Comp

UNIVERSIDAD METROPOLITANA
Decanato de Postgrado y de Investigaciones
Estudios de Postgrado de la Facultad de Ingeniería
Gerencia y Tecnología de las Telecomunicaciones

Redes de Computadoras

Octubre, 2006
Prof. Feliciano
Chávez

Agenda

Redes y Arquitecturas de Redes de Área Amplia
Red Redes disponibles
Clasificación de Protocolos comercialmente
Clasificación de Redes Elementos de Conectividad
Diseño de Redes
Redes Locales
Redes disponibles TCP/IP
comercialmente Suite de protocolos TCP/IP
Elementos de Conectividad Subnetting y Enrutamiento
Cálculo del Rendimiento Integración de redes (XoIP)
Redes Metropolitanas Diseño de redes TCP/IP
Redes disponibles El Futuro de Las Redes
comercialmente

Redes de Computadoras 2 Prof. Feliciano Chávez

1

Redes

Las redes representan “una nueva revolución
industrial”
La Internet es una “revolución dentro de la revolución”
Feliciano Chávez


Redes

Una red se crea para:
El intercambio de información y,
Para compartir recursos
Con el propósito de:
Maximizar la productividad y/o
Minimizar los costos y/o
Obtener ventajas competitivas


2

Arquitecturas de red

La arquitectura de una red puede ser concebida
desde el punto de vista de su funcionalidad (software)
o desde el punto de vista de su conectividad
(hardware)
Desde el punto de la funcionalidad se habla de:
Redes centralizadas (mainframe)
Redes peer to peer
Redes cliente/servidor
Intranets, Extranets
Desde el punto de vista de la conectividad se habla de:
Clasificación por distancia velocidad
Clasificación por topología


Arquitectura de Redes de acuerdo a
su funcionalidad
Mainframe
Arquitectura originada en los
50 (perfeccionada en los 70)
que se resiste a morir
En este esquema todo el
cómputo se centraliza en “El
Computador”, la data se
ingresa mediante terminales
“tontos”
Principales usuarios de
mainframes
Sector Financiero
Gobierno
Militares
Investigación

3

su funcionalidad
Redes “peer to peer”
Este concepto implica una red muy versátil
La administración normalmente recae en el usuario o en el Dpto.
de Administración, o en el Dpto. de Servicios Generales
Versatilidad puede degenerar en caos o anarquía sino se
administra correctamente
No hay un servidor como tal, cualquier máquina ofrece
recursos e información a las otras
Cualquier máquina hace uso de los recursos de otra


su funcionalidad
Redes cliente/servidor
En estas redes SÍ existe un servidor como tal, y un conjunto
de máquinas que se sirven del él
Suele haber un error de concepto donde se establece que
cualquier red con uno o más servidores es una red
cliente/servidor
Para que una red sea cliente/servidor debe haber intercambio de
información entre servidor y cliente, y procesamiento de la
información por ambas partes en concordancia a la capacidad de
cada una
Cualquier otra configuración es un desperdicio de recursos


4

su funcionalidad
Intranets, Extranets
Intranet busca un poco dar la
funcionalidad y seguridad de
un mainframe, pero asociado
a la facilidad de uso de un
PC
Suelen estar basadas en
interfaces WEB (html, xml,
java, etc.)


su topología
Las principales topologías de una red son:
Malla
Bus
Anillo
Estrella
Cada una tiene sus ventajas y desventajas, y por ende, su campo
de aplicación
Existen muchas redes con topologías combinadas, tales como:
Bus-Estrella
Anillo-Estrella
Estrella-Estrella (árbol)


5

su topología
Bus
Malla

Anillo Estrella


su topología
Cada una de las topologías mostradas en la lámina
anterior tiene sus características implícitas
Protocolo (de bajo nivel) o “Método de Acceso” (al medio)
Distancias
Velocidades
En función de lo anterior se habla de:
Recursos dedicados (“ancho de banda”* dedicado)
Recursos compartidos (“ancho de banda”* compartido)

Nota: “ancho de banda”, formalmente hablando, es el rango de
frecuencias de una señal. En el coloquio se le emplea como
sinónimo de “velocidad binaria”


6

su topología
¿Cuáles serían, a su criterio,
redes de recursos dedicados
y redes de recursos
compartidos?
¿Beneficios?
¿Costos?
¿Tolerancia a fallas?


Agenda

Diseño de Redes
Redes Locales
comercialmente


7

Protocolos

Un protocolo es un lenguaje y
un conjunto de reglas que
permite la comunicación
efectiva entre dos o más
dispositivos


Protocolos

Aplicación Los protocolos se dan a nivel
de las 7 capas del
Presentación Modelo de Referencia OSI
(Interconexión de Sistemas
Sesión Abiertos)
Cada capa implica un
Transporte complejo arreglo de
protocolos para realizar
funciones específicas
Red

Enlace de Datos

Físico


8

Protocolos

Aplicación En el mercado se habla de
Protocolos de bajo nivel
Presentación Protocolos de alto nivel
En realidad, se está haciendo
Sesión referencia implícita a si un
determinado protocolo opera
Transporte a nivel de las primeras o de
las últimas capas del Modelo
Red OSI

Enlace de Datos

Físico


Protocolos

Ejemplos de Protocolos de Ejemplos de Protocolos de
Bajo Nivel: Alto Nivel:
CSMA/CA (y derivados) XNS
CSMA/CD DECnet
Token Passing Banyan Vines
HDLC LAN Manager
SDLC TCP/IP
Frame Relay Otros
ATM
Otros


9

Protocolos

Los protocolos necesitan de mecanismos para
identificar unívocamente a los dispositivos de la red
En redes punto a punto basta con el número del puerto físico
o lógico del enlace
En redes punto a multipunto se requiere de una dirección. La
cual puede ser:
Física (ejemplo MAC Address)
Lógica (ejemplo IP Address)


