Redes de Área Local¶

Una red de área local (LAN) es un sistema de transmisión de datos que permite que un cierto número de dispositivos independientes se comuniquen entre sí dentro de un área geográfica determinada.

Hay cuatro tipos de arquitecturas predominantes en las LAN: Ethernet, Bus con paso de testigo, red en anillo con paso de testigo e interfaz de datos distribuidos de fibra (FDDI). Las tres primeras forman parte del proyecto 802 del IEEE, FDDI es un estándar ANSI.

El estándar IEEE 802¶

El IEEE (National Institute of Standars and Technology, Instituto Nacional de Estándares y Tecnología) propuso el estándar 802 para redes de área local. Este estándar han sido adoptados por el ANSI, por el NIST, y por la ISO (como base para el estándar ISO 8802). Los estándares IEEE 802 incluyen CSMA/CD, token bus y token ring; los diferentes estándares difieren en la capa física y en la subcapa MAC, pero son compatibles en la capa de enlace de datos.

En el proyecto 802, el IEEE ha dividido el nivel de enlace de datos de OSI en dos subniveles: control de enlace lógico (LLC, Logical Link Control) y control de acceso al medio (MAC, Medium Access Control). El LLC es el mismo para todas las LAN definidas por el IEEE 802. Por otra parte, el subnivel MAC contiene un cierto número de módulos diferentes, cada uno de los cuales contiene información específica del propietario para el tipo del producto LAN que se quiere utilizar.

Además de estos dos subniveles, el proyecto 802 contiene una sección que establece la comunicación entre redes. Esta sección asegura la compatibilidad de distintas LAN y MAN que usan distintos protocolos y permite el intercambio de datos entre redes que de otra forma serían incompatibles.

802.1¶

El IEEE 802.1 es la parte del proyecto 802 dedicada a los aspectos de comunicación entre redes LAN y MAN. IEEE 802.1 es una introducción al grupo de estándares y define las primitivas de la interfaz.

802.2¶

El IEEE 802.2 describe la parte superior de la capa de enlace de datos, que usa el protocolo LLC. Se considera que el LLC es la capa superior del nivel de enlace datos del IEEE 802 y es común a todos los protocolos LAN.

802.3¶

Es para una LAN CSMA/CD persistente-1. Ethernet es un caso particular de 802.3

Cableado del IEEE 802.3:

• 10Base5. Coaxial grueso. A 10 Mbps, segmentos de cable de hasta 500 m.

• 10Base2. Coaxial fino. A 10 Mbps, segmentos de cable de hasta 185 m.

• 10Base-T. Par trenzado a 10 Mbps.

• 100Base-TX. Par trenzado UTP de categoría 5 a 100 Mbps.

• 10Base-F. Fibra óptica a 10Mbps.

• 100Base-F. Fibra óptica a 100 Mbps.

802.4¶

Token bus. El token bus es un cable lineal o en forma de árbol al que se conectan las estaciones. Las estaciones están organizadas lógicamente en forma de anillo. La transmisión se hace por paso de testigo.

802.5¶

Token ring. Anillo con transmisión por paso de testigo.

Ethernet¶

El IEEE 802.3 proporciona una LAN estándar desarrollada originalmente por Xerox y ampliada después por Digital, Intel y Xerox. El resultado se denominó Ethernet.

El IEEE 802.3 define dos categorías: banda base y banda ancha. La palabra base especifica una señal digital (en este caso, codificación Manchester); la palabra ancha especifica una señal analógica (en este caso, codificación PSK).

El IEEE divide la categoría de la banda base en cinco estándares distintos: 10Base5, 10Base2, 1Base-T, 1Base5 y 100Base-T. El primer número (10, 1 o 100) indica la tase de datos en Mbps. El último número o letra (5, 2, 1 o T) indica la máxima longitud de cable o el tipo. IEEE define únicamente una especificación para la categoría de banda ancha: 10Broad36.

Método de acceso: CSMA/CD¶

El mecanismo de acceso al medio usado en una Ethernet se denomina portadora sensible a acceso múltiple con detección de colisiones (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collission Detection).

En CSMA/CD, la estación que quiere transmitir escucha primero para estar segura de que el enlace está libre, a continuación transmite sus datos y después vuelve a escuchar. Durante la transmisión de datos, la estación comprueba si en la línea se producen los voltajes extremadamente largos que indican una colisión; si se detecta una colisión, la estación deja de transmitir y espera una cierta cantidad de tiempo predefinido para que la línea quede libre, enviando los datos de nuevo después de ello.

