TEMA II ENLACES PUNTO A PUNTO La idea del enlace hace referencia a todos los protocolos que actúan en la capa de Enlace. Funciones del Control de enlace de datos 4 Sincronización de la trama : comienzo y final de trama identificable. 4 Control del flujo: adecuación de la velocidad de emisión recepción. 4 Control de errores: Detectar y corregir errores. 4 Datos y control sobre el mismo enlace: necesidad de diferenciar. 4 Gestión del enlace: establecimiento y conclusión del intercambio. El nivel de enlace realiza básicamente la siguientes funciones: Disciplina de línea / Sincronización Quién envía ahora? Los datos se envían en tramas, hay que delimitar su principio y fin Control de flujo Cuántos datos se pueden enviar? Evita que el Tx desborde al Rx con un exceso de envío de datos Control de error El nivel Físico no es suficiente para garantizar una correcta comunicación de datos, debido al ruido y la distorsión. Cómo se detectan y corrigen errores? Gestión del enlace : Iniciar la comunicación, gestionarla y cerrarla. Los elemento de la comunicación tienen direcciones, el Tx y el Rx.
Control de flujo Asegura que la entidad emisora no sobrecarga a la receptora con una cantidad excesiva de datos. Modelo de control de flujo.
Necesitamos que el receptor indique al transmisor si está dispuesto o no a recibir otra trama. Si no existe esta confirmación, el Tx nunca sabrá si una trama se ha enviado correctamente o no. El emisor no debe enviar a una velocidad superior a la que el Rx puede absorver la información. Control de flujo mediante parada-y-espera ( Stop & Wait ) La entidad emisora debe esperar a la llegada de la confirmación desde la estación receptora ( ACK). Esta confirmación por parte del receptor indica que éste está preparado para recibir mas información, y que la anterior se ha recibido y procesador correctamente. Tiempo de Transmisión de una trama = N/R ( tiempo que el Tx tarda en emitir una trama) N: nº de bits por trama R: velocidad de transmisión (bps).
Si normalizamos el tiempo de transmisión de una trama a 1 : a: tiempo que tarda el primer bit de la trama en ir del Tx al Rx to: instante en que se envía el primer bit de la trama Tx to+1 ( ha transmitido toda la trama) Rx to+a+1 ( en este instante recibe el primer bit de la trama). Ahora, el Rx confirma la trama, suponemos que la confirmación es muy corta, un bit, tardará a en transmitirse. Tiempo total emisión 1 trama y recepción en el Tx del ACK=to+1+2a
a) Si a > 1, el tiempo de proparación de 1 bit por la línea es mayor que el tiempo de transmisión de la trama. Eso significa que el emisor ya ha transmitido toda la trama, pero el Rx todavía no ha recibido el primer bit. La linea está infrautilizada, ya que hay instantes de espera en que no se utiliza. Perdemos eficiencia en la comunicación. b) Si a <1, cuando llega al Rx el primer bit de la trama emitida, el Tx todavía está transmitiendo bits de la trama. LA línea está continuamente ocupada. Más eficiente. El único tiempo en que la línea estará desocupada será mientras esperamos el ACK. c) Da lugar a ineficiencias, especialmente cuando el tiempo de transmisión es menor que el tiempo de propagación (tramas cortas en enlaces a largas distancias). DEFINICIÓN : Longitud de la linea de bits : nº de bits que caben en toda la longitud de la línea : L=R * d/v R: bps ; d ( m: long de la línea ) ; v (m/s : velocidad de propagación)) Nos interesan Tramas grandes para ocupar toda la línea. Pero a mas bits, más probabilidad de errores. Por lo tanto, si recortamos la trama, debemos hacer la línea más corta. Conclusión : no es recomendable para R y d altas. Solo para distancias cortas, y R no muy grandes. EFICIENCIA : tiempo útil / tiempo total = 1/1+2a d/v a= ------------ N/R d= distancia entre Tx, Rx (m) v= velocidad transmisión (m/s) por la línea N= nº de bits en la trama R = velocidad de transmisión.(bps) Si d aumenta, y N baja, a aumenta. No nos interesan líneas muy largas para que el tiempo de propagación de un bit no sea demasiado largo.