Protocolos de Bajo Nivel

CSMA/CA
Carrier Sense, Multiple Access / Collision Avoidance
Capa 2 Modelo OSI
Normalmente empleado en sistemas vía radio
(modernamente Wireless tipo WiFi)
Funcionamiento:
Censar la portadora, porque
Múltiples estaciones pueden tener acceso, lo que implica que
Puede haber colisiones, lo cual se
Trata de prevenir, mediante reservación del canal y
Acuse de recibo


10


CSMA/CD
Carrier Sense, Multiple Access / Collision Detection
Capa 2 Modelo OSI
Normalmente empleado en sistemas compartidos vía
alámbrica
Principalmente Ethernet y sus derivados
Funcionamiento:
Censar la portadora, porque
Múltiples estaciones pueden tener acceso, lo que implica que
Puede haber colisiones, lo cual se
Puede corregir, notificando de la colisión (jam) y
Retransmitiendo la data, después de un período aleatorio



Token Passing
Paso de Testigo. Solución IBM
Capa 2 Modelo OSI
Funcionamiento:
Las estaciones hablan con sus vecinos al estilo “carrera de
relevos”
Se emplean testigos para transportar la información
El testigo circula por la red en todo momento, sea libre u ocupado con un mensaje
La versión original contempla 1 solo testigo por segmento; otras versiones
soportan múltiples testigos (Slotted Ring, por ejemplo)


11


Frame Relay
Capa 2 del Modelo OSI
Conmuta Tramas
Una trama es una unidad de información de tamaño variable
La conmutación se realiza en función de un campo del
encabezado llamado DLCI
El DLCI es “el número del circuito”
No hay garantía de la Calidad de Servicio
Diseñada para datos
Puede transmitir voz si se toman ciertas precauciones
Se estudiará con detalle más adelante



ATM
Conmuta celdas
Unidades de información pequeñas y de longitud fija (53 octetos)
La conmutación se realiza en función de 2 campos del
encabezado:
VPI
VCI
Que en conjunto conforman el VPT (circuito)
Se diseñó para ser una red multiservicio, de manera que sí
hay garantía de la Calidad de Servicio (QoS)
Se estudiará con detalle más adelante


12

Normas de Transmisión

Un protocolo de bajo nivel no está completo (no se
puede poner en marcha) sin una capa física para el
transporte de la información
Los estándares a nivel de capa física suelen llamarse
“normas” o “recomendaciones” más que “estándares”
propiamente dicho



Ejemplos:
LAN: MAN:
10Base-5 ADSL, ADSL2, ADSL2+
10Base-2
WiMAX
10Base-T
Otros
FOIRL
10Base-F WAN:
100Base-T4 X.21, X.21bis
100Base-F V.24 (RS-232, EIA-232), V.35
100Base-T V.11 (RS-449), V.36 (RS-422)
100Base-TX RS-423, RS-485, RS-530
1000Base-X G.703
1000Base-SX Otros
1000Base-LX
Otros


13


Las normas de transmisión normalmente contemplan
Interfaces mecánicas
Conectores
Tipo de cables
Interfaces eléctricas
Niveles de tensión para representar las diferentes condiciones
Modo de transmisión
Balanceado/Desbalanceado
Síncrono/Asíncrono/Isócrono
Rango de velocidades
Interfaces lógicas
Señalización
Control de flujo
Manejo de errores


Ejemplos de normas de Transmisión

10Base-T V.24
Velocidad: 10 Mbps Velocidad:
Modulación: 300 bps a 115,200 bps
Banda base si es asíncrono
Asíncrono 300 bps a 64,000 bps
si es síncrono
Cable: Par trenzado (UTP)
Cable: desbalanceado
Conector: RJ-45 (no trenzado)
Distancia: 100 m entre Conector: DB-25 (macho
equipos para DTE y hembra para
DCE)
Alternativamente DB-9
Distancia: depende


14

Agenda

Diseño de Redes
Redes Locales
comercialmente


La distancia y las redes

Todo medio de transmisión Llega un punto donde el ruido se
eléctrico (radio o cable) está hace comparable a la señal
sometido a interferencia (ruido) y Relación señal a ruido
a atenuación inaceptable
El ruido aumenta con la SNR < X valor (en dB)
distancia A partir de ahí, el sistema o
La atenuación aumenta con la falla o deja de funcionar
distancia

d

15


Eso implica que (para un medio de transmisión dado):
Velocidad * Distancia = Constante

Nota: para la fibra óptica multimodo, el ancho de banda
se calcula literalmente según la expresión anterior



Para obtener el mejor desempeño posible:
Deben desarrollarse medios de transmisión, técnicas de
modulación y protocolos apropiados para la distancia a cubrir,
Y en consecuencia se gozará de cierta velocidad


16

Clasificación de redes

En función de lo anterior, la bibliografía clásica
clasifica las redes en:
LAN
MAN
WAN
De hecho, algunos autores (y la mayoría de los
técnicos) hablan solamente de:
LAN
WAN



Una LAN es una red de
cobertura limitada a unos
metros 10000

Oficina 1000 WAN Alta
LAN
Velocidad (Mpps)

Edificio A.V. Velocidad
100
Edificios vecinos MAN
10 LAN LAN Ext.
Una MAN es una red de
cobertura limitada a una 1
ciudad WAN Tradicional
0.1
Una WAN es una red de
cobertura amplia 0.01
0.01 0.1 1 10 100 1000
Ciudades Distancia (Km)
Países


17


¿Y qué pasa con aplicaciones como la comunicación
entre un microondas y la nevera, o como la
comunicación entre un celular y un PC?
¿Se trata de una LAN?
Se ha creado el término PAN
Red de Área Personal
Comunicación entre electrodomésticos y sistemas de control:
DOMÓTICA
Comunicación entre dispositivos de comunicación personal



