarxa, s'utilitza un senyal especial trasmès a totes les estacions.
Imágen «CSMACD.jpg» no disponible
Quan succeeix una col.lisió aquesta ocupa tot el medi durant la trasmisió. Si es detecta, es trasmet un jam, es a dir, un senyal d'avís curt per garantir que totes les estacions constaten la col.lisió, s'aborta las trasmisió de la trama i s'espera un interval de temps (exponencial binari) aleatori abans de tornar a trasmetre, es a dir, a retrasmetre la informació.

Format de la trama
Imágen «trama.jpg» no disponible El format de la trama segueix la norma IEEE 802.3; la mida mínima de la trama és de 64 bytes (512 bits)i la màxima és de 1518 bytes, 7 Bytes per a la capcelera (preàmbul), 1 per a el delimitador de l'inici del frame, 6 tan per a la direcció de la font com del receptor, 2 per indicar la longitud de la trama, entre 46 y 1500 bytes per a les dades i 4 més per a una secuencia de chequeig de la trama.

Categories de cables de la xarxa
Cat1 i Cat2: Són cables de 1 Mbit/s utilitzats per a transferir veu i dades a velocitat baixa. Per al Cat1 trasmetrà a 1 Mbps i per a Cat2 a 4 Mbps.
Cat3: Format per 4 cables UTP (Unshielded Twisted Pair) amb una trasmisió de dades fiable fins a 10 Mbit/s.
Cat4: Aquest tipus de cable esta format per 4 cables UTP, el data rate es de 16 Mbps (20Mbit/s). Estan utilitzats e diferents tipus de xarxes encara que aaquest està desfasat, ja que "ha deixat el lloc" a Cat5.
Cat5: És un cable de també de 4 UTP's i es caracteritza per l'ús que se li dona en les ethernets de 100 Mbit/s.
El Cat5e és una versió milorada del Cat5 ja que són utilitzables per a 1000base-T (gigabit) o a enllaços 100base-T de llarga distancia, 350m, en constrast als 100m del cable Cat5.
Cat6: Són 4 parells de cables trenats, els quals proporcionen una trasferencia de dades sense perdua de fins a 220m. Aquest cable es adeqüat per a l'uns en ethernets 100base-T de fins a 100 metres.
Cat7: Format per 4 parells de cables de cobre amb apantallament cada parell i també tot el cable.Aquest cable es útil per a ultra fast ethernet i altres tecnologies per a la connexió entre estacions.Hauria de permetre 10-Gigabits Ethernet (10Gbase-T) però cal un conector RJ-45 redisenyat (GG45). Aquest cable resisteix freqüències de fins a 1200Mhz.

(12/01)
IEEE 802.3 a 10 Mbps

10Base5 (10 Mbps, 500 metres):
Imágen «10base5.jpg» no disponible
El cable es coaxial gruixut o thickwire, és el més vell. Impedància: 50 O; doble apantallament. Fins a 500 metres, 100 estacions per segment. Connexions mitjançant “vampir” (vampire tap), punxant el cable sense necessitat de tallar-lo. Es connecta un transceiver (transmitter-receiver) que s’endolla a l’estació mitjançant un cable drop que ha de medir com a màxim 50m amb conerctors DB15.Imágen «10Base5Repe.jpg» no disponible
Per ampliar aquesta distància el que es fa es conectar com a màxim 4 repetidors de la forma en que es reflexa en la imatge anterior.

10Base2 (10 Mbps, 200 metres):
Imágen «10base2.jpg» no disponible
Coaxial fi, thinwire o cheapernet. 50 O, apantallament senzill. Fins a 185 metros, 30 estacions per segment. Connectors BNC (Bayonet Nut Couple) en forma de T. S’endollen directament a la T,estan el transceiver dins de la targeta de xarxa.

10Base-T (10 Mbps, Twisted):
Imágen «10baseT.jpg» no disponible
Cable UTP de categoria 3 o superior amb una longitud de fins a 100m. Connectors RJ45. Topologia d’estrella amb concentradors (hubs).En aquest hubs s'hi han de tenir connectats l'encaminador o router, que dona accès a internet a tota la xarxa, i amb cables UTP, servidors i estacions de treball(clients).En la següent imatge ho mostrem.
Imágen «hubs.jpg» no disponible
El funcionament d'un hub consisteix en que una estació envia una certa informació (un bit) mitjançant cables UTP al hub i aquest la situa en tots els seus ports de sortida.Si una atra estació vol trasmetre informació i ja n'hi ha una que trasmet, aquesta segona estació entra en un procès d'espera. Aquesta informació tindrà un retard (latència).Transceiver està dins de la targeta de xarxa.

10Base-F:
Els cables son de fibra òptica de fins a 2 Km. La topologia és en estrella. Normalment, les estacions es conencten per unió de segments.


Definicions
Temps de ranura (slot time): A ethernet,es defineix com el temps que triga en enviar una trama de mida mínima (512 bits ==> 51'2 x 10^6).
Longitud màxima: Està determinada per a la detecció de col.lisions dins del slot time (el temps requerit per travessar d'extrema extrem de la xarxa un senyal més el temps que es triga en rebre la col.lisió.El slot time a de ser igual o més petit que dues vegades el Tp (temps requerit).Aquests temps només es donen en les trasmisions half-duplex, ja que en les full-duplex no cal esperar.) En una ethernet: Longitud(màx) = VelocitatPropagacio x SlotTime / 2, on a ehternet la velocitat de propagació és 2/3 de la de en aire, 2 x 10^8. Així podem dir que idealment la longitud màxima seria:

• LongMàxima = (2x10^8) x (51,2x10(-6)/2)=5120m
  

pero en realitat s'ha de tenir en compte els retards de les targetes i dels repetidors.

(19/01)
Ethernet Commutada
Font: http://www.consulintel.es/Html/Tutoriales/Lantronix/wp_velocidad.html
Imágen «etherconm.jpg» no disponible
Com bé hem dit abans, les xarxes 10Base-T estan composades per cables tipus UTP que conecten a l'usuari amb un switch. Aquests concentradors son els que creen la xarxa fent que diferents usuaris es comuniquin mitjançant el tràfic de paquets de tots els connectats entre tots els connectats al switch. El tràfic d'aquesta ethernet es compartit ja que es una xarxa repetida. Això vol dir que cada paquet serà enviat a cada estació connectada a la xarxa. És tasca de la targeta de xarxa saber si el paquet que el conocentrador envia es per a la seva estació (acceptant-lo) o és per una altra (refusant-lo).
Ethernet treballa permitint que solament un usuari envii paquets en un cert periode de temps, es a dir, que dos usuaris no poden enviar dades a l'hora. Si es dona el cas de petició d'ús de bus es genera una colisió. Quan la xarxa es fa mes densa, les collisions aumenten en nombre i el temps d'accès a la xarxa s'incrementa, fet que impacta directament en les prestacions dels usuaris i pot probocar alguns errors en la coordinació de aplicacions.
El principal avantatge d'utilitzar commutadors ethernet en lloc d'utilitzar xarxes compartides és la habilitat que te els commutadors ethernet per fragmentar la xarxa en segments més petits i més ràpids. Els conmutadors examinen cada paquet, diuen a on ha d'anar i enviem el paquet sol als ports on necessita anar. Els commutadors actuals aquest procès el poden fer a la velocitat del cable modificant-se per certs retards.
A més a més el commutador ethernet també regenera el paquet ethernet per complet. La regeneració i resincronització fa que a cada port del commutador sigui tractat com un segment ethernet complet, capaça de soportar tota la longitud del cablejat junt amb totes les restriccions del repetidor. Això permet la extensió a major distància sense patir restriccions significatives.
També existeixen paquets defectuosos en una trasmisió per la xarxa. Els commutadors els detecta i els descarta en aquell moment i els successius que sel torni a trobar. Això provoca que els descart afecti solament a un segment i provoca que no faci falta interrumpir la activitat de tota la xarxa.
El següent diagrama mostra un grup de treball d'una ethernet commutada de 10 Mbps es trasforma en un grup de treball commutat de segments individuals de 10 Mbps.
Diagrama de migracions a commutadors

(20/01)
Fast Ethernet
Al voltat de Juny de 1995, degut a la necessitat de utilització de xarxes més ràpides apareix l'estandard IEE 802.3u a una velocitat de 100Mbps.Això es podia conseguir amb la disminusció del domini de col.lisió, es a dir, utilitzant cables de longitud de 250 m en lloc de 2500 m i pasant el temps de bit de 100 nseg a 10 nseg.
També s'habia de mantenir la compatibilitat existent, es a dir, calia mantenir el format de les trames i detectar les col.lisions.
El fast ethernet usa com a format de la trama el IEEE 802.3 i un protocol MAC.Les 100 Base-X usa especificacions físiques del medi de FDDI,es a dir, tenen 2 llaços físics entre nodes (trasmissió i recepció). La topologia és una topologia en estrella similar a la de 10 Base-T. Una latra característica és la capacitat que té de autoconfigurar-se. Això ho aconsegueix mitjançant negociacions netre les estacions de la pròpia xarxa segons la velocitat òptima (10 ó 100 Mbps) i de tipus de trasmissió (dúplex, cal commutador no pas concentrador, o semidúplex).
Segons el medi de trasmissió, es a dir, la capa física, Fast Ethernet es pot classificar de la forma en que mostrem en la imatge:
Imágen «quadre.jpg» no disponible
La gerarquia de tipus de Fast Ethernet segueix un esquema de arbre binari (trasparencia de classe 32 del tema 4.2).
El 100 Base-T4 en la conexió entre un node i un hub usa cables de categoria 3, es a dir, usa 3 seqüències de 33,3 Mbps (2 unidireccionals i una altra bidireccional). Imágen «100baset4.jpg» no disponible
Pel que fa referència a 100 Base-TX té la possibilitat de funcionar dúplex, es a dir, les estacions poden rebre i trasmetre a 100 Mbps a la vegada, encara que els concentradors només poden soportat una comunicació tipus semidúplex.
Els cables són massa llargs, en el 100 Base-FX, per l'algoritme de col.lisions per això no es permet l'utilització de concentradors.

