ETHERNET: Temporizacin, colisiones, errores y autonegociacin..Autor: Otto C. Peterssen Entralgo

Objetivos.1.- Analizar la temporizacin en Ethernet.2.- Explicar en que consisten las colisiones y los tipos y sus efectos sobre la red.3.- Analizar los diferentes tipos de errores y sus efectos sobre la red.4.- Analizar la autonegociacin para la configuracin de dos socios en un enlace.

Ethernet y el Modelo OSIEthernet opera en las dos capas inferiores del OSI (capa 1 y subcapa MAC) y de acceso a la red en TCP/IP.

Estructura de la trama 802.3El campo Longitud/Tipo indicar la longitud de la trama si el valor es menor a 0600 en hexadecimal.

El campo Longitud/Tipo indicar el protocolo de la capa 3, si el valor es mayor a 0600 (equivalente a 1536 bytes) que es el tamao estndar de trama Ethernet indicado.

NOTAR que DirDst+DirOrg+Long+46+FCS=64 bytes (trama mnima)

Control de Acceso al Medio (MAC)PROTOCOLO DETERMINSTICO: los hosts deben esperar hasta que tengan el turno para transmitir. Este es el mtodo de acceso de las redes Token Ring y FDDI.

PROTOCOLO NO DETERMINSTICO: utilizan el enfoque el primero que llegue es el primero que se sirve. Este es el mtodo de Ethernet 802.3 (CSMA/CD-Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD).

Colisin5000 mts se recorren en 50useg a 100000 Km/seg

Ranura TemporalLa estacin que est transmitiendo debe mantenerse transmitiendo hasta que le llegue el efecto de la colisin; por eso, es necesario que exista trama de longitud mnima en Ethernet.

Ranura Temporal 512 bits (10 en Mbps)La estacin que est transmitiendo debe mantenerse transmitiendo hasta que le llegue el efecto de la colisin; por eso, es necesario que exista trama de longitud mnima en Ethernet.La longitud mnima es de 512 bits en 10 y 100 MbpsEl segmento en 10Mbps es de 2500 mts y a 100000 Km/s de Velocidad de Propagacin promedio, contando repetidores intermedios, hace que el tiempo de ranura (ida y vuelta) sea de 50us, se usa 51,2 us.,o sea, el tiempo de 512 bits.

Ranura Temporal en 100 Mbps (512 bits)La longitud mnima es de 512 bits en 10 y 100 MbpsSi se usan 512 bits como longitud mnima de trama, implica que 512 bits * 0,01 us/bits = 5,12 us demora la trama mnima. En un cable UTP la velocidad es de aproximadamente 200 000 Km/s y esto hace que 5,12 us * 200 000 Km/s = 512 mts de ida y vuelta. Normalmente, el largo de segmento es 100 mts.

Ranura Temporal en 1000 Mbps (4096 bits)La longitud mnima es de 4096 bits en 1000 Mbps Si se usaran 512 bits como longitud mnima de trama, implica que el segmento sera de 25 mts y sera muy corto, por ello se aument la longitud mnima a 4096, o sea, ocho veces ms, por tanto, el segmento podra ser de 200 mts semiduplex con un repetidor.

CSMA/CD No Determinstico

Temporizacin de EthernetLa seal elctrica tarda un tiempo en propagarse (retardo).

Cada repetidor tiene una latencia.

La que transmite debe mantenerse transmitiendo hasta sentir la colisin.

Si la capa MAC no puede enviar la trama despus de diecisis intentos, abandona el intento y genera un error en la capa de red.

Temporizacin de Ethernet: conclusiones 1

Para que una Ethernet de 1000 Mbps pueda operar en half duplex, se agreg un campo de extensin al enviar tramas pequeas para garantizar sentir el efecto de la colisin, pues de otra forma habra que disminuir demasiado el tamao del segmento y lo hara poco prctico. Por eso, en 10 Gbps no se permite half-duplex.