¿Y qué pasa para redes de cobertura mundial, tales
como la Internet ó AOL?
Se ha creado el término GAN
Red de Área global


18


En consecuencia, modernamente se está hablando
de:
PAN
LAN
MAN
WAN
GAN
¿Y qué pasa cuando el usuario es móvil?
¿Qué tipo de red es esa?
Se ha acuñado el término “ubicuidad”


La ubicuidad

Al final, lo realmente importante no es
la tecnología en sí misma, sino nuestra relación con
ella
Mark Weiser


19

La ubicuidad

Un usuario ubicuo puede ser
Una persona (telecommuter
tal vez) con un dispositivo
móvil
Teléfono
PDA
Laptop
Otros
Una persona usando un
recurso “prestado”
Cybercafé
PC prestado
Otros


La ubicuidad y el diseño

La ubicuidad de un usuario representa un desafío en
el diseño de redes por los temas relacionados con:
Tipo de servicio
Calidad de servicio
Accesibilidad
Seguridad


20

La estandarización

“Lo maravilloso de los estándares es que hay
muchísimos para escoger”
Andrew Tannenbaum


La estandarización

Hay muchas organizaciones de estándares. Entre ellas, las más
destacadas dentro del mundo de las telecomunicaciones son (sin ningún
orden específico):

Mundial: Regional:
ISOC ANSI
InterNIC ETSI
IETF FRF (MPLSForum)
ITU ATMF (MPLSForum)
ITU-T
ISO
IEEE


21

La estandarización

ISO es muy importante por el Modelo OSI
IETF es muy importante por los RFCs
IEEE es muy importante por la familia de estándares 802
802.10: Seguridad
802.1: Perspectiva y Arquitectura

802.2: LLC (Logical Link Control) Subcapa
LLC
802.1: Gestión

802.1: Puentes Transparentes
Subcapa
MAC
(Media
802.3: 802.4: 802.5: 802.9: Access
802.6: 802.12: 802.14: 802.15:
CSMA/CD Token Token ISO- 802.11: Control)
DQDB Demand CATV PANs
(Ethernet) Bus Ring Ethernet WLANs
Priority Capa
Física


Agenda

Diseño de Redes
Redes Locales
comercialmente


22

Redes Locales

Las redes locales son las más conocidas y difundidas
de las redes (aunque con el auge de Internet, esto
sería discutible)
Su cobertura es un área reducida, lo que implica que
hay cierta seguridad intrínseca y los niveles de ruido e
interferencia no han de ser demasiado altos (salvo el
caso de una industria)


Redes Locales

Existen muchos tipos de redes locales
(En este momento nos enfocaremos en el hardware y protocolos
de bajo nivel)
Las más conocidas son:
ARCnet
Token Ring
Ethernet
FDDI
100VG-AnyLAN
FDDI-II
Fast Ethernet
WLAN (WiFi)
Gigabit Ethernet
10 Gigabit Ethernet


23

Redes Locales

El mercado ha hecho que muchas de las LAN
originales desaparezcan en términos de LAN’s con
mejores relaciones de costo/beneficio
Ethernet y derivados, básicamente
Los derechos de Ethernet son “gratis”


Redes Locales (cableadas)
disponibles comercialmente
Ethernet
Topología (lógica): bus Medio de transmisión:
Topología física: bus o Coaxial grueso RG-8 para
estrella 10Base-5
Bus para 10Base-2 y Coaxial delgado RG-58 para
10Base-5 10Base-2
Estrella para todas las demás UTP para 10Base-T
(10Base-T, 10Base-F, Distancias:
100Base-T, 1000Base-X, 500 m para 10Base-5
etc.)
185 m para 10Base-2
Velocidad: 10Mbps 100 m para 10Base-T
Half Duplex
Repetidores:
Full Duplex (IEEE 802.3x)
Regla 5-4-3
Opcional
Método de acceso:
CSMA/CD

24

Ethernet
Regla 5-4-3
Una red se puede conformar de 5 segmentos,
Interconectados por 4 repetidores,
Con solamente 3 segmentos poblados (con PC’s)
Esto para minimizar las colisiones y acotar el retardo de
transmisión
“En mi experiencia personal, he encontrado muchas redes que
fallan por incumplir la regla 5-4-3. Menos mal que inventaron los
switches”
Feliciano Chávez. 1997


Ethernet
Existen 4 versiones:
Ethernet
Versión experimental
Ethernet II
IEEE 802.3 (la más empleada)
Ethernet SNAP
De todas ellas modernamente se usa IEEE 802.3,
pero:
algunas redes Netware (sobre todo las de versión 2.x y 3.x)
todavía emplean Ethernet II,
y algunas redes AppleTalk o LocalTalk emplean Ethernet SNAP


25

Ethernet (IEEE 802.3)
Formato de la trama
Tamaño mínimo: 8+14+ 46+4 Bytes
Tamaño máximo: 8+14+1500+4 Bytes
Ventana de transmisión = 512 bits
Retardo inter-paquete: 9.6µs
46-1500
7 1 (2 ó) 6 (2 ó) 6 2 0-1500 0-46 4
Dirección Dirección
Preámbulo De De DATA RELLENO CRC
(10101010 * 7)
Destino Origen

Inicio de Trama Longitud del
(10101011) campo de Datos


Ethernet
Emplea código de línea
Manchester
Se genera una señal
alternada, donde los 0’s y 1’s
son representados por
flancos de bajada o de
subida, respectivamente


26

Direccionamiento
En Ethernet se emplea una dirección física para la
identificación de los nodos de la red: MAC ADDRESS
El MAC Address es un número de 6 Bytes que se expresa en
hexadecimal
Ejemplo: 00-08-0D-85-20-F9
(Recordar que 1 Byte = 2 nibbles = 8 bits)
El MAC Address tiene 2 partes:
Los 3 primeros Bytes identifican al fabricante de la NIC
Los 3 últimos Bytes son un correlativo dentro de cada fabricante


