REDES LAN

1. REDES LAN

2. ARQUITECTURA LAN • Los elementos que determinan la naturaleza de una LAN: • Arquitectura de Protocolo • Topología • Control de acceso al medio • Control de enlace lógico

3. Arquitectura de protocolo • Capas bajas del modelo OSI • Modelo de referencia IEEE 802 • Física • Control de enlace lógico (LLC) • Control de acceso al medio (MAC)

4. IEEE 802 y OSI

5. 802 Capa Física • Codificación/decodificación • Generación y extracción de preámbulo • Transmisión/Recepción de bit • Medio de transmisión y topología

6. 802 Capa de Control de enlace lógico • interfase con las capas de nivel superior. • Control de error y Control de flujo.

7. 802 Capa de Control de acceso al medio • Ensamblaje de datos dentro de tramas con los campos de dirección y detección de errores. • Desensamblaje de trama • Reconocimiento de direcciones • Detección de errores • Gobierno del acceso al medio de transmisión • No se encuentra en la capa 2 (control de enlace de datos) • Para un mismo LLC, se dispone de varias opciones MAC.

8. Protocolos LAN en su contexto

9. Topologías • Árbol • Bus • Caso especial de árbol • Un tronco, sin ramas • Anillo • Estrella

10. Topologías LAN

11. Bus y Árbol • Medio multipunto • La medición se propaga a través del medio • Todas las estaciones escuchan el medio • Necesidad de identificación de la estación • Cada estación tiene una única dirección • Conexión Full duplex entre estaciones y TAP • Permite transmisión y recepción • Necesidad de regular la transmisión • Para evitar colisiones • Para evitar la ocupación prolongada del medio • Datos organizados en pequeños bloques (tramas) • Terminadores de red que absorben las tramas en los extremos

12. TRANSMISION DE TRAMA - Bus LAN

13. Topología de anillo • Repetidores unidos por enlaces punto a punto en un lazo cerrado • Se reciben datos en un enlace y se retransmiten por otros • Enlaces unidireccionales • Estaciones unidas a los repetidores • Tramas • Circulación por todas las estaciones • El destinatario reconoce la dirección y copia la trama • Las tramas circulan hasta la fuente donde son retiradas • El control de acceso al medio determina cuando una estación puede insertar una trama

14. Transmisión de tramasen LAN de anillo

15. Topología de estrella • Cada estación se conecta directamente a un nodo central • De forma usual a través de dos enlaces punto a punto • El nodo central hace difusión de trama • Estrella física, bus lógico • Una sola estación puede transmitir en cada momento • El nodo central actúa como un conmutador de tramas

16. Control de acceso al medio • Dónde? • Central • Mayor control • Lógica de acceso simple en las estaciones • Evita problemas de coordinación • Existe un punto de falla total de la red • Reducción potencial del desempeño • Distribuido • Cómo • Sincrónico • Una capacidad específica está dedicada a la conexión (FDM, TDM) • Asincrónico • En respuesta a la demanda

17. Sistema Asincrónico • Round robin • Es bueno en la medida que muchas estaciones tengan datos que transmitir en un período extenso • Bueno para tráfico caudaloso • Contención • Bueno para tráfico de ráfaga • Las estaciones entran en contienda por el tiempo • Distribuido • Implementación sencilla • Eficiente ante carga moderada • Tiende a colapsar cuando la carga es muy alta

18. Formato de trama MAC • La capa MAC recibe datos de la capa LLC • Control MAC • Dirección de destino MAC • Dirección fuente MAC • LLC • CRC • La capa MAC detecta errores y descarta tramas • LLC, opcionalmente retransmite las tramas perdidas

19. Control de enlace lógico • Transmisión de las PDU a nivel de enlace entre dos estaciones • Debe soportar multiacceso, medio compartido • Es liberado de algunos detalles del acceso al medio por la capa MAC • El direccionamiento incluye la especificación de los usuarios del LLC de origen y destino • Referido como punto de acceso al servicio (SAP) • Típicamente protocolos de alto nivel

