B - Servidor de Teoria de la Señal

1
Redes de Comunicación II
Módulo II. Redes de área local
Tema 5. Redes LAN
Tema 5. LAN
2
Índice
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Introducción
Arquitectura
Capa física
Subcapa MAC
Supcapa de enlace
IEEE 802
802.3
3 y sistema
it
Eth
Ethernett
IEEE 802.5: Token Ring
Ethernet de alta velocidad y Gigabit
Fiber Distributed Data Interface (FDDI)
LANs inalámbricas y estándar IEEE 802.11
Tema 5. LAN
3
Introducción
• Características fundamentales
▫ Distancia de cobertura relativamente pequeña (cientos de metros)
▫ Medio de transmisión compartido
x Requiere protocolos de acceso al medio (MAC)
▫ Velocidad de transmisión elevada (hasta Gbps)
▫ BER muy pequeña (10-8)
(10 8)
▫ Gestión: corresponde al propietario
x Alcance limitado, recinto privado
• Objetivos
▫ Compartir recursos hardware y software
x Impresoras, servidores,…
▫ Comunicación
• Usos básicos
▫ Redes domésticas
▫ Redes
edes pequeñas
peque as empresas
e p esas
Tema 5. LAN
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Arquitectura
Capas Superiores
Subcapa de enlace
Subcapa MAC
Capa física
Capa
p de
enlace
Tema 5. LAN
5
Capa física
Medios y tipos de transmisión
• Medios de transmisión
▫ Par trenzado. Ejemplo: sistema 100BASE-T
x 100BASE
100BASE-TT significa: 100 Mbps,
Mbps transmisión en banda base
base, par
trenzado
▫ Cable coaxial. Ejemplo: redes de cable
▫ Fibra óptica
óptica. Ejemplo: sistema 100BASE-FX
▫ Aire. Redes LAN inalámbrica (WLAN)
• Tipo de transmisión
▫ Banda
B d B
Base
x Representación: XBASEY
▫ Banda ancha
x Se denota como: XBROADY
x X: velocidad de transmisión, en Mbps
x Y: relacionada con las características del medio de transmisión
x 10BASE5: 10 Mbps,
b transmisión
ó en BB, 500 m d
de llongitud
dd
de cable
bl
x 100BASE-T: 100 Mbps, transmisión en banda base, par trenzado
Tema 5. LAN
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Capa física
Códigos de línea y modulaciones
• Código de línea
▫ Manchester (en Ethernet)
▫ Manchester
M h t dif
diferencial
i l ((en redes
d en anillo
ill con paso d
de
testigo)
▫ 4B5B/NRZI en redes en anillo basadas en fibra óptica
(FDDI) y Ethernet de alta velocidad
• Transmisión en banda ancha
▫ Modulación digital
x
x
x
x
x
ASK
FSK
BPSK, QPSK,
16-QAM, 64-QAM
Modulación multi-portadora OFDM
Tema 5. LAN
7
Capa física
Topología: bus, árbol, anillo y estrella
• Topología en bus
▫ Estaciones distribuidas linealmente a lo largo
g del
medio de transmisión
▫ La transmisión de una estación
x Se propaga en ambos sentidos
x Se recibe en el resto de las estaciones
x Terminadores pasivos (óhmicos) para absorber señal y evitar
Medio de transmisión:
reflexiones
Terminador
Estación (host)
- Par de cobre
- Coaxial
- Fibra óptica
Tema 5. LAN
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Capa física
Topología: bus, árbol, anillo y estrella
• Topología en Árbol
▫ Varios buses
x Conectados a un punto común (“punto raíz”)
Punto
raíz
Tema 5. LAN
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Capa física
Topología: bus, árbol, anillo y estrella
• Topología en Anillo
▫ Estaciones distribuidas a lo largo de un medio de
transmisión cerrado (sin extremos)
▫ La transmisión efectuada por una estación se propaga
por el medio de transmisión y termina llegando
▫ Sentido de p
propagación
p g
único p
para evitar colisiones
anillo
host
Tema 5. LAN
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Capa física
Topología: bus, árbol, anillo y estrella
• Topología en Estrella
host
▫ Todas las estaciones conectadas a un hub
▫ El hub retransmite los datos
