Ethernet
Tecnología para redes de área local
(versión 2.0.1)
http://www.arcesio.net
Ethernet
Elementos y medios físicos
http://www.arcesio.net
Componentes físicos de una red
§ Las redes se construyen con dos tipos de
elementos de hardware: nodos y enlaces.
§ Los nodos: generalmente son computadores
de propósito general (aunque los routers y
switches utilizan hardware especial, los
diferencia lo que hace el software).
§ Los enlaces: se implementan en diversos
medios físicos: par trenzado, coaxial, fibra
óptica y el espacio (enlaces inalámbricos).
http://www.arcesio.net
Un nodo (una aproximaxión)
CPU
Adaptador
de
Red
Cache
Todos los nodos se conectan a la
red a través de un adaptador de
red. Este adaptador tiene un
software (device driver) que lo
administra
En una primera aproximación un nodo
Memoria funciona con la rapidez de la memoria
no con la rapidez del procesador.
¡el software de red debe cuidar
cuántas veces accede la información
La memoria NO es infinita
puesta en la RAM!
Es un recurso escaso http://www.arcesio.net
El adaptador de red
§ También llamada Network Adapter Card ó Network
Interface Card (NIC)
§ Tarjeta de expansión que se instala en un
computador para que éste se pueda conectar a una
red.
› Proporciona una conexión dedicada a la red
› Debe estar diseñada para transmitir en la tecnología que
utilice la LAN (Ethernet), debe tener el adaptador correcto
para el medio (conector RJ45) y el tipo de bus del slot donde
será conectada (PCI).
http://www.arcesio.net
Tarjetas 10Base ó 100BaseTX
§ Cada tarjeta 10BaseT, o
100BaseTX (ó 10/100) está
identificada con 12 dígitos
hexadecimales (conocida
como MAC address)
§ Esta dirección es utilizada
Fabricante
por la capa 2 (capa de
de la tarjeta 02:60:8c:e8:52:ec
enlace de datos: DLL) del
modelo OSI para identificar
el nodo destino y origen de
los datos
http://www.arcesio.net
Componentes del adaptador de red
§ El adaptador de red sirve como interface entre el
nodo y la red, por esto puede pensarse que tiene dos
componentes:
› Una interface al BUS del computador que sabe como
comunicarse con el host.
› Una interface al enlace (cable o antena) que habla de
manera correcta el protocolo de la red.
§ Debe existir una forma de comunicación entre estos
dos componentes para que puedan pasar los datos
que entran y salen del adaptador.
http://www.arcesio.net
Componentes del adaptador de red
Buffers para intercambio de datos
BUS E/S
del nodo
CPU
Enlace
Interface Interface
de la
al BUS al Enlace
Cache RED
Adaptador de Red
Sabe cómo hablar con la CPU,
recibe las interrupciones del nodo y
Memoria escribe o lee en la RAM
RAM
Sabe utilizar el protocolo de nivel
de enlace (capa 2, modelo OSI)
http://www.arcesio.net
El “driver” de la tarjeta
§ La tarjeta de red requiere de un driver en
software para poder comunicarse con el
sistema operativo. Provee las siguientes
funciones:
› Rutina de inicialización de la tarjeta
› Rutina de servicios de interrupción
› Procedimientos para transmitir y recibir frames de
datos
› Procedimientos para el manejo de status,
configuración y control de la tarjeta
http://www.arcesio.net
Medios utilizados en 10 Mbps
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO ETHERNET (MAC)
10Base5 10Base2 10Base-T 10Base-F
Coaxial grueso Coaxial delgado Par trenzado Fibra óptica
Las reglas de acceso al medio y el frame Ethernet son iguales en
cualquier medio, pero cada medio tiene diferentes componentes y
diferentes lineamientos de configuración
El identificador IEEE:
•10: indica la velocidad de transmisión, 10 Mbps
•BASE: tipo de señalización, baseband, sobre el medio sólo hay señales
Ethernet
•El tercer campo: indica el tipo de medio y/o longitud
•5: coaxial grueso, máximo 500 mts de longitud del segmento
•2: coaxial delgado, máximo 185 mts de longitud del segmento
•T: Twisted-Pair, par trenzado (sólo especifica el cable)
•F: Fibra óptica (sólo especifica el cable)
http://www.arcesio.net
Componentes físicos de una conexión a 10 Mbps
Dispositivo con
MAU externo
Conector de
15 pines
Computador Medium Medium
(DTE) Attachment Dependent Medio
con interface Unit Interface Físico
Ethernet (MAU) (MDI)
Attachment Unit
Interface (AUI)
Dispositivo con MAU interno.
AUI no expuesto
http://www.arcesio.net
Transceiver
§ Es una combinación de transmisor y receptor
en la misma caja (en el diagrama anterior, es
el mismo MAU)
§ El término aplica a dispositivos de
comunicaciones inalámbricos (como un
teléfono celular)
§ Ocasionalmente el término es utilizado para
refererirse a un dispositivo transmisor
receptor en sistemas de cable o fibra óptica
http://www.arcesio.net
Conexión en fibra óptica con
transceiver externo en 10Mbps
Hub de fibra óptica
10Base-FL
(Transceivers internos)
TX RX
Segmento de fibra Transceiver
10Base-FL 10Base-FL
(Máximo 2000 mts) (FOMAU)
RX
TX
Ethernet Cable AUI
Interface
Conector AUI
de 15 pines
http://www.arcesio.net
Componentes físicos de una conexión a 10 Mbps
§ Medio físico
› Lleva las señales Ethernet entre computadores
› Puede ser coaxial delgado, coaxial grueso, par trenzado o fibra óptica
§ Medium Dependent Interface (MDI)
› Conector utilizado para hacer la conexión física y eléctrica entre la interface
y el cable de la red.
› Por ejemplo, para par trenzado, el MDI es un conector de 8 pines (conocido
como conector RJ-45). Cada pin permite conectarse a uno de los 8 hilos
que conforman el cable.
§ Medium Attachment Unit (MAU)
› Transmite y recibe señales al medio (transceiver). El MDI es realmente
parte del MAU, y le permite a este último conectarse al medio
§ El computador (DTE -Data Terminal Equipment)
› Cada DTE conectado a Ethernet debe tener una interface Ethernet
(electrónica y software que tiene las funciones de control de acceso al
medio requeridas para enviar frames sobre el canal Ethernet)
http://www.arcesio.net
Sistema de coaxial grueso (10Base5)
Segmento de
coaxial grueso
(500 metros máx)
MDI para
MAU cable coaxial
grueso
§ Máxima longitud de
Conector AUI coaxial grueso: 500
de 15 pines
(Hembra) (Macho) metros
DTE
Ethernet
§ Máxima longitud del
Interface Cable AUI
(50 metros máx)
cable AUI: 50 metros
Conector “N” macho § Máximo número de
Terminador de 50 Ohm
MAUs por segmento:
100
§ Distancia mínima entre
DTE DTE DTE
MAUs: 2.5 metros
http://www.arcesio.net
Sistema de coaxial grueso (10Base2)
Coaxial Ethernet Delgado
(Máx 185 mts)
R DTE 4
DTE 1
Conector Macho
BNC
DTE DTE 2
Ethernet Interface
Tee BNC
con MAU Interno
Terminador macho R
BNC de 50 Ohm DTE 3 Incorrecto
Conector BNC
hembra (MDI)
• Máxima longitud de coaxial delgado: 185 metros
• Máximo número de MAUs por segmento: 30
• Distancia mínima entre estaciones: 0.5 metros
http://www.arcesio.net
Sistema de par trenzado 10 Mbps (10BaseT)
12345678
Hub 1 Conexión
x hub-hub
Hub (concentrador)
8 puertos RJ-45 (con MAU)
1 puerto BNC (con MAU) Sólo a un hub debe
Plugs de 8 pines
1 Puerto conector AUI habilitársele el MDI-X
(RJ-45 Cable Cruzado
T+ X R+ (1 con 3)
Conector BNC T- X R- (2 con 6)
DTE Hub 2
(MDI) R+ X T+ (3 con 1)
Ethernet Interface R- X T- (6 con 2)
Cable de par trenzado Conector AUI
con MAU Interno (100 mts máximo) de 15 pines
Jack de 8 pines
(MDI)
• Máxima longitud de par DTE 1
Hub
trenzado: 100 metros
• Máximo número de MAUs DTE 2
por segmento: 2
• Los MAUs verifican la
integridad del enlace
http://www.arcesio.net
DTE 3
Sistema de fibra óptica 10 Mbps (10Base-FL)
Hub de fibra óptica § FOIRL (1980) segmento de fibra de 1000
10Base-FL metros entre repetidores
(con MAU’s internos)
§ 10Base-FL
TX RX
› Interopera con FOIRL, segmentos de hasta 2000
Segmento de fibra Transceiver mts. Es el más usado.