20. Servicios LLC • Basado en HDLC • Servicios sin conexión y sin reconocimiento • Servicio en modo conexión • Servicio sin conexión y con reconocimiento

21. Protocolo LLC • Modelado después de HDLC • Modo asincrónico balanceado de operación de HDLC para soportar servicios LLC en modo conexión • PDUs de información no numeradas para soportar servicios sin conexión y con reconocimiento • Multiplexación usando LSAPs

22. Formato típico de trama

23. LANs BUS • Señales balanceadas • La señal debe ser suficientemente fuerte para cumplir con los requerimientos de nivel de señal mínimo en el receptor. • Dar una razón señal a ruido adecuada • No tan fuerte como para sobrecargar al transmisor • Debe satisfacer esto para todas las combinaciones de estaciones transmisoras y receptoras en el BUS • Generalmente se divide la red en pequeños segmentos • Los enlaces de segmentos con amplificadores o repetidores

24. Medios de Transmisión • Par trenzado • No es práctico en BUS compartido a muy alta razón de datos • Cable coaxial en banda base • Ethernet • cable coaxial de banda ancha • Incluido en la especificación 802.3, pero no muy usado • Fibra Óptica • Cara • Dificultad con la disponibilidad • No usada • Nuevas instalaciones • Reemplazar por topologías en estrella basadas en par trenzado y en fibra óptica

25. Cable coaxial banda base • Usa señalización digital • La codificación es Manchester o Manchester diferencial • Se usa todo el espectro del cable • El cable como un solo canal • Bi-direccional • Pocos Kmts de rango • Ethernet (básicamente para 802.3) a 10Mbps • Cable 50 ohm

26. 10Base5 • La especificación Ethernet y la 802.3 norman el uso de cables de 0.4 pulgadas de diámetro con una razón de 10Mbps • Máxima longitud del cable es de 500m • La distancia entre taps es un múltiplo de 2.5m • Esto asegura que las reflexiones de los taps adyacentes no se adicionen en fase • Máx. 100 taps • 10Base5

27. 10Base2 • Red barata • Cable de 0.25 pulgada • Mayor flexibilidad • Fácil de traer a la computadora • Electrónica más barata • Mayor atenuación • Más baja resistencia al ruido • Pocos taps (30) • Distancias pequeñas (185m)

28. Repetidores • Transmite en ambas direcciones • Enlazan dos segmentos de cable • Sin buffer • Sin aislamiento lógico entre segmentos • Si dos estaciones intentan transmitir al mismo tiempo, los paquetes colisionan • Solo se permite un camino de segmentos y repetidores entre dos estaciones

29. Configuración en bandabase

30. LANs Anillo • Cada repetidor se conecta con otros dos a través de enlaces de transmisión unidireccionales • Un solo camino cerrado • Los datos son transferidos bit a bit de un repetidor al siguiente • El repetidor regenera y retransmite cada bit • El repetidor realiza la inserción, la recepción y el retiro de los datos • El repetidor actúa como un punto para anexar • Los paquetes son retirados por el transmisor después de un recorrido completo al anillo

31. Estados de un repetidor de anillo

32. Funciones del estado de escucha • Búsqueda de patrones en la cadena de bit • Dirección de la estación adjunta • Token de permiso de transmisión • Copia los bit de entrada y los envía a la estación adjunta • Mientras retransmite cada bit • Modificación de bit a medida que pasan • Por ejemplo para indicar que el paquete se ha copiado (ACK)

33. Funciones del estado de transmisión • La estación tiene datos para transmitir • El repetidor tiene el permiso • Recibe los bit de entrada • Si la longitud del bit en el anillo es menor que la del paquete • Pasar a la estación de origen para chequeo (ACK) • Puede haber más de un paquete en el anillo • Almacenar para retransmitir después

34. Estado de bypass • Las señales que se propagan pasan por el repetidor sin demora • Solución parcial a la fiabilidad • Mejora del desempeño

35. Medios de transmisión en anillo • Par trenzado • Cable coaxial bandabase • Fibra óptica • NO cable coaxial banda ancha • Cada repetidor debe ser capaz de recibir y transmitir en múltiples canales