Gigabit Ethernet
Imágen «gigaeth.jpg» no disponible
Aquesta ethernet utilitza el CSMA/CD amb el mateix format i mida de la trama que el fast ethernet, ethernet, es a dir, els seus predecessors. Precissament amb aquest dos la migració es sencilla, es a dir, gigabit es compatible amb ehternet i fast ethernet. Per a la conexxió de commutadors de fast ethernet son ideals els Backbone. Tanmateix son bons per a la connexió de servidors de alt rendiment.
Aquesta ethernet també soporta l'autoconfiguració.
Les formes de funcionament de la xarxa són dues:

• dúplex a connexió a commutadors.

• semidúplex a connexió a concentradors. Aquest mode és l'únic que té la possibilitat de col.lisions. Un dels seus desavantatges es que el domini de col.lisions es redueix a 25m, fet inacceptable, encara que té millores respecte l'esquema CSMA/CD. Són els següents:
  

• Extensió del portador ==> Es modifica el slot time (temps de ranura) de 64 bytes a 512 byts cosa que fa disminuir l'eficiència de la línia. Aquesta operació es de harware.

• Ràfaga de trames ==> No fa falta deixar el control del CSMA/CD degut a la trasmisió consecutiva de trames ja que aquestes són curtes.

Segons el medi de trasmissió, es a dir, la capa física, Gigabit Ethernet es pot classificar de la forma en que mostrem en la imatge:
Imágen «quadreg.jpg» no disponible
1000Base-LX: El tipus de fibra es multimode o monomode, amb longitud d'ona llarga, fins a 5 kilòmetres.
1000Base-SX: El tipus de fibra es multimode, amb longitud d'ona curta (short), fins a 550m.
1000Base-CX:Formada per dos parells de cables STP balancejat, d'una longitud de fins a 25 metres.
1000Base-T: Formada per 4 parells de cables UTP Cat5,fins a 100m.

10 Gigabit Ethernet
Imágen «10gigaeth.jpg» no disponible
És el més nou dels estàndars IEEE 802.3ae per a xarxes ethernet. Rep el nom de IEEE 802.3z i conté 7 tipus nous de medis per a LAN, WAN i MAN basat principalment en l'utilització de cables de fibra òptica. Els objectius d'aquest estàndar són els següents:

1. Mantenir el format i el tamany màxim i mínim de les trames.
2. Conseguir que el trasport sigui exclusivament via fibra òptica.
3. Que el suport per comunicacions sigui dúplex.
4. Que es tingui la possiblilitat d'utilització en xarxes WAN i MAN.

5. Que es tingui la capacitat de definir dues famílies de dispositius de capa física: LAN PHY-10GB/s i WAN PHY-9.29GB/s. LAN PHY la seva utilització més comú és la de interconectar routers i switches entre si, a una velocitat de 10.3GBits/s i a una distància màxima de 80 Km. WAN PHY encapsula la trama de ehternet per a la trasmisió sobre un canal SDH/SONET STS-192c.
   

Cinc o sis linies abans comentavem que aquest estàndar tenia 7 tipus de nous medis per a LAN, WAN i MAN. Són els següents:

1. 10GBASE-SR ("short range"): Feta per a distàncies curtes en fibra óptica de tipus multi-mode.Aquesta distància depen del tipus de cable i va de entre 26 a 82m. Tambié soporta una distància de 300 m sobre una nova fibra óptica multi-mode de 2000 MHz·km (longitud de onda = 850nm).

2. 10GBASE-CX4: Interficie de coure de cables InfiniBand CX4 i conectors InfiniBand de quadruple velocitat per aplicacions de curt abast (límit 15m).Es l'interficie més barat i més curt de tots.

3. 10GBASE-LX4: Utilitza multiplexió per divisió de longitut d'ona entre distancies de 240 i 300m amb fibra óptica multi-mode. Tambié soporta fins 10km en fibra mono-mode. Les longituts d'onda que utilitza són d'uns 1310nm.

4. 10GBASE-LR ("long range"): Estàndar que soporta distancies menors o iguals de 10km en fibra mono-mode (a 1310nm de longitut d'ona).

5. 10GBASE-ER ("extended range"): Estàndar que de distancias inferiors a 40km en fibra mono-mode (a 1550nm de longitud d'ona).

6. 10GBASE-LRM: 10 Gbit/s sobre cable de FDDI- de 62.5 µm.

7. 10GBASE-SW, 10GBASE-LW y 10GBASE-EW: usen WAN PHY, interoperen amb equips OC-192/STM-64 SONET/SDH amb trames lleugeres SDH/SONET. A nivell físic es corresponen amb 10GBASE-SR, 10GBASE-LR i 10GBASE-ER respectivament.Això implica que utilitzin el mateix tipus de fibra i soporten les mteixes distàncies.

NOTA: IEEE esta desenvolupant el 10GBase-T utilitzant cable de categoria 6A. Aquest estandar en desenvolupament també esta cambian el diseny half-duplex per xarxes commutades full-duplex. Així s'assegura la alta compatibilitat amb les ethernets mes antigues i les ethernets IEEE 802. L'aprobació d'aquest estandar esta programada pel 2006.

índex

4.3 Altres tecnologies

01/02()

4.3.1 Token Ring

És una arquitectura de red desenvolupada per IBM amb tipología lógica en anell i tècnica d'acces de pas de testimoni. Cumpleix l'estandar IEEE 802.5. Aquestes xarxes consegueixen una velocitat màxima de transmissió que oscil·la entre els 4 i els 16Mbps. Posteriorment el High Speed Token Ring (HSTR) va elevar la velocita a 100 Mbps. Està en desús a causa de la popularització d'Ethernet. Repetidors units per 2 enllaços punt a punt unidireccionals formant un bucle tancat. Cada repetidor es connecta amb dos altres via enllaços unidireccionals formant un bucle tancat. La trajectòria tancada és única. Les dades es transfereixen bit a bit d'un repetidor al següent. Cada repetidor regenera i retransmet cada bit. Cada repetidor realitza inserció, recepció i eliminació de dades.Els repetidor actuen com punt d'accés. Els paquets son eliminats pel transmissor després d'una volta complerta a tot l'anell.

Token Ring

• Protocol MAC definit a IEEE 802.5

A diferencia del Ethernet, aquí un Token (una pequeña trama, un testigo) es pasado de computadora a computadora como si fuera una patata caliente. Cuando una computadora desea mandar información debe de esperar a que le llegue el Token vacío, cuando le llega utiliza el Token para mandar la información a otra computadora (canvia un bit del token, y añade los campos a la trama de información) , entonces cuando la otra computadora recibe la información regresa el Token a la computadora que envió con el mensaje de que fue recibida la información. Asi se libera el Token para volver a ser usado por cualquiera otra computadora. Aquí debido a que una computadora requiere el Token para enviar información no hay colisiones, el problema reside en el tiempo que debe esperar una computadora para obtener el Token sin utilizar, a diferencia de las redes que utilizan CSMA/CD (como Ethernet), estas redes están caracterizadas por la posibilidad de calcular el máximo tiempo que pueden permanecer en una terminal esperando que estas transmitan.

Prioridades:

Las redes Token Ring utilizan un sofisticado sistema de prioridad que permite designarles a los usuarios un tipo de prioridad en base a su uso de la red. Los frames en redes Token Ring tienen dos campos que controlan la prioridad: el campo de prioridad y un campo reservado. Solo las estaciones que posean un valor de prioridad igual o mayor al contenido en el token pueden seccionar éste. Una vez que el token está seccionado y la información del frame cambiada, sólo las estaciones con una prioridad mayor a la que transmitió el token puede reservar el token para la siguiente pasada a través de la red. Cuando el siguiente token es generado, este incluye la prioridad más grande anteriormente reservada por la estación. Después de que se efectuó su entrega la estación que mandó debe regresar la prioridad del token a como lo había encontrado.

Manejo de mecanismos de falla:

Las redes Token Ring emplean varios mecanismos para detectar y corregir las fallas en la red. Por ejemplo: se selecciona una estación en una red Token Ring para que trabaje como monitor de la red. Esta estación que puede ser cualquiera de la red, centraliza los recursos en base a tiempos y sistemas de mantenimiento para las estaciones. Una de estas funciones es remover los constantes frames que circulan en el anillo. Cuando un dispositivo que envía falla, este frame puede continuar circulando en el anillo, esto previene a otras estaciones de transmitir en ese momento. El monitor detecta dichos frames y los remueve del anillo generando uno nuevo. Un algoritmo de token llamado beaconing detecta y trata de reparar ciertos errores en la red. A veces, una estación detecta un problema serio con la red (como un cable dañado o desconectado), esta envía un frame de reemplazo. El frame de reemplazo define una falla en el dominio donde reside la estación que detectó el problema, y enseguida viene un proceso de autoreconfiguración donde intervienen los nodos cercanos al problema y automáticamente lo soluciona.

