Norma IEEE 802.3 y Ethernet

• Es para LAN CSMA/CD persistente-1 (Pto.4.2.2 a), usada ámpliamente en oficinas.
• Ethernet: nombre dado por Xerox PARC a sistema CSMA/CD de 2.94 Mbps   para conectar +100 estaciones trabajo a un cable (º éter) de 1 km  (Metcalfe y Boggs, 1976).
• Luego Xerox, DEC e Intel diseñaron un estándar para Ethernet a 10 Mbps, base del 802.3 que en realidad es más amplio ® describe familia sistemas CSMA/CD persistente-1, a velocidades de 1 a 10 Mbps en varios medios, no sólo cable coaxil de 50 ohms.

Cableado del 802.3

Fig.4.12: Tipos de cableado más comunes de LAN 802.3 de banda base.

• 10Base5 º que opera a 10 Mbps, usa señalización en Banda Base y puede manejar segmentos de hasta 500 metros.
• Fig. 4.13 y 14: muestran los 3 primeros esquemas de cableado 802.3.
• En 10Base5: se sujeta transceptor (Transceiver) alrededor del coaxil grueso, con derivación vampiro, y cable de transceptor (ó AUI:Attachment Unit Interface) con 5 pares trenzados [2:E/S datos, 2:E/S control y 1:energía del transceptor].
• Termina en Tarjeta de Interfaz ( Fig.4.15 ) en la computadora, con chip controlador que envía y recibe trama de transceptor, ensambla datos en formato de trama y calcula suma de comprobación, administra buffers para tramas de entrada, DMA con la computadora y otros aspectos de gestión de red.
• En 10Base-T (Twisted Pair), las estaciones se conectan con par trenzado a un Concentrador (Hub), que facilita mantenimiento de cables. ®       Límite: long. Máxima de cable de 100 m.
• Para permitir redes > long. máx. de cable/segmento, se usan Repetidores
  • Dispositivo de capa física que amplifica y retransmite en ambos sentidos,
  • No deben separarse más de 2.5 km,
  • Ninguna trayectoria entre 2 transceptores debe atravesar más de 4 repetidores.

Codificación Manchester           

• Mecanismo de 802.3 para que receptores determinen sin ambigüedades inicio, final ó mitad de cada bit sin referencia a reloj externo, y distinguir transmisor inactivo de bit ”0”.
• Código Manchester: “1”=Par HI-LO y “0”=Par LO-HI ® cada período de bit tiene transición a la mitad aunque requiere doble de AB.
• Niveles HI º +0.85 V, LO º -0.85 V, valor medio=0 V.
• Código Manchester Diferencial: bit “1” se indica con ausencia de transición al inicio y el “0”sí.

Protocolo de Subcapa MAC del 802.3

• Preámbulo (7B): con patrón 10101010 x7 ® onda cuadrada de 10 Mhz en Cód. Manchester por 5.6 mseg, para que Rx se sincronice con reloj del Tx.
• Inicio de Marco/Trama (1B): 10101011
• Dirección de Destino y Origen (2 a 6B): pero por parámetros definidos para normas de banda base de 10 Mbps, usa sólo de 6 Bytes.
• Dir.Ordinarias ® MSB=0, y de Grupo ® MSB=1, permite Multidifusión cuando una trama se envía a una dir.grupo.          Difusión: para todas las estaciones de red. Dir = todos “1”.
• IEEE asigna dir. globales de 46 bits a fabricantes / no se repitan (7x1013 total) y la capa de red encuentre la manera de encontrar el destino.
• Longitud (2B) del Campo Datos (0 a 1500B máx.), pero para diferenciar las tramas válidas de los bits perdidos por colisión, 802.3 establece mínimo de 64 Bytes desde Dirección Inicio hasta Suma Comprobación.
• Si dato <46 B, se usa Campo Relleno (0 a 46B),  tal de completar el mínimo.
• Suma de Comprobación (FCS de 4B): tipo CRC vista en Cap.3.
• Fig.4.19 ilustra que la detección de una colisión puede tardar hasta 2t , con t= Tiempo de propagación de la trama de un extremo a otro de la red, lo que justifica más la long. mínima de trama.
• Cuando B detecta que está recibiendo más potencia que la que está enviando, detecta Colisión, aborta su tx y genera Ráfaga de Ruido de 48 bits para avisar al resto de estaciones.
• A la recibe en 2t, aborta su tx y espera tiempo aleatorio antes de reintentar Þ Todas las tramas deben tardar más de 2t en enviarse.
• En LAN de 10 Mbps con longMAX=2500m y 4 repetidores, trama mínima debe tardar 51.2 mseg, que corresponde a 64 Bytes.