Direccionamiento
Como Ethernet es una red punto a multipunto, todas las
estaciones escuchan todos los mensajes del segmento al cual
están conectadas (CSMA/CD)
Para saber si un mensaje es con una determinada estación,
ésta hace un AND de la dirección de destino con su MAC
Address
Si coincide, lo toma y se lo pasa a las capas superiores
Si no coincide, lo descarta*

*NOTA: existe algo que se llama “modo promiscuo” en el cual la tarjeta toma todos
los mensajes (sean para ella o no).
Empleado por sniffers y por hackers


27

Direccionamiento
Nótese que el resultado de un AND puede coincidir con el
MAC Address de una determinada estación no
necesariamente siendo la dirección de destino igual a la de la
susodicha estación
Ejemplo:

FF-FF-FF-FF-FF-FF
AND
00-08-0D-85-20-F9
------------------------
00-08-0D-85-20-F9


Tipos de mensaje

En consecuencia, existen tres tipos de mensaje
posibles en una red
UNICAST
1 -> 1
MULTICAST
1 -> N
BROADCAST
1-> oo
(en realidad, a todos los que estén conectados en esa red)
La gran mayoría de los mensajes son unicast, en
algunos casos se emplea multicast, pero existen
redes mal diseñadas en donde se hace uso extensivo
de los broadcast

28

Manejo de Errores

CRC
Una forma sencilla de detectar errores es contar si los 1’s de la data son
pares o impares (método de Paridad)
El código de redundancia cíclica funciona bajo el mismo concepto de la
paridad, sin embargo busca mayor eficiencia del sistema en términos de
aprovechamiento del ancho de banda y confiabilidad en la detección de
errores
Se toman los 1’s y 0’s de los datos a transmitir y se construye un polinomio de
grado n donde los coeficientes de la X son los 1’s y 0’s de la data
Ese polinomio tiene la siguiente forma:

P( X ) = bn X n + bn−1 X n−1 + L + b2 X 2 + b1 X + b0


Manejo de Errores

CRC
Posteriormente se divide P(X) entre un Q(X) preestablecido
Si P(X) es de grado n y Q(X) es de grado m
¿Qué grado tienen el cuociente y el residuo?
En el caso de un E1 se emplea CRC-4
En el caso de Ethernet se emplea CRC-32:

Q( X ) = X 32 + X 26 + X 23 + X 22 + X 16 + X 12 + X 11 + X 10 + X 8 + X 7 + X 5 + X 4 + X 2 + X + 1


29

Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
Velocidad: 100 Mbps Tamaño y estructura del
Método de acceso: paquete igual que Ethernet
CSMA/CD Distancia por segmento:
Medio de transmisión: UTP: 100 m entre equipos
STP (100Base-TX) Fibra monomodo: 3 Km
UTP (100Base-T) (limitado por la norma de
Cableado Estructurado, no
Fibra óptica
por la electrónica)
Monomodo
Multimodo Fibra multimodo: 2Km (100m
para 100Base-FX)
Modo de transmisión
Half Duplex Repetidores:
Full Duplex IEEE 802.3x 1 para 100Base-TX ó
(opcional) 100Base-T
3 para 100Base-FX
1 para 100Base-T4

Fast Ethernet
Código de línea:
Para cobre Para fibra óptica
100Base-TX 100Base-FX
4B5B, y luego 4B5B, y luego
MLT-3 NRZI
100Base-T4
8B6T
100Base-T2
PAM 5x5


30

Fast Ethernet
Input Output Significado Input Output Significado
Codificación 4B5B 0000 11110 0 1100 11010 C

0001 01001 1 1101 11011 D

0010 10100 2 1110 11100 E

0011 10101 3 1111 11101 F

0100 01010 4 11111 Idle

0101 01011 5 11000 Start part 1

0110 01110 6 10001 Start part 2

0111 01111 7 01101 End part 1

1000 10010 8 00111 End part 2

Transmit
1001 10011 9 00100
error

1010 10110 A Otros Invalid

1011 10111 B


Fast Ethernet
Código de línea MLT-3
Es un código de 3 estados
En el caso óptico: luz intensa, luz tenue, ausencia de luz
En el caso de cobre: +V, 0, -V
Un 0 se representa por el no cambio del nivel de la señal
Un 1 se representa por un cambio sutil en el nivel de la señal (hacia mayor o hacia
menor)

-------------------------E-------------------------- -------------------------- 2 ------------------------
1 1 1 0 0 1 0 1 0 0


31

Fast Ethernet
Código de línea NRZI
La señal permanece en su valor cuando se transmite un 0 y
conmuta cuando se transmite un 1

-------------------------E-------------------------- -------------------------- 2 ------------------------
1 1 1 0 0 1 0 1 0 0


Fast Ethernet
Los tamaños máximo y mínimo del paquete permanecen
iguales que Ethernet (para mayor compatibilidad)
El retardo inter-paquete disminuye a 1/10 del de Ethernet
(es decir, 0.96 µs)


32

Gigabit Ethernet
Velocidad: 1,000 Mbps Medio de transmisión
Topología: estrella (física y Fibra Óptica
lógica) Monomodo
Multimodo
Modo de transmisión: Cobre
Full duplex STP
Método de acceso: CSMA/CD with UTP
carrier extension
Modo “ráfaga” y modo “normal” Código de línea: 8B10B
Half duplex Repetidores: 1 máximo
Método de acceso: CSMA/CD
Modo “normal”


Gigabit Ethernet
Existen implementaciones comerciales basadas en 2
estándares de la IEEE:
IEEE 802.3z 1000Base-X
IEEE 802.3ab 1000Base-T