• Solucion a los problemas en la topología del anillo -> MAU

La MAU es el circuito usado en un nodo de red para acoplar el nodo al medio de transmisión. Este aislamiento es la clave para la inmunidad de los sistemas en red ante las interferencias. Los datos en Token-Ring se transmiten a 4 ó 16mbps, depende de la implementacion que se haga. Todas las estaciones se deben de configurar con la misma velocidad para que funcione la red. Cada computadora se conecta a través de cable Par Trenzado ya sea blindado o no a un concentrador llamado MAU(Media Access Unit), y aunque la red queda fisicamente en forma de estrella, lógicamente funciona en forma de anillo por el cual da vueltas el Token. En realidad es el MAU es que contiene internamente el anillo y si falla una conexión automáticamente la ignora para mantener cerrado el anillo. Un MAU puede soportar hasta 72 computadoras conectadas y el cable de el MAU a la computadora puede ser hasta de 100 metros utilizando Par Trenzado Blindado, o 45 metros sin blindaje. El Token-Ring es eficiente para mover datos a través de la red. En redes pequeñas a medianas con tráfico de datos pesado el Token Ring es más eficiente que Ethernet. Por el otro lado, el ruteo directo de datos en Ethernet tiende a ser un poco mejor en redes que incluyen un gran numero de computadoras con tráfico bajo o moderado. Se puede utilizar una conexion de MAU's para hacer un anillo más grande.

• Formato de las tramas:

Las redes Token Ring definen dos tipos de frames: tokens y data/command frames. Ambos formatos se muestran en la figura siguiente:

Tokens

Los tokens son de 3 bytes de longitud y consisten en un delimitador de inicio, un byte de control de acceso y un delimitador final. El delimitador de inicio alerta a cada estación de la llegada de un token (o data/command frame). Este campo incluye señales que distinguen este byte del resto del frame por una violación al esquema usado en el frame. El byte de control de acceso contiene los campos de prioridad y reservación, como un token bit (usado para diferenciar un token del frame data/command) y un monitor bit (usado por el monitor activo para determinar cuando un frame está circulando en el anillo a baja velocidad. Finalmente, las señales finales de delimitación señalan el final del token o data/command frame. Aquí también están contenidos bits que muestran si el token está dañado.

Data/Command Frames

Los Data/command frames varían en tamaño, dependiendo del tamaño del campo de datos. Los Data/command frames llevan información hacia protocolos de otro nivel. Los frames de command contienen información de control y no contienen datos para llevar a otros protocolos. En los Data/command frames, hay un byte de frame control después del byte de control de acceso. El byte de frame control indica cuando el frame contiene datos o información de control. Seguido del byte de frame control hay dos campos de direcciones los cuáles identifican las estaciones destino y fuente. El campo de datos see encuentra después de los campos de direcciones. La longitud de este campo está limitado por el ring token holding time, el cuál define el máximo tiempo que una estación puede tener el token. Seguido del campo de datos está el campo de frame check sequence (FCS). Este campo es llenado por la terminal fuente con un valor calculado dependiendo del contenido del frame. La estación de destino recalcula este valor para determinar si el frame tuvo algún daño durante el tiempo que se movió, si sí, el frame es descartado Como en el token, el delimitador completa el data/command frame.

• Millora del rendiment

  • Alliberament ràpid del testimoni (ETR): És la característica del Token Ring “clàssic” (1980’s), té la possibilitat de transmitir el testimoni després de transmetre les dades, sense esperar la trama enviada, fa un ús més eficaç del medi, però té una repercussió negativa en el mecanisme de prioritats.

  • Pas de testimoni dedicat (DTR): És un “Nou mode d’operació” (1998), té un concentrador central que actua de switch (commutador), usa enllaços punt-a-punt full-dúplex amb totes les estacions, usa el Concentrador per retransmitir les trames, però no s’utilitza el pas de testimoni.

Imágen «dtr.jpg» no disponible

Imagen: DTR

FUENTES: apuntes de la asignatura, wikipedia, http://www.monografias.com/trabajos/tokenring/tokenring.shtml, http://www.pchardware.org/redes/redes_tokenring.php

(04/02)()

FDDI

En Computación, la FDDI (Fiber distributed data interface) se define como una topología de red local en doble anillo y con soporte físico de fibra óptica. Puede alcanzar velocidades de transmisión de hasta 100 Mbps y utiliza un método de acceso al medio basado en paso de testigo (token passing). Utiliza fibras multimodo y concentradores de cableado en topología física de estrella y lógica de doble anillo (anillo primario y anillo secundario). Es una red muy fiable gracias a la fibra y al doble anillo, sobre el que gira la información en direcciones opuestas.

Esta tecnología fue desarrollada a mediados de los años 80 cuando la tecnología ethernet y token ring no entregaban suficiente ancho de banda para aplicaciones.

Imágen «fddi1.jpg» no disponible

Una topología más general es el anillo dual de árboles:

• Concentradores conectados al anillo dua, proporcionándole acceso a otros concentradores y a otros equipos.
• Algunos equipos, también se conectan directamente al anillo dual.

El tráfico de cada anillo viaja en direcciones opuestas. Físicamente, los anillos están compuestos por dos o más conexiones punto a punto entre estaciones adyacentes. Los dos anillos de la FDDI se conocen con el nombre de primario y secundario. El anillo primario se usa para la transmisión de datos, mientras que el anillo secundario se usa generalmente como respaldo.

• Se distinguen en una red FDDI tres tipos de concentradores:
  • Dual Attached Concentrators (DAC): Concentradores con conexión dual y fiable al backbone para las estaciones.
  • Single Attached Concentrators (SAC): Concentradores con conexión solo al anillo primario del backbone, menos fiables.
  • Null Attached Concentrators (NAC): Concentradores no conectados a ningún backbone.
• Se distinguen en una red FDDI dos tipos de estaciones: las estaciones Clase B, o estaciones de una conexión (SAS, Single Attached Stations) , se conectan a un anillo, mientras que las de Clase A, o estaciones de doble conexión (DAS, Dual Attached Stations) , se conectan a ambos anillos.

Las SAS se conectan al anillo primario a través de un concentrador que suministra conexiones para varias SAS. El concentrador garantiza que si se produce una falla o interrupción en el suministro de alimentación en algún SAS determinado, el anillo no se interrumpa. Esto es particularmente útil cuando se conectan al anillo PC o dispositivos similares que se encienden y se apagan con frecuencia.

Imágen «fddi2.jpg» no disponible

• FDDI, se compone de 4 especificaciones:
  • Control de acceso al medio (Mac) : Define la forma en que se accedede al medio.
  • Protocolo de capa física (PHY) : Define los procedimientos de codificación o codificación.
  • Medio de capa física (PMD) : Define las características del medio de transmisión.
  • Administración de estaciones (SMT) : Define la configuración de la estación FDDI.

• Formato de las tramas MAC

Las tramas en la tecnología FDDI poseen una estructura particular. Cada trama se compone de los siguientes campos:

• Preámbulo, que prepara cada estación para recibir la trama entrante.
• Delimitador de inicio, que indica el comienzo de una trama, y está formado por patrones de señalización que lo distinguen del resto de la trama.
• Control de trama, que contiene el tamaño de los campos de dirección, si la trama contiene datos asíncronos o síncronos y otra información de control.
• Dirección destino, que contiene la dirección física (6 bytes) de la máquina destino, pudiendo ser una dirección unicast (singular), multicast (grupal) o broadcast (cada estación).
• Dirección origen, que contiene la dirección física (6 bytes) de la máquina que envió la trama.
• Secuencia de verificación de trama (FCS), campo que completa la estación origen con una verificación por redundancia cíclica calculada (CRC), cuyo valor depende del contenido de la trama. La estación destino vuelve a calcular el valor para determinar si la trama se ha dañado durante el tránsito. La trama se descarta si está dañada.
• Delimitador de fin, que contiene símbolos que indican el fin de la trama.
• Estado de la trama, que permite que la estación origen determine si se ha producido un error y si la estación receptora reconoció y copió la trama.

• En cuanto a la codificación, FDDI usa el sistema NRZI, e implementa un esquema de codificación denominado esquema 4B/5B , en el que se usan 5 bits para codificar 4. Por lo tanto, dieciséis combinaciones son datos, mientras que las otras son para control.
• Capa física:

FUENTES:; Apuntes/transparencias de la asignatura, wikipedia,http://www.itlp.edu.mx/publica/revistas/revista_isc/anteriores/jun99/fddi.html, http://www.monografias.com/trabajos22/redes-fddi/redes-fddi.shtml

índex

(05/02)()

Canal de fibra

És una tecnologia per a transmissió de dades entre dispositius d'ordinadors amb taxes de transferència fins a 4 Gbps (i 10 Gbps en el futur proper). És especialment adequat per a la connexió de servidors a altres servidors, a dispositius de magatzematge compartits i per a interconnectar controladors i impulsions de magatzematge. Ha començat a substituir a Small Computer System Interface (SCSI).

• Necessitat de transmissió de dades als processadors a major velocitat:
  • Canal entrada/sortida: no té en compte format ni significat de les dades.
  • Comunicacions de xarxa: ús de protocols.

• Canal de fibra -> Combinació del millor d’ambdues tecnologies.

  • Enllaços full-dúplex amb dues fibres per enllaç
  • Rendiments almenys de 100 a 800 Mbps per fibra
  • Fins a 10 Km
  • Connectors petits
  • Alta capacitat d’ús, connectivitat, disponibilitat, escalabilitat

És un mecanisme de transport simple i genèric basat en enllaços punt a punt (entre ports) i una xarxa de commutació.