10Base-FL 10Base-FL › permite conectar computador-computador, hub-
(Máximo 2000 mts) (FOMAU)
hub, hub- computador, etc.
RX
TX § 10Base-FB
› Segmentos de hasta 2000 mts. Para interconectar
hubs. Poca disponibilidad en el mercado
DTE Ethernet Cable AUI § 10Base-FP
Interface › Segmentos de hasta 500 metros. para conectar
hasta 33computadores sin repetidor. No fue
Conector AUI adoptado
de 15 pines
• Máxima longitud de par DTE 1
trenzado: 100 metros Hub
• Máximo número de MAUs
DTE 2
por segmento: 2
• Los MAUs verifican la
integridad del enlace http://www.arcesio.net
DTE 3
Cableado estructurado: Estándar
EIA/TIA-568
§ Especifica un sistema de cableado multipropósito independiente
del fabricante
› Definido en julio de 1991, la última versión es la 568-B (1 de abril de 2001)
› Ayuda a reducir los costos de administración
› Simplifica el mantenimiento de la red y los movimientos, adiciones y
cambios que se necesiten
› Permite ampliar la red
§ Estándar para cableados de edificios comerciales (reemplazó a
la 568-A de 1995). Incorpora muchas otras normas de
cableado. La norma consta de tres partes:
› 568-B.1, General Requirements (Requerimientos del sistema)
› 568-B.2, 100 Ohm Balanced Twisted-Pair Cabling Standard (cobre)
› 568-B.3, Optical Fiber Cabling Component Standard (fibra óptica)
http://www.arcesio.net
Subsistemas del cableado
§ Estándar EIA/TIA-568 especifica seis
subsistemas:
1. Conexión del edificio al cableado externo
(acometida del sistema de telecomunicaciones)
2. Cuarto de equipos
3. Cableado vertical (Backbone)
4. Armario de Telecomunicaciones
5. Cableado Horizontal
6. Área de trabajo
http://www.arcesio.net
Conexiones del cableado
2. Cuarto de equipos 4. Closet de
Telecomunicaciones 6. Area de trabajo
Patch panel
3. Cableado vertical Tarjeta
5. Cableado Horizontal de Teléfono
Coversor de
Red
Medio
Cable 10BaseT
Red del Hub
Campus
Cable Estación
10BaseT de
Canaleta
trabajo
Centro de cableado
Toma RJ45
1. Conexión del edificio
al cableado externo
http://www.arcesio.net
Consejos para instalar un cableado
§ De la tarjeta de red hasta la toma: patch cord máx. de 3 m
§ De la toma hasta el patch panel (centro de cableado): 90 m
§ Cableado vertical (entre centros de cableado)
› con fibra óptica multimodo : 2 Km (500mts)
› con UTP: 100 m
§ Mínimo dos conectores por puesto de trabajo (voz y datos)
§ Conector estándar: 4 pares (8 hilos), 100 ohmios, UTP
§ Utilice el cable y los componentes de interconexión adecuados (entre
más rapidez de transmisión necesite, mejores elementos debe
comprar)
§ Evite forzar el cable doblándolo en ángulos rectos o tensionandolo
demasiado. No utilice empalmes en el cableado horizontal: está
prohibido.
§ Asegúrese que la puesta a tierra sea correcta
http://www.arcesio.net
Especificaciones generales del cable
UTP (Unshielded Twisted-Pair)
§ El cable de par entorchado tiene uno o más pares “abrazados”
uno a otro (esto ayuda a cancelar polaridades e intensidades
opuestas).
§ Shielded Twisted-Pair (STP) es blindado
§ Unshielded Twisted-Pair (UTP) es no blindado
§ Los hilos son referenciados con respecto a su grosor utilizando
los números de American Wire Gauge
§ Los alambres delgados tienen más resistencia que los gruesos
http://www.arcesio.net
Categorías del sistema de cableado para UTP
§ Categoría 1: alambre sólido 22 ó 24 AWG (American Wire Gauge
Standard): no se puede utilizar para transmisión de datos: 56 Kbps
§ Categoría 2: alambre sólido 22 ó 24 AWG para teléfonos y sistemas
de alarmas: 1 MHz
§ Categoría 3: alambre sólido 24 AWG, 100 Ohmios, 16 MHz.
§ Categoría 4: igual que la tres pero hasta 20 MHz
§ Categoría 5: par trenzado de 22 ó 24 AWG, impedancia de 100
Ohmios, ancho de banda de 100 MHz (usa conector RJ45 -8P8C-).
Atenuación inferior a 24 dB y Next superior 27.1 dB para 100 MHz.
§ Categoría 5e (enhanced) el mismo ISO Clase D: Par trenzado 22 ó 24
AWG, ancho de banda 100 MHz. Atenuación 24 dB. Next 30.1 dB
§ Categoria 6 (TIA/EIA-568-B.2-1, junio 1, 2002) ISO Clase E: Hasta
250 MHz. Atenuación inferior a 21.7 dB y Next superior a 39.9 dB.
§ Categoria 6a (ANSI/TIA-568-B.2-10, 2008) ISO Clase EA : Hasta 500
MHz. Atenuación inferior a 20.9 dB y Next superior a39.9 dB.
§ Categoría 7 (ISO/IEC 11801. 2002) ISO Clase F : hasta 600 MHz.
Atenuación inferior 20.8. Next superior a 62.9 dB.
§ Categoría 7a (Adenda al ISO/IEC 11801. 2008) ISO Clase FA : hasta
1000 MHz. Atenuación inferior 20.3. Next superior a 65.0 … Se espera
que esté disponible en 2013
http://www.arcesio.net
Cables cat 5E y cat 7
Cable categoría 5E Cable categoría 7
http://www.arcesio.net
Atenuación
§ La atenuación representa la perdida de potencia de
señal a medida que esta se propaga desde el
transmisor hacia el receptor. Se mide en decibeles.
Atenuación = 20 Log10(V. Trans./V. Rec.)
§ Se puede medir en una vía o en doble vía (round trip)
§ Una atenuación pequeña es buena
§ Para reducir la atenuación se usa el cable y los
conectores adecuados con la longitud correcta y
ponchados de manera correcta
http://www.arcesio.net
Near End CrossTalk (NEXT)
§ Interferencia electromagnética causada por una señal generada
por un par sobre otro par resultando en ruido.
NEXT = 20 Log10(V. Trans./V. Acoplado.)
(V. Acoplado es el “ruido” en el segundo par.)
§ Se mide en el extremo del transmisor (donde la señal es más
fuerte)
§ Un NEXT grande es bueno
§ Cuando un sistema de cableado tiene problemas con el NEXT
pueden ocurrir errores en la red.
§ Para evitar el NEXT se usa el cable y los conectores adecuados
ponchados de manera correcta.
http://www.arcesio.net
ACR (Attenuation-to-crosstalk ratio)
§ También conocido como headroom. Es la diferencia, expresada en dB,
entre la atenuación de la señal producida por un cable y el NEXT(near-
end crosstalk).
§ Para que una señal sea recibida con una tasa de errores de bit
aceptable, la atenuación y el NEXT deben optimizarse. En la práctica
la atenuación depende de la longitud y el diámetro del cable y es una
cantidad fija. Sin embargo, el NEXT puede reducirse asegurando que
el cable esté bien entorchado y no aplastado, y asegurando que los
conectores estén instalados correctamente. El NEXT también puede
ser reducido cambiando el cable UTP por STP.
§ El ACR debe ser de varios decibeles para que el cable funcione
adecuadamente. Si el ACR no es lo suficientemente grande, los
errores se presentarán con frecuencia. Una pequeña mejora en el ACR
reduce dramáticamente la tasa de errores a nivel de bit.
http://www.arcesio.net
Especificaciones conector 8P8C
Especificación EIA/TIA-568A Especificación EIA/TIA-568B
12345678
12345678 Conector hembra
12345678 para tomas,
hubs, switches
Conector macho y tarjetas de red
para los cables
http://www.arcesio.net
Código de colores
http://www.arcesio.net
Ponchado del cable
1. Cortar la chaqueta a 2. Separar y enderezar 3. Colocar los hilos en
una distancia adecuada. los hilos. orden (568 A ó B)
4. Cortar los hilos para 5. Aquí se ven los hilos 6. Introducir los hilos
que queden “parejos”. “parejos”. dentro del conector.
