75.43 Introducción a los Sistemas Distribuidos Práctica 2: Análisis de la Capa de Enlace Resumen En esta práctica estudiaremos la capa de enlace del modelo OSI. Compararemos distintos protocolos de acceso al medio. Nos centraremos en el estudio de redes Ethernet y 802.11, y veremos cómo se realiza el control de acceso al medio, los tiempos involucrados en las comunicaciones y el mecanismo de backoff. Parte 1: CSMA/CA, 802.11 (Wireless) 1. Complete las siguientes afirmaciones sobre redes wireless: a) En las redes inalámbricas como 802.11g se emplea el protocolo de acceso para evitar colisiones. No es posible utilizar porque. b) El modo permite brindar cierta QoS porque. c) La implementación del mecanismo de RTS/CTS en el modo es optativa, pero su uso permite paliar el problema. 2. Elija la opción correcta en las siguientes afirmaciones: a) Antes de enviar datos, la estación transmisora debe aguardar que el medio esté libre durante un [SIFS/DIFS/PIFS]. b) En el modo [DCF/PCF] hay períodos de tiempo libres de contención. c) Luego de recibir un frame de Datos se debe aguardar un [SIFS/DIFS/PIFS] antes de enviar el ACK. 3. La siguiente red 802.11g está configurada con DCF, y funciona a 54Mbps en modo infrastructure contando con un access point. Los dispositivos están ubicados sobre una misma línea como muestra la figura, y la potencia de transmisión hace que las señales sólo se detecten a un radio de 40m desde el dispositivo transmisor.
Todos los dispositivos tienen configurados los siguientes timings: DIFS = 28µs SIFS = 10µs slottime = 9µs timeout ACK = 14µs En determinado instante t 0, la estación A intenta enviar un payload de 200 bytes de datos a la estación B, al mismo tiempo que la estación B intenta enviar 200 bytes a la A. Se pide: a) Calcule el tiempo de propagación entre los dispositivos. b) Complete el siguiente gráfico temporal desde t 0 hasta que los datos de A lleguen a B, con las siguientes consideraciones: Para cada dispositivo, dibuje un rectángulo sobre la línea temporal cada vez que envía algo. Escriba dentro del rectángulo Data ó ACK según corresponda. A los costados de los rectángulos dibuje con barras los tiempos de espera correspondientes a los IFS. Considere todos los IFS. Utilice una escala de 10µs por marca temporal. Recuerde que en modo infrastructure todo el tráfico debe pasar por el access point. El frame de ACK tiene 14 bytes. Redondee todos los tiempos al nivel del µs. Los frames de datos tienen 32 bytes de header y 4 bytes de FCS, además del payload. El overhead de la capa física es de 20µs. En las situaciones de contención elija el valor de backoff k en el intervalo [0; 2 r 1] e indíquelo. Tenga en cuenta que en 802.11g el backoff inicia con r = 4. c) Calcule la eficiencia de uso del canal para esta transmisión (es decir, el porcentaje del tiempo en que efectivamente se transmitieron datos de la capa superior). El siguiente esquema del acceso al medio en 802.11g con DCF puede serle útil:
Parte 2: CSMA/CD, Ethernet (802.3), Stop&Wait 1. (ALOHA, Slotted ALOHA) Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) ó falsas (F) y justifique: a) La red ALOHA utilizaba CSMA/CD. b) En Slotted ALOHA no hay colisiones. c) La estación central en la red ALOHA original era full-duplex. 2. (Ethernet) A partir de los siguientes bloques realice un diagrama de flujos que represente el proceso de envío de un frame en Ethernet (802.3). 3. (Relación trama-velocidad-distancia) Suponga que se desarrolla una variante de Fast Ethernet en la que el tamaño de trama máximo es diez veces mayor que el actual (es decir, 15180 bytes) manteniendo la velocidad de 100M b/s. Qué consecuencia tendría esto en la distancia máxima entre estaciones, también llamada diámetro de la red? Explique su respuesta. 4. (Relación trama-velocidad-distancia) Se requiere desarrollar una LAN a 10M b/s, optimizada para tramas de pequeño tamaño. El protocolo será CSMA/CD, idéntico a Ethernet, pero las distancias y el número máximo de repetidores entre estaciones se han definido de forma que el RTT (Round Trip Time) máximo es de 40µs. Calcule el tamaño de trama mínimo que podría utilizarse en dicha red. 5. (Ethernet) Considere dos estaciones A y B que se encuentran sobre el mismo segmento de Ethernet a 10 Mbps. El tiempo de propagación entre ambas es de 250 t b (donde t b : bit time = 1/(10 Mbps) = 0.1 µs). Suponga que ambas estaciones comienzan a transmitir simultáneamente un frame cuyo payload es de 300 bytes. Luego de la colisión asuma que A elige un valor de k = 0 en el algoritmo de backoff, mientras que B elige k = 1. Si se considera despreciable el tiempo de jamming e IF G, determine analítica y gráficamente: a) Cuánto tiempo transcurre desde el inicio, para que A vuelva a retransmitir el frame. b) Cuánto tiempo transcurre desde el inicio, para que B pueda volver a transmitir su frame. 6. (Stop&Wait) Sea una red basada en un protocolo Stop&Wait para comunicar dos nodos con una velocidad de transmisión de 128 kbps, tamaño del frame 1024 bits y 10ms de propagación de extremo a extremo. El ACK es de 16 bits. Calcule el rendimiento máximo conseguible.
7. (Rendimiento en Ethernet) Se tiene una red Fast Ethernet formada por varios hosts conectados con tarjetas 100BASE T X y cables de 10m de longitud a un concentrador Clase II (bajo retardo). El nivel de ocupación del medio físico medido con un analizador es del 40 %, es decir el 40 % del tiempo hay portadora en la red (la portadora indica que una o más estaciones están transmitiendo, si son más de una se producirá una colisión). El analizador detecta también una tasa de colisiones del 30 %, es decir que el 30 % de las tramas que se transmiten terminan en una colisión. a) Calcule el goodput de la red (es decir, la tasa de información útil transferida) en Mb/s. Suponga que todas las tramas emitidas son de la longitud máxima permitida en Ethernet. Considere que la duración de una colisión es constante e igual al tiempo de ida y vuelta de la señal entre las estaciones que colisionan. b) Indique de forma cualitativa cómo evolucionaría la tasa de colisiones y el goodput si los hosts se conectan con cables de 100 metros. Intente cuantificar su respuesta. Información adicional: La tasa de colisiones se define como: Tasa de colisiones = Número de colisiones Número de tramas transmitidas correctamente + número de colisiones Por ejemplo, una tasa de colisiones del 10 % significa que de cada diez intentos, en nueve se ha transmitido correctamente la trama y en uno se ha producido una colisión. Referencias [1] Data and Computer Communications, W. Stallings, 8va Edición, Capítulos 16 y 17. [2] Redes de Computadoras, A. S. Tanenbaum, 4ta Edición, Cap.4 - Control de Acceso al Medio.