Tema 2. Redes de Área Local PDF

Máster de Formación Permanente en Ingeniería de Producción y Explotación de Contenidos Módulo 5: Redes de ordenadores - Fundamentos de Redes IP Tema 2: Redes de Área Local David Fernández...

Máster de Formación Permanente en Ingeniería de Producción y Explotación de Contenidos Módulo 5: Redes de ordenadores - Fundamentos de Redes IP Tema 2: Redes de Área Local David Fernández Curso 2024/25 Tema 2: Redes de Área Local 1 Contenido Escenario genérico AVoverIP Fundamentos de redes Ethernet. Conmutadores Ethernet. Estándar IEEE 802.3. Algoritmo Backward Learning Agregación de enlaces. IEEE 802.3ad (LACP) Segregación de LAN: VLAN. Servicios de difusión: broadcast, multicast Alimentación eléctrica a través de la red de datos Power over Ethernet Dimensionamiento de LAN para transporte de audio/video. Ejemplos de equipos. Tema 2: Redes de Área Local 3 Escenarios genéricos AVoverIP (I) Fuente: AV Access Fuente: Netgear Tema 2: Redes de Área Local 4 Escenarios genéricos AVoverIP (II) Red IP Sede 1 Sede 2 Fuentes y sumideros de AV Fuentes y sumideros de AV Requisitos: Ancho de banda Calidad de servicio Retardos Envío multidestino Segmentación Tema 2: Redes de Área Local 5  Máster de Formación Permanente en Ingeniería de Producción y Explotación de Contenidos Fundamentos de las redes Ethernet Tema 2: Redes de Área Local 6 Redes de Área Local Una red de área local (LAN) es una red informática que interconecta ordenadores dentro de un área limitada, como una residencia, una escuela, un laboratorio, un campus universitario o un edificio de oficinas Distancias de decenas o centenares de metros WAN – Wide Area Network MAN – Metropolitan Area Network PAN – Personal Area Network … Tema 2: Redes de Área Local 7 Estándares IEEE 802.3 Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) IEEE 802: Conjunto de estándares LAN/MAN IEEE 802.1 Standards for LAN/MAN bridging and management and remote (MAC) bridging IEEE 802.2 Standards for Logical Link Control (LLC) standards for connectivity IEEE 802.3 Ethernet Standards for Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) IEEE 802.4 Standards for token passing bus access IEEE 802.5 Standards for token ring access and for communications between LANs and MANs IEEE 802.6 Standards for information exchange between systems IEEE 802.7 Standards for broadband LAN cable IEEE 802.8 Fiber-optic connection IEEE 802.9 Standards for integrated services, like voice. IEEE 802.10 Standards for LAN/MAN security implementations IEEE 802.11 Wireless Networking – "WiFi" IEEE 802.12 Standards for demand priority access method IEEE 802.14 Standards for cable television broadband communications IEEE 802.15.2 Bluetooth and Wi-Fi coexistence mechanism IEEE 802.15.4 Wireless Sensor/Control Networks "ZigBee" IEEE 802.15.6 Wireless Body Area Network (BAN) Diseño original de Metcalfe que luego dio lugar al estándar 10Base5 Ethernet IEEE 802.16 Wireless Networking – "WiMAX" Tema 2: Redes de Área Local 8  Evolución de Ethernet Hub Servidor Clientes Cable coaxial Cable UTP (par trenzado) (Topología en bus) Topología en estrella Switch Switch Hub Clientes Clientes Servidor Servidor Coaxial / Hub -> Medio compartido Protocolo de acceso al medio (CSMA/CD) Switch -> Ethernet conmutada Puertos dedicados para cada dispositivo Fuente: https://www.techtarget.com/searchnetworking/feature/Understanding-the-evolution-of-Ethernet Tema 2: Redes de Área Local 9 Servicio redes Ethernet Cada dispositivo tiene asignada una dirección única (dirección