▫ Dos tipos de hubs
x De difusión
x Retransmisión hacia todas las estaciones o host
x De conmutación
x Retransmisión solo hacia el host destino
Hub
Tema 5. LAN
Capa física
Interfaces de conexión
• Interfaz de la conexión de las estaciones al medio de
transmisión
• Consiste en una tarjeta NIC (Network Interface Card)
• Ejemplo: RJ-45
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Tema 5. LAN
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Capa de enlace
Subcapa MAC (Medium Access Control)
• En este tema: CSMA/CD y “Paso de testigo”
▫ CSMA/CD
x Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection
x Proceso
x Cuando un ordenador quiere transmitir,
transmitir “escucha
escucha el bus”
bus
▫ Sí está ocupado, entonces espera un tiempo aleatorio
▫ Si está libre, comienza a transmitir
x Si hay colisión:
▫ Para la transmisión
▫ Emite “señal de atasco”
▫ Espera
E
tiempo
i
aleatorio
l
i ((para di
disminuir
i i probabilidad
b bilid d d
de nueva
colisión
x Si crece el número de estaciones, aumenta la probabilidad de
colisión
l ó
Tema 5. LAN
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Capa de enlace
Subcapa MAC (Medium Access Control)
Paso de
d testigo
i
1. El testigo
circula por el
medio
token
B
A
3. B copia la
trama
2. A drena el testigo y
genera una trama
hacia B
B
B
A
4. A drena su trama y
regenera el testigo
B
B
B
A
B
A
Tema 5. LAN
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Capa de enlace
Subcapa de enlace
• Protocolo más utilizado: LLC (Logical Link Control)
▫ Descrito en IEEE 802.2
▫ trama LLC:
x 4 campos (origen, destino, control de flujo, datos)
x encapsulada sobre el campo de datos de la trama MAC
PDU de capas superiores
PDU LLC
PDU MAC
cabecera
cabecera
cabecera
DATOS
DATOS
DATOS
cola
Tema 5. LAN
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Estándar LAN IEEE 802.3 y sistema Ethernet
• Características del sistema Ethernet
▫
▫
▫
▫
▫
Topología: en bus
p
Velocidad de transmisión: 10 Mbps
Transmisión: en banda base
Codificación: Manchester
Medio de transmisión: coaxial
• Tomando como referencia Ethernet, IEEE especificó el estándar 802.3
▫ Sistemas 10BASE5 y 10BASE2
x Obsoletos
Ob l t
x Topología en bus
▫ 10BASE-T
x Topología en estrella
x Medio de transmisión: par trenzado
▫ 10BASE-F
x Topología en estrella
x Medio de transmisión: fibra óptica
Fibra óptica
o par trenzado
t
d
Hub
Tema 5. LAN
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LAN IEE 802.5: Token
k Ring
Topología en anillo. Protocolo MAC de paso de testigo
1. El testigo
circula por el
medio
token
B
A
3. B copia la
trama
2. A drena el testigo y
genera una trama
hacia B
B
B
A
4. A drena su trama y
regenera el testigo
B
B
B
A
B
A
Tema 5. LAN
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Ethernet de Alta Velocidad y Gigabit
• Notas introductorias
▫ Los estándares IEEE estudiados hasta ahora se
consideran básicos ya que:
x La velocidad de transmisión q
que consiguen
g
es p
pequeña
q
p
para
algunas aplicaciones actuales
x Constituyen la base conceptual de otros estándares más
avanzados,
d como por ejemplo:
j
l
▫
▫
▫
▫
Fast Ethernet
g
Ethernet Gigabit
Fiber Distributed Data Interface (FDDI)
Wireless LAN (WLAN)
Tema 5. LAN
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Ethernet de Alta Velocidad y Gigabit
• Fast Ethernet
▫
▫
▫
▫
Norma IEEE 802.3u
V l id d 100 Mb
Velocidad:100
Mbps
Compatible con estándar a 10 Mbps
Técnicas de codificación distintas de la del estándar IEEE
802.3. Ejemplo: 4B/5B-NRZI
▫ 100BASE-T:
x Par trenzado UTP Cat.5
Cat 5
x Longitud máxima: 100 m.
