Csma cd

Contenidos Del Tema
Introducción
Informática Distribuida Control de acceso al medio
Control del enlace lógico (IEEE 802.2)
Tema 5: El Protocolo ALOHA
Protocolos basados en CSMA
Redes de Área Local
Ethernet e IEEE 802.3
Token Bus, Token Ring
Redes LAN inalámbricas

TEMA 5: Redes de Área Local 2 - 78

Introducción Introducción
Características de una LAN El estándar IEEE 802
IEEE 802.x OSI
Su ámbito geográfico es uno o varios
edificios 802.2 Control del Enlace Lógico LLC 2
802.3 802.4 802.5 802.6 802.7 802.8 802.9 MAC
Los enlaces no suelen ser punto a punto csma-cd token-bus token- dqdb b. ancha fibra ópt. rdsi Física 1
ring
Se usan enlaces de acceso común o múltiple
MAC (Medium Access Control)
Control de Acceso al Medio
LLC (Logical Link Control)
Control del Enlace Lógico

TEMA 5: Redes de Área Local 3 - 78 TEMA 5: Redes de Área Local 4 - 78

El estándar IEEE 802 El estándar IEEE 802
El protocolo MAC regula el acceso al canal Las LANs especificadas por el estándar
dando a cada nodo la posibilidad de IEEE 802 son compatibles en los niveles
transmitir sus paquetes superiores a LLC
El protocolo LLC proporciona los servicios Se diferencian en la capa física
de transmisión de paquetes entre nodos (características del equipo de transmisión)
Un mismo LLC puede residir sobre distintos y en el protocolo MAC
protocolos MAC


Parámetros para medir las prestaciones de Aspectos a considerar
una LAN
Se asume que hay N estaciones
Throughput
Máxima velocidad de transmisión en situación de alta independientes
carga. Depende de la eficiencia Cada estación genera tramas
Eficiencia Cuando se genera una trama, la estación
Máxima fracción de tiempo durante la que se transmite
con éxito paquetes
espera hasta que la trama ha sido transmitida
Retraso (latencia) Se asume que existe un único canal
Transmisión de un paquete entre nodos compartido
Encolamiento + transmisión + propagación


Aspectos a considerar Aspectos a considerar
Se asume que pueden existir colisiones El tiempo puede ser
Una colisión se produce cuando dos tramas se Continuo, si se puede transmitir una trama en
transmiten simultáneamente cualquier instante de tiempo
Todas las estaciones pueden detectar colisiones Discreto (slotted), si las transmisiones de
Una trama que colisiona debe ser retransmitida tramas se inician en intervalos discretos
Los únicos errores que se producen se deben a
colisiones


Introducción Control de Acceso al Medio
Aspectos a considerar Función del protocolo MAC
Con detección de portadora (carrier sense) Controlar los accesos a un medio que es
Las estaciones pueden determinar si el canal común
está en uso o no
Dos tipos de control
Sin detección de portadora
Centralizado
Las estaciones transmiten y después
comprueban si la transmisión tuvo éxito Distribuido


Control de Acceso al Medio Control de Acceso al Medio
Ventajas de un control centralizado Dos formas de asignar de canales
Mayor control de los accesos Estática
Permite establecer prioridades, capacidad mínima, etc. Se dedica una capacidad dada a la conexión
Lógica de acceso relativamente sencilla Válido en conmutación de circuitos, TDM y FDM
Evita problemas de coordinación distribuidos No óptimo en LAN y MAN porque las
necesidades de comunicación son
Inconvenientes impredecibles
Poca tolerancia a fallos si cae el nodo central
Dinámica
El nodo central se puede convertir en un cuello de
Reserva dinámica de capacidad en respuesta a
botella solicitudes inmediatas


Tres categorías de asignación dinámica Round robin
Round robin (rotación circular) Cada estación tiene una oportunidad para
transmitir, que puede ser utilizada o no
Reserva En cualquier caso, el turno pasará a la siguiente estación
Competición El control puede ser centralizado o distribuido
Un método centralizado es el sondeo (polling)
Es un método adecuado cuando varias estaciones
tienen que transmitir datos durante largos
períodos de tiempo


Reserva Competición
El tiempo se divide en ranuras Todas estaciones compiten por acceder al
Como en TDM medio
Cuando una estación quiere transmitir Son técnicas de naturaleza distribuida
Reserva ranuras de tiempo para un largo Técnica válida para tráfico a ráfagas
período
Tienden a deteriorar las prestaciones en
Técnica válida para tráfico continuo condiciones de alta carga


Control De Enlace Lógico Control De Enlace Lógico
(IEEE 802.2) (IEEE 802.2)
Las redes LAN y MAN ofrece un servicio Servicios que ofrece LLC
de datagrama de tipo best-efforts Servicio sin conexión confirmado
No se puede enviar una trama si no se ha confirmado la
No hay garantías de que la comunicación anterior
sea fiable Servicio sin conexión no fiable
La capa LLC (Logical Link Control) No se garantiza que el paquete llegue bien a su destino
Servicio orientado a la conexión fiable
ofrece una interfaz entre la capa de red
y la capa MAC El formato de la cabecera LLC se basa en
paquete
Capa de red HDLC
LLC LLC paquete
Capa de
enlace MAC MAC LLC paquete MAC