MAC) La red ofrece un servicio de envío de tramas Red Ethernet entre dispositivos No orientado a conexión: envío de tramas sin establecimiento de conexiones eA eC eE eF eB No fiable: las tramas se pueden perder, no se envían eD asentimientos ni se informa de errores Fiabilidad garantizada por los niveles superiores (transporte en TCP/IP) 10 Servicio de envíos multidestino Direcciones especiales: broadcast y multicast Tema 2: Redes de Área Local 10 Direcciones y formato de trama Organisationally Unique Identifier (OUI) Network Interface Controller (NIC) Specific (asignado por IEEE) (asignado por el fabricante) Formato direcciones MAC: XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX 0: unicast b8 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 1: multicast 0: globally unique (OUI enforced) 1: locally administered Ejemplo: A2:41:42:59:31:51 10100010 01000001 01000010 01011001 00110001 01010001 A2 : 41 : 42 : 59 : 31 : 51 dest. source type Formato tramas Ethernet: preamble address address data (payload) CRC 64 bits 48 bits 48 bits 16 hosts Etiquetados: pertenecen a múltiples VLANes. Tramas etiquetadas. Uso principal -> enlaces troncales, routers o servidores Tema 2: Redes de Área Local 33 Tipos de VLAN Nivel 1: VLAN por puerto (la forma más común) Nivel 2: VLAN por dirección MAC VLAN por tipo de protocolo Nivel 3: VLAN por direcciones de subred IP Niveles superiores: VLAN por puertos de TCP/UDP, tipos de aplicaciones, etc. Combinaciones de las opciones anteriores En función de una combinación de valores como el puerto, dir. MAC, protocolo, dir IP o puertos en switch se comporta de una forma u otra Tema 2: Redes de Área Local 34  CE1 CE1 PE PE Etiquetas VLAN anidadas CE2 CE2 Customer B Customer B (a) Example configuration VLANs 1—50 VLANs 1—50 Customer A Customer A VLANs 1—100 VLANs 1—100 Original Ethernet Frame Customer 1 = VLAN 32 Customer 2 = VLAN 48 Destination Source Preamble/SFD T/L Data/Pad FCS MAC address MAC address CE1 CE1 Single 802.1Q tag PE PE Destination Source VLAN Preamble/SFD T/L Data/Pad FCS MAC address MAC address tag Two Q-in-Q tags CE2 CE2 Destination Source VLAN VLAN Preamble/SFD T/L Data/Pad FCS MAC address MAC address tag tag Customer B Customer B VLANs 1—50 (a) Example configuration VLANs 1—50 (b) Position of tags in Ethernet frame Original Ethernet Frame Figure Fuente: Stallings, “Foundations of Modern Networking: SDN, NFV, 9.6andUse QoE, IoT, of Cloud” Stacked VLAN Tags Destination Source Preamble/SFD T/L Data/Pad FCS MAC address MAC address Single 802.1Q tag Destination Source VLAN Preamble/SFD T/L Data/Pad FCS Tema 2: MAC address MAC address Redes de Área Localtag 35  Máster de Formación Permanente en Ingeniería de Producción y Explotación de Contenidos Servicios de difusión en LAN Tema 2: Redes de Área Local 36 Difusión en LAN La mayoría de tecnologías de Red de Area Local ofrecen servicios de envío multidestino. Las redes del IEEE incluyen servicio: Broadcast: envío a todos Multicast: sólo a los que explícitamente deseen recibirlo Utilidad: Descubrimiento de recursos (routers en una LAN, autoconfiguración: BOOTP, DHCP, anuncio de servidores), etc Difusión de vídeo y audio en tiempo real... Tema 2: Redes de Área Local 37 Difusión en LAN (I) Direcciones especiales para: Broadcast: FF:FF:FF:FF:FF:FF (envío a todos) Multicast: 01:xx:xx:xx:xx:xx A→Broadcast (envío a un grupo) Sencilla si el medio físico es compartido: coaxial, A B C D hubs B Los conmutadores LAN deben hacer copias A A→Broadcast B explicitas B Funcionamiento de un