Nota: se debe
garantizar que los hilos
mantengan el orden y
¡No olvide que la chaqueta quede
certificar bajo la pestaña inferior
el cable! del conector.
7. Con la ponchadora 8. Hacer lo mismo con
http://www.arcesio.net
apretar el conector. la otra punta del cable.
Uso de los hilos
§ De acuerdo con la aplicación, cada hilo realiza una
función diferente:
TX: Trasmite; RX: Recibe; Bi: Bidireccional
http://www.arcesio.net
Especificaciones de la fibra óptica
§ Transmite energía en forma de luz. Permite tener anchos de
banda muy altos (billones de bits por segundo).
§ En los sistemas de cableado, la fibra óptica puede utilizarse
tanto en el subsistema vertical como en el horizontal.
Receptor
(Detector de luz)
Transmisor
(Fuente de luz)
Señal eléctrica
Fibra óptica
(Output)
Señal eléctrica http://www.arcesio.net
(Input)
¿Por qué no se sale la luz de la fibra
óptica?
Cubierta
(Cladding) La luz no se escapa del núcleo porque la cubierta
y el núcleo están hechos de diferentes tipos de
vidrio (y por tanto tienen diferentes índices
de refracción). Esta diferencia en los índices
obliga a que la luz sean reflejada cuando toca
la frontera entre el núcleo y la cubierta.
Revestimiento
Núcleo (Coating ó Buffer)
(Core)
http://www.arcesio.net
Tipos de fibra óptica
Fuente de luz
Multimodo
Usada generalmente para comunicación
de datos. Tiene un núcleo grande (más fácil
de acoplar). En este tipo de fibra muchos
rayos de luz (ó modos) se pueden propagar
simultáneamente. Cada modo sigue su propio
camino. La máxima longitud recomendada
Propaga varios modos Núcleo: 62.5 mm ó 50 mm del cable es de 2 Km. l = 850 nm.
ó caminos Cubierta: 125 mm
Fuente de luz
Monomodo
Tiene un núcleo más pequeño que la fibra
multimodo. En este tipo de fibra sólo un rayo
de luz (ó modo) puede propagarse a la vez.
Es utilizada especialmente para telefonía y
televisión por cable. Permite transmitir a altas
Núcleo: 8 a 10 mm velocidades y a grandes distancias (40 km).
Propaga un sólo modo Cubierta: 125 mm l = 1300 nm.
ó camino Un cabello humano: 100 mm
http://www.arcesio.net
Ancho de banda de la F.O.
§ Los fabricantes de fibra multimodo especifican cuánto afecta la
dispersión modal a la señal estableciendo un producto ancho de
banda-longitud (o ancho de banda).
› Una fibra de 200MHz-km puede llevar una señal a 200 MHz hasta
un Km de distancia ó 100 MHz en 2 km.
§ La dispersión modal varía de acuerdo con la frecuencia de la
luz utilizada. Se deben revisar las especificaciones del
fabricante
› Un rango de ancho de banda muy utilizado en fibra multimodo para
datos es 62.5/125 con 160 MHz-km en una longitud de onda de
850 nm
§ La fibra monomodo no tiene dispersión modal, por eso no se
especifica el producto ancho de banda-longitud.
http://www.arcesio.net
Atenuación en la F.O.
§ La perdida de potencia óptica, o atenuación, se expresa en
dB/km (aunque la parte de “km” se asume y es dada sólo en
dB)
› Cuantos más conectores se tengan, o más largo sea el cable de
fibra, mayor perdida de potencia habrá.
› Si los conectores están mál empatados, o si están sucios, habrá
más perdida de potencia. (por eso se deben usar protectores en
las puntas de fibra no utilizadas).
› Un certificador con una fuente de luz incoherente (un LED) muestra
un valor de atenuación mayor que uno con luz de LASER (¡Gigabit
utiliza LASER! Por eso la F.O. para gigabit debe certificarse con
ese tipo de fuente de luz, no con el otro)
http://www.arcesio.net
El cable de fibra óptica
Revestimiento
Capa de protección puesta sobre la cubierta.
Se hace con un material termoplástico si se
requiere rígido o con un material tipo gel si
se requiere suelto.
Material de
refuerzo Material de refuerzo
(strength members) Sirve para proteger la fibra de esfuerzos a
que sea sometida durante la instalación, de
Núcleo contracciones y expanciones debidos a
(Core) cambios de temperatura, etc. Se hacen de
varios materiales, desde acero (en algunos
cables con varios hilos de fibra) hasta Kevlar
Cubierta
(Cladding) Envoltura
Es el elemento externo del cable. Es el que
Revestimiento protege al cable del ambiente donde esté
Envoltura (Coating ó Buffer) instalado. De acuerdo a la envoltura el cable
(Jacket) es para interiores (indoor), para exteriores
(outdoor), aéreo o para ser enterrado.
http://www.arcesio.net
Cables de fibra óptica
Cable aéreo (de 12 a 96 hilos): Cable con alta densidad de hilos (de 96 a
Cable para exteriores (outdoor), ideal para 256 hilos): Cable outdoor, para troncales de
aplicaciones de CATV. 1. Alambre mensajero, redes de telecomunicaciones 1. Polietileno,
2. Envoltura de polietileno. 3. Refuerzo, 2. Acero corrugado. 3. Cinta Impermeable
4. Tubo de protección, 5. Refuerzo central, 4. Polietileno, 5. Refuerzo, 6. Refuerzo central
6. Gel resistente al agua, 7. Fibras ópticas 7. Tubo de protección, 8. Fibras ópticas,
8. Cinta de Mylar, 9. Cordón para romper la 9. Gel resistente al agua 10. Cinta de Mylar,
envoltura en el proceso de instalación. 11. Cordón para romper la envoltura.
http://www.arcesio.net
Conectores de fibra óptica (FOC)
§ Conector ST (Straight Through) -
BFOC/2.5
› Presentado a comienzos del 85 por AT&T
› Utiliza un resorte y un seguro de
acoplamiento.
§ Conector SC (Single-fiber Coupling)
› Es más nuevo, desarrollado por Nippon
Telegraph and Telephone Corporation
› Tiene menos perdida que otros conectores
§ Conector MT-RJ
› Ocupa la mitad de espacio de un conector
SC (es un conector SFF: “Small Form
Factor”)
http://www.arcesio.net
Otras características de la F.O.
§ En el subsistema de cableado horizontal el hilo transmisor en
un extremo se conecta al extremo receptor del otra y viceversa.
En el subsistema de cableado vertical se conecta uno a uno.
› Los equipos tienen un LED que indica si hay conexión, si este LED
no se activa, se pueden intercanbiar las puntas del cable.
§ Cuando se conecta una fuente LASER a fibra multimodo puede
aparecer un fenómeno llamado Differential Mode Delay
(DMD)... Es una pequeña variación en el indice de refracción de
la F.O. que dificulta recibir bien la señal.
http://www.arcesio.net
Otras normas
§ ANSI/TIA/EIA-569-A (febrero 1998): Estándar para
trayetos (pathways) y espacios para edificios
comerciales.
§ ANSI/TIA/EIA-570-A (septiembre 1999): Estándar
para cableados de edificios residenciales
§ ANSI/TIA/EIA-606-A (mayo 2002): Estándar para
administración de cableados
§ ANSI/TIA/EIA-607 (agosto 1994): Puestas a tierra y
uniones
http://www.arcesio.net
ANSI/TIA/EIA-569-A
§ Describe los elementos de diseño para trayectos (ducterías) y
cuartos dedicados a equipos de telecomunicaciones.
› La ductería debe ser de 4” de diámetro, con una pendiente de
drenaje de 12” por cada 100 pies (56 cm en 100 metros).
Curvaturas de hasta 90o. No debe superar el 40% del diámetro
usando 2 cables.
› Cuarto de equipos: altura de 2,50 metros. De acuerdo con el
número de estaciones que albergará: hasta 100: 14 m2, entre 101 y
400: 37 m2, entre 401 y 800: 74 m2 y entre 801 y 1200: 111 m2.