• Components:
  • Nodes: sistemes finals
  • Estructura (Fabric): commutadors. L’estructura és responsable de l’emmagatzematge i encaminament de

trames entre els nodes origen i destí.

• Elements interconnectats per enllaços punt a punt entre ports:
  • N_ports (Node): un o més a cada node, per connexió amb commutador (a F_port) o a un altre node (N_port).
  • F_ports (Fabric): als commutadors, per connexió amb els nodes (N_ports)
  • L_ports (Loop): per a connexió en anell (L_port).
  • E_ports (Extension): als communtadors, per connexió a altres communtadors (E_port) per crear fabrics multi-commutador.

• Topologies possibles: malla, punt a punt, anell.
• Medis de transmissió:
  • Parell trenat apantallat, coaxial de vídeo i fibra òptica.
  • Velocitats estàndard de 100 Mbps a 3,2 Gbps.
  • Distàncies enllaços punt a punt de 33 metres a 10 Km.
• Aplicacions:
  1. Enllaçar clusters d’estacions de treball d’alt rendiment
  2. Connexió de mainframes entre ells
  3. Proporció de pipes d’alta velocitat a granges de servidors
  4. Cluster de granges de discs
  5. Enllaç de WANs i LANs al backbone

Imágen «cfibra1.jpg» no disponible

• Arquitectura de protocols:
  • Medi físic FC-0: fibra òptica, coaxial i parell trenat.
  • Protocol de transmissió FC-1: defineix l’esquema de codificació del senyal.
  • Protocol de delimitació FC-2: inclou les topologies definides, format de trames, control de flux i d’errors i agrupació de trames.
  • Serveis comuns FC-3: inclou la multidifusió.
  • Transformació FC-4: defineix la conversió de protocols de canal i de xarxa a canal de fibra (IEEE 802, ATM, IP i interfície SCSI).

Imágen «cfibra2.jpg» no disponible

LAN - ATM

• Són xarxes locals de tercera generació:
  • Suport a classes de servei múltiples i garantits

• Vídeo en directe -> connexió garantida a 2 Mbps

• Transferència d’arxius -> transferència en background

  • Sistema escalable amb capacitat de creixement
• Capacitat per estació
• Capacitat global
  • Facilitar la interconnexió de sistemes LAN/WAN (xarxes locals amb tecnologia ATM)
• Usen un mode de transferència asíncrona (Asynchronous Transfer Mode):
  • Ús de camins i canals virtuals
  • Connexions permanents preconfigurades o commutades en funció de la demanda.
  • Fàcilment escalable.
  • Integració transparent de xarxes LAN amb WAN.
• Circuits virtuals :

Imágen «lanatm1.jpg» no disponible

• ATM tria un camí, anomenat circuit virtual, abans de l’inici de la transmissió entre dues estacions. Això fa més simple la commutació.
• Ús d’ATM en algun lloc de la LAN:
  • Gateway a ATM WAN
  • Commutador ATM per la xarxa troncal (backbone):
• Interconnexió mitjançant un únic commutador ATM o
• Xarxa local de commutadors ATM
  • ATM de grup de treball:
• Sistemes finals d’altes prestacions connectats directament als commutadors ATM.
  • Sistemes mixtos
• Backbone ATM:

Imágen «lanatm2.jpg» no disponible

• Centre de commutació ATM:

Imágen «lanatm3.jpg» no disponible

FUENTES: Apuntes/transaparencias de la asignatura.

4.4 Interconnexió de LANs

(03/02) ()

Repetidores

Los repetidores, también llamados hub, son usados para asegurar que las señales a nivel físico generadas por un DTE conectado a un segmento, se propagan adecuadamente a través del medio físico, a otro segmento conectado a través de un repetidor. Con respecto al modelo de referencia ISO se puede decir que opera tan sólo a nivel físico, es decir, solo propaga la señal eléctrica.

Fundamentalmente se emplean cuando se desea conectar dos segmentos LAN, limitados cada uno de ellos en cuanto a la longitud física, de forma que mediante la adición de un repetidor se mantenga la interface física asociada a cada uno de ellos, resultando funcionalmente como si se tratase de un único segmento. En este sentido, la presencia de varios segmentos resulta ser trasparente a los DTE's de cada segmento LAN y dependiendo del método MAC utilizado, el número máximo de repetidores conectados será de 4.

Imágen «repetidores.jpg» no disponible

Sin embargo, como se puede fácilmente deducir, el empleo de repetidores reduce el ancho de banda de la red, ya que aumenta el tráfico de señales que son trasmitidas por el medio físico, que en muchos casos no resultan útiles para los DTE's de un determinado segmento.

Con los repetidores se pueden realizar redes locales formadas por una combinación de segmentos de cable, con medios y topologías diferentes. Sin embargo, existen ciertos límites, que son específicos para la tecnología que se utiliza en cada medio de acceso. Conciernen el número máximo de repetidores que puede atravesar, el largo máximo que no puede sobrepasar para cada segmento, el largo total de la arquitectura. De esa manera, se pueden realizar varios segmentos, por ejemplo con Ethernet, que resulten de combinaciones de cables coaxiales, de fibra óptica, de pares trenzados, gestionados por los repetidores separados o integrados en un mismo conjunto.

Puentes (Bridges)

Los puentes permiten la interconexión de LAN similares y están diseñados para su uso entre redes de área local que utilizan protocolos idénticos en las capas física y de acdeso al medio. Los puentes más sofisticados permiten la conversión entre formatos MAC diferentes.

Existen varias razones para el interconexionado de redes LAN mediante puentes:

• Fiabilidad: El peligro en la conexión de todos los dispositivos de procesamiento de datos de un organismo en una sola red es que un fallo en ella puede imposibilitar la comunicación para todos los dispositivos. En cambio, haciendo uso de puentes, la red puede dividirse en unidades autocontenidas.

• Prestaciones: En general, las prestaciones de una LAn decrecen cuando aumenta el número de dispositivos o la longitud del medio. A veces, varias LAN pequeñas pueden ofrecer mejores prestaciones si se pueden agrupar los dispositivos de manera tal que el tráfico interno de cada red supere significativamente el tráfico entre ellas.

• Seguridad: La disposición de varias LAN puede mejorar la seguridad en las comjunicaciones. ES deseable mantener diferentes tipos de tráfico con necesidades diferentes de seguridad y en medios separados físicamente.

• Geografía: Es evidente que se necesitan dos LAN separadas para dar soporte a dispositivos agrupados en dos lugares geográficamente distantes.

Funciones de los puentes

• Lectura de todas las tramas transmitidas en A y aceptación de aquellas dirigidas a estaciones en B.
• Retransmisión habia B de cada una de las tramas, haciendo uso del protocolo de control de acceso al medio de esta LAN.
• El mismo proceso para el tráfico de B a A.

Imágen «puentes.jpg» no disponible

Aspectos en el diseño de los puentes

• El puente no modifica el contenido o formato de las tramas que recibe ni las encpasula con una cabecera adicional. Cada trama a transmitir es simplemente copiada desde una LAN y repetida con, exactamente, el mismo patrón de bits en la otra LAN. Esto se puede hacer así dado que las dos LAN usan los mismos protocolos.
• El puente debe desponer de suficiente memoria temporal para aceptar demandas de pico. Par un periodo de tiempo pequeño, las tramas se pueen recibir más rápidamente de lo que se puede retransmitir.
• El puente debe presentar capacidad de direccionamiento y de encaminamiento. Como mínimo, debe conocer las direcciones de cada red para determinar qué tramas debe pasar. Además, pueden existir más de dos redes LAN interconectadas por varios puentes, en cuyo caso puede ser necesario encaminar una trama a través de varios puentes a lo largo de su trayecto desde el origen hasta el destino.
• Un puente puede conectar más de dos LAN.

Arquitectura de protocolos de los puentes

La especificación IEEE 802.1D define la arquitectura de protocolos para puentes MAC. En la arquitectucra 802, la dirección final o de estación se establece en el nivel MAC, de modo que es a este nivel al que puede funcionar un puente. En la figura (a) se muestra el caso más simple, consistente en dos LAN con los mismos protocolos MAC y LLC conectadas por un único puente. El puente funciona como se ha descrito anteriormente: captura las tramas MAC cuyo destino no se encuentra en la LAN de origen, las almacena temporalmente y las transmite sobre la otra LAN. Por lo que se refere a la capa LLC, existe un diálogo entre las entidades LLC paritarias en las dos estaciones finales, no conteniendo el puente esta capa dado que su única función es la retransmisión de las tramas MAC.

En la figura (b) se indica la forma en que se encapsulan los datos en un puente. Éstos se ofrecen al protocolo LLC por parte de algún usuario. La entidad LLC añade una cabecera y pasa la unidad de datos resultante a la entidad MAC, que añade una cabecera y una cola para dar lugar a una trama MAC. El puente captura la trama de acuerdo con la dirección MAC de destino especificada en ella y, dado que su función es retransmitirla intacta a la LAn de destino, no elimina los campos MAC. De esta forma la trama se deposita en la LAN de destino y es capturada por la estación destino.

Imágen «protocolo.jpg» no disponible

Puentes remotos

El concepto de puente de retransmisión MAC no está limitado al uso de un único puente para conectar dos LAN adyacentes. Si las LAN están distanciadas, se pueden conectar a través de dos puentes intercomunicados. La comunicación entre los dos puentes puede consistir en una red, de conmutación de paquetes de area amplia por ejemplo, o en un enlace punto a punto. En estos casos, cuando un puente captura una trama MAC, debe encapsularla apropiadamente y transmitirla sobre la conexión hacia el otro puente, el cual eliminará los campos extra y transmitirá la trama MAC en su forma original a la estación de destino.

