Fast-Ethernet

Nivel Físico
Redes de altas prestaciones
UCLM – 11/05
Lucas González Muñoz
Redes de altas prestaciones
11/05
Índice
• 1.- Nivel Físico
– 1.1.- Codificación de la señal.
• Canal analógico y digital
• Modulación
• Comunicación y transmisión
– 1.2.- Medios de transporte
• Cable
• Fibra óptica
• Inalámbrico
– 1.3.- Estándares nivel 1
• Ethernet
• Token Ring
• FDDI
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Nivel Físico
• El nivel físico recibe una trama
binaria que debe convertir a una
señal electro magnética.
• Dicha trama de bits es transmitida
por el medio de transmisión y ha de
ser interpretable correctamente en
el receptor.
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Nivel Físico
• La capa física se encarga “sólo”
de la transmisión de bits
• No entiende de direcciones ip,
mac o puertas de enlace.
• Los canales pueden ser
analógicos o digitales.
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Codificación de la señal
• La información analógica se puede
convertir en digital y viceversa.
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Codificación de la señal
• Modulación:
– Modular una señal consiste en modificar alguna
de las características de esa señal, llamada
portadora, de acuerdo con las características de
otra señal llamada moduladora.
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Codificación de la señal
• Las características que podemos
variar de la señal son la frecuencia,
la amplitud y la fase.
• De ahí que haya tres tipos de
modulación:
– Modulación en frecuencia (FM)
– Modulación en amplitud (AM)
– Modulación de fase (PM)
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Codificación de la señal
• Modulación en
frecuencia:
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Codificación de la señal
• Dirección de la comunicación:
– Simplex en una dirección.
– Dúplex (full-dúplex) ambas direcciones.
– Semi dúplex ambas alternativamente.
• Transmisión serie y paralelo.
– Serie un bit detrás de otro.
– Paralelo varios bit a la vez.
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Codificación de la señal
• Transmisión síncrona y asíncrona.:
– Síncrona:
• el Tx y Rx. Comparten una referencia
temporal
• El reloj de transmisión.
– Asíncrona:
• el Tx y Rx no comparten una referencia
temporal.
• El receptor se sincroniza en cada carácter.
• Ejemplo: la RS232.
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Codificación de la señal
•
En Ethernet:
– la transmisión se realiza de manera asíncrona, es
decir no hay un reloj maestro que mantenga
sincronizados los equipos.
– Sincronismo embebido en los propios datos
mediante el uso de códigos que incorporan cierto
nivel de redundancia.
•
Métodos:
–
–
–
–
–
Manchester
Manchester diferencial
8b/6t
PAM 5x5
……
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Codificación de la señal
•
Código Manchester:
– utiliza dos voltajes (+0,85 y -0,85 voltios en 10BASE5)
– identifica el bit 0 como una transición alto-bajo y el 1 como
una transición bajo-alto.
– Ventajas:
• sencillo y barato de implementar.
– Inconvenientes:
• Poco eficiente.
• duplica la frecuencia de funcionamiento, el emisor debe poder
generar doble número de pulsos de lo que haría falta con un
código binario simple.
• Dicho de otro modo, en Manchester se transmiten 20 Mbaudios
(o Msímbolos/s)para enviar 10 Mb/s de información útil. Como
consecuencia de esto la señal transmitida por el cable es
también de una frecuencia doble de lo que sería necesario con
un código binario simple.
• Su mayor inconveniente : elevada frecuencia de la señal, que
requiere un cable de altas prestaciones.
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Codificación de la señal
• Codificación Manchester
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Codificación de la señal
• Redes que usan codificación
manchester:
– 10BASE-5
– 10BASE-T
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Codificación de la señal
• Código Manchester diferencial:
– Consiste en que un bit con valor 1 se
indica por la ausencia de transición al
inicio del intervalo
– Un bit con valor 0 se indica por la
presencia de una transición al inicio del
intervalo. En ambos casos, existe una
transición en la parte media del
intervalo como en el Manchester.
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Codificación de la señal
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Codificación de la señal
• Redes que usan codificación
Manchester diferencial:
– Token Ring
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Codificación de la señal
•
•
•
Busqueda de reducción de frecuencia y el
requerimiento en cuanto al cable.
Se eligieron otros códigos mas ricos.
Código 4B/5B:
– Originalmente para FDDI
– Emplea 5 símbolos para enviar 4 bits.
– De las 2^5 = 32 combinaciones posibles solo se
utilizan 16.
– Cierta capacidad de detección de errores.
– La señalización para 100 Mb/s es de 125 Mbaudios,
con lo que la frecuencia fundamental es de 62,5
MHz.
– Esto permite utilizar cable categoría 5 (especificado
hasta 100 MHz).
