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Instituto Tecnológico Argentino
Técnico en Redes Informáticas
Plan TRI2A03B
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Tema: Topologías de redes Archivo: CAP2A03BTRI0104.doc
Clase Nº: 4
Versión: 1.5 Fecha: 24/11/03
TOPOLOGÍAS DE REDES
1 TECNOLOGÍA ETHERNET
La red Ethernet es la tecnología de red de área local (Lan) más ampliamente usada. La versión
original de Ethernet más popular soporta transferencias a 10 Mega bits por segundo. Las versiones nuevas llamadas Fast Ethernet (Ethernet rápida) y Gigabit Ethernet, soportan transfe-
rencias a 100 Mega bits y 1000 Mega bits (1 Gigabit) por segundo respectivamente.
Una red Ethernet puede usar cable coaxial, cable de pares retorcidos (UTP) o fibra óptica. Las
configuraciones de cableado Bus y Estrella, son las topologías soportadas por esta tecnología
y luego serán estudiadas en detalle. Todos los dispositivos que participan de una red Ethernet,
compiten por acceder a la red, utilizando un protocolo llamado CSMA/CD (Carrier Sense
Multiple Access with Collision Detection - sensado de portadora de múltiple acceso con detección de colisiones).
1.1 LA HISTORIA DE ETHERNET
ESTUDIO
El primer sistema experimental Ethernet, fue desarrollado a los principios de los '70 por Bob
Metcalfe y David Boggs del Centro de Investigaciones de Palo Alto de Xerox.
En 1979, Digital Equipment Corporation (DEC), Intel y Xerox se juntaron con el propósito de
estandarizar el sistema Ethernet, para que cualquier compañía lo pudiese utilizar. En septiembre de 1980 las tres compañías lanzaron la versión 1.0 de la primera especificación Ethernet,
llamada Ethernet Blue Book (Ethernet Libro Azul) o estándar DIX (por las iniciales de las
tres compañías). Habían definido el sistema Thick Ethernet (Ethernet grueso), basado en 10
Mega bits por segundo de velocidad de comunicación y el protocolo CSMA/CD. Fue conocido con ese nombre por el cable coaxial usado para interconectar a los dispositivos (RG211)
que era bastante grueso.
En 1983, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electricistas (IEEE), que es un organismo que
establece estándares industriales, lanzó el primer estándar para la tecnología Ethernet. Fue
desarrollada por el grupo de trabajo del comité IEEE 802. El título formal del estándar fue
IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access
Method and Physical Layer Specification (especificación de capa física y método de acceso).
El grupo de trabajó realizando algunas modificaciones sobre el formato de las transmisiones,
pero permitiendo que el formato anterior sea reconocido y compatible.
En 1985, el estándar IEEE 802.3a definió una segunda versión de Ethernet, conocida como
Thin Ethernet (Ethernet Delgada), Cheappernet (red más barata) o 10Base-2, que usaba un
cable más delgado y más barato que el de la especificación original: el RG58.
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En 1987 fueron lanzados dos estándares. Uno fue el IEEE 802.3d que definió el enlace entre
repetidores por fibra óptica (FOIRL - Fiber Optic Inter Repeater Link) que permitió extender
el alcance entre repetidores a 10 Mega bits por segundo, hasta 1 Kilómetro (un repetidor, es
un dispositivo electrónico que nos permite enlazar segmentos de red para extender su alcance,
y se estudiarán en una clase posterior).
El otro fue el IEEE 802.3e definiendo un estándar Ethernet en cable de pares retorcidos a 1
Megabit por segundo. Este estándar nunca fue ampliamente usado.
En 1990 se ha desarrollado el mayor avance en la tecnología Ethernet, cuando se introdujo la
especificación del estándar IEEE802.3i 10Base-T. Permitió operar a 10 Megabits por segundo sobre un cable de pares retorcidos categoría 3 sin blindaje (UTP: Unshielded Twisted Pair
- par retorcido sin blindar). Como había una amplia base de cableado de este tipo para telefonía, existente en los edificios, esto creó una gran demanda de tecnología 10Base-T. Esta especificación facilitó las tareas de expansión, reparación y mantenimiento de las redes Ethernet.
