Mostra la font per a A1. IEEE 802.3. Ethernet

torna [[ M7 - Planificació i administració de xarxes]]

= Estàndards 802.3 =

La IEEE s'encarrega de les normes 802. Aquestes divideixen la capa d’Enllaç en dues subcapes

* '''''LLC (Control d’enllaç lògic) ''''': S’encarrega de l’enllaç de les diferents tecnologies amb el nivell de xarxa.
* '''''MAC (Control d’accés al mitjà) ''''': En aquest nivell cada tecnologia és diferent i depenent de la capa física.



{| cellspacing="0" cellpadding="7" border="1"
| ....

			

Nivell de xarxa
| 	
| | IP
|-
| rowspan="2" | Nivell d’enllaç
| LLC
| | IEEE 802.2		
|-
| MAC
| | IEEE 802.3 (Ethernet)<br />	
IEEE 802.5 (Token Ring)<br />	
IEEE 802.11 (WiFi)<br />	
IEEE 802.15 (Bluetooth)

|-
| Nivell 			Físic
....
| <br />			
| | (Adaptadors, cables)
|}


Les normes 802 defineixen el funcionament d'aquestes subcapes i les diferents tecnologies (funcionalitats, estructures de dades, mitjans), per exemple:

* 802.1 	: Introducció i definició de la interfase.
* 802.2 	: Descripció de la capa LLC
* '''802.3 	: Norma CSMA/CD (Ethernet)'''
* 802.4 	: Token bus
* 802.5 	: Token Ring
* 802.6 	: Xarxa d’àrea metropolitana MAN
* 802.7 	: Grup assessor tècnic de banda ample
* 802.9 	: Grup assessor tècnic de fibra òptica
* 802.10 	: Seguretat de xarxes
* '''802.11 	: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications (WiFi)'''
* 802.15 	: Wireless personal area networks, WPAN (Bluetooth)
* 802.16 	: Broadband Wireless Access Standards (WiMax)


== Funcionament dels Estàndards == 

Els estàndards 802 es revisen periòdicament, després de cada revisió les noves tecnologies i funcionalitats es publiquen com a esmenes o suplements (identificades per un sufix en ordre creixent: 802.3a, 802.3b…) que s'incorporen a la següent revisió.

Les darreres revisions no es troben disponibles públicament però en canvi es poden consultar les revisions anteriors.


Per exemple:
* IEEE Std 802.3-2018 (Revision of IEEE Std 802.3-2015)  Standard for Ethernet
* IEEE Std 802.11-2020 (Revision of IEEE Std 802.11-2016) -  IEEE Standard for Information Technology--Telecommunications and Information Exchange between Systems - Local and Metropolitan Area Networks--Specific Requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications



== Ethernet. IEEE 802.3  ==


=== Estructura trama Ethernet 802.3 ===

Les trames tenen la següent estructura.

[[Fitxer:IEEE_802-3-Frame.png]]



[[Fitxer:trama_ethernet.jpg]]


* Preàmbul 	(7 Octets amb valor 10101010). Per sincronitzar
* SFD 	(1 Octet amb valor 10101011). Indica el inici de trama.
* MAC 	destí (6 Octets).
* MAC 	origen (6 Octets). 
* Longitud 	o tipus (2 Octets). Longitud de la trama (Menor de 0x0600, trames 802.3), o tipus de protocol que realitza la petició (Major de 0x0600, trames Ethernet). Per exemple 0800 = IP 
**  [https://www.iana.org/assignments/ieee-802-numbers/ieee-802-numbers.xhtml https://www.iana.org/assignments/ieee-802-numbers/ieee-802-numbers.xhtml]
* Dades 	(Mínim 46 octets i màxim 1500). Si no arriba al mínim s’omple.
* FCS 	(4 octets). Seqüència de verificació de trama. Utilitza CRC (Codi de redundància cíclica)


==== Càlcul de la seqüència de verificació ====

* CRC 	(Codi de redundància cíclica): 
* Paritat bidimensional
* Checksum 	

Exemple paritat


Es verifiquen les dades longitudinalment i transversalment amb un bit de paritat, si els valors rebuts no coincideixen amb la paritat indica un error. En alguns casos es pot detectar a on es troba l'error i solucionar-lo.