Direccionamiento¶

Cada estación en una red Ethernet tiene su propia tarjeta de interfaz de red (NIC, Network Interface Card). LA NIC proporciona una dirección física de 6 bytes. El número de NIC es único.

Especificación eléctrica¶

Los sistemas de banda base usan codificación digital Manchester. El sistema de banda ancha, 10Broad36, usa conversión digital/analógico PSK diferencial.

Formato de trama¶

El IEEE 802.3 especifica un tipo de trama que contiene siete campos: preámbulo, SFD, DA, SA, longitud/tipo de la PDU, trama 802.2 y el CRC. Ethernet es un medio no fiable, es decir, no proporciona ningún mecanismo para reconocer las tramas recibidas; los reconocimientos deben ser implementados en un nivel superior.

El formato de la trama MAC en CSMA/CD es el siguiente:

Topologías Ethernet¶

10Base5: Ethernet de cable grueso (Thicknet)¶

10Base5 es una LAN con topología de bus que usa señalización en banda base y tiene una máxima longitud de segmento de 500 metros.

Los conectores físicos y los cables que se utilizan en 10Base5 incluyen cable coaxial (RG-8), tarjetas de interfaz de red, transceptores (MAU, Medium Attachment Unit) y cables con interfaces de unidad de conexión (AUI).

10Base2: Ethernet de cable fino (Thinnet)¶

Proporciona una alternativa más barata a la Ethernet 10Base5, con la misma velocidad de datos. Por contra, la máxima longitud de segmento es de sólo 185 metros.

Los conectores y los cables que se utilizan son NIC, cable coaxial fino y conectores BNC-T.

10Base-T: Ethernet de par trenzado¶

10Base-T es una LAN con topología en estrella que utiliza cables de par trenzado sin blindaje (UTP) en lugar de cable coaxial. Proporciona una velocidad de datos de 10 Mbps y tiene una longitud máxima (desde el concetrador a la estación) de 100 metros.

Las estaciones están conectadas al concentrador por cables RJ-45 de cuatro pares. El concetrador retransmite todas las tramas recibidas a las estaciones que tiene conectadas.

Ethernet conmutada¶

Es un intento de mejorar las prestaciones de la Ethernet 10Base-T. Consiste en reemplazar el concentrador por un conmutador, evitando de esta forma las colisiones.

Usando un conmutador en lugar de un concentrador se puede incrementar teóricamente la capacidad de una red con \(N\) dispositivos hasta \(N\times 10\) Mbps.

Fast Ethernet¶

Es una versión de Ethernet que opera con una tasa de datos de 100 Mbps. Se consigue aumentar la velocidad de Ethernet disminuyendo el dominio de colisión.

Se han diseñado las siguientes categorías de Fast Ethernet:

• 100Base-X

  • 100Base-TX. Usa dos cables de par trenzado sin blindaje (UTP) de categoría 5, o dos cables de par trenzado blindado (STP) para conectar una estación con el concentrador. La distancia entre la estación y el concentrador debe ser menor de 100 metros.
  • 100Base-FX. Usa dos fibras ópticas, una para llevar las tramas de la estación al concentrador y otra del concentrador a la estación. La distancia entre la estación y el concentrador debe ser menor de 2000 metros.

• 100Base-T4\ Necesita cuatro cables UTP de categoría 3.

Gigabit Ethernet¶

Tiene una tasa de datos de 1 Gbps. Para lograr esta tasa de datos se mantiene el mismo nivel MAC y los mismos métodos de acceso, pero se reduce el nivel de colisión. Sin embargo, el nivel físico cambia.

La Ethernet Gigabit sirve habitualmente como troncal para conectar redes Fast Ethernet.

Se tienen las siguientes implementaciones de Ethernet Gigabit:

• 1000Base-SX. Utiliza fibra óptica multimodo, mediante láser de onda corta. La distancia máxima es de 550 metros.

• 1000Base-LX. Utiliza fibra óptica (tanto multi como monomodo), mediante láser de onda larga. La distancia máxima es de 550 metros en el caso de multimodo, y de 5000 metros en el caso de monomodo.

• 1000Base-CX. Utiliza cable STP. La distancia máxima es de 25 metros.

• 1000Base-T. Utiliza cable UTP. La distancia máxima es de 25 metros.

FDDI¶

La interfaz para distribución de datos en fibra (FDDI) es un protocolo para red de área local estandarizado por el ANSI y la ITU-T (ITU-T X.3). Proporciona tasas de datos de 100 Mbps.

La versión en cobre (en lugar de fibra óptica) de la FDDI se conoce como CDDI.

El método de acceso de FDDI es el paso de testigo.