Imágen «puentes_remotos.jpg» no disponible

Técnica del árbol en expansión

El método del árbol en expansión es un mecanismo en el que los puentes desarrollan automáticamente una tabla de encaminamiento y la actualizan en respuesta a cambios en la topología. El algoritmo consta de tres mecanismos:

• retransmisión de tramas
• aprendizaje de direcciones
• mecanismo para evitar bucles

Retransmisión de tramas

En este esquema, un puente mantiene una base de datos de retransmision (forwarding database) para cada puerto de conexión a una LAN. La base de datos indica las direcciones de estación para las que las tramas deben transmitirse sobre un puerto dado. Esto se puede interpretar de las siguiente forma: para cada puerto se mantiene una lista de estaciones situadas en el "mismo lado" del puente que el puerto. Suponiendo que un puente recibe una trama MAC a través del puerto x, se aplican las siguientes reglas:

1. Búsqueda en la base de datos de retransmisión para determinar si la dirección MAC se asocia a un puerto distinto de x.

2. Si no se encuentra la direción MAC de destino, la trama se envía a través de todos los puertos excepto por el que llegó.
3. Si la dirección de destino se encuentra en la base de datos para algun puerto y, se determina si ese puerto se encuentra en estado de bloqueo o de envío. Un puerto puede estar a veces bloqueado, lo que le impide emitir o recibir tramas.

4. Si el puerto y no está bloqueado, se transmite la trama a través de ese puerto sobre la LAN a la que se encuentra conectado.

Imágen «retransmisión_tramas.jpg» no disponible

Aprendizaje de direcciones

El esquema anterior se basa en la existencia en los puentes de una base de datos de retransmisión que indica la dirección de cada estación destino desde el puente en cuestión. Sin embargo, es preferible un mecanismo automático efectivo para aprender las direcciones de cada estación. Un esquema sencillo para conseguir esta información se basa en el empleo del campo de dirección presente en las tramas MAC.

La estrategia sería la siguiente: Cuando se recibe una trama por un puerto dado, es evidente que viene desde la dirección de la LAN entrante. El campo de dirección origne de la trama indica la estación emisora, de modo que un puente puede actualizar su base de datos de retransmisión a partir de esa dirección MAC. Con el fin de permitir cambios en la topología, cada entrada en la base de datgos dispone deun temporizador. Cuando se añade una nueva entrada a la base de datos, se activa el temporizador asociado. Si éste expira, se elimina la entrada de la base de datos dado que la información de dirección correspondiente puede no ser válida por más tiempo. Cada vez que se recibe una trama se comprueba su dirección origen en la base de datos. Si se encuentra como entrada ya en la base de datos, se actualiza (la dirección puede haber cambiado) y se reinicia el temporizador. Si la entrada, por el contrario, no está en la base de datos, se crea una nueva con su propio temporizador.

Imágen «aprendijazedirecciones.jpg» no disponible

Algoritmo del árbol en expansión

El mecanismo de aprendizaje de direcciones escrito anteriormente es efectivo si la topología de la interconexión de redes es un árbol; es decir, si no existen rutas alternativas en la red. La existencia de rutas alternativas implica la apararición de bules cerrados.

Para analizar este problema utilizaremos el siguiente caso:

Imágen «bucles_cerrados.jpg» no disponible

La estación A transmite una trama destinada a la estación B en el instante de tiempo t0. Ambos puentes capturan esta trama y actualizan sus bases de datos para indicar que la estaciòn A se encuentra en la dirección de la LAN X, y retransmiten la trama a través de la LAN Y. Supongamos que el puente alfa la rretnasmiten en el intante de tiempo t1 y el puente beta un poco después, en t2. Así, B recibirá dos copias de la trama. Además, cada puente recibirá las transmisiones de los otros a través de la LAN Y. Obsérvese que cada transmisión es una trama MAC con la dirección origen de A y a dirección destino de B, con lo que cada puente actualizará su base de datos para indicar que la estación A se encuentra en la dirección de la LAN Y. Ningun puente es capaz ahora de retransmitir una trama dirigida a la estación A.

Para solucionar este problema se utiliza un sencillo resultado de la teoría de grafos: para cualquier grafo conectado, compuesto de nodos y de terminales que conectan cada par de nodos, existe un árbol de expansión de terminales que mantiene la conectividad del grafo pero no contiene bucles cerrados. En términos de interconexión, cada red LAN se corresponde con un nodo del grafo y cada puente con una arista. Es necesario el desarrollo de un algoritmo sencillo mediante el que los puentes de la interconexión puedan intercambiar información suficiente (sin intervención de los usuarios) para obtener el árbol de expansión. El algoritmo debe ser dinámico, es decir, los puentes deben ser capaes de percatarse ante un cambio en la topología y obtener automáticamente un nuevo árbol de expansión.

El algoritmo del árbol en expansión desroollado por IEEE 802.1 puede desarrollar dicho árbol. Todo lo que se precisa es que cada uno de los puentes tenga asignado un identificador único y se asocien costes a cada uno de los puertos de los puentes. Aparte de cualquier consideración especial, todos los costes podrían ser iguales, lo que produciría un árbol de menor número de saltos. El algoritmo implica el inercambio de un número reducido de mensajes entre todos los puentes para obtener el árbol de expansión de mínimo coste. Cuando se produzca un cambio en la topología, los puentes recalcularán automáticamente el árbol de expansión.

Enrutadores (Encaminadores)

Los encaminadores (routers), son dependientes del protocolo, y de modo similar a los puentes, tienen la capacidad de filtrar el tráfico de un modo inteligente. Su funcionamiento está basado, en gran medida en la información del protocolo contenida en cada paquete. Igual que los puentes, impiden la propagación de las colisiones de unos segmentos a otros de la red. Es más, en realidad, separan totalmente los segmentos convirtiéndolos en redes lógicas totalmente diferentes, que denominamos "subredes", e incluso modifican el contenido de los paquetes retransmitidos. Como en el caso de los puentes, pueden llegar a transmitir los paquetes a la misma velocidad que a la que circulan por la red. Los encaminadores se sitúan en la capa de red del modelo OSI (nivel 3).

Imágen «capas_router.jpg» no disponible

El tipo de direccionamiento se basa en un esquema de direccionamiento jerárquico basado en tablas de rutas. Según el tipo de actualización de estas tablas tenemos dos tipos de encaminadores:

• Encaminadores estáticos: La actualización de las tablas de rutas se debe realizar de forma manual por parte del administrador
• Encaminadores dinámicos: Los propios protocolos de encaminamiento son quienes se encargan de la notificación automática de cambios o averías mediante mensajes de difusión entre los diferentes encaminadores.

Conmutadores

Conmutadores de la capa 2

El conmutador de la capa 2 presenta varias características interesantes:

1. No se necesita cambiar el software ni el hardware de los dispositivos conectados para convertir una LAN en bus o una LAN con un concentrador en un LAN con un conmutador. En el caso de una LAN Ethernet, cada dispositivo conectado continúa usando el protocolo CSMA/CD para acc4eder a la LAN. Desde el punto de vista de los dispositivos conectados nada ha cambiado en el acceso lógico.
2. Suponiendo que el conumtador tiene suficiente capacidad para atender a todos los dispositivos, cada uno de ellos tiene una capacidad dedicada igual a la de la LAN original completa.
3. El conmutador de la capa 2 permite el escalado de forma sencilla, pudiéndose conectar a dispositivos adicionales a él mediante el incremento correspondiente de su capacidad.

En la actualidad existen dos tipos de conmutadores:

• Conmutador de almacenamiento y envío (store-and-forward switch): el conmutador acepta una trama sobre una linea de entrada, la almacena temporalmente y después la encamina hacia la línea de salida correspondiente.

• Conmutador rápido (cut-through switch): el conmutador aprovecha que la dirección de destino se encuentra al comienzo de la trama MAC (control de acceso al medio) para retransmitir la trama entrante sobre la línea de salida correspondiente tan pronto como sabe la dirección de destino.

El conmutador de tipo rápido permite el mayor rendimiento posible, aunque a riesgo de propagar tramas erróneas dado que no es capaz de comprobar el campo CRC antes de efectuar la retransmisión. Por su parte, el conmutador de almacenamiento y envío implica un retardo entre la emisión y la recepción, pero mantiene la integridad completa de la red.

Un conmutador de la capa 2 puede ser visto como una versión full-duplex de un concentrador, pudiendo incorporar además la lógica necesaria para funcionar como puente multipunto. A continuación enumeraremos las diferencias entre puentes y conmutadores de la capa 2:

• La gestión de las tramas en un puente se hace por software, mientras que un conmutador de la capa 2 lleva a cabo el reconocimiento de direcciones y el reenvio de tramas por hardware.
• Por lo general, un puente sólo puede analizar y retrasmitir las tramas de una en una, mientras que un conmutador de la capa 2 tiene varias rutas de datos que actúan en paralelo, pudiendo así manejar múltiples tramas simultáneamente.

• Un puente utiliza siempre un mecanismo de almacenamientoy envío, mientras que un conmutador de la capa 2 puede funcionar en modo rápido (cut-through).

