Redes Ethernet (Presentación Powerpoint) (página 2)

Normativas de cableado estructurado Las normativas de cableado estructurado establecen pautas homologadas para la instalación de infraestructura de cableado de redes datos en edificios. Se prevén cables de cobre y de fibra óptica Hay una normativa europea y una americana: Europea: ISO/IEC 11801 Americana: ANSI/TIA/EIA-568-B Normalmente se intenta en lo posible que las instalaciones cumplan ambos estándares

Categorías/clases del cable de pares Los cables de pares clasifican en una serie de categorías (3, 4, 5, …) o clases (C, D, E, …) según la frecuencia máxima para la que está prevista su utilización A una mayor frecuencia corresponde una mayor capacidad de enviar datos Gradualmente se ha ido aumentando la frecuencia máxima de los cables y han ido apareciendo categorías/clases superiores El aumento en la categoría/clase va acompañado de: Mayor sección del cobre Trenzado más denso (mas vueltas por metro) Cambios en el material aislante Mayor control de la geometría del cable (separadores entre pares) Apantallamiento (en los casos extremos)

Categorías de cables UTP (Unshielded Twisted Pair)

10 20 30 50 40 70 60 0 0 50 100 150 200 Frecuencia (MHz) dB Atenuación Cat. 6 Atenuación Cat. 5 Diafonía Cat. 6 Diafonía Cat. 5 Atenuación y diafonía en función de la frecuencia para cables categoría 5 y 6

Valores de diafonía, atenuación y ACR para el cable UTP Nokia UC300 comparados con los de la Clase D/Cat. 5 (Diafonía)

Frecuencia de algunas LANs en cable UTP La frecuencia máxima depende de la velocidad y de la codificación y es siempre igual a la mitad del número de baudios transmitidos. Las codificaciones más sofisticadas (PAM) consiguen mayor eficiencia (enviar más bits por hertzio)

Codificación En LAN los datos nunca se envían tal cual, es decir no se representan los bits en voltajes o pulsos de luz, sino que previamente se codifican (se convierten siguiendo unas reglas precisas). El objeto de la codificación es asegurar que se producirán transiciones en la señal y por tanto se mantendrá el sincronismo entre emisor y receptor, cualquiera que sea la secuencia de bits enviada.

Transición Bajo-Alto = 1 Transición Alto-Bajo = 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 Flujo de bits a transmitir Codificación Binaria NRZ (Non Return to Zero) Codificación Manchester Codificación Manchester ns (10 Mb/s) ? 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

Codificación Manchester En Ethernet a 10 Mb/s se eligió Manchester por su sencillez y bajo coste. Pero esto requiere que el transceiver sea capaz de producir el doble de transiciones (o baudios) que el caudal efectivo. Se emplean dos baudios por bit Manchester no es muy eficiente, pero a bajas velocidades es barato de implementar y facilita el sincronismo pues en cada intervalo asegura una transición

Codificación FDDI En FDDI no se utilizó Manchester porque: Habría obligado a enviar 200 Mbaudios (encarece los equipos) Habría generado señales de frecuencia demasiado elevada en los cables UTP (la frecuencia es proporcional a los baudios) Para FDDI (y Fast Ethernet) se utiliza codificación 4B/5B: Se hacen dos listas, una con los 32 grupos posibles de 5 bits (25=32) y otra con los 16 grupos posibles de 4 bits (24=16) De los 32 valores de 5 bits se eligen solo la mitad. Se descartan los grupos ‘00000’, ‘11111’, ‘00001’, ‘10000’y algunos más. Se hacen corresponder los grupos elegidos de 5 bits con los de cuatro bits Antes de transmitir los bits se agrupan de 4 en 4 y se ‘traducen’ según la tabla

Código 4B/5B

1 1 1 0 0 0 0 0 Flujo de bits a transmitir Codificación Binaria NRZ Codificación 4B/5B Codificación 4B/5B ns (100 Mb/s) ? 0 10 20 30 40 50 60 70 80 10010 01011 ns (baudios) ? 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80