El Tx emite tramas pequeñas. Cada trama se confirma, por lo tanto el tamaño de la memoria temporal del receptor es limitado. Cuando hay errores la retransmisión será más eficiente ya que solo será necesario retransmitir una trama. No permitir en LANs que una estación monopolice el enlace durante demasiado tiempo. Control mediante ventana deslizante Permite transitar a varias tramas simultáneamente a través del enlace. La estación receptora es capaz de almacenar varias tramas antes de dar la confirmación. Las tramas son nombradas con un número de secuencia ( por ejemplo 3 bits adicionales). La Ventana es el conjunto de tramas transmitidas antes de que sean confirmadas Cuando el receptor envía la confirmación, incluye un numero de trama. Eso significa : confirmo que todas las tramas recibidas hasta el momento son OK, y espero recibir la nº N, donde N es el numero de trama que ha enviado con el ACK. Incluye el Nº de trama que espera recibir con el ACK.
Uso de la orden Received no Ready para prohibir la transmisión de más tramas: RNR5 confirma la recepción hasta la trama 4 y prohibe nuevas transmisiones. En transmisión bidireccional, cada estación deberá mantener dos ventanas (una de transmisión y otra de recepción). La trama de envio de datos se puede usar para incluir la confirmación de una trama recibida: incorporación de la confirmación (piggybacking). Si no hay nada que confirmar se repite la última confirmación. Si no hay tramas que enviar se emite un RR sólo.
Protocolo de ventana deslizante es más eficiente que parada-yespera. EFICIENCIA : 1 = tiempo de transmisión de una trama a= tiempo de propagación de un bit en la línea 0= tiempo de transmisión del ACK ( suponemos 1 bit ) w= nº de tramas de la ventana. ( tiempo : 1 tiempo transmitir una trama, si hay w tramas/ventana, tiempo transmitir toda la ventana = w ) a) Si w>= 2a+1 eficiencia = 100% : antes de acabar de transmitir la ventana ya he recibido el ACK : el canal siempre está ocupado. No para nunca la transmisión, a menos que el Rx envíe un RNRx. b) Si w< 2a+1 eficiencia = w/2a+1 : se ha transmitido toda la ventana y todavía no ha llegado un ACK. Hay tiempo de espera que genera ineficiencia. Si se ha agotado la ventana, el TX tiene que recibir, al menos un ACK con la confirmación de todas ellas, y no puede transmitir ninguna ventana más hasta recibirlo.
Detección de errores A) Bit de Paridad : se añade un bit adicional a cada trama. Si es Paridad Par, se añade un 1 para que el número de 1 s en la trama sea par. Si es Paridad Impar, se añade un 1 para que el número de 1,s en la trama sea impar. Es Rx verifica que la paridad sea correcta. Si no lo es determina que hay un error, pero no sabe cual es, ni puede solventarlo. B) Comprobación de redundancia cíclica ( CRC ) : M : mensaje, tendrá k bits de longitud. R: secuencia de verificación. Tendrá N bits, y es generada por el transmisor, Se transmiten T=k+N bits. Los N bits de R se generan de tal forma que M+R sea divisible por un número determinado ( resto = 0). Para generar los bits que debo añadir a la derecha del mensaje : R= resto(m*2 N /P) M*2 N : lo único que hace es desplazar a la izquierda el mensaje original N bits. Por lo tanto enviaremos T= M*2 N +R El receptor necesita conocer un Patron (P) de N+1 bits. El Rx divide T/P. Si el resto = 0, supone que no hay error. Si el resto no es 0, supone que no hay error.
