IP reference

Referencia Técnica de Redes, Protocolos, Modelo OSI, TCP/IP, y otras tecnologías.

Archive for 28 noviembre 2008

El modelo jerárquico de 3 capas de Cisco

Posted by Luis R. en 2008/11/28

La jerarquía tiene muchos beneficios en el diseño de las redes y nos ayuda a hacerlas más predecibles. En si, definimos funciones dentro de cada capa, ya que las redes grandes pueden ser extremadamente complejas e incluir múltiples protocolos y tecnologías; así, el modelo nos ayuda a tener un modelo fácilmente entendible de una red y por tanto a decidir una manera apropiada de aplicar una configuración.

Ciscos Hierarchical Model

Cisco's Hierarchical Model

Entre las ventajas que tenemos de separar las redes en 3 niveles tenemos que es más fácil diseñar, implementar, mantener y escalar la red, además de que la hace más confiable, con una mejor relación costo/beneficio. Cada capa tiene funciones específicas asignadas y no se refiere necesariamente a una separación física, sino lógica; así que podemos tener distintos dispositivos en una sola capa o un dispositivo haciendo las funciones de más de una de las capas.

Las capas y sus funciones típicas son:

  • La capa de Acceso (access layer): Conmutación (switching); controla a los usuarios y el acceso de grupos de trabajo (workgroup access) o los recursos de internetwork, y a veces se le llama desktop layer. Los recursos más utilizados por los usuarios deben ser ubicados localmente, pero el tráfico de servicios remotos es manejado aquí, y entre sus funciones están la continuación de control de acceso y políticas, creación de dominios de colisión separados (segmentación), conectividad de grupos de trabajo en la capa de distribución (workgroup connectivity). En esta capa se lleva a cabo la conmutación Ethernet (Ethernet switching), DDR y ruteo estático (el dinámico es parte de la capa de distribución). Es importante considerar que no tienen que ser routers separados los que efectúan estas funciones de diferentes capas, podrían ser incluso varios dispositivos por capa o un dispositivo haciendo funciones de varias capas.
  • La capa de Distribución (distribution layer): Enrutamiento (routing); también a veces se llama workgroup layer, y es el medio de comunicación entre la capa de acceso y el Core. Las funciones de esta capa son proveer ruteo, filtrado, acceso a la red WAN y determinar que paquetes deben llegar al Core. Además, determina cuál es la manera más rápida de responder a los requerimientos de red, por ejemplo, cómo traer un archivo desde un servidor.
    Aquí además se implementan las políticas de red, por ejemplo: ruteo, access-list, filtrado de paquetes, cola de espera (queuing), se implementa la seguridad y políticas de red (traducciones NAT y firewalls), la redistribución entre protocolos de ruteo (incluyendo rutas estáticas), ruteo entre VLANs y otras funciones de grupo de trabajo, se definen dominios de broadcast y multicast.
    Debemos evitar que se hagan funciones en esta capa que son exclusivas de otras capas.
  • La capa de Núcleo (core layer): Backbone; es literalmente el núcleo de la red, su única función es switchear tráfico tan rápido como sea posible y se encarga de llevar grandes cantidades de tráfico de manera confiable y veloz, por lo que la latencia y la velocidad son factores importantes en esta capa. El tráfico que transporta es común a la mayoría de los usuarios, pero el tráfico se procesa en la capa de distribución que a su vez envía las solicitudes al core si es necesario. EN caso de falla se afecta a todos los usuarios, por lo que la tolerancia a fallas es importante.
    Además, dada la importancia de la velocidad, no hace funciones que puedan aumentar la latencia, como access-list, ruteo interVLAN, filtrado de paquetes, ni tampoco workgroup access. Se debe evitar a toda costa aumentar el número de dispositivos en el Core (no agregar routers), si la capacidad del Core es insufuciente, debemos considerar aumentos a la plataforma actual (upgrades) antes que expansiones con equipo nuevo.
    Debemos diseñar el Core para una alta confiabilidad (high reliability), por ejemplo con tecnologías de Data Link (capa 2) que faciliten redundancia y velocidad, como FDDI, Fast Ethernet (con enlaces redundantes), ATM, etc, y seleccionamos todo el diseño con la velocidad en mente, procurando la latencia más baja, y considerando protocolos con tiempos de convergencia más bajos.
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Cableado Ethernet