Ventajas de la Codificación 4B/5B Eficiencia: 4 bits en 5 baudios, 4/5 = 0,8. El transceiver solo ha de transmitir 125 Mbaudios (con Manchester habrían sido 200 Mbaudios. Es más barato La señales que se transmiten por el cable de cobre son de menor frecuencia, se puede usar un cable de menor categoría. Con Manchester difícilmente se habría conseguido 100 Mb/s en categoría 5. En fibra los pulsos que se transmiten no son tan breves como si se usara Manchester.

Algunas codificaciones en Ethernet

Caso 1000BASE-T En 1000BASE-T se aplican tres ‘trucos’: Se reparte el tráfico entre los cuatro pares (250 Mb/s cada uno) Se emplean circuitos híbridos para conseguir transmisión simultánea por cada par en cada sentido (full dúplex). Se usa una codificación multinivel (PAM 5×5). Cada símbolo puede tener no dos sino cinco valores posibles. Se transmiten dos bits por baudio En 10GBASE-T se hace algo similar, pero la codificación es de 16 niveles. Aun así la frecuencia es demasiado alta para cable UTP-5

Transmisión dual-duplex en 1000BASE-T 250 Mb/s por par en cada sentido 2 bits/símbolo 125 Msímbolos/s Cuatro pares Híbrido Híbrido Híbrido Híbrido Híbrido Híbrido Híbrido Híbrido T R T R T R T R T R T R T R T R 250 Mb/s 250 Mb/s 250 Mb/s 250 Mb/s 250 Mb/s 250 Mb/s 250 Mb/s 250 Mb/s

Atenuación según la frecuencia de cables UTP (ISO/IEC 11801 (2002))

Señal emitida en Ethernet a 100 Mb/s, 1 Gb/s y 10 Gb/s

Señal recibida en Ethernet a 100 Mb/s, 1 Gb/s y 10 Gb/s

Hardware con puertos 10GBASE-T (802.3an) Switch Marca SMC Modelo 8724-10BT Switch nivel 2 20 puertos 10G/1000/100/10 BASE-T 4 puertos XFP (módulo externo de fibra o cobre) Precio: $23.300 Tarjeta Telsio S310-BT Puerto 10G BASE-T Consumo: 24W Precio: $1.300 (35% menos que la de fibra)

Tarjeta 10 GB Eth. (conmutador Cisco Catalyst 6500) Tarjeta: $27.500 (4 interfaces 10 Gb/s) Transceivers Capacidad tarjeta: 40 Gb/s 48 Mpps

Una Interfaz 10Gb Eth. 10 Interfaces Gb Eth. Una Interfaz SONET STM-16 (2,5 Gb/s) 4 Interfaces SONET STM-4 (622 Mb/s) Router principal de RedIRIS en la C.V. Modelo Juniper T320

40/100 Gb Ethernet Aprobado en junio de 2010 (IEEE 802.3ba)

Conmutadores nivel 2 y nivel 3 En 1991 se inventaron los conmutadores LAN A mediados de los 90, con la proliferación de las VLANs, surgió la necesidad de enrutar en la LAN entre interfaces de alta velocidad Los fabricantes desarrollaron ASICs capaces de conmutar a nivel 3 (enrutar) para el protocolo IP. Surgieron los conmutadores de nivel 3, que son a los routers lo que los conmutadores LAN son a los puentes transparentes. Los conmutadores de nivel 3 pueden funcionar a nivel 2 igualmente, según la configuración que tengan Los routers tradicionales siguen siendo útiles cuando Se necesitan interfaces WAN Se quiere soporte multiprotocolo (enrutar otros protocolos distintos de IP)

Interfaces 10 Gb/s fibra Interfaces 1 Gb/s fibra Tarjeta supervisora (SUP720) Fuentes de alimentación Interfaces 1000BASE-T Tarjeta cortafuegos Conmutador nivel 2/3 Cisco Catalyst 6509