{| cellspacing="0" cellpadding="4" border="1"
| <br />			
| <br />			
| <font>Ok</font>
| <font>Error</font>
|-
| <font><font>Byte 			1 </font></font>
| <font><font>0 			0 1 0</font></font>
| <font><font>'''1'''</font><font> 			0 0 1 0</font></font>
| <font><font>'''1'''</font><font> 			0 0 1 0</font></font>
|-
| <font><font>Byte 			2 </font></font>
| <font><font>0 			1 1 0</font></font>
| <font><font>'''0'''</font><font> 			0 1 1 0</font></font>
| <font><font color="#ff0000"><font>'''0'''</font></font><font> 			0</font><font color="#ff0000"><font> 			0 </font></font><font>1 0</font></font>
|-
| <font><font>Byte 			3</font></font>
| <font><font>0 			0 0 1 </font></font>
| <font><font>'''1'''</font><font> 			0 0 0 1</font></font>
| <font><font>'''1'''</font><font> 			0 0 0 1</font></font>
|-
| <br />			
| <br />			
| <font><font>'''0 			0 1 0 1 '''</font></font>
| <font><font>'''0 			0 '''</font><font color="#ff0000"><font>'''1'''</font></font><font>''' 			0 1'''</font></font>
|}


=== CSMA/CD. Back-off Algorithm ===

Accés múltiple amb detecció de portadora i detecció de col·lisions. Protocol de funcionament de la transmissió de dades en xarxes Ethernet que funcionen sobre un mitjà compartit (Sense commutadors).

Funcions:

* Transmetre i rebre les trames
* Descodificar les trames i validar direccions físiques abans de passar-les a la capa superior
* Detectar errors en les trames

Mode de funcionament

* Abans de transmetre, escolta per saber si els mitjans estan ocupats. Si estan ocupats espera un temps aleatori.
* Comença a transmetre i segueix escoltant.
* Si detecta col·lisió (Augment de l’amplitud de la senyal). 
time is divided into discrete slots (Tslot) whose length is equal to 2t, where t is the maximum propagation delay in the network.

The stations involved in the collision randomly pick an integer from the set K i.e {0, 1}

** Segueix transmetent una senyal corrupte (Senyal de congestió) per assegurar-se que tothom ho detecta
** Tots els dispositius paren
** Tots els dispositius esperen un temps aleatori (Algoritme de postergació).
*** El temps es divideix en intervals discrets de longitud Tslot (2t, on t és el temps màxim de propagació a la xarxa, 2 vegades per anar i tornar)
*** Les estacions que han col·lisionat escullen un valor aleatori d'un conjunt K, on K =  [0, 2^n – 1 ] per la col·lisió n 
*** Cada estació espera el temps corresponent a K * Tslot (back–off time)
** Augmenta el comptador de col·lisions i torna a intentar la comunicació. 
** En el cas d’arribar a un límit d’errors es para la comunicació.
* Si no es detecta col·lisió es completa la transmissió. 



=== Dominis de col·lisió. Segments de xarxa ===

Ens els mitjans compartits on es poden produir col·lisions com Ethernet. S’anomena '''''domini de col·lisió''''' a totes les estacions que comparteixen el mateix segment de xarxa.

Així per exemple les estacions connectades a un bus, o les estacions connectades a dispositius com un concentrador o a un repetidor es troben en el mateix domini de col·lisió. 

Això significa que comparteixen el medi i que poden col·lisionar, i per tant a mesura que augmenta el nombre d’estacions d’un segment, augmenta el tràfec que hi circula i alhora la probabilitat de col·lisions. En aquests casos pot arribar a influir en el rendiment de la xarxa.

[[Fitxer:colisiohub.png | 400px]]


D’aquesta manera, hi ha altres dispositius que permeten dividir els segments en diferents dominis de col·lisió, permetent així que millori el rendiment general de la xarxa.

[[Fitxer:colisioswitch.png  | 400px]]


Aquesta és la funció principal dels commutadors, tot i que també ponts i routers la realitzen


=== Tipus de col·lisió ===

Sense comptar les dades de sincronització, les trames han de tenir una longitud entre 64 i 1518 bytes.

'''La majoria de les col·lisions es produeixen abans del FSD'''.

El resultat d’una col·lisió són trames parcials (menors de 64 bytes) o amb el FCS incorrecte.