33

Gigabit Ethernet Tipo de Fibra Distancia
3000 m usando LASER de 1300
Distancias por segmento Fibra monomodo
nm (LX)
(núcleo de 9µm)
5000 m usando LASER de 1300
nm (LX) de distancia extendida
300 m usando LASER de 850 nm
Fibra multimodo (SX)
(núcleo de 62.5µm) 550 m usando LASER de 1300 nm
(LX)
550 m usando LASER de 850 nm
Fibra multimodo (SX)
(núcleo de 50µm) 550 m usando LASER de 1300 nm
(LX)

Cobre (STP) 25 m (CX)

75 m Cat. 5e (T)
Cobre (UTP)
100 m Cat. 6 (T)


Gigabit Ethernet
Tamaño máximo del paquete: 8+1518 Bytes
Tamaño mínimo del paquete (Full Duplex):
1000Base-X: 8+416 Bytes
1000Base-T: 8+520 Bytes
Para lograr estos mínimos se agrega un campo de extensión al final de un paquete
IEEE802.3 estándar
Retardo inter-paquete: equivalente a 512 bits (extensión de portadora)
Ventana de transmisión = 4096 bits

46-1500
7 1 6 6 2 0-1500 0-46 4
Preámbulo De De DATA RELLENO CRC EXT
(10101010 * 7)
Destino Origen

Inicio de Trama Longitud del
(10101011) campo de Datos

34

Gigabit Ethernet
GBIC:
Dispositivo (transceiver) que convierte las señales entre formato
eléctrico y formato óptico
Permite a los fabricantes construir equipos Gibabit Ethernet
“universales” y luego conectarlos a la red respectiva (1000Base-X o
1000Base-T) mediante los GBICs
Son “hot swappable”


Redes Locales (inalámbricas)

WLAN
Originalmente surgió como una extensión de Ethernet, como
por ejemplo, para conectar 2 edificios con LAN’s Ethernet
Posteriormente contó con su propio estándar: el IEEE802.11
IEEE 802.11: 1 Mbps y 2 Mbps
IEEE 802.11b: 11 Mbps y 5.5 Mbps
IEEE 802.11a: 54 Mbps
IEEE 802.11g: 54 Mbps
Compatible con IEEE 802.11b
Se hace uso de las bandas “libres de permiso” del espectro
radioeléctrico
Se emplea “Spread Spectrum”


35

Espectro Radioeléctrico y
bandas libres de permiso


WLAN & WiFi
La tecnología permaneció en estado latente muchos años
hasta que se agregó la encriptación
“Wired Equivalent Privace” (WEP)
“Wireless Protected Access” (WPA)
Y posteriormente, cuando se logró la interoperabilidad de
“vendors” se comenzó a hablar de:
“Wireless Fidelity” (WiFi), en lugar de IEEE 802.11b
Posteriormente el término se generalizó, y hoy mucha gente habla
de WiFi indistintamente de si se trata de IEEE 802.11g/b ó IEEE
802.11a


36

WLAN
Transmisión:
Spread Spectrum
Método de Acceso:
CSMA/CA
RTS/CTS modificado
Modulación:
BPSK
QPSK
Topología: infraestructura
común


WLAN
Radio de Cobertura:
depende de muchos factores
Espacio
Campo abierto
Espacio cerrado
Distribución de los
Access Points
Tipo de antena
Ganancia de Potencia
Direccionalidad
Interferencia
Microondas
Teléfonos Inalámbricos
Equipos Bluetooth
Otros Access Points
Maquinaria


37

WLAN
Frecuencias y velocidades

Norma Frecuencia Modulación Codificación Símbolos por segundo Velocidad
IR
BPSK Barker Sequence 1 Msps 1 Mbps
IEEE 802.11 2.4 GHz FHSS
QPSK (11 bits) 2 Msps 2 Mpbs
2.4 GHz DSSS
IEEE 2.4 GHz DSSS
QPSK CCK (8 bits) 11 Msps ó 5.5 Msps 11 Mpbs ó 5.5 Mbps
802.11b 2.4 GHz HR-DSSS
BPSK 6 Mbps ó 9 Mbps
5.15 - 5.25 GHz OFDM
IEEE QPSK 12 Mpbs ó 18 Mbps
5.25 - 5.35 GHz OFDM CCK (8 bits) 6 Msps ó 9 Msps
802.11a QAM-16 24 Mbps ó 36 Mbps
5.725 - 5.825 GHz OFDM
QAM-64 48 Mbps ó 54 Mbps
1 Mbps ó 2 Mbps
5.5 Mbps ú 11 Mbps
2.4 GHz DSSS QPSK
IEEE 11 Msps ó 5.5 Msps 6 Mbps ó 9 Mbps
2.4 GHz HR-DSSS QAM-16 CCK (8 bits)
802.11g 6 Msps ó 9 Msps 12 Mpbs ó 18 Mbps
2.4 GHz OFDM QAM-64
24 Mbps ó 36 Mbps
48 Mbps ó 54 Mbps


WLAN
Adaptación de la técnica de modulación
(y en consecuencia la velocidad de transmisión) en función de la
SNR


38

WLAN
Formato de un paquete IEEE 802.11 empleando DSSS


WLAN
Estructura de una trama inalámbrica
Existen 3 tipos:
Trama de control (ACK, RTS/CTS, etc.)
Trama de gestión
Trama de información


39

WLAN
Reparto de frecuencias de IEEE 802.11b:
En USA se tienen los canales del 1 al 11
En Europa se tienen los canales del 1 al 13
En Japón se emplea el canal 14 únicamente


WLAN
Reparto de frecuencias de IEEE 802.11a, y
Niveles de potencia permitidos por los entes reguladores


40

WLAN
Reparto de frecuencias de IEEE 802.11a y
Niveles de potencia máxima recomendados por la FCC
Banda Canal Número Frecuencia Central (MHz) Potencia Máxima Recomendada
36 5180