Rendimiento a nivel 2/3 de algunos switches y routers de Cisco Switches Routers

Jumbo Frames El máximo tamaño de trama según el estándar Ethernet es de 1518 bytes Algunos fabricantes soportan tramas de hasta 9000 bytes (Jumbo Frames) especialmente en Gb y 10 Gb Eth Esto permite hacer paquetes IP grandes, lo cual mejora el rendimiento pues hay menos gasto de CPU en los hosts Pero es preciso que toda la ruta (extremo a extremo) soporte Jumbo Frames. Con “descubrimiento de la MTU del trayecto” los hosts pueden comprobarlo Actualmente solo puede usarse, a veces, entre redes académicas

Uso de Ethernet en redes MAN Ethernet fue incialmente una red LAN. Sin embargo se ha extendido como la tecnología más competitiva en redes metropolitanas, gracias a su: Rendimiento Bajo costo Posibilidades de gestión Utilizando etiquetado 802.1Q (VLANs) los proveedores pueden multiplexar tráfico de diferentes clientes en un mismo enlace ‘trunk’ de forma que se puede ofrecer conectividad transparente a nivel 2 entre LANs Un ejemplo de esto es el servicio MacroLAN de Telefónica

Ejemplo de Metro Ethernet: Red de Univ. públicas de la C. Valenciana Se usa el servicio ‘MacroLAN’ de Telefónica Las univ. públicas de la C. V. (UA, UJI, UMH, UPV y UV) se interconectan desde 1994 a través de la red de la Generalitat, suministrada por Telefonica. Esa red ha sido objeto de varias mejoras desde entonces. Actualmente se basa en una serie de conmutadores LAN (nivel 2) suminstrados y gestionados por el operador que mediante VLANs configuran enlaces VPN a través de los cuales las universidades llegan a Burjassot, donde esta el PoP de RedIRIS. Entró en funcionamiento en octubre de 2004.

UV (Burjassot) UPV (Cno. Vera) UMH (Elche) UA (S.Vte.) UJI (Borriol) GVA C.T. Carmen (Valencia) C.T. Gran Vía (Castellón) C.T. Los Ángeles (Alicante) RedIRIS Tlf Tlf Tlf Tlf Tlf Tlf Tlf Tlf Tlf UPV UV UV UV UJI UMH UA VLAN 864 VLAN 866 VLAN 865 VLAN 863 VLAN 862 VLAN 862 VLAN 863 (UPV) VLAN 864, 865, 866, 867 TRUNK TRUNK TRUNK TRUNK TRUNK TRUNK Red de Universidades públicas de la Comunidad Valenciana STM-1 (155 Mb/s) Gigabit Ethernet Agregación de enlaces UV (Filología) Tlf GVA VLAN 867 TRUNK

Ethernet en la MAN Los intentos de utilizar Ethernet en la MAN para ofrecer servicios de conectividad de LANs han puesto de manifiesto diversas deficiencias: Seguridad/escalabilidad: el tráfico de diferentes usuarios viaja mezclado en los enlaces trunk. Los usuarios no pueden elegir libremente los identificadores de las VLANs, Fiabilidad/robustez: el uso de ST no permite una recuperación de averías con una rapidez comparable a la de los anillos SONET/SDH Reserva de capacidad/calidad de servicio: No hay en Ethernet mecanismos que permitan garantizar un caudal a cada usuario. El caudal y el retardo percibidos por los usuarios son impredecibles

Servicio Ethernet de interconexión de LANs Enlaces ‘trunk’ (802.1Q) Red del operador Cliente 1 Cliente 1 Cliente 2 Cliente 2 Cliente 3 Cliente 3 Si el cliente 1 utiliza (por error) la VLAN 21 se meterá en la red del cliente 2. Solución: integrar en la red del operador los conmutadores con enlaces ‘trunk’ Los conmutadores A y B han de aprender todas las MACs de sus clientes VLAN 11 VLAN 12 VLAN 13 VLAN 21 VLAN 22 VLAN 23 VLAN 31 VLAN 32 VLAN 33 VLAN 11 VLAN 12 VLAN 13 VLAN 21 VLAN 22 VLAN 23 VLAN 31 VLAN 32 VLAN 33 Enlaces de VLANs 1 1 2 2 3 3 4 4 A B Red del operador