Conmutadores de la capa 3

Las prestaciones que ofrecen los conmutadores de la capa 2 son adecuadas para satisfacer los elevados requisitos de tráfico genarado por PC's, workstations y servers. Pero a medida que el número de dispositivos en un edificio o conjunto de ellos crece, los conumutadores de capa 2 muestran algunas deficiencias. Presentan, en particular, dos problemas fundamentales: sobrecarga de difusión y falta de enlaces múltiples.

Un conjunto de dispositivos y redes LAN conectados por un conmutador de capa 2 posee un espacio de direccionamiento plano. El término plano hace referencia al hecho de que todos los usuarios comparten una dirección de difusión común. De esta forma, si un dispositivo cualquiera emite una trama MAC con una dirección de difusión, la trama será entregada a todos los dispositivos conectados a cualquier segmento de la red interconectado por conmutadores de la capa 2 y/o puentes. En una red grande, una tasa de tramas de difusión elevada puede crear una sobrecarga tremenda. Se puede dar un caso aún peor, conocido como tormenta de difusión: un dispositivo defectuoso que inserte contínuamente tramas de difusión llega a congestionar completamente la red.

El segundo problema está relacionado con el hecho de que las normativas en vigor prohíben la existencia de bucles cerrados en la red, con lo que solo puede existir un único camino entre dos dispositivos cualquiera. Esto impide que cualquier implementación que se adecúe a los estándares proporcione múltiples caminos entre dispositivos, limitando el rendimiento y la fiabilidad de la red.

Una estrategia para reducir este problema es dividir una red local grande en subredes más pequeñas conectadas entre sí por routers para que las tramas de MAC de difusión lleguen a aquellos dispositivos que pertenezcan a la subred.

Existen diversos esquemas de conmutadores de capa 3 en el mercado, aunque, en términos generales, todos ueden ser clasificados en dos categorías:

• De tipo paquete a paquete: Funcionan de forma idéntica a un dispositivo de encaminamiento tradicional. Dado que la lógica de retransmisión está en el hardware, el conmutador puede incrementar en un orden de magnitud el rendimiento, en comparación, con un dispositivo de encaminamiento que lo haga por software.
• Basados en flujos: Tratan de mejorar el rendimiento mediante la identificación de flujos de paquetes IP que poseen las mismas direcciones de origen y de destino. Esta tarea puede realiarse observando el tráfico de salida, o bien utilizando una etiqueta de flujo en la cabecera de cada paquete (existente en IPv6 pero no en IPv4). Una vez que un flujo es identificado, es posible establecer una ruta predefinida a través de la red para acelerar el proceso de retransmisión. DE esta forma se consigue un incremento en el rendimiento con respecto a un dispositivo de encaminamiento puramente basado en software.

Fuentes:

• http://www.tlm.unavarra.es/asignaturas/lpr/0506/slides/clase3-Ethernet.pdf

• http://www.forest.ula.ve/~mana/cursos/redes/interconexion.html

• Stallings, William: "Comunicaciones y redes de computadores"
• Transparencias de clase

• http://www.consulintel.es/Html/Tutoriales/Articulos/tecn_conm.html

• http://www.redes.upv.es/ralir/ficheros/presentaciones/10%20Dise%C3%B1o%20RALs.pdf

índex

(DanielMartín)

4.5 LANs sense fils

Introducció

Les xarxes sense fils s'ha creat per donar soporta a una quota de mercat en augment. Era necessari donar suport a requeriments que les xarxes amb fils no podíen:

• Mobilitat
• Flexibilitat (trasllat)
• Cobertura de llocs difícils de cablejar

• Treball ad hoc (xarxes sobre la marxa sense jerquía centralitzada, veure ampliacions del tema 4)

Les wireless han anat evolucionant i resolent problemes:

• Preu elevat
• Baixes velocitats
• Seguretat
• Necessitats de llicències

Aplicacions:

• Ampliació de la LAN:
  • Edificis de gran superfície, amb puts d'accès es pot donar suport a un edifici sencer sense fer obres ni rés:
    • Plantes de fabricació, on el cablejat de xarxa pot mol·lestar, deteriorar-se o simplement ha de canviar contínuament, segons sigui la fàbrica.
    • Superfícies comercials: Es pot donar com servei al públic o per connectar aparells a la xarxa, com ara les caixes registradores.
    • Magatzems: El mateix que el cas anterior, però normalment no adeçat de cara al públic. Es poden connectar, per exemple, un servidor per consultar stocks amb un postos de control i unes PDAs per control·lar sobre el terreny les existències i els moviments.
  • Edificis històrics: la impossibilitat de fer obres ja no es raó per no tenir xarxa o tenir-la amb els cables visibles.
  • Petites oficines: es mes ràpid muntar una xarxa sense fils que cablejar l'oficina.
• Xarxa connectada a la xarxa troncal cablejada: Es poden utilitzar xarxes sense fils per ampliar xarxes cablejades, tant en quant a abast com per característiques. Es clar que amb xarxes sense fils aconseguim arribar a mes llocs, però tambè aconseguim que el postos de treball no siguin fixes i que usuaris de ordinadors portàtils PDAs i qualsevol aparell equipat puguin accedir a la xarxa i els serveis oferts en aquesta.
• Interconnexió d’edificis:
  • Connexions sense fils punt a punt entre LANs en edificis veïns: Es poden connectar dues xarxes cablejades utilitzant una xarxa wireless.
  • Generalment connecten ponts o dispositius d’encaminament: Es poden encaminar totes les comunicacions per una sola línea de sortida i reduïr així costos.
  • Utilitzat on no és possible la connexió amb cable (ex: travessar un carrer): El mateix cas però en situacions on el cable ja no es que no sigui viable, sinò que sería il·legal.

No és una LAN, però s’inclouen aquestes aplicacions dins d’aquest entorn:

• Accés nòmada:
  • Terminals de dades mòbils que es connecten a una LAN. Exemple: portàtils...
  • Transferència de dades entre el dispositiu i els servidors de la LAN: Es pot tenir accés als servidor de la xarxa local desde qualsevol lloc on arribi la xarxa sense fills connectada a la xarxa local.
  • Campus i entorns grans: connexió des de llocs diferents. Qualsevol pot accedir desde qualsevol lloc a la xarxa i els seus servis, com pot ser el correu, internet, dades compartides, etc.
• Treball en xarxa ad hoc:
  • Xarxa entre iguals (sense servidor central).
  • Establiment temporal, per satisfer necessitats immediates o com sistema d'emergència.
  • Reunions de negocis, conferències: Permet crear una xarxa en pocs minuts i sense hardware adicional.
  • Autoconfiguració dinàmica: El nodes s'autoconfiguren segons van arribant més.

Requeriments

Els mateixos que qualsevol LAN:

• Alta capacitat, cobertura de petites distàncies, connectivitat total entre estacions i capacitat de difusió.

Requeriments específics:

• Rendiment.
• Número de nodes (ús de cel·les quan un punt d'accés es comença a col·lapsar).
• Connexió al backbone, si es vol accedir als serveis d'aquest.
• Consum de bateria. Moltes vegades aquestes xarxes estan adreçades a dispositius portàtils que funcionen amb bateríes, per això no poden consumir massa.
• Robustesa i seguretat: Han d'oferir-les per ser utilitzades a empresses.
• Sense llicències per poder funcionar: No es rentable pagar llicències.
• Traspassos (Handoff) / Itinerància (Roaming): Es tracta de dues tecnologíes per poder utilitzar les xarxes mentre s'està en moviment: laTraspassos s'encarrega de trespassar la responsabilitat de la connexió d'un punt d'accés a un altre que te mes bona senyal. Itinerància serveix per establir camins de communicació per arribar als destinataris.
• Autoconfiguració dinàmica: La inclusió o eliminació d'un node no ha d'afectar als altres nodes.

Tecnologies

• Infrarojos (IR): 902-928 MHz. Mínim una cel·la per habitació:
  • Difusos: Els infrarojos s'expandeixen per ser captats desde diferents posicions. Mes consum.
  • De feix directe: Els infrarojos surten concentrats com un làser.
• Espectre estès, Spread spectrum: 2.400-2.483'5MHz.
• Microones de banda estreta: 5.725-5850MHz

IEEE 802.11

Quasi totes les xarxes wireless utilitzen l'estàndard IEE 802.11, bassat a l'IEQ-802, com quasi totes les LANS:

Capes físiques:

• Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS): S'utilitza tot el canal encara que la senyal tingui menys ample de banda per així millorar la tolerància a interferències. Amplía la señal para que ocupe todo el espectro.
• Frequency-Hopping Spread Spectrum (FHSS): S'utilitza tot el canal encara que la senyal tingui menys ample de banda per així millorar la tolerància a interferències. La senyal va canviant de frequéncia fent salts. Requereix que tant l'emissor com el receptor coneguin els salts.
• High Rate Direct Sequence Spread Spectrum (HRDSSS): DSSS millorat.
• Orthogonal Frequency Division Multiplexed (OFDM): S'utilitza tot el canal encara que la senyal tingui menys ample de banda per així millorar la tolerància a interferències. Troceja la senyal i hi afegeix redundància.
• IR, Infra Rojos

S'ha de notar també que poden haber-hi punts d'accés aillats o combinats:

• Basic Service Set o cel·la: Un sol punt d'accès per donar servei wireless.
• Extended Service Set: Mes d'un punt d'accès. Mes eficaç però mes costòs. Es veu com una única LAN a nivell LLC.