Ubicado lejos de fuentes electromagnéticas y fuentes de
inundación. La norma especifica tamaño de las puertas (sencilla
0,91 m, doble 2 m), temperatura (64°-75°F), humedad relativa
(30%-55%), iluminación (50-foot candles @ 1 m sobre el piso) y
polvo en el medio ambiente (100 microgramos/m3 en un periódo de
24 horas).
http://www.arcesio.net
ANSI/TIA/EIA-606
§ Esta norma establece las especificaciones para la
administración de un cableado
§ La administración de los cableados requiere una excelente
documentación
› Debe permitir diferenciar por dónde viaja voz, datos, video, señales
de seguridad, audio, alarmas, etcétera.
§ La documentación puede llevarse en papel, pero en redes
complejas es mejor asistirse con una solución computarizada
§ Además, en ciertos ambientes se realizan cambios a menudo
en los cableados, por esto la documentación debe ser
fácilmente actualizable.
http://www.arcesio.net
Conceptos de administración
§ Un sistema de administración de cableado normal debe incluir:
registros, reportes, planos y órdenes de trabajo
› Identificadores: cada espacio, trayecto, punto de terminación de
cableado y puesta a tierra debe recibir un identificador único (un
número)
› Registros: se requiere como mínimo registro de cada cable,
espacio, trayecto, puesta a tierra, terminación y ubicación del
hardware. Estos registros deben tener referencia cruzada con los
registros relacionados.
› Referencias opcionales: referencias a otro tipo de registros, como
planos, registros del PBX, inventarios de equipos (teléfonos, PCs,
software, LAN, muebles) e información de los usuarios (extensión,
e-mail, passwords) permitirán generar otros reportes
http://www.arcesio.net
Conceptos de administración
§ Un sistema de administración de cableado normal debe incluir:
registros, reportes, planos y órdenes de trabajo
› Planos y diagramas: tanto conceptuales como a escala, incluyendo
planos de planta y distribución de los racks.
› Ordenes de trabajo: las órdenes de trabajo están relacionadas con
modificación/instalación de espacios físicos, trayectos, cables,
empalmes, terminaciones o puestas a tierra (o una combinación).
La orden de trabajo debe decir quién es el responsable de los
cambios físicos al igual de quién es la persona responsable de
actualizar la documentación.
http://www.arcesio.net
Documentación del cableado
§ Para cableados pequeños, mínimo un plano del piso con la
ubicación del cableado y una hoja electrónica con una
explicación de la marcación de los componentes
› Los cables deben ser identificados cuando estos sean instalados (una
etiqueta en cada punta del cable) y de registrarse en la hoja electrónica.
§ Para grandes cableados puede considerar adquirir un software
de administración de cableados (toma más tiempo lograr que
entre en funcionamiento)
§ Marcar los cables y elaborar la documentación puede parecer
trabajo extra, pero son una herramienta poderosa para la
administración de la red.
http://www.arcesio.net
ANSI/TIA/EIA-607
§ Esta norma especifican como se debe hacer la conexión del
sistema de tierras (los sistemas de telecomunicaciones
requieren puestas a tierra confiables).
› Los gabinetes y los protectores de voltaje son conectados a una
barra de cobre (busbar) con “agujeros” (de 2” x 1/4”)
› Estas barras se conectan al sistema de tierras (grounding
backbone) mediante un cable de cobre cubierto con material
aislante (mínimo número 6 AWG, de color verde o etiquetado de
manera adecuada)
› Este backbone estará conectado a la barra principal del sistema de
telecomunicaciones (TMGB, de 4” x 1/4”) en la acometida del
sistema de telecomunicaciones. El TMGB se conectará al sistema
de tierras de la acometida eléctrica y a la estructura de acero de
cada piso.
http://www.arcesio.net
ANSI/TIA/EIA-607
§ Términos utilizados
› Telecommunications Main
Grounding Busbar (TMGB)
› Telecom Bonding Backbone
(TBB)
› Telecom Grounding Busbar
(TGB)
› Telecom Bonding Backbone
Interconnecting Bonding
Conductor (TBBIBC)
http://www.arcesio.net
Equipos de interconexión de red
§ Equipos de transmisión y concentración para redes WAN
› Modems, MUXs (multiplexers), PADs (Packet
Assembler/Disassembler), FRADs (Frame Relay Access Device),
Front-ed processors, unidades de control, conversores de
protocolo
§ Dispositivos de interneworking (LAN)
› Hubs, bridges, switches, Routers, gateways, access servers.
§ Dispositivos especializados
› Compresores de datos, sistemas de transmisión de fibra óptica,
dispositivos de seguridad (firewalls).
http://www.arcesio.net
Equipos de interconexión LAN
› Repetidores
› Switches (bridges)
› Routers
› Gateways
§ Se pueden diferenciar por la capa del modelo
OSI donde realizan la interconexión entre
redes de área local
http://www.arcesio.net
Codificación de la señal
§ La codificación de la señal en Ethernet busca combinar el reloj y
la información como una secuencia de autosincronización de
las señales que se envían sobre el medio
§ Cada medio ofrece características diferentes.
§ Entre más alta sea el ancho de banda, más complejo es el
esquema de codificación utilizado.
§ Los objetivos de un esquema de señalización son:
› Incluir la suficiente información de reloj para asegurar que los
circuitos de decodificación funcionen correctamente
› Mantener la tasa de errores muy baja
› Garantizar que la señal Ethernet “sobreviva” ó “resista” el viaje
sobre el medio físico.
http://www.arcesio.net
Métodos de señalización
§ El método de señalización hace referencia a dos cosas:
› La forma en que se codifican los datos para transmitirse
› El espectro de frecuencia del medio
§ En buena medida, el método de señalización está relacionado
con el uso del espectro de frecuencia del medio
§ Dos métodos de señalización utilizados en LAN son broadband
y baseband.
§ Señalización broadband: el ancho de banda del medio es
subdividido por frecuencia para formar dos o más subcanales.
Cada subcanal transferiere datos de forma independiente de los
otros subcanales (necesita modems)
§ Señalización baseband: sólo una señal es transmitida sobre el
medio.
http://www.arcesio.net
Métodos de señalización (cont.)
Canal único
Baseband
Frecuencia
Múltiples canales
A B N
Broadband ...
Frecuencia
§ Baseband utiliza todo el ancho de banda para un canal.
Broadband lo divide en subcanales.
http://www.arcesio.net
Señalización Broadband
§ Broadband utiliza tecnología análoga, donde
modems de alta frecuencia operan a 4 KHz ó
superior, colocan la señal portadora sobre el medio
de transmisión.
§ Los métodos de modulación más utilizados son:
› Frecuency Shift Keying (FSK)
› Amplitude Modulation Phase Shift Keying (AM PSK)
§ Broadband es unidireccional. Se usan dos canales
para hacerla bidireccional
http://www.arcesio.net
Señalización Baseband
§ Baseband utiliza señalización digital.
Non-Return 0 0 1 1 0 1
+V
to Zero (unipolar)
(Terminales) -V
+V
Manchester
(Ethernet) -V
Manchester +V
Diferencial
(Tokeng Ring) -V
http://www.arcesio.net
Codificación de la señal en el AUI
§ 10 Mbps utiliza el sistema de codificación Manchester. En este
sistema se combinan los datos y el reloj en símbolos de bit. En
estos símbolos se indica una transición del reloj en la mitad de
cada bit.
§ Cada símbolo de bit se divide en dos partes: la polaridad de la
segunda parte siempre es la contraria de la promera mitad.
§ Un cero se define como una señal cuya primera mitad es alta y
la segunda mitad es baja. Un uno es una señal cuya primera
mitad es baja y la segunda mitad es alta.
§ En cada bit se envía una transición del reloj que es utilizada por
la estación receptora para sincronizarse con los datos recibidos.
http://www.arcesio.net
Codificación de la señal en el AUI
§ Manchester permite sincronizarse al receptor y extraer los datos, pero
implica que se duplique el ancho de banda. Es decir, para 10Mbps
Manchester codifica señales a una rata de 20MHz.
§ Cada medio en 10 Mbps utiliza codificación Manchester pero utiliza un
sistema de señalización de línea física diferente
› Port ejemplo, en 10Base5 se envía dos señales: una señal DC a -1 voltio y
una señal que varia su amplitud para representar ceros y unos (nivel alto: 0
voltios, nivel bajo: -2 voltios)
› En 10Base-T la señalización de línea física utiliza corrientes balanceadas
sobre par trenzado. Un hilo lleva una señal entre 0 y 2.5 voltios y el otro
entre 0 y -2.5 voltios.