interfaz LAN: Escucha todas las tramas que le llegan Descarta (filtrado) las que no van dirigidas a ella Tema 2: Redes de Área Local 38  Difusión en LAN (II) Sólo se copia al S.O. Si la dirección destino de la trama está en la lista de El hardware de un direcciones escuchadas interfaz Ethernet mantiene una lista de Sistema direcciones asignadas Operativo Trama Eth Inicialmente la lista contiene la dirección unicast propia y la Direcciones escuchadas: Trama dirección de broadcast 00-50-04-5C-B3-F4 ¿Qué tramas recibe A? Tramas: Solo se entrega al SO las Sistema A FF-FF-FF-FF-FF-FF Hacia A Hacia direcciones tramas recibidas broadcast/multicast Difusión del switch Tema 2: Redes de Área Local 39  Difusión en LAN (III) Para recibir una dirección multicast es necesario darla de alta en la lista de direcciones asignadas Sistema Por tanto, las aplicaciones Operativo Trama Eth sólo reciben las tramas multicast a las que explícitamente se haya Direcciones escuchadas: apuntado el S.O. 00-50-04-5C-B3-F4 Sistema A FF-FF-FF-FF-FF-FF 01-00-5E-01-01-01 Tema 2: Redes de Área Local 40  IP Multicast sobre LANes conmutadas Problema: Los switches no conocen a los destinatarios de una trama Servidor multicast. Por ello, deben difundirla de Vídeo a todos los puertos Solución: Los switches deben conocer los destinatarios de cada dirección Clientes multicast Aplicación Flujo deseado IGMP Snooping de Vídeo Flujos NO deseados Tema 2: Redes de Área Local 41  Máster de Formación Permanente en Ingeniería de Producción y Explotación de Contenidos Alimentación eléctrica a través de la red de datos Tema 2: Redes de Área Local 42 Alimentación a través de la red Power over Ethernet (PoE): alimentación eléctrica a través de los cables de par trenzado de cobre Datos y electricidad a través del mismo cable Utilizado en general para alimentar equipos de bajo consumo (Ej: puntos de acceso WiFi, cámaras, teléfonos IP, etc.) Fuente: https://community.fs.com/es/article/what-is-power-over-ethernet-and-how-to-add-poe-in-network.html Tema 2: Redes de Área Local 43 Alimentación a través de la red Tipos de alimentación PoE Fuente: https://community.fs.com/es/article/what-is-power-over-ethernet-and-how-to-add-poe-in-network.html Tema 2: Redes de Área Local 44  Máster de Formación Permanente en Ingeniería de Producción y Explotación de Contenidos Ejemplos de Switches Tema 2: Redes de Área Local 45 Capacidad de conmutación La capacidad de conmutación de un Modelo de Conmutador conmutador de red se refiere a la Enlaces Enlaces cantidad máxima de datos que el Entrada Salida QE1 QS1 conmutador puede procesar en un P1 tiempo determinado. QE2 QS2 P2 Es una métrica vital que afecta Matriz de directamente al rendimiento general de... Conmutación... una red. QEN PN QS2 Se mide en paquetes por segundo (pps) o Procesador Rutas bits por segundo Nodo Tema 2: Redes de Área Local 46 Ejemplos de switches Netgear M4250-26G4XF-PoE+ (GSM4230PX) https://www.netgear.com/business/wired/switches/fully- managed/gsm4230px/ Capacidad de conmutación: 132 Gbps Tema 2: Redes de Área Local 47 Ejemplos de switches Switch Edge Core DCS802 https://www.edge-core.com/product/dcs802/ Ejemplo: 65 puertos QSFP28 de 100G 1 x 100 GbE, o 1 x 50 GBE, o 1 x 40 GbE Capacidad de conmutación: 12.8 Tbps Tema 2: Redes de Área Local 48  Máster de Formación Permanente en Ingeniería de Producción y Explotación de Contenidos Módulo 5: Redes de ordenadores - Fundamentos de Redes IP Tema 2: Redes de Área Local David Fernández Curso 2024/25 Tema 2: Redes de Área Local 49