Hi ha tres tipus de col·lisió:

* Locals 	: Abans dels 64 bytes. La NIC la reenvia
* Remotes 	: Es rep una trama inferior als 64 bytes d’una col·lisió en altre estació.
* Tardanes 	: Després dels 64 bytes. La NIC no la detecta, la detectaran les capes superiors amb al validar el FCS.

Les col·lisions '''només es produeixen si es treballa en mode Half-Dúplex''', i es detecta informació per la parella Rx mentre es transmet per la Tx.

En mode Full-Dúplex el sistema pot tractar informació en les dues direccions alhora.


Així, es pot fer servir el mode Full-Dúplex en 3 situacions tres:

* De switch a host
* De Switch a Switch
* De Host a Host (Cable creuat)

Cal tenir en compte que:

* '''No hi ha col·lisions en mode Full-Dúplex'''
* Cal un port dedicat del Switch per cada node Full-Dúplex (NO es podria connectar un Hub a un Switch en Full-Dúplex, per exemple, en aquest mode no es detecten col·lisions)
* Les targetes han de poder treballar en Full-Dúplex


=== Normes IEEE 802.3 (Ethernet) i Especificacions ===

Les normes 802.3 defineixen diferents especificacions o tecnologies Ethernet, '''cada especificació inclou la descripció de tots els paràmetres a baix nivell''' d'aquesta tecnologia:
* Tipus de medi: coure coaxial, coure de parell trenat, coure TwinAxial, fibra òptica monomode i multimode
* Codificació de les dades: 4B/5B, 8B/10B, Manchester, NRZI ...
* Senyalització, com s'indica un 1 o un 0 al medi
* Longitud de l'enllaç
* Velocitat
* Tipus de connectors
* En el cas de medis de coure de parell trenat
** Ús de les parelles de cables 
** Ample de freqüència
** Categoria del cable
* En el cas de fibra òptica
** Multimode o monomode 
** Longitud d'ona de la senyal per a fibra
* etc ...


Aquests conjunt de normes funcionen a tota la capa '''d'accés al medi''' del model TCP/IP, però al model OSI això inclou dues capes: '''Física i Enllaç'''. La part comuna de totes les tecnologies Ethernet, on es descriu l'adreçament MAC, la comunicació entre nodes, l'accés al medi, la gestió dels errors, el format de la trama ... és la que es troba ubicada a la capa d'enllaç del model OSI

=== Nomenclatura cables Ethernet ===

La nomenclatura dels cables ens descriu les característiques del cable, per exemple


[[Fitxer:cablesEthernet.png]]


La '''nomenclatura de les especificacions''' és per exemple 100BASE-TX (FastEthernet), 1000BASE-T (1000BASE-TX, 1000BASE-T4), 100BASE-FX, ...

*10BASE2 (Ample de banda 10 Mbps, distància màxima del segment 200 m).

*10BASE5 (Ample de banda 10 Mbps, distància màxima del segment 500 m).


Per exemple '''100BASE-TX''' requereix l'ús d'un '''cable de parells trenats de categoria 5 o superior''', tot i que només utilitza 2 parelles (verda i taronja) una per transmetre i l'altre per rebre (simultàniament per tant full-duplex), descriu la codificació usada per traduir les dades (1's i 0's) a senyals elèctriques, la longitud màxima de 100m de cable per garantir un rendiment acceptable, i una infinitat més de detalls tècnics.

FastEthernet és un terme que apareix amb la norma 100BASE-TX i que actualment s'amplia a tots els estàndards que funcionen a 100Mbps  (100BASE-T4 coure, 100BASE-FX fibra multimode, 100BASE-LX10 fibra monomode, etc...)

Per una visió ràpida es pot consultar: [http://en.wikipedia.org/wiki/Fast_Ethernet  http://en.wikipedia.org/wiki/Fast_Ethernet]

Una '''targeta de xarxa''' (NIC) Ethernet en general '''implementa vàries especificacions''' i normalment '''negocia amb la targeta connectada a l'altre extrem''' del cable quin faran servir. Aquesta negociació com es de suposar acaba amb la millor configuració possible tant de la velocitat com del mode dúplex.