36. Temporización del Jitter • El reloj es incluido en la señal • Por ejemplo: Codificación Manchester diferencial • El reloj es recuperado por los repetidores • Para conocer cuando muestrear la señal y recuperar los bits • Usar el reloj para la retransmisión • El reloj recuperado se desvía del centro del intervalo del bit aleatoriamente • ruido • Imperfecciones en los circuitos • Retransmisión sin distorsión pero con error de temporización • El efecto acumulativo es tal que la longitud del bit varía • Número limitado de repetidores en el anillo

37. Solucionando las limitaciones del Jitter • Los repetidores usan PLL (phase locked loop) • Minimizan la desviación de un bit al próximo • Uso de buffer en uno o más repetidores • Reteniendo un cierto número de bits • Expansión y contracción para mantener la longitud del bit en el anillo constante • Incremento significativo de la longitud máxima del anillo

38. Problemas potenciales del anillo • La ruptura en cualquier enlace deshabilita la red • La falla de un repetidor deshabilita la red • La instalación de un nuevo repetidor para adjuntar una nueva estación requiere de la identificación de los dos repetidores topológicamente adyacentes • Jitter de temporización • Método de eliminación de los paquetes circulantes • Técnica de backup para caso de errores • La mayoría de estos problemas se solucionan con una arquitectura estrella-anillo

39. Arquitectura estrella-anillo • Todos los enlaces entre los repetidores a un solo sitio • Concentrador • Provee acceso central a la señal en cada enlace • Fácil localización de fallas • Puede alimentar mensaje en el anillo y determinar cuan lejos llega • El segmento dañado puede ser desconectado y reparado posteriormente • Un nuevo repetidor puede adicionarse con facilidad • Los relé de bypass asociados a cada repetidor pueden ser trasladados al concentrador • Pueden conectarse múltiples anillos utilizando puentes (puentes)

40. LANs Estrella • Usa par trenzado sin apantallar (telefónico) • Costo de instalación mínimo • Adjunto a un hub activo central • Dos enlaces • Transmisión y recepción • El Hub repite la señal de entrada en todas las líneas de salida • La longitud de todos los enlaces está limitada d cerca de 100m • Fibra óptica hasta 500m • BUS lógico con colisiones

41. Topología estrella de dos niveles

42. Hubs y Switches • Los hub comparten el medio físico • Hub central • El Hub retransmite la señal de entrada en todos los enlaces de salida • Solo una estación puede transmitir en cada instante • Con una LAN a 10Mbps, la capacidad total es 10Mbps • Switched LAN hub • El Hub actúa como switch • Las tramas de entrada son conmutadas a la línea de salida apropiada • Las líneas no utilizadas pueden ser usadas para conmutar otro tráfico • Cuando dos pares de línea están en uso la capacidad total es de 20Mbps

43. Hubs conmutados • Sin cambios en el software y el hardware de los dispositivos • Cada dispositivo tiene una capacidad dedicada • Son escalables fácilmente • Switch de almacenamiento y reenvío • Acepta señales de entrada, las almacena brevemente y las transmite • Switch de corte • Utiliza la dirección de destino que está al comienzo de la trama • Comienza a repetir la trama de entrada en la línea de salida tan pronto como reconoce la dirección • Puede propagar tramas erróneas

44. Hubs ySwitches (diag)

45. LANs inalámbrica • Movilidad • Flexibilidad • Apropiada en áreas extensas • Reduce los costos de sistemas inalámbricos • Eleva el desempeño de sistemas inalámbricos.

46. Aplicaciones de LAN inalámbricas • LAN extensas • Interconexión de edificios • Acceso nómada • Redes Ad hoc

47. Aplicación de las LAN inalámbricas • Edificios con grandes áreas • Plantas manufactureras • Almacenes • Edificios históricos • Oficinas pequeñas • Pueden mezclarse con sistemas fijos

48. LAN inalámbrica de una celda

49. LAN inalámbrica multicelda

50. Interconexión de edificios • Enlaces inalámbricos punto a punto entre edificios • Típicamente interconectando puentes o routers • Usada donde la conexión de cables es imposible • Por ejemplo a través de una calle