Ejemplo : M : mensaje original : 10110111001. El Tx debe añadir 3 bits de CRC. P=1001 M*2 3 = 10110111001 000 Cuales son los 3 bits a añadir : R=M*2 3 /P 10110111001000/1001 resto = 010 Por lo tanto, la cadena completa enviada : 10110111001010 El Rx : hará la división 10110111001010/1001 resto = 000. Supondrá que no hay error. Control de errores El objetivo es convertir un enlace No Seguro en Seguro, es decir, no solo detectar los errores, si no que además solventar las situaciones en las que se da el error. ARQ: solicitud de repetición automática. Tipos: ARQ con parada-y-espera, ARQ con adelante-atrás-n y ARQ con rechazo selectivo. ARQ con parada y espera El emisor espera un tiempo a la confirmación de la recepción de cada trama. Si el receptor detecta un error en la trama, la descarta y no envía el ACK. Si se supera el tiempo, y el Tx no ha recibido el ACK, se reenvía la trama. Si la confirmación de pierde, el receptor reenviará la misma trama.
Es necesario numerar las tramas (para evitar que el reenvío de la misma trama sea tomado como dos tramas en el receptor) y las confirmaciones. Las tramas se etiquetan alternativamente con 0 y 1 ACK0 confirma recepción de la trama 1 y en espera de recibir una trama 0. Este sistema es ineficiente debido a los tiempos de espera en los que no se hace nada. ARQ con adelante-atrás-n Control de fijo mediante ventanas deslizante. Cuando se detecta un error en una trama la estación destino envía REJ La estación destino descarta la trama errónea y posteriores. La estación emisora debe reemitir la trama errónea y siguientes.
Situaciones. Trama deteriorada. A transmite la trama i, B detecta error, B envía REJ i, A retransmite trama i y posteriores. Trama i se pierde por el camino, B recibe trama i+1 después de i-1, B emite REJ i. A retransmite i. A emite trama i y no recibe confirmación, ni ACK ni REJ ( sea porque el Rx no la emite o porque se pierde ). A emite una trama RR con bit P a 1. Este tipo de trama interroga al RX cual es el último paquete confirmado, para saber a partir de que trama tiene que retransmitir
ARQ con rechazo selectivo Sólo se retransmiten las tramas que reciben una confirmación negativa (SREJ) o aquellas para las que expirar el temporizador correspondiente. Debe tener memoria para almacenar las tramas que han llegado tras la errónea. El Rx deberá insertar la trama errónea reenviada en el lugar adecuado de la secuencia.
EFICIENCIA : ARQ Stop & Wait : η = (1-ρ)/(2a+1) ρ : probabilidad de trama errónea. ARQ con vuelta atrás N : si w>= 1+2a η = (1-ρ)/(2a ρ +1) si w < 1+2a η = w(1-ρ)/(2a+1)(1- ρ+wρ) ARQ con rechazo selectivo : si w>= 1+2a η =1 (100%) si w < 1+2a η = w(1-ρ)/(2a+1) Gestión del enlace. Consiste en delimitar donde empieza y acaba la transmisión y gestionarla. El protocolo de la capa de enlace más importante es el HDLC : High Level Data Link Control. Flag : Delimitador. Información : variable, multiple de 8 FCS : P : patron de CRC para realizar la división. Control : indica el tipo de trama : información, supervisión, o trama no numerada.
Usa transmisión síncrona. Cabecera: campos de delimitación, dirección y control. Cola: FCS y campo delimitador final. Delimitador: patrón 01111110. El Rx está constantemente mirando si hay un byte de delimitador para sincronizarse con el Tx. Cuando lo detecta, sabe que empieza la transmisión de información por tramas. El delimitador final indica al RX que ha terminado la trama. Que ocurre si la secuencia de bits del Delimitador está en medio de la información? Cuando hay 5 1,s seguidos, metemos un cero artificial. El receptor mira la cadena de bits recibida. Si encuentra 5 1 s seguidos mira el 6º bit. Si es 0, se elimina, si es 1 y el 7ºes 0, delimitador, si el 6º y 7º son 1 s indicador de cierre.