Hi ha tres tipus d’estacions definides per l’estàndard en funció de la mobilitat:

• Sense transició à Estacionàries o moviment dins d’un BSS.
• Transició BSS à Desplaçament d’un BSS a un altre dins d’un ESS.
• Transició ESS à Desplaçament d’un BSS en un ESS a un altre BSS en un ESS diferent. Normalment no es garanteix el manteniment de connexions i es produeix una interrupció del servei.

Tasques dels punts d’accés:

• Permet la connexió dels terminals mòbils als servidors de la xarxa troncal.
• Fa de pont à converteix la trama 802.11 al format de la trama 802.3 i viceversa, transforma de 802.3 a 802.11.

Les estacions wireless i els punts d’accés envien els seus senyals en broadcast:

• Només un pot transmetre en cada moment.

• Si dos o més transmeten a l’hora es produeix una col·lisió..

Propostes DFWMAC (Distributed Foundation Wireless MAC). Implementa dos tipus de coontrol d'accès al medi:

• MAC sense fils de principi distribuït, DCF (Distributed Coordination Function): Implementa CSMA/CA, sense detecció de col·lisió: Mecanisme de detecció de senyal portador. Per xarxes ad hoc i per tràfic a ràfegues.
  • CSMA/CA+ACK (obligatori) (Carrier Sense Multiple Access / Collission Avoidance), equivalent al d'Ethernet cablejada.
    • Si no hi ha tràfic, podrà transmetre si després d’un cert instant prefixat (DIFS) de temps encara està lliure el canal.
    • Si hi ha tràfic, l’emissor haurà d’esperar fins que no n’hi hagi. A continuació haurà d’esperar un cert instant prefixat (DIFS) més un temps aleatori. Si passat aquest temps encara no hi ha trànsit transmet.
    • El receptor transmet immediatament un reconeixement a l’origen, esperant un temps (SIFS) més petit (ACK té prioritat alta).
    • Si l’emissor no rep l’ACK retransmet la trama fent servir CSMA/CA.
    • Es implementat per estacions mòbils i pels punts d’accés.

• Mecanisme de control d’accés distribuït, PCF (Point Coordination Function). Implementa sondeig amb un control centralitzat opcional implementat sobre ell. Protocol d’accés centralitzat: gestió centralitzada de la transmissió. Molt útil si les dades són sensibles al temps o de prioritat alta.
  

  • RTS/CTS (opcional excepte si estacions 802.11b i g comparteixen un punt d’accés 802.11g).
    • L’estació envia primer una trama petita RTS (DIF)
    • L’estació / Access Point a la que va dirigida la trama contesta immediatament (SIF) amb un CTS si està preparada per rebre.
    • La resta d’estacions reben el RTS i aplacen l’ús del medi fins que detecten un CTS corresponent o fins que expira un timer.
    • L’estació envia les dades (SIF)
    • Receptor envia ACK (SIF)

Supertrama de llargada t:

Per cada supertrama nomès hi ha una part que correspon a PCF i la qual pot ser invadida per trossos de trames de dades i ACKs. trasmessos en sistema DCF. Això es així perquè tots els nodes poden transmetre en DCF, inclossos els que funcionen amb PCF, i així s'aconsegueix que el PCF no acapari el canal.

IFS, 3 tipus catalogats segons s'utilitzi o no RTS/CTS:

Format de la trama 802.11 a nivell MAC:

PAN (Personal Area Network)

• Connexió de dispositius d’un usuari personal o d’un entorn de treball: PC, Impressora, PDA, Computador portàtil, telèfon...
• Objectiu: eliminar cables
• Múltiples PANs en una mateixa zona (piconets) que es poden sol·lapar

Bluetooth

Es un tipus de PAN. Té les següents característiques:

• Grup d’interès especial (SIG) format per Ericsson, IBM, Intel, Nokia i Toshiba al 1994.
• Al Juliol de 1999 apareix l'especificació 1.0 (1500 pàgines).
• PAN sense fils. Adopta com a base l’especificació IEEE 802.15.
• Primer estàndard (només capa física i d’enllaç) a l'any 2002, l'IEEE 802.15.1.
• El SIG de Bluetooth continua les millores (sistema complert, de la capa física a la d'aplicació).
• Versions del SIG i IEEE difereixen. S'espera que en breu acabin coincidint en un únic estàndard.
• Conté un transmissor integrat en un petit microxip de 9x9 mil·límetres que opera a una freqüència de 2,4 GHz.
• Els dispositius que incorporen Bluetooth es reconeixen i es "parlen" de la mateixa forma que ho fa un ordinador amb la

seva impressora.

Característiques funcionals:

• Cost reduït.
• Curt abast, aproximat de 10m.
• "Baixa" velocitat (722Kb/s en cas de Bluethooth).
• Xarxes petites, piconets:
  • Connectades, Stattement.
  • Fins 255 dispositius
  • Fins 8 dispositius alhora, la resta a un estat anomenat 'parked' (estat de baix consum, només poden contestar a un senyal d’activació i no tenen adreça MAC assignada).
  • Sistema mestre/esclau(s).
  • Direcció MAC de 3 bits, per aixó nomès pot amb 8 dispositius alhora.
• Perfils definits, maneres de treballar.
• Bluethooth, dent blava, es el cognom de Harol Bluethooth, un rei.
• Torre de comunicacions pròpia, no OSI.

• El canal queda obert i no requereix de la intervenció directa i constant de l’usuari cada vegada que s'ha d'enviar alguna cosa.
• El transmissor permet enviar veu i dades a una velocitat màxima de 700 Kbps i consumeix un 97% menys que un telèfon mòbil.
• Enllaç de radio de baix cost i curt abast. El principal objectiu és la possibilitat de reemplaçar tots els cables que connecten uns dispositius amb uns altres fent ús d'un enllaç universal de curt abast (10 metres).
• La tecnologia Bluetooth ofereix un pont a les xarxes de dades existents, una interfície amb l'exterior i un mecanisme per formar petits grups de dispositius connectats entre si de forma privada en qualsevol estructura fixa d'una xarxa.
• L’especificació V1.1 defineix el suport per 13 aplicacions diferents (perfils): accés genèric, descobriment de serveis, port sèrie, intercanvi genèric d’objectes, accés a LAN i altres.

802.11 versus Bluetooth

Xarxes domèstiques

Son les xarxes dins d'una casa. Son multifunció, serveixen per interconnectar:

• Computadors
• Entreteniment
• Telecomunicacions
• Electrodomèstics
• Telemetria

Solen estar basades en wireless i Bluethooth. Wireless comunica els nodes centrals (càmeres, ordinadors, videoconsoles, intercommunicadors, etc. mentre bluethooth crea petites xarxes pels dispositius, per exemple el PC amb l'impressora, el mòbil, els mans lliures, la PDA, etc. Son molt heterogènies i necessiten ser molt flexibles.

Fonts:

• Apunts de clase.
  Transparències.
  http://www.zytrax.com/tech/wireless/802_mac.htm
  

índex

()

4.6 VLAN

Una Red de Área Local Virtual (VLAN) puede definirse como una serie de dispositivos conectados en red que a pesar de estar conectados en diferentes equipos de interconexión (hubs o switches), zonas geográficas distantes, diferentes pisos de un edificio e, incluso, distintos edificios, pertenecen a una misma Red de Área Local.

Las redes virtuales siguen compartiendo las características de los grupos de trabajo físicos, en el sentido de que todos los usuarios tienen conectividad entre ellos y comparten sus dominios de "broadcast".

La principal diferencia con la agrupación física es que los usuarios de las redes virtuales pueden ser distribuidos a través de una red LAN, incluso situándose en diferentes concentradores de la misma.

Los usuarios pueden, así, "moverse" a través de la red, manteniendo su pertenencia al grupo de trabajo lógico.

Por otro lado, al distribuir a los usuarios de un mismo grupo lógico a través de diferentes segmentos, logramos, como consecuencia directa, el incremento del ancho de banda en dicho grupo de usuarios.

Además, al poder distribuir a los usuarios en diferentes segmentos de la red, podemos situar puentes y encaminadores entre ellos, separando segmentos con diferentes topologías y protocolos. Así por ejemplo, podemos mantener diferentes usuarios del mismo grupo, unos con FDDI y otros con Ethernet, en función tanto de las instalaciones existentes como del ancho de banda que cada uno precise, por su función específica dentro del grupo.

Todo ello, por supuesto, manteniendo la seguridad deseada en cada configuración por el administrador de la red: Se puede permitir o no que el tráfico de una VLAN entre y salga desde/hacia otras redes.

Pero aún se puede llegar más lejos. Las redes virtuales nos permiten que la ubicuidad geográfica no se limite a diferentes concentradores o plantas de un mismo edificio, sino a diferentes oficinas intercomunicadas mediante redes WAN o MAN, a lo largo de países y continentes, sin limitación ninguna más que la impuesta por el administrador de dichas redes.

Tecnología:

Existen tres aproximaciones diferentes que pueden ser empleadas como soluciones válidas para proporcionar redes virtuales: conmutación de puertos, conmutación de segmentos con funciones de bridging, y conmutación de segmentos con funciones de bridging/routing.

Todas las soluciones están basadas en arquitecturas de red que emplean concentradores/conmutadores. Aunque las tres son soluciones válidas, sólo la última, con funciones de bridge/router, ofrece todos las ventajas a las VLAN.

• 1. Conmutadores de puertos.

