APUNTES SOBRE ETHERNET.

Ing. Alberto Varela. 5/10/96. Parte 1

Boceto original del inventor de Ethernet.
[Ethernet, CSMA/CD, Hub, PDV, PVV, IPG,SVV ]


Red Ethernet:

 Una Red Ethernet es un tipo particular de cableado de red más un grupo de especificaciones de señalización que cubren las capas 1 (Física) y 2 (Enlace) del modelo OSI.

Es una red de banda base, o sea que provee un único canal de comunicación sobre el medio físico (cable), de forma que solo puede usarlo un dispositivo a la vez.

 

Ethernet, como red de medio compartido, usa un mecanismo de acceso basado en la contención. Para ello usa un protocolo llamado CSMA/CD : carrier sense mulptiple access whit collision detection.


CSMA/CD:

 Una estación "escucha" la línea antes de trasmitir datos. Si ninguna otra estación lo está haciendo, entonces envía sus datos. Si la red está ocupada, espera. Si dos estaciones comienzan a trasmitir al mismo tiempo se produce una "colisión". En este caso ambas estaciones detectan la colisión y cesan el envío. Cada una de ellas espera un tiempo y vuelve a intentar.(Este retardo es de valor aleatorio para cada una, para minimizar la posibilidad de que nuevamente ambas estaciones colisionen).

Topología de red.

 La topología de la red ethernet es por definición un "bus". Cada estación está ligada en "paralelo" al bus. Cada estación escucha los paquetes y si la dirección de destino es la propia (MAC address) lo recibe y procesa. Si no es para ella lo descarta.

En la práctica actual es más corriente usar topologiás físicas "estrellas", si bien a nivel lógico siguen siendo "Bus". Un concentrador "hub" es algo así como un lugar común de conexión en paralelo al Bus. (Además los Hubs brindan funciones eléctricas adicionales, tales como separación, restauración de nivel y, en los más elaborados, mejora de parámetros que alteran los valores de señal ligados a la frecuencia (esta última función anteriormente era realizada sólo por dispositivos llamados repetidores)).
Si bien lo visto se corresponde con un único punto de concentración (topología en "estrella"), es extensivo al uso de varios hubs ligados entre si en un formato jerárquico, como una topologiá física "arbol". (A veces se denomina "estrella jerárquica", si bien debe recordarse que desde el punto de vista lógico sigue siendo un "Bus").


Extensión física de una red Ethernet

 Cuando una estación pone un paquete de datos en la red, este tarda un tiempo en ser recibido por cada una de las demás estaciones. Ese tiempo depende de la velocidad de propagación del medio físico ( enlace) que se esté usando y de las distancias en juego.
Si el camino entre dos estaciones cualesquiera de la red involucra mucho tiempo, pude ocurrir que una de ellas trasmita integramente un paquete corto (de longitud mínima) sin detectar colisión cuando la otra está haciendo lo mismo. Entonces la primera estación no registra que ha habido colisión de paquetes, violando la regla básica del protocolo CSMA/CD (el conocimiento por parte de la estación que trasmite de que ha habido colisión, antes de que finalice su envío).

Lo anterior es una de las principales limitaciones en la extensión física de las redes Ethernet.

 Para cuantificar este efecto se definen dos parámetros: PDV y PVV.


PDV (Path Delay Value)

Valor de retardo de camino: Es el tiempo que tarda un paquete en viajar entre las estaciones más alejadas entre si en la Red. (En otras palabras es el mayor tiempo que puede darse en una red para que entre dos estaciones cualesquiera se envíe un paquete).

 En realidad es la mitad de tiempo de una comunicación ida y vuelta.

Por definición, en una red Ethernet a 10 MHz el máximo PDV aceptado es el tiempo requerido para trasmitir 575 bits, con codificación Manchester (Un uno es representado por una transición de negativo a positivo y un cero es representado como un transicion de positivo a negativo). Este es el máximo retardo que asegura la correcta detección de colisiones.


PVV (Path Variability Value) 

Valor de Variabilidad del Camino: La distancia (en el tiempo) entre el fin de un paquete y el inicio de otro en la red se ve reducida cada vez que se interpone un hub en el camino. Esto se debe a que cada paquete es ajustado al reloj (retiming) para limpiarlo de "jitter" de señal (Bailoteos, variaciones temporales) acumuladas durante la trasmisión por el medio y las interfaces. Este proceso de "retiming" generalmente incrementa la longitud del aérea de preámbulo del paquete (La serie de bits sin datos en el principio de cada paquete y que establecen el "timing" de los bits de datos de ese paquete).

Esto extiende los paquetes, avanzando al espacio de tiempo reservado como IPG (Interpacket Gap) (Espacio entre paquetes). Después de varios pasajes por Hubs puede ocurrir que el IPG entre dos paquetes sea tan pequeño que el DTE (data terminal eq.) o sea la estación receptora, pierda paquetes correlativos por poco espaciado, ya que se hace dificil completar el proceso de recepción de cada uno. Cada incremento añadido por un hub se llama SVV (Segment Variability Value). La suma de todos los SVV en el camino de peor caso se denomina PVV (Path Variability Value). Su valor debe ser menor a 49 bits.

A veces es dificil determinar los valores de PDV y de PVV, por lo que se dan ciertas reglas empíricas de diseño de red que unidos al uso de elementos y equipos estandarizados, dan una cierta seguridad que no se exceden los valores máximos. Estas reglas, para una red Ethernet 10 Base T son sencillas:



En redes con cinco hubs en el camino más largo, además debe cumplirse:
  • Todos las conexiones a NIC (Netware Interface Card) serán tanto 10 Base-T o 10 Base-FL.
  • Ningún cable final de receptor o transmisor (NIC no integrada) excederá los 100 m.
  • La longitud total sumada de fibra entre Hubs no excederá de 2500 m.
  • Ninguna conexión de cable AUI excederá de 2 m.


  • En redes con cuatro hubs en el camino más largo, además debe cumplirse:
    En redes con tres hubs en el camino más largo, además debe cumplirse:
    En redes con dos hubs en el camino más largo, además debe cumplirse:



    fecha de última modificación  Oct 20/97.