U-NII Lower Band 40 5200
40mW
5.15GHz-5.25GHz 44 5220
48 5240
52 5260

U-NII Middle Band 56 5280
200mW
5.25GHz-5.35GHz 60 5300
64 5320
149 5745

U-NII Upper Band 153 5765
800mW
5.725GHz-5.825GHz 157 5785
161 5805


WLAN
Reparto de frecuencias de IEEE 802.11a y
Niveles de potencia máxima recomendados por la FCC

149 157
153 161
800
700
Potencia (mW)

600
500
400
300 52 56 60 64
200
100 36 40 44 48
0
5100 5200 5300 5400 5500 5600 5700 5800 5900

Frecuencia (MHz)


41

WLAN
La diferencia entre IEEE 802.11a y 802.11g no se puede ver
como solamente la compatibilidad o no con la base instalada
IEEE 802.11b. Es necesario comprender cuál es la capacidad
de cada infraestructura en función de cómo se hace uso del
ancho de banda:
IEEE 802.11b puede manejar hasta 3 redes distintas en el mismo
espacio
IEEE 802.11a puede manejar hasta 8 redes distintas en el mismo
espacio
IEEE 802.11g puede manejar hasta 3 redes distintas en el mismo
espacio


WLAN Alcance Alcance
Ambiente
Máximo @ 11Mbs
Consideraciones de diseño
Radio de Cobertura:
Planta Externa
depende de muchos factores ó
Campo abierto 750 ft-1,000 ft 150 ft-350 ft
Espacio Abierto
Espacio cerrado con Antena Estándar
Distribución de los Access Points
Tipo de antena
Interferencia Oficina
En la tabla anexa se ó 250 ft-350 ft 100 ft-150 ft
aprecian unos valores Industria Liviana
“ideales”
Recomendación:
Residencial 125 ft-200 ft 60 ft-80 ft
Site Survey


42

WLAN
Radio de cobertura
Caso particular:
IEEE 802.11b
en condiciones típicas de espacio
abierto
Recomendación:
Site Survey


WLAN
Es importante tener presente que en función de:
El empleo de Spread Spectrum
La redundancia asociada
El cifrado necesario para dar cierta seguridad a la transmisión
La velocidad efectiva de transmisión es aproximadamente la
mitad de la velocidad nominal


43

WLAN
Nota: Existen equipos “banda dual”, que trabajan en 802.11a y 802.11b

Aspecto IEEE 802.11b IEEE 802.11a IEEE 802.11g

Cantidad de usuarios por
32 64 64/32
Access Point

Cantidad de canales 3 (no solapados) de 11 8 (no solapados) de 12 3 (no solapados) de 11

~27 Mbps ~40 Mbps
throughput ~4.5 Mbps
(72Mbps en modo turbo) (27Mbps si hay algún 802.11b)

WEP40
WEP40 WEP40
WEP64
Seguridad WEP64 WEP64
WEP128
WEP128 WEP128
WEP152



WPAN
Estándar IEEE 802.15
Anexos y actualizaciones del estándar IEEE 802.15
802.15.1 (Estándar)
Bluetooth™-WPAN™ derivative in Sponsor Ballot
802.15.2 (Recommended Practice)
Coexistence MAC & PHY Modeling commenced Draft
802.15.3 (Estándar) (Draft)
WPAN-HR, High Rate >20 Mbps commenced Draft
802.15.4 (Estándar)
WPAN-LR, Low Rate 2 Kbps to 200 Kbps
Publicity Committee
Provide MARCOM for above


44

BlueTooth
Nombrada en función de un
Rey Danés-Vikingo que
quería unir toda Europa en el
siglo 10
IEEE 802.15.1
Topología: Ad-Hoc
No hay access point, todas
las máquinas trabajan como
repetidoras
Piconets
Scatternets

Frecuencia:
Banda 2.4 GHz


BlueTooth
Frecuencias Tamaño máximo del
USA y Europa: paquete:
Desde 2.402 GHz hasta 2.480 GHz 2745 bits
73 canales de 1 MHz c/u
5 time slots
Japón:
Desde 2.472 GHz hasta 2.497 GHz Modos de comunicación:
23 canales de 1 MHz c/u SCO (síncrono)
Frequency Hopping ACL (asíncrono)
1600 saltos por segundo
time slots de 625 µs


45

BlueTooth
Piconet Scatternet
En una picocelda hay Es una interconexión entre
1 master y los demás son masters de picoceldas para
slaves conformar una red más
1 master grande (similar a un sistema
Transmite en los celular)
time slots pares
Máximo 7 slaves activos
Máximo 200 slaves inactivos
Un master puede tener
conexión (SCO de 64 Kbps)
con otros hasta otros 3
masters de otras 3 picoceldas


BlueTooth
Funcionamiento de una picocelda


46

BlueTooth
Potencia y alcance
Clase 3
1 mW (0 dBm)
10 m típico
Clase 2
2.5 mw (4 dBm)
30 m típico
Clase 1
100 mW (20 dBm)
100 m típico

Velocidad:
1 Mbps nominal
723 Kbps efectivos (max)
3 Mbps “turbo” 3X <- NUEVO


Agenda

Diseño de Redes
Redes Locales
comercialmente


47

Elementos de conectividad en
Redes Locales
Las redes locales necesitan de elementos distintos a
los servidores y PC’s para poder intercambiar la
información
Estos elementos dependen de las características del
medio de transmisión
Topología (bus, anillo, estrella)
Material (aire, coaxial, pares de cobre, fibra)


Redes Locales
Repetidor
Equipo que se encarga de regenerar las señales para alcanzar mayor
distancia
Se creo para topología bus, pero se puede emplear en interconexión de estrellas
Trabaja a nivel de la capa 1 del Modelo OSI
Introduce retardo en la señal debido al procesamiento electrónico asociado