› 10Base-FL utiliza NRZ (Non-Return-to-Zero) como esquema de
señalización de línea. Un pulso de luz indica el nivel alto y la ausencia del
pulso de luz es el nivel bajo.
http://www.arcesio.net
Rechazo de modo común (CMR)
01101110
TX+ +2.5v +2.5v RX+
0 Voltios 0 Voltios
TX- -2.5v -2.5v RX-
01101110
RX+ +2.5v +2.5v TX+
0 Voltios 0 Voltios
RX- -2.5v -2.5v TX-
•Para que el CMR funcione adecuadamente se necesita que el par de hilos
estén entorchados mutuamente.
•Utiliza la diferencia de voltajes entre cada señal (TX+) y su reflejo (TX-)
para determinar el estado lógico de cada bit.
•Los picos de voltaje inducen de la misma manera los dos hilos, pero la
diferencia sigue siendo la misma.
http://www.arcesio.net
•Ruido eléctrico excesivo puede destruir transceivers, hubs o tarjetas de red
Velocidad de propagación de una señal Ethernet
§ Para determinar la máxima topología y el tamaño mínimo del
frame
§ Los datos viajan más despacio que la luz en el vacio.
› C (velocidad de la luz en el vacio): 300.000 Km/s
› Coaxial grueso: 77% C (231.000 Km/s)
› Coaxial delgado: 65% C (195.000 Km/s)
› Par trenzado: 59% C (177.000 Km/s)
› Fibra óptica: 66% C (198.000 Km/s)
› Cable AUI: 65% C (195.000 Km/s)
§ 10Base-T es la más lenta.
http://www.arcesio.net
¿Qué tan largo es un bit en 10 Mbps?
› Coaxial grueso: 231.000 Km/s dividido en 10 millones de
bits por segundo = 23.1 metros.
› Coaxial delgado: 195.000 Km/s dividido en 10 millones de
bits por segundo = 19.5 metros.
› Par trenzado: 177.000 Km/s dividido en 10 millones de bits
por segundo = 17.7 metros.
› Fibra óptica: 198.000 Km/s dividido en 10 millones de bits
por segundo = 19.8 metros.
› Cable AUI: 195.000 Km/s dividido en 10 millones de bits
por segundo = 19.5 metros.
http://www.arcesio.net
Bases del funcionamiento de Ethernet
§ Si un nodo ha participado en una colisión, este DEBE detectar
la colisión antes que se termine la transmisión del frame: Si esto
falla se traduce en degradación del desempeño de la red.
§ Las especificaciones garantizan esta operación:
› En 1980 DEC, Intel y Xerox publicaron el “Blue Book” (Ethernet
versión 1.0, ACM Computer Communications Review, Vol 11, No.
2, julio 1981, paginas 17-65)
› La versión 1.0 fue reemplazada por la versión 2.0 en 1982
› IEEE (febrero de 1980, de ahí el “80” y el “2” de “802”) utilizó la
versión 2.0 como base del estádar 802.3.
http://www.arcesio.net
La señal jam y colisiones legales
El nodo 1 envía datos al nodo 2.
El nodo 3 también envía datos al medio (no “escucha” al nodo 1) y hay una colisión.
El nodo 3 envía un jam de 4 bytes avisando a todos que hubo una colisión.
El JAM crea colisiones con otros frames que se estén transmitiendo y
obliga a todas las estaciones a reiniciar sus intentos de acceder el medio.
R1 R2 R3 R4
JAM (4 bytes)
Colisión Colisión
Nodo 1 Nodo 2 Nodo 3
Segmento 1 Segmento 2 Segmento 3 Segmento 4 Segmento 5
§ Las colisiones ocurren dentro de los primeros 512 bits de datos
(64 bytes):
› Las colisiones típicas ocurren dentro de los primeros 48 bytes
› Las redes que tienen hasta un 37% de utilización sostenida son
bastante “limpias” (pocas colisiones).
http://www.arcesio.net
Topología máxima y frame mínimo
La máx. trayectoria de transmisión entre dos nodos: 5 segmentos y cuatro repetidores.
De los cinco segmentos 3 son no poblados, dos pueden terner estaciones conectadas.
La longitud mínima del frame Ethernet es 64 bytes (512 bits).
Esta longitud está basada en el peor caso de viaje de ida y vuelta.
R1 R2 R3 R4
Nodo 1 Nodo 2 Nodo 3
Segmento 1 Segmento 2 Segmento 3 Segmento 4 Segmento 5
§ Los conectores de los equipos de interconexión también agregan retardos
adicionales pero la red completa (topología máxima) no puede introducir más de
51.2 mS de retardo.
§ La longitud mínima del frame se define como:
› El mensaje del nodo 1 debe ser lo suficientemente largo para que aun esté
transmitiendo cuando la colisión sea detectada.
› El mensaje interrumpido del nodo 1 debe ser lo bastante corto como para que el nodo
2 (receptor) pueda descartarlo por ser “muy corto”.
http://www.arcesio.net
Niveles de degradación
§ La retransmisión a nivel Ethernet ocurre,
normalmente, dentro de tiempos del orden de cientos
de microsegundos
§ Las restransmisiones en la subcapa LLC puede
ocurrir en milisegundos
§ En la capa de transporte (capa 4) las restramisiones
puesen tomar segundos
§ Las aplicaciones pueden esperar minutos.
Entre más alta está la capa responsable de la retransmisión,
más debe esperar el usuario.
http://www.arcesio.net
Medios utilizados en Fast Ethernet
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO ETHERNET (MAC)
100Base-T4 100Base-TX 100Base-FX
Par trenzado No ANSI Par trenzado ANSI Fibra óptica ANSI
El identificador IEEE:
•100: indica la velocidad de transmisión, 100 Mbps
•BASE: tipo de señalización, baseband, sobre el medio sólo hay
señales Ethernet
•El tercer campo: indica el tipo de segmento
•T4: usa cuatro pares de cable par trenzado para teléfonía
•TX: usa dos pares de cable par trenzado para datos (ANSI X3T9.5)
•FX: usa fibra óptica (ANSI X3T9.5) y usa dos hilos de fibra
•TX y FX se conocen también como 100Base-X
El estándar T4 fue desarrollado para que cableados de menor calidad
pudiesen utilizar Fast Ethernet
http://www.arcesio.net
Componentes físicos de una conexión a 100 Mbps
Dispositivo con
PHY externo
Conector de
40 pines
Physical Medium
Computador Layer Dependent Medio
(DTE) Device Interface Físico
(PHY) (MDI)
Media Independent
Interface (MII) -opcional-
Dispositivo con PHY interno.
http://www.arcesio.net
Componentes físicos de una conexión a 100 Mbps
§ Medio físico
› Lleva las señales Ethernet entre computadores. Puede ser fibra
óptica, par trenzado nivel 5 o par trenzado nivel 3
§ Medium Dependent Interface (MDI)
› Conector utilizado para hacer la conexión física y eléctrica entre la
interface y el cable de la red: por ejemplo, un conector RJ-45 para
par trenzado ó un conector para fibra óptica.
§ Physical Layer Device (PHY)
› Transmite y recibe señales al medio (transceiver). Puede estar
dentro de la tarjeta de red o estar por fuera y estar equipado con
un cable MII. El tipo de PHY depende del tipo de medio con el cual
está construido el segmento de red
http://www.arcesio.net
Componentes físicos de una conexión a 100 Mbps
§ Medium Independent Interface (MII)
› Es un conjunto de elementos electrónicos opcionales que permite
enlazar las funciones de control de acceso al medio en la tarjeta de
red con el PHY, que es quien envía las señales al medio. Puede,
opcionalmente, soportar la operación a 10Mbps y a 100Mbps. Es el
que hace que los diferentes sistemas de codificación de la señal de
los diversos medios sea transparente a la intefaz de red.
§ El computador (DTE -Data Terminal Equipment)
› Cada DTE conectado a Fast Ethernet debe tener una interfaz
Ethernet (electrónica y software que tiene las funciones de control
de acceso al medio requeridas para enviar frames sobre el canal
Ethernet)
http://www.arcesio.net
Fast Ethernet: 100BaseTX
Existe un chequeo de integridad
del enlace basado en ANSI FDDI.
También existe el Fast Link Pulse,
que se utiliza para la
II autonegociación.