Temporizacin de Ethernet: conclusiones 2Las estaciones que son full duplex disminuyen la posibilidad de las colisiones y eliminan la ranura temporal.

Para redes grandes es recomendable NICs full duplex.

Aumentar la distancia fuera del estndar, aumentar latencia con los equipos, entre otros cosas, hace disminuir el rendimiento.

Espacio entre tramas EthernetEs el espacio entre dos tramas que no han sufrido colisin medido desde el ltimo bit del campo de la FCS de la primera trama hasta el primer bit del prembulo de la segunda trama.

Una vez enviada la trama, todas las estaciones de Ethernet de 10 Mbps deben esperar un mnimo de 96 tiempos de bit antes de intentar transmitir, para que las estaciones lentas tengan tiempo para procesar la trama anterior y prepararse para la siguiente trama.

Como los repetidores regeneran el prembulo completo puede disminuir el espacio entre tramas y debe suponerse que podr ocurrir.

Tratamiento de ColisionesDespus de la colisin y de que todas las estaciones permitan que el cable est inactivo (cada una espera espacio intertrama):1.- las estaciones en conflicto esperan tiempo adicional medido en rTiempos de ranura, donde r se elige aleatoriamente por cada estacin, entre el valor 0 y 2k.2.- k es igual al nmero de intentos de transmisin o retransmisin

Tratamiento de Colisiones3.- El mximo nmero de intentos es 16 pero para k se limita al valor mximo de 10, o sea, cuando se intente la vez once, k se toma tambin como 10.4.- Despus del intento nmero 16 se enva error a la capa de red para que decida que hacer, pues la de enlace cesa de intentar transmitir.

Tipos de ColisionesLas colisiones se clasifican en LOCALES, REMOTAS y TARDAS.

Colisiones Locales En una colisin local, la seal viaja por el cable hasta que encuentra una seal que proviene de la otra estacin, se superponen cancelando algunas partes de la seal y reforzando o duplicando otras. El exceso de voltaje se detecta como colisin.

La estacin que inici primero la transmisin detecta una seal en el par de recepcin (RX) al mismo tiempo que est enviando una seal en el par de transmisin (TX).

La NIC reintenta transmitir automticamente hasta 16 veces y, si no puede, informa a la capa de red.

Colisiones RemotasLas colisiones remotas son tramas que miden menos que la longitud mnima, tienen un CRC invlido, pero no muestran sntomas de colisin local (exceso de voltaje o actividad de transmisin/recepcin simultnea).Generalmente son resultado de colisiones que se producen en el extremo lejano de una conexin con repetidores, dado que el repetidor no enva un estado de exceso de voltaje y no puede hacer que una estacin tenga ambos pares de transmisin y de recepcin activos al mismo tiempo.En las redes de UTP este es el tipo ms comn de colisin.La NIC reintenta transmitir automticamente hasta 16 veces y, si no puede, informa a la capa de red

Colisiones TardasSon colisiones que se producen despus que los primeros 64 octetos han sido transmitidos, por tanto, es un error pues nadie, adems de quien estaba transmitiendo, debi haber transmitido despus de los 64 octetos primeros de la trama ya que no cumplira el estndar.

Una NIC no retransmitir automticamente una trama que ha sufrido una colisin tarda, ni la informa. La detecta la capa superior.

La retransmisin de la trama se ejecutar en las capas superiores.

Verificacin del CRCUna trama recibida que tiene una CRC incorrecto, difiere de la transmisin original en al menos un bit.

Es probable que la informacin del encabezado sea correcta, pero se descarta la trama.

Una gran cantidad de errores FCS provenientes de una sola estacin pueden indicar: NIC defectuosa Falla o corrupcin en los controladores del software.Cable defectuoso que conecta esa estacin a la red.

Verificacin del CRCSi los errores FCS estn asociados con muchas estaciones pueden indicar: Cableado defectuoso. Versin defectuosa del controlador de la NIC. Puerto de hub defectuoso Ruido inducido en el sistema de cables.