Posted by Luis R. en 2008/11/22

Hay 3 tipos de configuración para el cableado UTP que es utilizado en las redes Ethernet:

  • Straight-through (o directo): que se utiliza para conectar un host a un switch o a un router, o un router a un switch o hub. 
  • Crossover: que se utiliza para conectar de un host a un host, de un switch a un switch, router a router, hub a switch, de router a host.
  • Rolled

Straight-Through

Se usan 4 alambres del cable en la configuración straight-through para conectar dispositivos Ethernet y es relativamente simple armar estos cables. Debemos notar que sólo se usan los alambres 1, 2, 3 y 6; pero esta configuración funciona sólo con Ethernet, no con voz, Token Ring, ISDN, etc.

1————1
2————2
3————3
6————6

Crossover

1————3
2————6
3————1
6————2

Se usan los mismos 4 pares, pero intercambiamos las posiciones. En realidad no importa mucho que colores se utilicen mientras un par trenzado se conecte a los pines 1 y 2, y el otro par a los pines 3 y 6, y dependiendo de si necesitamos un cable directo (straight-through) o un cable cruzado (crossover) vamos a usar alguna de estas dos configuraciones.

Rolled Cable

El cable rolado se utiliza para conectar un host a un puerto de consola de un router (puerto serial de comunicaciones). Si tienes dispositivos Cisco, lo común es usar un cable de este tipo para conectar una computadora que está ejecutando la Hyperterminal (a un router o un switch ).

1————8
2————7
3————6
4————5
5————4
6————3
7————2
8————1

Para ver un esquema o fotografías de los conectores, les recomiendo visitar el artículo de wikipedia referente al cableado categoría 5e o este documento que describe los estándares TIA568A y TIA 568B.

Y pueden visitar este artículo (cortesía de un amigo mío) para ver que no sólo una PC se puede conectar en Ethernet, hay variedad de dispositivos sobre los que se puede montar un adaptador Ethenet (NIC) para integrarlo a la red, en este caso, se usa para lectores de datos (lectores de tarjetas de identificación, lectores biométricos, checadores, etc.)

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Ethernet en la Capa Física

Posted by Luis R. en 2008/11/21

Ethernet fue implementado por Digital, Intel y Xerox, quienes crearon e implementaron las primeras especificaciones LAN para Ethernet en las que se basó la IEEE para crear su comité 802.3; ésta era una red de 10Mbps que funcionaba sobre cable coaxial y eventualmente sobre par trenzado y sobre fibra.

Posteriormente la IEEE extendió su comité 802.3 a dos nuevos comités, 802.3u (Fast Ethernet) y 802.3ab (Gigabit Ethernet en categoría 5) y finalmente 802.3ae (10Gbps sobre fibra y coaxial).

Es  de suma importancia entender las diferencias entre los medios que se utilizan para Ethernet, ya que los costos no son los mismos, y posiblemente pensemos en implementar 10Gbps pero la diferencia de inversión lo haría muy difícil; pero entendiendo los diferentes medios de transmisión disponibles, se puede llegar a una solución que mezcle distintas opciones y que funcione muy bien y que sea de una excelente relación costo/beneficio.

ethernet

ethernet

La EIA/TIA (Electronic Industries Association y la nueva Telecommunications Industry Alliance) son los organismos que crearon el cuerpo del standard de Ethernet para la capa física. La EIA/TIA especifica que Ethernet use un conector registrado (registred jack RJ) con una secuencia de cableado 4 5 sobre par trenzado sin blindaje (unshielded twisted-pair UTP) que resulta ser el RJ45.