Plugs de 8 pines
(RJ-45) PHY PHY PHY PHY
Hub (concentrador)
100BaseTX
4 puertos RJ-45 (con PHY)
DTE Clase II
Interface 100BaseTX Cable de par trenzado
con PHY Interno Categoría 5
(100 mts máximo)
Basado en el estándar
Jack de 8 pines de medio físico
(MDI) ANSI TP-PMD.
http://www.arcesio.net
(Para UTP y STP)
Concentradores para 100BaseTX
§ Se definen dos tipos: Clase I y Clase II
§ Clase I:
› Grandes retardos en tiempo
› Puede convertir de un medio a otro: de 100BaseTX a 100BaseFX
(permite mezclar tipos de segmentos)
› Cómo la conversión consume “bit times”, sólo se permite un
concentrador clase I por dominio de colisión cuando se tienen
longitudes máximas de los cables.
§ Clase II
› Pequeños retardos de tiempo
› Repite inmediatamente a los otros puertos sin hacer conversiones
› Conecta el mismo tipo de segmentos (NO se pueden mezclar tipos
de segmentos con hubs clase II)
› Máximo 2 concentradores clase II por dominio de colisión.
http://www.arcesio.net
Fast Ethernet: 100BaseTX
II DTE 1
Hub
100Mbps
DTE 2
Máxima longitud de
par trenzado: 100 metros
Máximo número de
PHY’s por segmento: 2 DTE 3
Dos segmentos 100BaseTX
pueden interconectarse con hubs Los PHY’s verifican la integridad
Clase I ó II de enlace (Link)
http://www.arcesio.net
Fast Ethernet: 100BaseFX
Hub de fibra óptica
100Base-FX II
Clase II
TX RX TX RX TX RX TX RX
Segmento de fibra Concentradores Clase I y II:
10Base-FX Clase I: permite mezclar tipos
(Máximo 412 mts) de segmentos, máximo uno.
Clase II: no permite mezclar
segmentos, máximo dos.
Fibra multimodo 62.5/125
DTE Máximo 11 dB de atenuación
TX
100BaseFX
RX
Interface
Conectores SC, ST ó
MT-RJ
Diámetro de dominio de colisión máximo:
Existe un chequeo de integridad
del enlace basado en ANSI FDDI.
Con un hub clase II: 320 metros hasta el DTE
Con un Hub clase I: 272 metros hasta el DTE
http://www.arcesio.net
Con dos hubs clase II: 228 metros hasta DTE
Fast Ethernet: 100BaseT4
Existe el Fast Link Pulse,
que se utiliza para la
autonegociación.
Garantiza que el cable está
correctamente interconectado,
II pero no garantiza el CrossTalk
Plugs de 8 pines
(RJ-45) PHY PHY PHY PHY
Hub (concentrador)
100BaseT4
4 puertos RJ-45 (con PHY)
DTE Clase II
Interface 100BaseT4 Cable de par trenzado
con PHY Interno Categoría 3, 4 ó 5
(100 mts máximo)
Jack de 8 pines
Concentradores Clase I y II:
Clase I: permite mezclar tipos (MDI) Utiliza los 4 pares del
de segmentos, máximo uno.
http://www.arcesio.net
cable.
Clase II: no permite mezclar
segmentos, máximo dos.
100BaseTX y 100 Base-T4: Uso del medio
§ 100 Base-TX, UTP categoría 5
› Hilo 1: T+; Hilo 2: T-, Hilo 3: R+ e Hilo 6: R-
› Máximo 100 metros, conector RJ-45
› Un cable cruzado se construye igual que en 10Mbps (1 con
3 y 2 con 6)
§ 100BaseT4: Uso del medio, UTP categoría 3, 4 ó 5
› Hilo 1: T+; Hilo 2: T-, Hilo 3: R+ e Hilo 6: R-
› Hilo 4: B+, Hilo 5: B-; Hilo 7: B+, Hilo 8: B-
› Máximo 100 metros, conector RJ-45
› Cable cruzado: 1 con 3, 2 con 6, 4 con 7 y 5 con 8
http://www.arcesio.net
Codificación de la señal para representar los datos
§ Gracias a la velocidad con que se transmiten los datos en
100Mbps, y la necesidad de una alta frecuencia en el cable, la
señalización en Fast Ethernet es más compleja que en
Ethernet.
§ Fast Ethernet NO utiliza señalización Manchester (aunque los
transceivers para 10/100 trabajan con Manchester).
§ Cada uno de los diferentes medios utiliza un tipo de codificación
(códigos de bloque) y señalización de línea diferente:
› 100BaseFX utiliza codificación 4B/5B y señalización NRZI
› 100BaseTX utiliza codificación 4B/5B y señalización MLT-3 (ó
NRZI-3)
› 100BaseT4 utiliza un sistema de codificación diferente (8B/6T), una
forma mejorada de MLT-3, y multiplexamiento T4 (conocido
también como “fan out”).
http://www.arcesio.net
Arquitectura de las capas en Fast Ethernet 802.3
LLC - Logical Link Control § MII: Medium Independent
Interface
MAC - Media Access Control § PCS: Physical Coding
Reconciliación Sublayer
§ PMA: Physical Medium
Attachment
MII MII
§ PMD: Physical Media
Dependent
8B6T PCS PCS 4B5B § MDI: Medium Dependent
Interface
PMA PMA NRZI
› Las subcapas de
reconciliación, PCS y PMD
Fan Out PMD MLT-3 no existen en 10Mbps (los
MDI datos son manejados
MDI directamente desde la capa
MAC a la subcapa PMA y de
M E D I O
allí al cable.
http://www.arcesio.net
T4 TX
El ancho de banda del cable en Ethernet y la ley de
shannon
§ La principal dificultad con 100 Mbps es que los datos a alta
frecuencia no se propagan sobre par trenzado o fibra (requeriría
una forma de onda de 200 MHz si codificara con Manchester).
§ UTP categoría 5 está hecho para soportar una frecuencia de
100 MHz.
§ Ley de Shannon:
› Permite calcular la velocidad teórica máxima en la cual digitos
libres de error pueden ser transmitidos sobre un canal con
ancho banda de limitado en presencia de ruido: C=log2(1+S/N).
Donde C es la capacidad del canal en bits por segundo, W es el
ancho de banda en Hertz y S/N es la razón señal-ruido
(teóricamente se puede obtener entre 2 bits/Hz hasta 12 bits/Hz).
http://www.arcesio.net
NRZI, MLT-3 y la codificación 4B5B
§ Nuevas formas de codificación de la forma de onda han sido
implementadas en la subcapa PMA para Fast Ethernet.
› 100BaseFX utiliza NRZI (Non-Return-to-Zero, Invert-on-one). Para
reducir aun más los requerimientos de frecuencia sobre UTP,
100BaseTX agrega una varización a NRZI en la subcapa PMD
llamada MLT-3 (Multiple Level Transition - 3 Niveles) ó NRZI-3.
› Cuando la información es una secuencia de ceros, en NRZI y MLT-
3 se puede perder la codificación de la señal del reloj. Para
resolver este problema se utiliza la codificación de bloque (block
encoding) 4B5B (la misma utilizada por FDDI).
› Un código de bloque toma un bloque o grupo de bits y los “traduce”
aun conjunto de código bits más grande. 4B5B toma cuatro bits y
los traduce a cinco bits
› Los códigos de bloque se diseñan para mejorar la señalización de línea al
balancear los ceros y los unos transmitidos
http://www.arcesio.net
La codificación 4B5B
§ El uso de un esquema de codificación 4B5B permite transportar datos
e información de control en cada símbolo representados por un código
de 5 bits (4 bits se representan con 5 bits).
§ Además un código de relleno entre stream (IDLE) es definido, al igual
que un símbolo para forzar errores de señalización.
§ Ya que cuatro bits son mapeados a cinco bits, sólo se necesitan 16
símbolos para representar los datos. El resto de símbolos que no son
utilizados para control o para significar una condición IDLE no son
usados en 100BaseX y se consideran inválidos. Todos unos (1's)
indica la condición idle.
§ Un ejemplo, el “nibble” 0000 se representa como 11110 en 4B5B y el
nibble 1111 se representa como 11101. El símbolo que representa la
condición de idle es 11111.
§ Los códigos de bloque se diseñan para mejorar la señalización de
línea al balancear los ceros y unos transmitidos.
http://www.arcesio.net
NRZI y MLT-3
100BaseFX utiliza NRZI, donde se utiliza media onda para codificar
cada bit. Si el estado de la señal cambia es un 1.