Autonegociacin1.- Consiste en un proceso de intercambio de informacin entre dos socios de un enlace Ethernet para seleccionar velocidad y si el enlace ser semiduplex o duplex, y solo involucra la capa fsica.

Autonegociacin4.- La duracin de un NLP es 100 nseg y una rfaga tiene 33 pulsos: 17 de sincronismo y 16 de datos intercalados entre los de sincronismo. Los datos son para la negociacin que se estable en los enlaces punto a punto.

ConclusionesDebe respetarse la temporizacin y tomar en cuenta los aspectos que la pueden alterar en forma no conveniente, pues pueden producir detrimento en el rendimiento y hacer inoperable la red. Estos efectos se aprecian ms cuando existe alta carga en la red.

Las colisiones locales y remota son normales al funcionamiento de la red; pero las tardas son errores y debe prestarse atencin a su erradicacin.

La autonegociacin es un buen mtodo para que dos dispositivos punto a punto se configuren con los parmetros adecuados

Conclusiones

Los errores debidos a controladores inadecuados, puertos de hubs daados, mal cableado, malas conexiones a tierra deben atenderse y para evitarlos hay que regirse por las normas establecidas para el cableado y elegir los controladores adecuados.

Las herramientas no determinan todos los tipos de errores aqu expuestos, como por ejemplos los fantasmas, y hay que tenerlo en cuenta.

Estndares IEEE 802.310 Base5 500 mts, coaxial 50 ohms N-Style 80

10 Base2 185 mts, coaxial 50 ohms BNC 85

10BaseT 100 mts UTP RJ-45 100 ohms

1000Base-TX 100 mts UTP RJ-45 100 ohms 95

100 Base-FX 228 412 mts Fibra MM 95

1000Base-T 100 mts UTP RJ-45 100 ohms 95

1000Base-SX 220-550 mts Fibra MM 98

1000Base-LX 550-5000 mts Fibra MM 98

Estndares IEEE 802.3La 10Base 5, asincrnica, puede estar inactiva (0Volts), seal entre 0 y 1 Volts, codificacin Manchester, 5 segmentos de 500 mts cada uno, con 4 repetidores, solo semiduplex y CSMA/CD.

100BaseFX y 100Base TX son duplex y sincrnica pero puede configurarse administrativamente como semiduplex y aqu se simula la colisin, o sea, colisin es si se est recibiendo y transmitiendo a la vez por una interfaz. No necesita informacin de temporizacin, se usa por compatibilidad. La 100BaseTX usa 4B/5B y MLT-3

1000BaseT es duplex y forzarla a semiduplex implica limitarla en longitud de segmento y el uso de la sobrecarga por trama mnima.

Estndares IEEE 802.3 1000 MbpsEn 1000 BaseT utiliza dos sistemas de codificacin, primero 8B1Q4 y luego el 4D-PAM5 (4-dimensional 5 level amplitud modulation), para lograr sincronizacin, S/N y poder trabajar con los 4 pares full duplex, o sea, transmitiendo y recibiendo a la vez por los mismos 4 pares a 250 Mbps. La trama tiene smbolos de control y de datos.En 1000 BaseX se utiliza 8B10B y codificacin NRZ de luz sobre fibra ptica.Todas las tecnologas Gbe son duplex intrnsicamente y solo la de 1Gbps puede administrativamente hacerse semiduplex; la de 10 Gbps no, siempre duplex.

Estndares IEEE 802.3 1000 MbpsEn los perodos de inactividad hay hasta nueve niveles de voltaje diferentes en el cable y durante los perodos de transmisin de datos son 17 estos niveles.Los datos que provienen de la estacin transmisora se dividen en cuatro flujos paralelos de bits y luego se codifican para ser transmitidos. El receptor detecta estos cuatro flujos de bits en paralelo los reensembla en una sola corriente de bits como eran originalmente antes de transmitirse.