Algoritmo de Retroceso Exponencial Binario

• Empleado para aleatorización cuando ocurre una colisión, el tiempo se divide en ranuras discretas de longitud 2t= 51.2 mseg.
• Tras i colisiones, la estación espera un nº aleatorio de ranuras entre 0 y 2i-1, y se salta ese nº ranuras. Máximo con 10 colisiones: 1023.
  • Ej. si 3 colisiones, nº ranuras a esperar entre 0 y 7.
• Algoritmo asegura retardo pequeño cuando sólo unas cuantas estaciones colisionan.

LAN 802.3 Conmutadas

• Si aumenta nº estaciones en una LAN 802.3, ­ tráfico y se satura ® soluciones:

  a)     Velocidad Mayor 100 Mbps ® cambiar tarjetas adaptadoras de 10 Mbps

  b)     LAN Conmutada, con Conmutador (switch) que contiene un canal en 2º plano de alta velocidad (» 16 Mbps con protocolo propio) y espacio para 4 a 32 tarjetas de línea, con 1 a 8 conectores (para 10BaseT de una estación ó para un concentrador de 12 ports).

• Si la tarjeta que recibe una trama ve que está destinada a otra estación  de esa tarjeta, la copia ahí.
• Si no, a través del canal secundario a la tarjeta de estación de destino.

Norma IEEE 802.4: Token Bus

• Describe una LAN Token Bus (Bus de Testigo ó Ficha), usada en automatización de manufacturas/fábricas.
• Consiste físicamente en cable lineal ó en árbol al que se conectan estaciones organizadas en forma de “Anillo Lógico”, tal que c/estación conoce dirección de estación a su   “izquierda” y a su “derecha”, sin importar el orden físico.
• Cuando se inicializa el anillo, estación de nº más alto puede enviar la 1ra. trama, pasando el permiso a su vecino, con una trama de control llamada Token.
• El token se propaga alrededor del anillo lógico/ sólo transmite estación que lo tiene, por lo que no ocurren colisiones.
• Peor Caso de un anillo: si hay n estaciones y se tiene tiempo T(seg) para enviar una trama, ninguna trama tendrá que esperar n.T (seg) para ser enviada (¹ 802.3).
• Protocolo MAC contempla adición y eliminación de estaciones del anillo, muy complicado; c/estación mantiene 10 temporizadores y más de 24 variables de estado interno.
• En Capa Física emplea cable coaxil de 75 (ohms), tipo CATV, permite 3 esquemas analógicos de modulaciones de frecuencia y amplitud; velocidades de 1.5 y 10 Mbps, y es incompatible con 802.3.

Protocolo de Subcapa MAC del Token Bus

• Define 4 clases de prioridades: 0, 2, 4 y 6 para tráfico de menor a mayor, en subestaciones dentro de c/estación, tal que c/u mantiene su propia cola de tramas a enviar. ( 802.3 no tiene prioridades).
• Preámbulo: sirve para sincronizar reloj del Rx. Puede ser de 1 Byte.
• Delimitador Inicial y Final (1B): con símbolos analógicos ¹ de “0”y “1” / no pueden ocurrir en los datos ® no necesita campo de longitud.
• Control de Marco/Trama (1B): para distinguir tramas de datos de las de control. Especifica tipo de trama como pase de token ó de mantenimiento del anillo (E/S de estaciones).
• Dir. de Destino y de Origen (2 a 6B) º con el 802.3
• Campo Datos: de 0 a 8182 Bytes cuando usa dir. de 2 bytes ó hasta 8174 con dir. de 6 bytes.
• Suma de Comprobación (4B): usa mismo algoritmo y polinomio que 802.3.