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Codificación de la señal
• Redes que usan codificación
4B/5B :
– 100BASE-FX
– 100BASE-TX
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Codificación de la señal
•
•
•
Debido a que cuando se estandarizó Fast Ethernet
ademas del cable cat5 habia una base instalada de cat3
importante por lo que se diseñaron otros códigos que
redijeron aun mas la frecuencia de trabajo.
Para reducir la frecuencia máxima a valores aceptables
se adoptaron dos medidas novedosas: emplear códigos
que utilizan más de dos voltajes y permiten una mayor
eficiencia
Código 8B/6T:
– tres voltajes posibles
– eficiencia de 1,33
– señal repartida en tres pares:
• el 1, 3 y 4 para un sentido
• y el 2, 3 y 4 para el contrario
– cada par transmite 25 Mbaudios, que equivalen a 33,33 Mb/s, con lo
que la frecuencia máxima transmitida es de 25 MHz.
– No permite FULL-DUPLEX
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Codificación de la señal
• Redes que usan codificación
8B/6T:
– 100BASE-T4
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Codificación de la señal
•
Códificación PAM 5x5:
– codificación quinaria (5 voltajes)
– Los símbolos se agrupan de dos en dos
– cada grupo tiene por tanto 5^2=25 posibles valores
que se utilizan para representar 4 bits (16 estados).
– Esto permite elegir los 16 valores más adecuados y
descartar los 9 menos interesantes desde el punto
de vista de sincronismo (por ejemplo los que no
provocan transiciones), con lo que se tiene además
cierta capacidad de detección de errores.
– La codificación PAM 5x5 tiene una eficiencia de 2
(cada baudio representa dos bits).
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Codificación de la señal
• Redes que usan codificación
PAM 5x5 :
– 100BASE-T2
– 100BASE-TX
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Medios de transporte
1.2.- Medios de transporte
• Cable
–
–
–
–
Coaxial
UTP
STP
ScTP
• Fibra óptica
– Multimodo
– Monomodo
• Inalámbrico
– Por radio
– Por satelite
– Visual
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Transmisión por Cable
• Cable coaxial:
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Transmisión por Cable
•
•
•
•
•
•
•
Dos conductores con
el mismo eje de
simetría.
Buena inmunidad al
ruido.
Buen ancho de banda.
Pequeña atenuación.
Dificultad de montaje
y de ramificación.
Ramificación en T.
Caro.
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Transmisión por Cable
• Cable par trenzado:
– Muy utilizado
– Diferentes tipos y categorías
– Trasmiten señales analógicas y
digitales.
– El trenzado trata de reducir las
interferencias.
– Ancho de banda varios Mbps.
– Bajo coste del cable y de la
electrónica de Tx.
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Transmisión por Cable
•
Los utilizados en redes son:
– UTP:(Unshielded twisted pair)
– UTP-CAT3 (categoria 3) Permiten la conexión de
telefonos, datos a 10 Mbps y señal de video.
– UTP-CAT5 (categoria 5) Ademas datos a 100 Mbps. El
paso del trenzado es menor y el aislante es mejor.
– UTP-CAT5e y CAT6
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Transmisión por Cable
– STP: (Shielded twisted pair) Par
trenzado apantallado
• Esta recubierto de una malla de blindaje.
• Original de IBM.
• Son más caros y no les afectan las
interferencias como a los UTP.
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Transmisión por Cable
•
ScTP – Screened Twisted Pair
•
•
Nuevo híbrido de UTP con STP tradicional
Se denomina UTP apantallado (ScTP), conocido
también como par trenzado de papel metálico
(FTP).
Consiste, básicamente, en cable UTP envuelto en
un blindaje de papel metálico.
ScTP, como UTP, son cables de 100 Ohms
Han de estar bien hechas las conexiones a tierra a
ambos lados
Moderadamente caro
•
•
•
•
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Transmisión por Cable
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Fibra óptica
•
La transmisión se hace por luz:
– Destello de luz = 1.
– Ausencia de luz =0.
•
El sistema se compone de:
– Emisor de luz (LED láser o LED).
– Fibra óptica.
– Fotodetector.(fotodiodo)
•
Características:
–
–
–
–
–
Magnífica inmunidad al ruido.
Altísimo ancho de banda.
Pequeña atenuación.
Electrónica cara.
Empalmes caros.
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Fibra óptica
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Fibra óptica
• Pueden ser:
– Multimodo:
• hay varios
caminos del
rayo.
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Fibra óptica
• Monomodo :
– solo hay un
camino.
– El núcleo de la
fibra es de menor
diámetro (»10mm).
– Permiten mayores
velocidades.
– 30 Gbps a 1km.
– Es más difícil de
fabricar.
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Inalámbrico
• Puede transmitirse por el vacío o
por la atmósfera.