En 1993 fue lanzado el estándar IEEE 802.3j para 10Base-F (FP, FB y FL), el cual permitió
enlaces sobre distancias más largas (2Km) vía dos cables de fibra óptica. Este estándar actualizó y expandió el anterior estándar FOIRL.
En 1995 el IEEE mejoró el desempeño de las redes Ethernet en un factor de 10, cuando lanzaron el estándar 802.3u 100Base-T. Esta versión de Ethernet es la más conocida como "Ethernet Rápida"(Fast Ethernet). Soporta tres tipos de medios:
1) 100Base-TX opera sobre dos pares de cables UTP Categoría 5 o superior.
2) 100Base-T4 (o 100Base-VG - Voice Grade - Grado Voz) opera sobre cuatro pares de
cable UTP categoría 3 o superior.
3) 100Base-FX opera sobre dos cables de Fibra Óptica en multimodo.
En 1997 el estándar IEEE 802.3x definió la operación Ethernet Full Dúplex. La operación
Full Dúplex sobrepasa el protocolo CSMA/CD para permitir a dos estaciones comunicarse a
través de un enlace punto a punto en forma bidireccional simultánea. Efectivamente dobla la
velocidad de transferencia, ya que las estaciones pueden transmitir simultáneamente en dos
canales separados. El protocolo Full Dúplex es aplicable a 10, 100 y más Megabits por segundo. También en 1997 se lanzó el estándar 802.3y 100Base-T2 para operar a 100 Megabits
sobre dos pares de cable balanceado UTP categoría 3.
En 1998 el IEEE otra vez mejoró el desempeño de Ethernet en un factor de 10, cuando lanzó
el estándar IEEE 802.3z 1000Base-X. Esta versión es la más conocida como "Gigabit Ethernet". Tres tipos de medios están soportados:
1) 1000Base-SX que opera con un láser de 850nm sobre fibra en multimodo.
2) 1000Base-LX que opera con un láser de 1300nm sobre fibra en mono y multimodo.
3) 1000Base-CX que opera sobre cobre en par retorcido blindado "twin axial".
También fue lanzado en 1998 el estándar IEEE 802.3ac que define extensiones para soportar
Lan Virtuales (VLAN).
En 1999 el estándar 802.3ab 1000Base-T definió la operación a 1 Gigabit por segundo so-
bre cuatro pares de cable UTP Categoría 5 o superior.
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1.2 ETHERNET HALF DUPLEX: PROTOCOLO DE ACCESO AL MEDIO -
CSMA/CD -
El protocolo de acceso al medio CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision
Detection - sensado de portadora de múltiple acceso con detección de colisiones) es la forma
tradicional de acceso de Ethernet Half Duplex (Half Duplex es el modo de usar un medio de
comunicación, por el cual sólo una transmisión a la vez puede estar en curso).
Con CSMA/CD, dos o más estaciones comparten un medio común de comunicación. Para
transmitir un "Frame" <freim> (Trama: paquete de datos con un formato estandarizado), una
estación debe esperar por un lapso de descanso del medio, donde ninguna estación transmita
información. Luego comienza la transmisión del frame, el cual es "escuchado" por todas las
estaciones conectadas. Si alguna estación trata de enviar datos al mismo tiempo, una "coli-
sión" ocurre. Las estaciones que colisionaron, deben permanecer en silencio por un tiempo
establecido al azar, antes de reintentar la operación fallida. Este procedimiento es repetido
hasta que el frame es eventualmente transmitido exitosamente.
Las reglas básicas para transmitir un frame son las siguientes:
1) La red es examinada por la presencia de una "portadora", o presencia de una
transmisión en curso. Este proceso se lo conoce como "sensado de portadora".
2) Si una portadora es detectada, luego la transmisión es diferida. La estación conti-
nuará examinando la red hasta que cese la portadora.
3) Si una portadora activa no es detectada y el período de silencio es mayor o igual a
la brecha existente entre frames transmitidos, luego la estación comenzará a transmitir inmediatamente.
4) Mientras está transmitiendo la información, examina al mismo tiempo la informa-
ción que sale al medio, en busca de una colisión.