Repeater


48

Redes Locales
Repetidor
Si se va a emplear, recordar la regla 5-4-3
Distancias por segmento:
100 m para 10Base-T y 100Base-T
185 m para 10Base-2
500 m para 10Base-5
Fibra: depende
Radio: depende


Redes Locales
Repetidor
Para el caso particular de Fast Ethernet no se habla de
regla 5-4-3 sino que se habla de:
Repetidores Clase II
Su retardo de procesamiento (latencia)
es equivalente (o menor) a 92 bits
Repetidores Clase I
Su retardo de procesamiento (latencia) es
equivalente a 140 bits (pero mayor a 92 bits)


49

Redes Locales
Concentrador
“Repetidor multipunto”
Permite cablear en estrella, y simular (emular) otra topología
lógica
Gracias a la electrónica interna, puede detectar fallas en los
PC’s o en el cableado y prevenir la caída de la red apagando
(particionando) el puerto


Redes Locales
Concentrador
En el caso particular de Ethernet se llama HUB
Si se apilan por cables cruzados, tomar en cuenta regla 5-4-3
Si se apilan por el bus, las limitaciones indicadas por el fabricante
En el caso particular de Token Ring se llama MsAU

Hub


50

Redes Locales
Puente (bridge)
Equipo que se encarga de comunicar a dos segmentos solamente
cuando es necesario
Trabaja en función de las direcciones de capa 2 del Modelo OSI

Data
...
Data Data

Data


Redes Locales
Conmutador (LAN Switch)
Multiport Bridge
Construye una tabla de direcciones en función de las MAC
Address de los PC’s
Cuando no tiene la tabla, o cuando no aparece una cierta MAC
Address de destino, recurre a un broadcast para averiguarlo
Cuando una MAC Address de destino está registrada en la tabla,
procede a retransmitir el paquete únicamente por el puerto que
lleva hacia esa MAC Address
Esto permite hacer VLAN’s (IEEE 802.1q)


51

Redes Locales

D
A

Switch

B
C


Redes Locales
Clasificación
Store And Forward
Almacenan todo el paquete y verifican que no esté dañado antes de conmutarlo
“Limpieza” de la comunicación
Latencia
Cut through
Tan pronto reciben el encabezado proceden a conmutar el paquete (sin esperar a
recibirlo completo)
Velocidad
¿Qué tecnología tenía el switch de la lámina anterior?


52

Redes Locales
Un switch se construye en torno a un ASIC, lo que le permite
conmutar información a alta velocidad
Los hay desde los que conmutan 1 hasta cientos de paquetes a la
vez
En consecuencia se habla de:
Blocking
Non blocking (wirespeed)


Redes Locales
Ejemplo de Conmutador
(LAN Switch)


53

VLAN (IEEE 802.1q)

Una VLAN puede hacerse de varias maneras:
Por puertos de un concentrador o switch
Por direcciones físicas (ejemplo MAC Address)
Por direcciones lógicas (ejemplo IP Address)

Switch


VLAN (IEEE 802.1q)

Beneficios
Seguridad
Reducción de las “tormentas de broadcast”
Adecuación del throughput por grupos de equipos
Se puede complementar con prioridad IEEE 802.1p

Switch


54

Redes Locales
Enrutador (ruteador) (router)
Equipo encargado de
escoger la mejor ruta entre 2
destinos
Trabaja en función de las
direcciones de capa 3 del
Modelo OSI (por ejemplo
direcciones IP)
Procesa un paquete a la vez
(Esta es la principal diferencia
contra un switch de capa 3)


Redes Locales
Enrutador (router)
Si un enrutador trabaja de
manera similar a un switch,
aunque con direcciones
lógicas en vez de direcciones
físicas
¿Cuántas direcciones tendría
que aprender para
conectarse a Internet?
¿Cuánto tiempo le tomaría?
¿Cada cuánto habría que
actualizarlas?


55

Redes Locales
Enrutador (router)
Para facilitar la tarea, las
direcciones lógicas vienen
con un “código de área”
similar al telefónico o al
código postal
Esto permite reducir
enormemente la cantidad de
rutas a aprender


Redes Locales
Switches capa 3
Son elementos que permiten hacer lo que hace un router,
pero bajo la arquitectura (y velocidad) de un switch
Otros Switches
Existen Switches capa 4 y hasta capa 7, que se emplean para
hacer balanceo de carga y/o redundancia en clusters y/o data
centers


56

Redes Locales
Compuerta (Gateway)
Equipo que conecta redes totalmente disímiles
(no confundir con el “default gateway” de Windows)
Funciona desde la capa 1 hasta la capa 7 del Modelo OSI
Ejemplos de aplicación:
Entrar al banco desde Internet
Recargar el saldo del celular
Navegar desde el celular por una página cualquiera


Redes Locales
Equipos de conectividad y el Modelo OSI

Aplicación

Presentación Gateway

Sesión

Transporte

Red Router

Capa de Enlace Bridge, Switch

Físico Repeater, Concentrator


57

Agenda

Diseño de Redes
Redes Locales
comercialmente


Cálculo de Redes Locales

¿Usted alguna vez ha calculado una red?