• Usan una parte de espectro
electromagnético.
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Inalámbrico
• Por radio.
– El espectro esta saturado
– Quedan pocas frecuencias libres:
microondas.
– Hay bandas libres para WLAN.
– Necesitan una licencia del ministerio.
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Inalámbrico
– Radioenlaces de
microondas.
• Propagación
rectilínea.
• No puede haber
obstáculos.
• Alcance 30 Km.
• Bajo coste de la
obra civil.
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Inalámbrico
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Inalámbrico
• Comunicación
visual:
– Espectro no
visible.
– No necesitan una
licencia del
ministerio.
– Desvanecimiento
por lluvia, niebla
y turbulencias.
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Estándares nivel 1
– 1.3.- Estándares nivel 1
•
•
•
•
Ethernet
Media Independent Interface
Token Ring
FDDI
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Estándares de nivel 1
• Tecnologías Ethernet
– A cada tecnología de ethernet le
corresponde su medio físico.
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Estándares de nivel 1
• ETHERNET de 10Mbps
– 10BASE5 (1980)
•
•
•
•
10 Mbps
500m (con repetidores 2500m)
Banda base
Thick Ethernet o ethernet gruesa
– 10BASE2(1985)
•
•
•
•
•
10 Mbps
200m
Banda base
Thin Ethernet o ethernet fino
Coaxial 50Ώ con terminadores
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Estándares de nivel 1
• 10BASE-T (1990)
– 10 Mbps
– 100m
– Banda base
– Par trenzado UTP categoría 3
– Semiduplex y full-dúplex
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Estándares nivel 1
•
Ethernet de 100Mbps o Fast Ethernet
– 100BASE-TX (1995)
•
•
•
•
•
100Mbps
100m
Par trenzado UTP categoría 5
Semiduplex y full-dúplex
Mismos pines 10BASE-T
– 100BASE-FX
•
•
•
•
•
100Mbps´+100Mbps full-dúplex
La fibra siempre se utiliza de manera full-dúplex.
200m a 400m
Backbone substituida por Gigabit Ethernet.
Full-dúplex
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Media Independent Interface
• Desarrollado para las redes Fast Ethernet
• MII (Media Independent Interface o
interfaz independiente de medios)
• Ofrece un modo flexible de soportar
distintos medios de 100 Mbps.
• MII es un modo popular de conectar
enlaces 100BASE-FX a los dispositivos
Fast Ethernet basados en cobre.
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Media Independent Interface
La MII incluye 4 grupos de señales:
transmisión, recepción, control de colisión,
manejo y alimentación.
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Estándares nivel 1
– 100BASE-T2
• Uso de dos pares
• pares restantes se pueden aprovechar para servicios de baja
velocidad, tales como telefonía
• Full-duplex
• 100Mbps
• 100 m
• Par trenzado UTP categoría 3 o superior
– 100BASE-T4
• Uso de los cuatro pares
• Dos en modo bidireccional y dos en modo unidireccional.
• En cualquier dirección, siempre se usan tres pares para
transmitir datos.
• Cuarto se emplea para la detección de la colisión.
• 100Mbps
• 100m
• Par trenzado UTP categoría 3 o superior
• Semiduplex
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Estándares de nivel 1
• Ethernet de 1Gbps o Giga Ethernet
– 1000BASE-T
•
•
•
•
Cable de pares categoría 5e.
Utiliza los 4 pares (250Mbps por par)
Full-dúplex y semidúplex.
100 m
– 1000BASE-SX
• multimodo 850 nm. LED
– 1000BASE-LX mono y multimodo 1310nm
• Monomodo láser distancias 5000m
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Estándares de nivel 1
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Estándares de nivel 1
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Bibliografía
•
Modelo de interconexión de sistemas abiertos
– http://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_de_interconexi%C3%
B3n_de_sistemas_abiertos
•
Curso: CCNA™
– Cisco Certified Network Associate
– http://www.cisco.com/web/learning/netacad/
•
Tipos de redes
– http://www.htmlweb.net/redes/topologia/topologia_1.html
•
Nivel físico
– http://atc.inf-cr.uclm.es/Asignaturas/topic/Redes4/
•
Ethernet: de 2,94 a 1000 Mb/s en 25 años.
Segunda parte: El Medio Físico
– http://www.rediris.es/rediris/boletin/48/enfoque1.html
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Bibliografía
• Guía didactica de Ethernet:
“Principios Básicos”
– http://www.consulintel.es/Html/Tutoriale
s/Lantronix/guia_et_p1.html
• The Physical Media
– http://www.trendcomms.com/multimedia
/training/broadband%20networks/web/
main/Ethernet/Theme/Chapter1/EnetPh
ysicalMedia.html
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