x Topología en estrella
▫ 100BASE-F:
100BASE F:
x Fibra óptica
x Longitud máxima: 2 km
x Topología en estrella
Hub
Fibra óptica
o coaxial
Tema 5. LAN
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Ethernet de Alta Velocidad y Gigabit
• Ethernet Gigabit
▫
▫
▫
▫
▫
Norma IEEE 802.3z
Velocidad: 1000 Mbps = 1 Gbps
Codificación: 8B/10B
Topología en estrella, pero en este caso conmutada
Hub de
Soporta distintos medios de transmisión:
conmutación
ió
x Par trenzado (1000BASE-T)
x Fibra óptica monomodo (1000BASE-LX)
(1000BASE LX)
x Fibra óptica multimodo (1000BASE-SX)
Hub
Tema 5. LAN
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Fiber Distributed Data Interface (FDDI)
• Similar a IEEE 802.5
▫ Topología
p g en anillo
▫ Técnica de acceso al medio: paso de testigo
▫ Amplio uso como red troncal (backbone) para la
interconexión de otras LANs
LAN “1”
• Características básicas
▫ Velocidad
V l id d d
de transmisión:
i ió 100 Mb
Mbps
▫ Codificación: 4B/5B-NRZI
▫ Soporta distintos medios de transmisión:
LAN “2”
x Par trenzado para distancias máximas en trono a 100 m.
x Fibra óptica para longitud de anillo de 200 km y con hasta
500 estaciones conectadas
Tema 5. LAN
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WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi)
EEstación
ió
móvil
(portátil)
• Introducción
▫ Motivación
x Satisfacer necesidades de movilidad
x Dar cobertura en lugares difíciles de cablear
x Añadir nuevos ordenadores
Estación
base
ME
▫ Principales tecnologías de acceso inalámbrico
x Infrarrojos (≈ 900 nm)
x Espectro expandido ( ≈ 2 GHz)
x Microondas de banda estrecha
BS
( ≈ 10 − 20 GHz)
▫ Aplicaciones
x
x
x
x
Ampliación de redes LAN
Interconexión de edificios
Acceso nómada
Redes “ad
ad hoc”
hoc
Acceso
inalámbrico
ME
Célula
ME
Tema 5. LAN
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WLAN y estándar IEEE 802.11
802 11 (Wi-Fi)
(Wi Fi)
Ejemplo de WLAN con dos celdas
ME
ME
Access point (AP)
BS
ME
ME
ME
ME
ME
BS
ME
ME
Célula 2
Célula 1
LAN
troncall
cableada
Tema 5. LAN
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WLAN y estándar IEEE 802.11
802 11 (Wi-Fi)
(Wi Fi)
Arquitectura conceptual de 802.11
Extended Service Set (ESS)
“Conjunto de servicios ampliado”
(conexión de varios BBS con el sistemas de
distrib ción a través
distribución
tra és de una
na parte funcional
f ncional del
AP llamada portal)
Basic Service Area (BBA)
“Area básica de servicios”
Sistema de distribución
(área geográfica de cobertura)
ME
ME
ME
ME
BSS
BSS
AP
ME
ME
AP
ME
ME
ME
ME
BSS
ME
Basic
B
i Service
S i Set
S (BBS)
“Conjunto básico de servicios”
(Se corresponde en la práctica con una celda)
BSS
Tema 5. LAN
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WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi)