Cada tipo de cable Ethernet que está especificado por la EIA/TIA tiene una atenuación intrínseca del medio, es decir, la pérdida de la fuerza de la señal que se tiene cuando la señal pasa por el medio y que es medida en decibeles (dB). El mercado mide esta atenuación en categorías y entre mayor es la calidad del cable, mayor es la categoría y por tanto, menor es la atenuación. Por ejemplo, la categoría 5 tiene más vueltas (en el trenzado) que la categoría 3 y por tanto tiene menor interferencia por inducción (crosstalk).

Algunos de los estándares originales de la IEEE 802.3 son:

10Base2 10Mbps en banda base, hasta 185mt de distancia entre nodos, también conocido como thinnet y soporta 30 nodos por segmento. Usa un bus lógico y físico con conectores AUI; el 2 significa casi 200m. Usa tarjetas Ethernet con conectores BNC (British Naval Connector, Bayonet Neill Concelman o Bayonet Nut Connector) y conectores T para conectarse a la red.

10Base5 10Mbps,en banda base (baseband) y hasta 500m de distancia. Se conocía como thicknet, usa una topología lógica y física de bus con conectores AUI, hasta 2500m con repetidores y 1024 usuarios por segmento.

10BaseT usando cableado categoría3. Se conecta a través de un hub o un switch, sólo un host por segmento de cableado, usa conectores RJ45 con topología en estrella y un bus lógico.

Cada estándar 802.3 define una unidad de acoplamiento (conector Attachment Unit Interface) que permite una transferencia de un bit a la vez hacia la capa física desde el método de acceso (MAC) de la capa de enlace de datos (Data Link Layer). Ésto permite que MAC permanezca sin cambios, mientras que la capa física puede irse actualizando para utilizar nuevas tecnologías. El conector AUI original era un conector de 15 pines, pero que no soporta los 100Mbps por las altas frecuencias involucradas. Así que 100BaseT necesitó una nueva interfase y en el IEEE 802.3u se creó una llamado Media Independent Interfase (MII) que tiene un throughput de 100Mbps, y utiliza un nibble definido de 4bits, y el Gigabit Ethernet MII transmite 8 bits a la vez.

802.3u (fast ethernet) es compatible con 802.3 porque comparten las mismas características físicas. Fast Ethernet y Ethernet usan la misma unidad máxima de transmisión (MTU), usan los mismos mecanismos MAC (de acceso al medio),y preservan el formato de frame (descrito en el post anterior) que es usado por 10BaseT Ethernet. Básicamente, fast ethernet es sólo una actualización del estándar 802.3 original, sólo que 10 veces más rápido.

Algunos estándares extendidos de 802.3:

100BaseTX (IEEE 802.3u) cableado categoría 5, 6 o 7 de la EIA/TIA sobre par trenzado. un host por segmento de cableado, hasta 100m de distancia, conectores RJ45 con topología lógica de bus y física de estrella.

100BaseFX (IEEE 802.3u) usa cableado de fibra multimodo de 62.5/125 micrones. Topología punto a punto, hasta 412m de distancia, conectores ST o SC.

1000BaseCX (IEEE 802.3z) par trenzado de cobre llamado twinax (un par de coaxiales balanceados) que sólo llegan a los 25m.

1000BaseT (IEEE 802.3ab) Categoría 5, cuatro pares de UTP y hasta 100m.

1000BaseSX (IEEE 802.3z) MMF con núcleo de 62.5 y 50 micrones, usa un LASER de 850nm (nanómetros) y puede llegar a los 220m con la fibra de 62.5 micrones y 550m con la fibra de 50 micrones.

1000BaseLX (IEEE 802.3z) Fibra mono-modo, que usa núcleo de 9 micrones y lásers de 1300 nanómetros que puede alcanzar distancias desde 3km hasta 10kilómetros.

La fibra óptica es inmune a la interferencia Electromagnética (EMI).