  • Los conmutadores de puertos son concentradores con varios segmentos, cada uno de los cuales proporciona el máximo ancho de banda disponible, según el tipo de red, compartido entre todos los puertos existentes en dicho segmento. Se diferencian de los conmutadores tradicionales en que sus puertos pueden ser dinámicamente asociados a cualquiera de los segmentos, mediante comandos software. Cada segmento se asocia a un "backplane", el cual a su vez, equivale a un grupo de trabajo. De este modo, las estaciones conectadas a estos puertos pueden asignadas y reasignadas a diferentes grupos de trabajo o redes virtuales. Podemos definir a los conmutadores de puertos como "software patch panels", y su ventaja fundamental es la facilidad para la reconfiguración de los grupos de trabajo; sin embargo, tienen graves limitaciones. Dado que están diseñados como dispositivos compartiendo un backplane físico, las reconfiguraciones de grupo de trabajo están limitadas al entorno de un único concentrador, y por tanto, todos los miembros del grupo deben de estar físicamente próximos. Las redes virtuales con conmutadores de puertos, padecen de conectividad con el resto de la red. Al segmentar sus propios backplanes, no proporcionan conectividad integrada entre sus propios backplanes, y por tanto están "separados" de la comunicación con el resto de la red. Para ello requieren un bridge/router externo. Ello implica mayores costes, además de la necesidad de reconfigurar el bridge/router cuando se producen cambios en la red. Por último, los conmutadores de puertos no alivian el problema de saturación del ancho de banda de la red. Todos los nodos deben de conectarse al mismo segmento o backplane, y por tanto compartirán el ancho de banda disponible en el mismo, independientemente de su número.

  • 2. Conmutadores de segmentos con bridging:

    • A diferencia de los conmutadores de puertos, suministran el ancho de banda de múltiples segmentos de red, manteniendo la conectividad entre dichos segmentos. Para ello, se emplean los algoritmos tradicionales de los puentes (bridges), o subconjuntos de los mismos, para proporcionar conectividad entre varios segmentos a la "velocidad del cable" o velocidad máxima que permite la topología y protocolos de dicha red. Mediante estos dispositivos, las VLAN no son grupos de trabajo conectados a un solo segmento o backplane, sino grupos lógicos de nodos que pueden ser conectados a cualquier número de segmentos de red físicos. Estas VLAN son dominios de broadcast lógicos: conjuntos de segmentos de red que reciben todos los paquetes enviados por cualquier nodo en la VLAN como si todos los nodos estuvieran conectados físicamente al mismo segmento. Al igual que los conmutadores de puertos, mediante comandos software se puede reconfigurar y modificar la estructura de la VLAN, con la ventaja añadida del ancho de banda repartido entre varios segmentos físicos. De esta forma, según va creciendo un grupo de trabajo, y para evitar su saturación, los usuarios del mismo pueden situarse en diferentes segmentos físicos, aún manteniendo el concepto de grupo de trabajo independiente del resto de la red, con lo que se logra ampliar el ancho de banda en función del número de segmentos usados. Aún así, comparten el mismo problema con los conmutadores de puertos en cuanto a su comunicación fuera del grupo. Al estar aislados, para su comunicación con el resto de la red precisan de routers (encaminadores), con las consecuencias de las que ya hemos hablado en el caso anterior respecto del coste y la reconfiguración de la red.

  3. Conmutadores de segmentos con bridging/routing:

  • Son la solución evidente tras la atenta lectura de las dos soluciones anteriores. Dispositivos que comparten todas las ventajas de los conmutadores de segmentos con funciones de bridging, pero además, con funciones añadidas de routing (encaminamiento), lo que les proporciona fácil reconfiguración de la red, así como la posibilidad de crear grupos de trabajo que se expanden a través de diferentes segmentos de red.
  • Además, sus funciones de routing facilitan la conectividad entre las redes virtuales y el resto de los segmentos o redes, tanto locales como remotas.

Mediante las redes virtuales, podemos crear un nuevo grupo de trabajo, con tan solo una reconfiguración del software del conmutador. Ello evita el recableado de la red o el cambio en direcciones de subredes, permitiéndonos así asignar el ancho de banda requerido por el nuevo grupo de trabajo sin afectar a las aplicaciones de red existentes.

En las VLAN con funciones de routing, la comunicación con el resto de la red se puede realizar de dos modos diferentes: permitiendo que algunos segmentos sean miembros de varios grupos de trabajo, o mediante las funciones de routing multiprotocolo integradas, que facilitan el tráfico incluso entre varias VLAN’s.

Prestaciones de las VLAN:

Los dispositivos con funciones VLAN nos ofrecen unas prestaciones de "valor añadido", suplementarias a las funciones específicas de las redes virtuales, aunque algunas de ellas son casi tan fundamentales como los principios mismos de las VLAN.

Al igual que en el caso de los grupos de trabajo "físicos", las VLAN permiten a un grupo de trabajo lógico compartir un dominio de broadcast. Ello significa que los sistemas dentro de una determinada VLAN reciben mensajes de broadcast desde el resto, independientemente de que residan o no en la misma red física. Por ello, las aplicaciones que requieren tráfico broadcast siguen funcionando en este tipo de redes virtuales. Al mismo tiempo, estos broadcast no son recibidos por otras estaciones situadas en otras VLAN.

Las VLAN no se limitan solo a un conmutador, sino que pueden extenderse a través de varios, estén o no físicamente en la misma localización geográfica.

Además las redes virtuales pueden solaparse, permitiendo que varias de ellas compartan determinados recursos, como backbones (troncales) de altas prestaciones o conexiones a servidores.

Uno de los mayores problemas a los que se enfrentan los administradores de las redes actuales, es la administración de las redes y subredes. Las VLAN tienen la habilidad de usar el mismo número de red en varios segmentos, lo que supone un práctico mecanismo para incrementar rápidamente el ancho de banda de nuevos segmentos de la red sin preocuparse de colisiones de direcciones.

Las soluciones tradicionales de internetworking, empleando concentradores y routers, requieren que cada segmento sea una única subred; por el contrario, en un dispositivo con facilidades VLAN, una subred puede expandirse a través de múltiples segmentos físicos, y un solo segmento físico puede soportar varias subredes.

Asimismo, hay que tener en cuenta que los modelos más avanzados de conmutadores con funciones VLAN, soportan filtros muy sofisticados, definidos por el usuario o administrador de la red, que nos permiten determinar con gran precisión las características del tráfico y de la seguridad que deseamos en cada dominio, segmento, red o conjunto de redes. Todo ello se realiza en función de algoritmos de bridging, y routing multiprotocolo.

Aplicaciones y productos:

Vamos a intentar esquematizar los puntos en que las redes virtuales pueden beneficiar a las redes actuales:

1. Movilidad:

Como hemos visto, el punto fundamental de las redes virtuales es el permitir la movilidad física de los usuarios dentro de los grupos de trabajo.

1. Dominios lógicos:

Los grupos de trabajo pueden definirse a través de uno o varios segmentos físicos, o en otras palabras, los grupos de trabajo son independientes de sus conexiones físicas, ya que están constituidos como dominios lógicos.

1. Control y conservación del ancho de banda:

Las redes virtuales pueden restringir los broadcast a los dominios lógicos donde han sido generados. Además, añadir usuarios a un determinado dominio o grupo de trabajo no reduce el ancho de banda disponible para el mismo, ni para otros.

1. Conectividad:

Los modelos con funciones de routing nos permiten interconectar diferentes conmutadores y expandir las redes virtuales a través de ellos, incluso aunque estén situados en lugares geográficos diversos.

1. Seguridad:

Los accesos desde y hacia los dominios lógicos, pueden ser restringidos, en función de las necesidades específicas de cada red, proporcionando un alto grado de seguridad. Protección de la inversión:

• Las capacidades VLAN están, por lo general, incluidas en el precio de los conmutadores que las ofrecen, y su uso no requiere cambios en la estructura de la red o cableado, sino más bien los evitan, facilitando las reconfiguraciones de la red sin costes adicionales.

El primer suministrador de conmutadores con soporte VLAN fue ALANTEC (familia de concentradores/conmutadores multimedia inteligentes PowerHub), pero actualmente son muchos los fabricantes que ofrecen equipos con soluciones VLAN: Bytex (concentrador inteligente 7700), Cabletron (ESX-MIM), Chipcom (OnLine), Lannet (MultiNet Hub), Synoptics (Lattis System 5000), UB (Hub Access/One) y 3Com (LinkBuilder).

Resumiendo:

Con los procesos de reingeniería de empresas y de downsizing, y con las nuevas necesidades de independencia, autonomía y fluidez entre grupos de trabajo, se requieren nuevas facilidades y más dinámicas para realizar cambios en las redes.

Las redes virtuales combinan mayores anchos de banda, facilidades de configuración y potencial de crecimiento, lo que ayudará a que se conviertan en un standard en los entornos corporativos.

En la actualidad, las implementaciones de tecnologías de redes virtuales no son interoperativos entre diferentes productos de diversos fabricantes.

Muchos de estos fabricantes intentan buscar soluciones adecuadas para lograr dicha interoperatividad, y por ello, una gran ventaja de las soluciones basadas en software es que podrán ser adaptadas a las normalizaciones que tendrán lugar en un futuro cercano. Algunas soluciones basadas en hardware habrán de quedarse atrás en este sentido.

Otro punto a destacar es que la tecnología ATM prevé, como parte importante de sus protocolos, grandes facilidades para las redes virtuales, lo que sin duda equivaldrá a grandes ventajas frente a la competencia para aquellos equipos que actualmente ya soportan sistemas VLAN.

El futuro es claro respecto de este punto: Las características VLAN formarán parte, en breve, de todos los equipos que se precien de querer ser competitivos.

índex

Página Principal