• Tecnologías WLAN
▫ WLAN de infrarrojos
▫ WLAN de espectro
p
expandido
p
▫ WLAN de microondas de banda estrecha
▫ WLAN de infrarrojos
x Ventajas
j
x Reflexión difusa
▫ Cobertura en toda la habitación
x Luz infrarroja no atraviesa paredes
▫ Más
á seguras, no h
hay escuchas
h
▫ En cada habitación, una WLAN de IR
x Equipos sencillos y baratos
▫ Modulación ASK
x Inconvenientes
x La radiación IR contenida en la luz solar y artificial es una fuente de
ruido
▫ Para mantener la S/N hay que aumentar la potencia del transmisor pero sin
superar un límite (daños en los ojos, consumo excesivo)
Tema 5. LAN
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WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi)
• Técnicas de transmisión en WLAN de IR
▫ Direccional
x Enlace punto a punto
x Largo alcance si hay “línea de visión”
x Ejemplo:
Ej
l para conectar
t edificios
difi i
▫ Omnidireccional
ME
BS
▫ Difusión
Tema 5. LAN
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WLAN y estándar IEEE 802.11
802 11 (Wi-Fi)
(Wi Fi)
Resumen propiedades WLAN de IR
LAN de Infrarrojos
Velocidad (Mbps)
¿Estacionario o móvil?
Alcance (m)
IR difuso
IR haz directo
1- 4
1- 10
Estacionario / Móvil
Estacionario con LOS
((Line off Sight)
g )
15 - 60
25
900 nm
Longitud
g
de onda
Modulación
ASK
Pot. radiada
-
MAC
CSMA
CSMA
Tema 5. LAN
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WLAN y estándar IEEE 802.11
802 11 (Wi-Fi)
(Wi Fi)
WLAN de espectro expandido
Espectro expandido
Velocidad (Mbps)
¿Estacionario o móvil?
Alcance (m)
Salto de frecuencia
Secuencia directa
1-3
2-50
Estacionario/
Móvil
Estacionario/
Móvil
30-100
30
100
30-250
30
250
~ 900 MHZ
~ 2,4 GHz
~ 5,7 GHz
Frecuencia
Modulación
FSK
<1 W
Pot. radiada
MAC
QPSK
CSMA
CSMA
Tema 5. LAN
28
WLAN y estándar IEEE 802.11
802 11 (Wi-Fi)
(Wi Fi)
WLAN de radio
Radio
Mi
Microondas
d de
d banda
b d estrecha
t h
Velocidad (Mbps)
¿Estacionario o móvil?
10-20
Estacionario/Móvil
Alcance (m)
10-40
Frecuencia
~ 900 MHZ
~ 5,5 GHz
~ 19 GHz
Modulación
QPSK
Pot. radiada
25 mW
MAC
CSMA
Tema 5. LAN
29
WLAN y estándar IEEE 802.11
802 11 (Wi-Fi)
(Wi Fi)
Comparativa accesos
Infrarrojo
Velocidad
(Mbps)
¿Estacionario
o móvil?
Alcance (m)
Espectro expandido
IR difuso
dif
IR haz
h directo
di t
SSalto
lt de
d
frecuencia
SSecuencia
i
directa
Microondas
Mi
d de
d
banda estrecha
1-4
1-10
1-3
2-50
10-20
Estacionario
/Móvil
Estacionario
con LOS
Estacionario/
Móvil
Estacionario
/Móvil
Estacionario/
Móvil
15-60
25
30-100
30-250
10-40
Longitud de
onda/
f
frecuencia
i
900 nm
Modulación
ASK
~ 900 MHZ
~ 2,4 GHz
~ 5,7 GHz
FSK
~ 900 MHZ
~ 5,5 GHz
~ 19 GHz
QPSK
<1W
Pot. radiada
MAC
Radio
CSMA
CSMA
CSMA
QPSK
25 mW
CSMA
CSMA
Tema 5. LAN
30
WLAN y estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi)
•
Nota: OFDM-WLAN