Codificación 4B5B para el hexadecimal 0 es 11110 y para E es 11100
100BaseTX utiliza MLT-3, donde se usa un cuarto de onda para codificar
cada bit. Igual que NRZI pero utiliza una onda alternante de tres niveles
(puede ser pensado como una sinusoidal “stop and go”) donde va un 1, un
0, un -1, un 0, un 1, etc, respetando la progresión.
http://www.arcesio.net
Ancho de banda requerido en 100BaseFX y
100BaseTX
§ Al combinar 4B5B con NRZI ó MLT-3 la señal requiere un
menor ancho de banda, pero es lo suficientemente densa para
codificar 100Mbps.
§ En 100BaseFX al utilizar la codificación 4B5B aumentaría la
velocidad de 100Mbps a 125Mbps, pero al utilizar NRZI (dos
bits por ciclo) requiere un ancho de bande de 62.5 MHz.
§ En 100BaseTX, que utiliza 4B5B y MLT-3, se representan
cuatro bits por ciclo, requiriendo la mitad de ancho de bande de
100BaseFX: 31.25 MHz.
› Nota: la norma también define un esquema de “scrambling” en las
subcapa PMD para reducir las emisiones de interferencia
electromagnética (EMI).
http://www.arcesio.net
Representación de datos en 100BaseT4: 8B6T
§ Aunque 31.25 MHz es lo suficientemente bajo para viajar en
UTP cat. 5, no lo es para UTP cat. 3 (que está certificado sólo
para 16MHz).
§ 100BaseT4 utiliza y mejora las técnicas de 100BaseTX.
Combina y optimiza 4B5B y MLT-3 en 8B6T.
§ 8B6T representa 8 bits con un código de seis símbolos que
pueden tener tres valores (tri-estados). Para representar 256
bytes diferentes (28) se tienen disponibles 729 símbolos de tres
estados (36).
§ A diferencia de MLT-3, no se requiere la progresión 1, 0, -1, 0,
1, etc. 8B6T permite el uso arbitrario de los tri-estados.
http://www.arcesio.net
8B6T
§ Los 256 símbolos han sido escogidos para para mapear uno a
uno cada posible byte (la tabla está en el anexo 23A de la
norma IEEE 802.3).
§ Nueve (9) símbolos son utilizados como caracteres
delimitadores de comienzo, final y caracteres de control.
§ 8B6T prepara los datos para ser transmitidos (no necesita más
codificación). 100BaseT4 realiza la codificación en la subcapa
PCS.
§ Por ejemplo, el byte “0000 0000” es representado en 8B6T
como +-00+- y el byte “1111 1111” se representa como +0-+00.
http://www.arcesio.net
Multiplexamiento T4 (Fan Out)
§ 8B6T representa dos tri-estados en un ciclo.
§ La frecuencia de onda portadora necesita 3/4 de velocidad del
flujo de bits: en tres ciclos representa 6 tri-estados que mapean
8 bits.
§ (100*(3/4))/2 = 37.5 MHz. Que sigue siendo muy alto para UTP
Cat. 3. Se requiere de una técnica adicional para transmitir en
este tipo de cable.
§ Para esto se utiliza el multiplexamiento T4: La señal se divide y
se transmite ordenadamente en tres pares en lugar de uno.
§ Esta división hace que sólo se requieran 12.5 MHz por par (que
es menor de 16 MHz!!).
http://www.arcesio.net
Multiplexamiento T4 (Fan Out)
§ De los cuatro pares en cat. 3, tres se utilizan para enviar los
datos y el otro para escuchar. Se utilizan los mismos pares que
en 10BaseT para transmitir y para recibir de forma dedicada, los
otros dos mueven los datos de forma bidireccional
(dependiendo de como estén fluyendo en cada momento).
§ En 100BaseT4 no se puede hacer full duplex.
§ El preámbulo es modificado para permitir sincronizar el reloj en
cada par y para recibir los datos en el orden apropiado.
§ Cinco códigos de fin de símbolo se envían para informar a la
estación receptora donde calcular el CRC.
http://www.arcesio.net
Multiplexamiento T4 (Fan Out)
Los datos son demultiplexados en la tarjeta de red que transmite y los
coloca en tres de los pares del cable UTP. La tarjeta receptora los
multiplexa nuevamente y reordena los datos.
Cada par sólo debe transmitir/recibir 33.3 Mbps.
http://www.arcesio.net
Integración y Migración de Ethernet a Fast Ethernet
§ Para pasar de Ethernet a Fast Ethernet no se necesita hacerlo
todo de una vez.
§ Instalar switches 10/100 en áreas de alto tráfico (aunque no
siempre sirve, por ejemplo si todo el tráfico debe ir al mismo
servidor o si el cableado no tiene la categoría necesaria).
Además divide dominios de colisión.
§ Garantice que los cableados y las distancias para Fast Ethernet
se cumplen
§ Comprar las nuevas máquinas con tarjetas 10/100.
§ Cambiar tarjetas a equipos viejos requiere cambiar
configuraciones...
http://www.arcesio.net
Medios utilizados en Gigabit Ethernet
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO ETHERNET (MAC)
1000Base-LX 1000Base-CX
1000Base-SX 1000Base-T
Fibra mono o Cobre blindado
Fibra multimodal UTP
multimodal (STP)
El identificador IEEE:
•1000: indica la velocidad de transmisión, 1000 Mbps
•BASE: tipo de señalización, baseband, sobre el medio sólo hay
señales Ethernet
•El tercer campo: indica el tipo de segmento
•LX: (“L” de long wavelength)
•SX: (“S” de short wavelength)
•LH: (“LH” de long haul)
•CX: (“C” de copper)
•T: (“T” de twisted pair)
http://www.arcesio.net
Componentes físicos de una conexión a 1000 Mbps
Dispositivo con
PHY externo
Conector
Physical Medium
Computador Layer Dependent Medio
(DTE) Device Interface Físico
(PHY) (MDI)
Gigabit Media Independent
Interface (GMII) -opcional-
Dispositivo con PHY interno.
http://www.arcesio.net
Componentes físicos de una conexión a 1000 Mbps
Nodo 1 Nodo 2
Capas Capas
Superiores Superiores
LLC LLC
MAC MAC
Repetidor 1000Mbps Reconciliación
Reconciliación
GMII GMII GMII GMII
PCS PCS PCS PCS
PMA PMA PMA PMA
MDI MDI MDI MDI
Medio Medio
http://www.arcesio.net
GMII (Gigabit Medium Independent Interface )
§ GMII no soporta un transceiver externo.
§ GMII convierte las diversas señales recibidas del medio por el
PHY a señales de datos estandarizados digitales.
§ El GMII sólo soporta 1000 Mbps. Cuando la interface utiliza
varias velocidades, es porque trae un MII adicional.
§ Cuando la interface solo soporta 1000BASE-X, no se utiliza un
GMII. Se utiliza un Ten-Bit Interface (TBI)
§ Existe un GBIC (Gigabit Interface Converter) y es posible que lo
llamen “transceiver gigabit”. Con este dispositivo se puede
seleccionar entre 1000Base-LX ó 1000Base-SX
§ Los GBICs de diferentes fabricantes de equipos no son
necesariamente compatibles.
http://www.arcesio.net
Canal de fibra (fibre channel)
§ El sistema de señalización de 1000 Mbps está basado en el
esquema diseñado originalmente para el canal de fibra.
§ El canal de fibra es una tecnología para transmitir datos entre
dispositivos a una tasa de 1 Gbps (Norma X3T11 de la ANSI).
Está diseñado para interconectar controladores y unidades de
almacenamiento.
§ Se espera que reemplace a SCSI (Small Computer System
Interface), pues es más rápido, permite mayor distancia entre
dispositivos (hasta 10 kilómetros).
§ Al igual que SCSI, el canal de fibra está diseñado para
interconectar controladores y unidades de almacenamiento.
§ El canal de fibra consta de un enlace con dos fibras
unidreccionales transmitiendo en direcciones opuestas.
http://www.arcesio.net
Canal de fibra (fibre channel)
§ El canal de fibra pede trabajar a cuatro velocidades:
› 133 Mbps
› 266 Mbps
› 530 Mbps
› 1 Gbps
§ El canal de fibra define 5 capas (FC0, FC1, FC2, FC3 y FC4)
§ La implementación de 1 Gigabit del canal de fibra (capas FC0 y
FC1) sirve como base para la capa física de Gigabit Ethernet.
§ FC0 define el enlace físico básico (en LASER), incluyendo las
interfaces y FC1 define la codificación y decodificación de
señales (código de bloque 8B10B) y el esquema de detección
de errores.
› Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) = IEEE 802.3 + ANSI X3T11
http://www.arcesio.net
PCS (Physical Coding Sublayer) en 1000Base-X
Esta subcapa ofrece las funciones de codificación/decodificación
8B10B (adoptada de la subcapa FC-1 del canal de fibra)
Cada byte se divide en dos grupos.
El primer grupo tiene los 3 bits más significativos (bits y) y el segundo
grupo contiene los menos significativos (bits x). Cada byte se
representa de la forma /Dx.y/, donde x representa el valor decimal
de los cinco bits menos significativos y y representa el valor
decimal de los tres más significativos. Por ejemplo:
/D0.0/ = 000 00000
/D6.2/ = 010 00110
/30.6/ = 110 11110
http://www.arcesio.net
PCS (Physical Coding Sublayer) en 1000Base-X
Existen 12 símbolos especiales que no representan datos. Se
notan como /Kx.y/
La codificación 8B10B se utiliza para controlar los ceros y unos
consecutivos.
Los códigos de 10 bits deben tener
cinco unos y cinco ceros
cuatro unos y seis ceros
seis unos y cuatro ceros
La PCS realiza también las tareas de autonegociación,
sincronización, procesos de transmisión y recepción
http://www.arcesio.net
PMA (Physical Medium Attachment) en 1000Base-X
§ La PMA es responsable de serializar cada código de 10 bits
recibidos de la PCS y enviar los datos serializados a la PDM.
§ Es responsable de hacer la tarea inversa: des-serializar cada
código de 10 bits recibidos y pasarlos a la PCS.
§ También es responsable de alinera los datos seriales que llegan
antes de pasarlos a la PCS
http://www.arcesio.net
PMD (Physical Medium Dependent sublayer) en
1000Base-X
§ La PMD es la conexión física al medio: puede ser una unidad
óptica (longitud de onda de 780 ó 1300 nm) para F.O. ó un
transceiver con conector RJ45 para UTP categoria 5.
§ Para una implementación CSMA/CD, el máximo diámetro de la
red no debe exceder los 200 metros: SIN IMPORTAR CUAL
SEA EL MEDIO.
§ La señalización de línea física utilizada en 1000Base-X para
transmitir los códigos de 10 bits es NRZ.
§ Transmitir 8 bits como 10 bits en hace que los 1000Mbps sean
1250 Mbaudios. (un LED sólo puede transmitir a 622 MHz, esto
obliga a utilizar diodos laser.
http://www.arcesio.net
Coficación y señalización en
1000Base-T
§ Usa los 8 hilos del cable UTP.
§ Los transceivers 1000Base-T tienen en cada extremo 4
secciones identicas de transmisión y de recepción (una por
cada par)
› El circuito que permite hacer que se transmita y reciba al mismo
tiempo recibe el nombre de “hybrid”
§ Utiliza scrambling
§ Utiliza TCM (Trellis Code Modulation)
§ Representa los bits con un código de 5 niveles (+2, +1, 0 , -1 , -
2) con 4D/PAM5
http://www.arcesio.net
Transmisión de la señal en 1000Base-T
T T
Hibrid
Hibrid
R R
T T
Hibrid
Hibrid
R R
T T
Hibrid
Hibrid
R R
T T
Hibrid
Hibrid
R R
http://www.arcesio.net
Scrambling (mezclar)
Imagine un sistema de comunicación que envie un patrón
repetitivo de 1010 y 1100 sobre un medio con cuatro canales
1 0 1 0
1 1 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
Uno (1) se representa 1 0 1 0
con una transición. 1 1 0 0
1 0 1 0
Cero (0) permanece en 1 1 0 0
1 0 1 0
el mismo nivel. 1 1 0 0
1 0 1 0
Tiempo
1 1 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
http://www.arcesio.net
Scrambling (mezclar)
Observe que la repetición continua de unos (111...) genera una onda de alta
frecuencia. Como las frecuencias altas tienden a irradiar “mejor”, el scrambling
ayuda a eliminar dichos componentes de alta frecuencia (al reducir la
correlación de los datos sobre el canal)
1 0 1 0
1 1 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 0 1 0
Tiempo
1 1 0 0 0 fs(max)
1 0 1 0
1 1 0 Dominio
0 Dominio
1 0 1 0
del tiempo de la frecuencia
1 1 0 0
( |Re(FFT(x))| )
1 0 1 0
1 1 0 0
http://www.arcesio.net
Trellis Coded Modulation (TCM)
Driver
4 bits
Keyer
Mapeo de 0o-180o
conversor
bits grupos
S
de
de bits
serial
a puntos
a
de la
paralelo
constelación Keyer
Codificador 0o-180o
de
convolución
Driver
2 bits 3 bits
http://www.arcesio.net
Codificador de convolución
§ Asumiendo que el código de convolución está compuesto por la suma
módulo 2 de los dos bits de datos más recientes, entonces dos bits de
salida se generarán por cada bit: un bit de datos y uno de paridad.
§ Si se asume que el primer bit que genere el codifiacdor es el mismo bit
de datos, el segundo será la suma módulo 2 del bit de datos actual y
del anterior.
b3b2b1 P3b3P2b2P1b1
1101 01111011
http://www.arcesio.net
Codificador de convolución
Vamos a colocar los bits 0110 en el codificador
Primero entra el 0
Compuertas
lógicas XOR
0 0
0 1 1 00 00 00 00
0 0 0
Bit de entrada T T bits de salida
0
Bloques de
retardo de tiempo
Nota: dentro del codificador hay dos ceros (00)
y la salida tiene dos ceros {00}
http://www.arcesio.net
Codificador de convolución
Vamos a colocar los bits 0110 en el codificador
Luego entra el 1
Compuertas
lógicas XOR
1 1
0 1 11 00 00 00
1 0 0
Bit de entrada T T bits de salida
1
Bloques de
retardo de tiempo
Nota: dentro del codificador hay un uno y un cero (10)
y la salida tiene dos unos {11}
http://www.arcesio.net
Codificador de convolución
Vamos a colocar los bits 0110 en el codificador
Luego entra el 1
Compuertas
lógicas XOR
0 0
0 01 11 00 00
1 1 0
Bit de entrada T T bits de salida
1
Bloques de
retardo de tiempo
Nota: dentro del codificador hay dos unos (11)
y la salida tiene un cero y un uno {01}
http://www.arcesio.net
Codificador de convolución
Vamos a colocar los bits 0110 en el codificador
Finalmente entra el 0
Compuertas
lógicas XOR
1 0
01 01 11 00
0 1 1
Bit de entrada T T bits de salida
1
Bloques de
retardo de tiempo
Nota: dentro del codificador hay un cero y un uno (01)
y la salida tiene un cero y un uno {01}
http://www.arcesio.net
Rejilla (trellis)
Observe que si dibujamos un diagrama de estados donde, cruzamos los bits que están
esperando dentro del codificador con los que se obtienen a la salida de acuerdo con el
bit que entra, tenemos sólo ciertos posibles “caminos” para pasar de un estado a otro.
00 00 00 00 00
11 11 11 11 11 11
Bits dentro del codificador
01
00 00 Entró un 0
Entró un 1
10 10 10
10
01 01 01
01 01
11 10 10
http://www.arcesio.net
Recorrido de codificación de 0110
Ahora dibujemos el camino seguido, en esta rejilla, por 0110,
Se obtiene como salida 01 01 11 00
00 00 00 00 00
11 11 11 11 11 11
Bits dentro del codificador
01
00 00 Entró un 0
Entró un 1
10 10 10
10
01 01 01
01 01
11 10 10
http://www.arcesio.net
Codificación de la señal para representar los datos
§ En gigabit se utilizan las mismas técnicas de señalización
utilizadas en el canal de fibra y se han adaptado y extendido las
utilizadas en Fast Ethernet (100Base-T2 y 100Base-T4)
§ 1000Base-T utiliza un esquema de codificación de bloque
llamado 4D-PAM5 que transmite utilizando los 8 hilos del cable
UTP. Este esquema “traduce” 8 bits de datos a cuatro símbolos
(4D) que serán transmitidos simultáneamente, uno sobre cada
par.
§ Estos símbolos son enviados sobre el medio utilizando señales
moduladas por amplitud de pulso de 5 niveles (PAM5).
§ Estos 5 símbolos son conocidos como -2, -1, 0, +1, +2 (+/- 2
realmente son +/-1V, y +/-1 es to +/- 0.5V)
› Si los símbolos -1 y +1 no se utilizan y sólo se transmite por un par
entonces el resultado es similar a la señalización de 100Base-TX
(permitiendo implementar fácilmente 100/1000)
http://www.arcesio.net