Norma IEEE 802.5: Token Ring

• Pensado por IBM para automatización de oficinas.
• Anillo formado por conjunto de enlaces PaP individuales que forman un círculo, con un límite superior conocido de acceso al canal.
• “Longitud Física” de un bit : si tasa de datos del anillo es R(Mbps), se emite 1 bit cada 1/R mseg, con velocidad propagación de 2x108 m/seg  ®cada bit ocupa 200/R metros Þ  un anillo de 1 Mbps, con circunferencia de 1000m, puede contener sólo 5 bits a la vez.
• Fig.4.23 muestra el anillo y sus interfases, donde el copiado de un bit en el buffer de la interfase genera un retardo de 1 bit/ interfase. Tiene 2 modos operativos: escuchar y transmitir.
• En un Token Ring (Anillo con Ficha ó Testigo), circula un patrón de bits llamado Token de 3 bytes cuando todas estac. Inactivas.
  • Si una estación  quiere enviar una trama, debe tomar el token y retirarlo del anillo antes de transmitir, invirtiendo 1 bit  de los 3 bytes, que lo convierte en los primeros 3 bytes de trama datos normal.
  • No tiene límite de tamaño de trama, pues la trama completa nunca aparece en el anillo en el mismo instante.
  • Manejo de acuses de recibo es directo con un campo de un bit, inicial en cero, que invertirá la estación  de destino, si ok.
• En Capa Física, 802.5 especifica Par Trenzado a 1 ó 4 Mbps, aunque IBM tiene otra versión de 16 Mbps; señales se codifican en Manchester Diferencial, con HI-LO de ± 3.0 a 4.5 (V).
• Problema de rotura de cable se resuelve con Centro de Cableado ó Alambrado para mejorar confiabilidad y mantenimiento.

Protocolo de Subcapa MAC del Token Ring

• Si no hay tráfico en el anillo, circula continuamente un token  de 3 bytes
• Una estación puede retener el token durante un Tiempo de Retención del Token (10 mseg » 5000 bytes).
  • Delimitador Inicial y Final (1B): con patrones Manchester Diferencial no válidos (HH y LL) para diferenciarlos de los datos
  • Byte de Control de Acceso (1B): con bit de Token, bit de Revisión, 3 bits prioridad y 3 bits reservación.
  • Control de Marco/Trama (1B): para distinguir tramas de datos de las varias de control.
  • Estado de Marco/Trama (1B):  para dar acuse automático para c/trama con 2 bits A y C duplicados que invierte estación de destino.
• A diferencia de Token Bus que efectúa mantenimiento del anillo en forma descentralizada, el Token Ring tiene una Estación Monitor, que supervisa el anillo, aunque c/estación tiene capacidad de monitor integrada.

Comparación del 802.3, 802.4 y 802.5

• Tres LAN diferentes e incompatibles, con distintas propiedades, aunque tecnología y desempeño similares.
• 802.3: Ventajas:   Tipo más usado, gran base instalada, más experiencia

        Protocolo sencillo, cable pasivo, sin modems.

        Retardo con baja carga es casi cero.

          Desventajas: Circuitos  de detección de colisiones son analógicos.

                                    Tramas mínimas de 64 bytes.

                                    No determinístico (inapropiado para trabajo en tiempo real)

                                    Sin prioridades.

                                    Longitud cable máxima de 2500m (a 10 Mbps)

                                    Con carga alta, presencia de + colisiones ¯ rendimiento.

• 802.4: Ventajas: Emplea equipo de CATV confiable y económico.

               Más determinístico que 802.3

               Puede manejar tramas mínimas cortas.

               Reconoce prioridades, y buen rendimiento con carga alta.

       Cable de banda ancha puede manejar otros canales ¹ de datos, como voz y TV.

  Desventajas: Sistema de banda ancha emplea ingeniería analógica + modems + amplificadores de banda ancha.

                              Protocolo complicado.

                              Retardo grande cuando la carga es baja (esperar el token aún si   tráfico)

                              No apto para fibra óptica.

                              Base instalada pequeña.

• 802.5: Ventajas: Maneja conexiones PaP, sencillas y digitales.                               

        Anillos con cualquier medio de tx.

        Uso de Centros de cableado permite detectar y eliminar fallas de cableado automáticamente.

        Puede haber prioridades.    

        Posibles marcos cortos ó extremadamente largos, limitados sólo  por Tiempo de retención del token.

        Rendimiento excelente con carga alta (como token bus y ¹ 802.3)

  Desventajas: Función de supervisión centralizada ® crítico.

        Retardo a muy baja carga ( por paso del token)