Redes (IS20) Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas. CAPÍTULO 5: Subcapa de acceso al medio

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1 Redes (IS20) Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas CAPÍTULO 5: Subcapa de acceso al medio ÍNDICE Curso Redes (IS20) -Capítulo 5 1 Tipos de redes: de difusión y canal punto a punto Ejemplo de redes de difusión: LAN Diferentes topologías de LAN: Bus: estaciones conectadas mediante taps a un canal lineal o bus. La transmisión de una estación en ambos sentidos es recibida por las demás estaciones. En los extremos del bus un terminador elimina las señales que le llegan del bus. Anillo: bucle cerrado de repetidores unidos por enlaces punto a punto. Transmisión bit a bit. Enlace unidimensional (circular). Una estación se conecta a la red mediante un repetidor. Los datos se transmiten en tramas. Las estaciones recogen una copia de la trama que circula. Cuando la trama alcanza la estación que la envío es eliminada de la red Quién gana el acceso al canal compartido en redes de difusión? Protocolo de control de acceso al medio (MAC) Curso Redes (IS20) -Capítulo 5 2 1

2 Cómo compartir el canal entre usuarios competidores? Reparto estático del canal Multiplexación por división de frecuencia (FDM) Ancho de banda dividido en N bandas privadas: cada usuario usa una Si hay más de N usuarios se le deniega el uso a algunos Si hay menos de N usuarios se desperdicia ancho de banda Los canales pueden estar inactivos la mayor parte del tiempo Multiplexación por división de tiempo (TDM) A cada usuario se le asigna un cierto intervalo de tiempo (ranura) Se mandan ranuras de diferentes usuarios una detrás de otra Si un usuario no usa su ranura se envía vacía (se desperdicia) Solución: TDM asíncrona: o de contención de reserva a turnos (libre de colisiones) Reparto dinámico del canal Protocolos de acceso múltiple. Veamos unos supuesto previos Curso Redes (IS20) -Capítulo 5 3 Reparto dinámico: supuestos Modelo de estación: N estaciones independientes que generan tramas y se bloquean hasta transmisión trama con éxito Canal único: Todas las estaciones pueden transmitir y recibir en él Colisión: La transmisión simultánea de tramas puede llevar a colisiones. Una trama en colisión debe ser retransmitida Las redes puede usar: Tiempo continuo: la transmisión de una trama puede empezar en cualquier momento, no hay reloj ni división de tiempo Tiempo ranurado: el tiempo se divide en intervalos discretos (ranuras). La transmisión de tramas comienza al inicio de una ranura. El contenido de una ranura puede ser: tramas, estar inactiva, transmisión con éxito o colisiones Detección de portadora (LAN): Las estaciones detectan si elcanal está o no en uso. Si está en uso ninguna estación lo usará hasta que este inactivo de nuevo. Sin detección de portadora (redes satélite): Las estaciones no detectan si el canal está en uso, transmiten siempre y después comprueban si ha habido éxito. Curso Redes (IS20) -Capítulo 5 4 2

3 2.1. ALOHA puro 2.2. ALOHA ranurado 2.3. Protocolos con detección de portadora (CSMA) Curso Redes (IS20) -Capítulo ALOHA puro (1970) Las estaciones transmiten cuando tengan tramas para enviar Hay colisiones (total o parcial) y destrucción de tramas Los usuarios escuchan el canal, tras un retardo si no éxito en transmisión se retransmite después de un tiempo arbitrario Estados de las estaciones 1) Escritura en canal 2) Esperando 3) Verificación transmisión a) si éxito ir 1 b) sino retransmitir ir ALOHA ranurado (1972) Duplica la capacidad de ALOHA puro Se divide el tiempo en ranuras (discretas) Solo se permite iniciar la transmisión al principio de una ranura Curso Redes (IS20) -Capítulo 5 6 3