58


El cálculo de una red es un
proceso intrincado, porque
depende primordialmente de
las consideraciones
(premisas) de diseño
Sin embargo existen líneas
generales para el cálculo de
aspectos puntuales



Velocidad de Propagación
Cobre Fibra
La velocidad de propagación El coeficiente de propagación
(NVP) normalmente se de la luz viene dado como el
expresa como un % de la inverso del índice de
velocidad de la luz refracción del núcleo
Varía con la frecuencia Valores típicos:
Varía entre cables adyacentes Entre 1.47 y 1.51 para fibra
Valores típicos: Multimodo SI @ 850 nm
Entre 60% y 68% para UTP Cat. 6 Entre 1.46 y 1.47 para fibra
y Cat. 5e Non Plenum Monomodo
Entre 65% y 72% para UTP Cat. 6
y Cat. 5e Plenum


59


Velocidad de propagación
La velocidad de propagación afecta sobre todo a los enlaces
largos (para enlaces cortos puede ser despreciada)
En el caso de satélites geoestacionarios (36,000 Km @
300,000 Km/s) el tiempo de un salto es prácticamente 250ms
Sin tomar en cuenta el tiempo de procesamiento



Latencia
Tiempo de espera en la transmisión de información
Dentro de un equipo dado
Dentro de un segmento de red
Dentro de la red
Depende de
Velocidad de procesamiento de los equipos /
Cantidad de procesamiento
Velocidad de propagación
Buffers


60


Capacidad de procesamiento
Los fabricantes de switches y routers deberían suministrar
esos datos
Pero realmente pocos lo hacen



Capacidad de procesamiento para equipos con configuración
“tope”

Capacidad
Marca Modelo
Mbps Kpps
Ascend GRF 400 ó GRF 1600 16,000 280,000

BCN 700 >1,000

Bay Networks BLN 330
(Nortel Networks) ASN 50
AN 7


61


Capacidad de procesamiento para equipos con configuración
“tope”
Capacidad
Marca Modelo
Mbps Kpps
CRS-1 92,000,000
GSR 80,000
7500 160 >1,000
7200 16
4700 10
Cisco
3620 / 3640 16
2650 37
2620 25
2610 15
2500 3
M160 160,000
Juniper Networks M40 40,000
M20 20,000
Nortel Networks Accelar 15,000



Cálculo de capacidad límite de Ethernet
Para 1 paquete, su longitud mínima es:
(7+1) + (6+6) + 2 + 46 + 4 = 72 Bytes
Inter-Packet Gap: 9.6µs
¿Cantidad máxima de paquetes por segundo @ 10 Mbps?
¿Cuántos si se tratase de paquetes de longitud máxima?

7 1 6 6 2 0-1500 0-46 4
Preámbulo
(10101010 * 7)
De De E.P.A.N. DATA RELLENO CRC EXT
Destino Origen

Inicio de Trama Longitud del campo
(10101011) de Datos


62


Throughput
Cantidad de data que se transmite o se puede transmitir
¿Cuál es el throughput para las 2 longitudes de
paquetes extremas de Ethernet @ 10 Mbps?



Tiempo de procesamiento de un switch (ethernet)
store & forward
Tiene que esperar a recibir todo el paquete para procesarlo
Tiempo de procesamiento de un switch (ethernet) cut
through
Procesa sólo el encabezado: 7+1+6+6+2 = 22 Bytes
¿Cómo impacta el uso de uno u otro en
El Delay?
El Troughput?


63

Práctica 1: Diseño de una red
Ethernet
Calcular el rendimiento teórico máximo de una red
Ethernet @ 100 Mbps
Calcular el throughput máximo (extremo a extremo) si
se crea una red compuesta de 3 segmentos Fast
Ethernet interconectados en cascada por:
1 switch cut through de 60,000 pps, y por
1 switch store and forward Clase I


Agenda

Diseño de Redes
Redes Locales
comercialmente


64

Redes de Área Metropolitana

Las Redes Metropolitanas son un reto por cuanto se
desea atender a gran cantidad de usuarios en
condiciones beneficiosas para todas las partes
Se pueden plantear soluciones
Cableadas
Inalámbricas



Normativa:
El comité del IEEE estableció que una MAN debería
proporcionar un soporte masivo a las señales de voz, datos y
video en distancias de 5 a 50 Km
Esta norma define un nivel o protocolo de control de acceso al
medio y un nivel físico, similares al X.25
La norma establece las directivas para intercambio full-duplex
de señales digitales entre nodos hasta 50 Km, que comparten
el mismo medio de transmisión y que proporcionan servicios
que requieren un ancho de banda garantizado y un retardo
restringido, sus velocidades pueden ir desde 1 Mbps hasta el
límite soportado por el medio utilizado
Esta norma se conoce como la IEEE 802.6


65


Medios y Costos
Las Redes MAN son un desafío
en cuanto a costos, porque
instalar un tendido de
telecomunicaciones en una
ciudad pujante no es tarea fácil
Se suele trabajar sobre:
La planta de cobre instalada
Tecnologías inalámbricas
Los nuevos operadores prefieren
soluciones inalámbricas
Los operadores establecidos
tratan de aprovechar al máximo
la planta existente


Redes MAN (cableadas)
xDSL
Las redes xDSL son un proceso de migración de las redes de
módem tradicionales, en dos fases:
Primero, digitalizar la comunicación entre centrales para reducir el
tramo analógico a la última milla y mejorar la calidad de la
comunicación
Luego, digitalizar la última milla para aumentar la velocidad de
transmisión


66

xDSL
xDSL es una tecnología “Modem-Like” (muy parecida a la
tecnología de los módem)
Se requiere un dispositivo xDSL terminal en cada extremo del
circuito de cobre (punto a punto)
Esta nueva tecnología de módem convierte una línea de cobre
trenzado para telefonía en una vía de acceso para dar
servicios de multimedia y de transmisión de datos a alta
velocidad


Arquitectura general de xDSL


67

xDSL
Versiones
HDSL
Línea simétrica de alta velocidad
Al ser simétrica tiene la misma velocidad en ambos sentidos
Velocidades de hasta 2 Mbps
2 pares
HDSL2
Evolución de HDSL
2 Mbps
1 par
SDSL
2 Mbps
1 par


xDSL
Versiones
IDSL
Línea ISDN (RDSI) con tecnología xDSL
para mayor velocidad y economía
No aplicable a Venezuela por no contar con plataforma ISDN


68

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