Ethernet para servicios de operador Cuando se establecen VPNs a nivel de operador con Ethernet se plantean problemas de escalabilidad y gestión. Es preciso ocultar los identificadores de VLANs de cliente al operador Para esto se han elaborado dos nuevos estándares 802.1ad (2005): PB (Provider Bridges) o Q-in-Q. Suminista el S-VID (Service VLAN-ID), nuevo identificador de VLAN que se superpone al del usuario (anidación de identificadores) 802.1ah (2008): PBB (Provider Backbone Bridges) o MAC-in-MAC. Proporciona nuevas direcciones MAC de origen y destino y nuevos identificadores de VLAN y servicio. Consigue una total independencia del operador y el usuario

802.3 (1983) 802.1Q (1998) 802.1ad Q-in-Q (2005) 802.1ah MAC-in-MAC (2008) Evolución del encapsulado de Ethernet SA = Dir. MAC de origen DA = Dir. MAC de destino VID = Identificador VLAN S-VID = Identificador VLAN de servicio I-SID = Identificador de servicio B-VID = Identificador VLAN en Backbone B-SA = Dir. MAC de origen en Backbone B-DA = Dir. MAC de destino en backbone

Interconexión de LANs con ‘Provider bridges’ Enlaces ‘trunk’ (802.1Q) Cliente 1 Cliente 1 Cliente 2 Cliente 2 Cliente 3 Cliente 3 Cada cliente puede configurar las VLANs que quiera, sin riesgo de colisión con otros clientes Solo los conmutadores A y B han de saber poner/quitar etiquetas 802.1ad. Las etiquetas se ponen en función del puerto por donde se recibe la trama (como en 802.1Q) VLAN 11 VLAN 12 VLAN 13 VLAN 21 VLAN 22 VLAN 23 VLAN 31 VLAN 32 VLAN 33 VLAN 11 VLAN 12 VLAN 13 VLAN 21 VLAN 22 VLAN 23 VLAN 31 VLAN 32 VLAN 33 Enlaces de VLANs Enlace 802.1ad Puerto S-VID 1 1 2 2 3 3 1 1 2 2 3 3 4 4 A B

Nuevos estándares 802 para MAN 802.1Q-1998: prevé la definición de VLANs en una etiqueta de 12 bits (máximo 4096 VLANs en una red) 802.1ad-2005: anida un segundo identificador para el carrier llamado S-VID también de 12 bits (Service VLAN ID). Se denomina Q-in-Q ó ‘Provider Bridges 802.1ah-2008 (junio): permite encapsular la trama ethernet en otra con identificadores de VLAN, direcciones MAC de origen y destino diferentes. Denominado MAC-in-MAC o Provider backbone bridges 802.1Qay-2009: Para funciones de gestión e ingeniería de tráfico (PBB-TE, Provider Backbone Bridges Traffic Engineering) 802.1ag-2007: Para gestión de averías (Connection Fault Management) 802.1aq: Para optimización de rutas (Shortest Path Bridging). Alternativa al Spanning Tree. Usa algoritmos de routing basados en el estado del enlace 802.1Qaw-2009: Para diagnóstico de problemas en redes debidos cortafuegos, ACLs y errores de comunicación producidos por mal funcionamiento de los protocolos (management of data driven and data connectivity faults)

Alternativas de transporte IP SONET/SDH SONET/SDH IP AAL5/ATM IP PPP IP PPP SONET/SDH IP ETHERNET Mayor Flexibilidad Menor costo y mayor rendimiento 1995 1997 1999 2002