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Posted by Luis R. en 2008/11/12

Hoy tendré una cirugía y estaré incapacitado por algunos días, espero que podré volver pronto =)

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Ethernet en la capa de aplicación

Posted by Luis R. en 2008/11/02

El direccionamiento de Ethernet (MAC addressing) es responsabilidad de la capa de enlace de datos. Aquí también se hacen los Frames con datos provenientes de la capa de red, y se preparan para transmitirlos en la LAN.

Direccionamiento Ethernet (addressing)

Ethernet usa el Media Access Control Address (dirección MAC o física) de cada tarjeta de red que se compone de 48 bits o 6 bytes. 

MAC Address

MAC Address

El bit más significativo (extrema izquierda) es de Individual Group (I/G), si es un 0 podemos asumir que es la MAC address de un dispositivo y es parte del encabezado de MAC; si es 1 podemos asumir que es parte de un broadcast o multicast de Ethernet, o un broadcast o dirección funcional de en TR y FDDI.

El siguiente bit es Global/Local (G/L o también U/L universal local ). Cuando es 0, es una dirección globalmente administrada (por ejemplo por la IEEE), cuando es 1 es una dirección localmente gobernada y administrada (como con DECnet).

Estos dos bits forman parte de los primeros 24, los otros 22 se usan como identificador único asignado a la organización (Organizationally Unique Identifier OUI) que le asigna la IEEE a una organización y se supone que es única e irrepetible aunque no hay garantías.

Los 24 bits restantes menos significativos (mitad de extrema derecha) reprensentan la parte localmente administrada (por el fabricante) y es un número único para cada tarjeta; cada fabricante generalmente usa estos números como el número de serie.

Frames de Ethernet

La capa de enlace de datos combina los bits en bytes, y los bytes en frames; un frame es el paquete utilizado en esta capa y se usa para encapsular datos que vienen desde la capa de red para poder entrar a algún medio de transmisión.

Ethernet Frames

Ethernet Frames

La función de las estaciones Ethernet es pasar frames de datos entre sí usando un formato llamado MAC Frame Format, que entre otras cosas nos otorga detección de errores (no corrección) por un método llamado revisión de redundancia cíclica (Cyclic Redundancy Check o CRC).

Para el Frame de Ethernet descrito por el estándar IEEE 802.3 y el Ethernet II tenemos los siguientes campos:

  • Preámbulo (preamble) es un patrón de 1 y 0 que se repite y sirve para sincronizar el reloj a 5MHz al principio de cada Frame.
  • Start Frame Delimiter (SFD)/Synch, el preámbulo es de 7 octetos (bytes) y el SFD es de un byte (1010 1011) dond el último par de 1 permite que el receptor detecte el inicio de los datos.
  • Destination Address (DA) Es un valor de 48 bits que contiene la dirección MAC de destino, lo importante es que el primer bit que se envía aquí es el menos significativo (extremo derecho) es el primero que se transmite. Y cuando un host recibe el frame, lee este campo y determina si va destinado a él para procesarlo, en caso contrario, desecharlo. Este campo puede contener una dirección individual, o de multicast o de broadcast, y cuando es un broadcast, todo el campo está formado por 1s y se envía a todos los hosts, y cuando es multicast se envía sólo a un grupo de nodos similares en la red.
  • Source Address (SA) es una dirección MAC (48 bits) que identifica el origen del frame y al igual que el DA, envía primero el bit menos significativo. Es ilegal que tenga un formato de bradcast o multicast.
  • Longitud o tipo (length or type) 802.3 usa un campo de longitud, pero el Ethernet usa un campo de Tipo para identificar el protocolo de Red que contiene. 802.3 no puede identificar el protocolo que recibió y debe ser usado con un protocolo propietario (IPX por ejemplo) lo que le resta versatilidad.
  • Data es el paquete que se recibió de la capa de red, y su tamaño puede variar entre 64 y 1500 bytes.
  • Frame Check Sequence (FCS) es un campo al final del Frame donde se almacena el CRC.

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