4 2.2. Protocolos con detección de portadora (CSMA) Se pretende mejorar el desempleo del canal Se comprueba primero si el canal está ocupado: Se espera que se libere o se transmite Hay diferentes variantes: CSMA 1-persistente: Se escucha el canal si está ocupado: espera que el canal quede libre si está libre (en reposo): inicia la transmisión de la trama Si hay colisión la estación espera un tiempo aleatorio y comienza de nuevo El retardo de propagación puede llevar a colisiones CSMA No persistente: Se escucha el canal Si está ocupado espera un tiempo aleatorio y vuelve a intentarlo si está libre (en reposo): inicia la transmisión de la trama Si hay colisión la estación espera un tiempo aleatorio y comienza de nuevo Curso Redes (IS20) -Capítulo 5 7 CSMA p-persistente : para canales ranurados Se escucha el canal y si está en reposo (ranura libre) las estaciones transmiten con probabilidad p La estación se espera a la siguiente ranura con probabilidad 1-p Si en ese tiempo otra estación ha comenzado a transmitir esperará un tiempo aleatorio y comenzará de nuevo Si canal ocupado espera la siguiente ranura y aplica el algoritmo de nuevo CSMA/CD con detección de colisiones Si medio libre la estación transmite, sino escucha y espera hasta libre. Cesa la transmisión en cuanto se detecta una colisión (señal de alerta) Tras envío de señal de alerta se espera un tiempo aleatorio y nuevo intento Se ahorra tiempo y ancho de banda. Se usa en LAN en subcapa MAC Si t es el tiempo para que una señal se propague entre dos estaciones, si en 2t no se ha detectado es que no hay colisión Tres estados posibles: contención, transmisión o inactivo Curso Redes (IS20) -Capítulo 5 8 4

5 3.1. Protocolo de mapa de bits 3.2. Protocolo de conteo descendente binario 3.3. Protocolo de recorrido de árbol adaptable 3.4. Protocolo por turnos basado en testigo Curso Redes (IS20) -Capítulo 5 9 Los protocolos anteriores dan pie a conflictos ya que las estaciones acceden al canal sin ninguna contención Los siguientes protocolos intenta evitar las colisiones mediante un esquema de reservas o turnos Para líneas de transmisión largas y tramas cortas el efecto de las colisiones se vuelve cada vez un problema más grave Examinaremos algunos protocolos que resuelven la contención del canal sin que haya colisiones Supondremos N estaciones cada una con una dirección única de 0..(N-1) Qué estación toma el canal tras una transmisión exitosa? Supondremos intervalos de contención discretas Curso Redes (IS20) -Capítulo

6 3.1. Protocolo de Mapa de bits Cada periodo de contención consta de N ranuras La transmisión se inician con un periodo de realización de reservas de N ranuras, la estación que quiere transmitir pone un bit 1 durante su ranura de contención Después se realiza la transmisión de las estaciones en orden Al acabar las transmisiones reservadas se inicia otro periodo de contención Se llama protocolo de reserva Tenemos una información extra de 1 bit por estación Curso Redes (IS20) -Capítulo Protocolo de conteo descendente binario Se usan direcciones binarias (igual longitud) para las estaciones La competencia por el canal se produce usando las direcciones Ejemplo: A(1010), B(1101), C(1110), D(0110) Si una estación quiere usar el canal difunde su dirección como una cadena binaria de bits comenzando por el bit de orden mayor Se aplica un OR al bit Regla de arbitraje: se comprueba el bit alto de las estaciones si alguna tiene un 1, se descantan las estaciones que tienen un cero La estación C transmitirá una trama primero ya que tiene la mayor dirección Después vuelve a competir por el canal (se produce otro ciclo de concurso por el canal) Curso Redes (IS20) -Capítulo

7 Comparación de Protocolos Los protocolos se evalúan según lo bien que funcionan Se mide el retardo con baja carga y la eficiencia del canal en carga alta Carga baja: mejor los de contención ALOHA Carga alta: protocolo libre de colisiones Se pueden combinar ambas: Protocolo de contención limitada La probabilidad de que una estación adquiera el canal aumenta al disminuir el número de estaciones Los protocolos de contención limitada dividen las estaciones en grupos: Si una estación por grupo: protocolo de conteo descendente binario Cuantas más estaciones por grupo (ranura) más probabilidad de colisión Si solo un grupo con todas: ALOHA ranurado Queremos asignar estaciones a ranuras de forma dinámica Muchas estaciones por intervalo si carga baja Pocas por ranura cuando carga alta Curso Redes (IS20) -Capítulo Protocolo de recorrido de árbol adaptable Se organizan las estaciones como hojas de un árbol En un momento concreto solo compiten por el canal las estaciones de una rama del árbol Ejemplo: 8 estaciones intentando transmitir Después de la transmisión de una trama todas intentan adquirir el canal Si ninguna adquiere el canal o hay colisión durante la ranura 1 solo las estaciones por debajo del nodo 2 podrán competir Se busca en la rama izquierda y después en la derecha y si colisión se va bajando Ej. Quieren transmitir G y H G gana el canal Curso Redes (IS20) -Capítulo

8 3.4. Protocolo por turnos basado en testigo Circula por la red un testigo (patrón de bits) que habilita al poseedor para transmitir Si una estación tiene datos que transmitir adquiere el testigo y realiza la transmisión. Al acabar pone de nuevo el testigo en la red Si una estación no tiene datos pasa el testigo nada más recibirlo Usado en topologías: token bus (anillo lógico), token ring Curso Redes (IS20) -Capítulo