En Linux teniu la comanda 'ethtool' que permet consultar la informació Ethernet i configurar-ne alguns paràmetres

<pre>
alex@alex-debian:~$ sudo ethtool eth0 
Settings for eth0: 
	Supported ports: [ TP MII ] 
	Supported link modes:   10baseT/Half 10baseT/Full 
	                        100baseT/Half 100baseT/Full 
	                        1000baseT/Half 1000baseT/Full 
	Supported pause frame use: No 
	Supports auto-negotiation: Yes 
	Advertised link modes:  10baseT/Half 10baseT/Full 
	                        100baseT/Half 100baseT/Full 
	                        1000baseT/Half 1000baseT/Full 
	Advertised pause frame use: Symmetric Receive-only 
	Advertised auto-negotiation: Yes 
	Link partner advertised link modes:  10baseT/Half 10baseT/Full 
	                                     100baseT/Half 100baseT/Full 
	Link partner advertised pause frame use: Symmetric Receive-only 
	Link partner advertised auto-negotiation: Yes 
	Speed: 100Mb/s 
	Duplex: Full 
	Port: MII 
	PHYAD: 0 
	Transceiver: internal 
	Auto-negotiation: on 
	Supports Wake-on: pumbg 
	Wake-on: g 
	Current message level: 0x00000033 (51) 
			       drv probe ifdown ifup 
	Link detected: yes
</pre>


=== Comparativa cablejat Ethernet Coure ===

Coure
* 10 Base ?
* 100 Base T
* 1000 Base T  (Cables 1000 Base T?) 
Fibra
* 100 Base X (Cables 100 Base ?X, excepte 100 Base TX)
* 1000 Base X  (Cables 1000 Base ?X, excepte 1000 Base TX)


{| cellspacing="0" cellpadding="5" border="1"
| <br />			
| 10BASE2
| 10BASE5
| 10BASE-T
| '''100BASE-TX'''
| 1000BASE-CX
| '''1000BASE-T'''
|-
| Mitjà
| Coaxial fi
| Coaxial gruixut
| UTP (Cat 3,4,5)
| UTP (Cat 5)
| coaxial (twinaxial)
| UTP (Cat 5)
|-
| Long. segment 			màx
| 185 m
| 500 m
| 100 m
| 100 m
| 25 m
| 100 m
|-
| Topologia
| Bus
| Bus
| Estrella
| Estrella
| Estrella
| Estrella
|-
| Connector
| BNC
| DB-15
| RJ-45
| RJ-45
| DE-9 8P8C
| RJ-45
|-
| Immunitat
| Mitjana
| Mitjana
| Baixa
| Baixa
| Mitjana
| Baixa
|-
| Cost
| Mitjà
| Mitjà
| Baix
| Baix
| Mitjà
| Baix
|}


*Tots els cables trenats utilitzen només dos parelles excepte el 1000BASE-T, i el 100Base-T4 (Obsolet)

https://en.wikipedia.org/wiki/Twinaxial_cabling

10GBASE-CR, 40GBASE-CR4, 100GBASE-CR10  vs   10GBASE-T Cat 6/Cat 6a/Cat 7

=== Comparativa cablejat Ethernet Fibra  ===


{| cellspacing="0" cellpadding="5" border="1"
| <br />			
| 100BASE-FX
| 1000BASE-SX
| 1000BASE-LX
|-
| Mitjà
| Multimode

			

62.5/125
| Multimode

			

62.5/125 o 50/125
| Monomode 			

			

9/125
|-
| Longitud del segment màxima
| 400 m 
| 275 			m (62.5) i

			

550 m (50)
| 5 a 10 (LX10) km
|-
| Topologia
| Estrella
| Estrella
| Estrella
|-
| Connector
| SC
| SC
| ST/LC
|}




{| cellspacing="0" cellpadding="5" border="1"
| '''''Avantatges de la fibra '''''
| '''''Desavantatges de la 			fibra'''''
|-
| Velocitats de transmissió 			molt més elevades
| Cost més elevat que el coure
|-
| Baixa atenuació. Els 			repetidors poden estar molt més lluny uns dels altres
| Dificultat de la instal·lació
|-
| No es veu afectada per 			interferències electromagnètiques
| Poca flexibilitat del cable
|-
| Més prima i lleugera que el 			coure
| <br />			
|-
| Més segura. És més difícil 			intervenir-la.
| <br />
|}