5) Si una colisión es detectada, la estación detiene la transmisión inmediatamente y
envía una secuencia de 32 bits (jam sequence - secuencia de bloqueo) para asegurar que la colisión sea detectada por la o las otras estaciones.
6) Luego de la secuencia de bloqueo, las estaciones participantes de la colisión, debe-
rán esperar un tiempo tomado al azar antes de reintentar la operación. La probabilidad de repetir la colisión es reducida, debido a la espera impuesta al azar.
7) Si la colisión se repite, luego la transmisión será repetida, pero duplicando los
tiempos de espera que se tomaron inicialmente, para reducir aún más la posibilidad
de una nueva colisión.
8) Este proceso se repite hasta que una estación logre transmitir exitosamente un fra-
me sin colisión.
ESTUDIO
1.3 EL TIEMPO DE RANURA (SLOT TIME)
El "slot time" es un parámetro clave para la operación de Ethernet Half Duplex. Está definido
como el tiempo empleado para transmitir 512 bits en una red de 10 y de 100 Megabits por
segundo, y de 4096 bits para Gigabit Ethernet.
Para asegurar que cada estación transmisora detecte confiablemente las colisiones, el mínimo
tiempo de transmisión para un frame completo debe ser al menos de un "slot time", y que el
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tiempo requerido para que las colisiones se propaguen a todas las estaciones en la red debe ser
menor a un "slot time".
Las señales transmitidas por las estaciones Ethernet encuentran retardos a medida que viajan
a través de la red. Estos retardos se deben a las demoras que sufren las señales en su viaje por
el cable de la red y de los retardos lógicos encontrados cuando la señal deben pasar por componentes electrónicos, como placas de red (NICs) y repetidores.
Cuanto haya segmentos más largos y mayor cantidad de repetidores entre las estaciones, tanto
más se incrementará el tiempo de propagación desde una punta hasta la otra de la red.
Para que una estación pueda detectar que su transmisión ha encontrado una colisión, su señal
debe propagarse a través de la red con la velocidad suficiente como para llegar hasta la otra
estación que transmite, y regresar hasta origen antes de haber finalizado la transmisión del
frame.
Si el tiempo de propagación de la red es superior al slot time, alguna estación podría completar la transmisión del frame sin enterarse que ha colisionado. Este fenómeno se conoce como
"colisión tardía" y se considera una falla, ya que es el software de aplicación quien debe ahora
hacerse cargo del problema de la retransmisión.
El slot time para Gigabit Ethernet ha tenido que incrementarse a 4096 bits, ya que un slot time
de 512 bits a un Gigabit por segundo, limitaría la longitud máxima de los segmentos a 20 metros como máximo, que por otro lado sería impracticable. Con la corrección del slot time y el
acotado de repetidores a sólo uno, una longitud de 200 metros puede ser soportada por Gigabit Ethernet.
1.4 ETHERNET FULL DUPLEX
El estándar IEEE 802.3x definió un segundo modo operativo para Ethernet, llamado "Full
Duplex". A diferencia del protocolo CSMA/CD que describe el modo en que dos estaciones
pueden transmitir información entre sí, de a una a la vez, nunca simultáneamente, full duplex
permite establecer comunicaciones bidireccionales simultáneas, sobre una línea de comunicación punto a punto.
Sólo es posible implementar sobre enlaces que provean caminos independientes para la
transmisión y la recepción.
Los medios físicos que permiten operación Full Duplex, serán aquellos que permitan transportar transmisión y recepción simultánea, como 10Base-T, 10Base-FL, 100Base-TX,
100Base-FX, 1000Base-CX, 1000Base-SX, 1000Base-LS y 1000BaseT.
Los que NO soportan full duplex son: 10Base5, 10Base2, 10Base-FP, 10Base-FB y
100Base-T4.
La operación full duplex está restringida a los enlaces punto a punto. Debido a que no hay
contención para compartir el medio de transmisión (es exclusivo), el protocolo CSMA/CD es
innecesario, pues las colisiones nunca ocurren. Ambas estaciones deben ser hábiles y deben
estar configuradas para manejar transmisiones en full duplex.
Las ventajas de este modo de transmisión, son las siguientes:
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