TEMA 5: Redes de Área Local Capa física 19 - 78 TEMA 5: Redes de Área Local 20 - 78

El Protocolo ALOHA El Protocolo ALOHA
ALOHA es La red ALOHA
Una red de comunicación de conmutación E s ta c ió n C e n tr a l

de paquetes mediante difusión por radio f1 = 4 0 7 M h z / 9 6 0 0 b p s f0 = 4 1 3 M h z / 9 6 0 0 b p s

construida en la universidad de Hawai al
principio de los 70
Pero es aplicable a cualquier sistema en el
que un conjunto de estaciones compiten
por un único canal compartido


El Protocolo ALOHA El Protocolo ALOHA
El protocolo ALOHA es un protocolo de Dos versiones del protocolo ALOHA
acceso al medio (MAC) Puro
Idea básica Las estaciones pueden transmitir en cualquier momento
Las estaciones transmiten paquetes de longitud Eficiencia: 18 %
fija cuando tienen datos que enviar Slotted
Los paquetes pueden colisionar El tiempo se divide en cuotas de duración igual a la
No existe detección de portadora necesaria para enviar un paquete
Los nodos deben comenzar su transmisión al principio de
El nodo central confirma con ACK una cuota
Si el emisor no recibe ACK tras un timeout supone Eficiencia: 37 %
que su paquete colisionó y lo reenviará tras un
retraso aleatorio

El Protocolo ALOHA Protocolos Basados en CSMA
Motivos por lo que la eficiencia es baja CSMA
ALOHA no aprovecha que en LAN y radio el Carrier Sense Multiple Access
tiempo de transmisión es mucho mayor Se basa en que las estaciones escuchan para
detectar si hay alguien transmitiendo
que el de propagación
Cuando una estación transmite, el resto lo Existen varias variantes
puede detectar casi inmediatamente CSMA 1-persistente
Esto se podría aprovechar para no intentar CSMA no persistente
transmitir cuando hay una una transmisión en CSMA p-persistente
curso, lo que reduciría las colisiones CSMA-CD


Protocolos Basados en CSMA Protocolos Basados en CSMA
CSMA 1-persistente CSMA no persistente
Cuando se va a transmitir A diferencia del anterior, cuando se va a
Si el canal está ocupado la estación espera transmitir
hasta que esté libre Si el canal está ocupado la estación espera un
Si el canal está libre, transmite tiempo aleatorio antes de volver a detectar si
Si se detecta colisión está libre
La estación espera un tiempo aleatorio y Intenta evitar que si una estación
empieza de nuevo transmite y dos o más esperan, éstas
empiecen a transmitir justo a la vez


Protocolos Basados en CSMA Protocolos basados en CSMA
CSMA p-persistente Gráfico de eficiencia
Se usa cuando el tiempo se divide en
intervalos (slots)
Cuando se va a transmitir
Si el canal está libre, se transmite con una
probabilidad p
Se espera al siguiente intervalo con una
probabilidad q = (1 – p)
Si el canal está ocupado, se espera un tiempo
aleatorio


CSMA-CD CSMA-CD
Carrier Sense Multiple Access with Collision Cuando se quiere transmitir
Detection Si el canal está libre, se transmite
Si el canal está ocupado, se espera hasta que
Se basa en que las estaciones abortan la esté libre
transmisión tan pronto como detectan una Si se detecta colisión
colisión Se transmite una señal corta de interferencia
En los protocolos anteriores las tramas se para informar al resto de estaciones
transmiten enteras Y se espera un tiempo aleatorio antes de
empezar de nuevo


CSMA-CD CSMA-CD
Estados posibles: transmisión, contención y Algoritmo de retroceso exponencial binario
ocioso Si el paquete ha colisionado n < 16 veces
seguidas
El nodo selecciona un número aleatorio k con igual
probabilidad del conjunto {0,1,2,3,...2m-1}, donde
m:=mín[10,n]
El nodo espera 512 k tiempos de bit (a 10 Mbps, 1
tiempo de bit es 10-7 segundos)
Si n = 16, se abandona la transmisión


CSMA-CD CSMA-CD
Algoritmo de retroceso exponencial binario Las tramas deben ser lo suficientemente
Si hay pocas colisiones, la espera es pequeña largas para que se detecte una colisión
Si hay muchas colisiones, la espera es antes de que finalice la transmisión
razonable, y crece poco a poco
Si tiempo de espera fuera fijo y muy grande En caso contrario, las prestaciones son las
Pocas colisiones, pero las que hay introducen mucho mismas que CSMA
retraso
Si el tiempo de espera fuera fijo y pequeño
Muchas colisiones


Protocolos Basados en CSMA Ethernet e IEEE 802.3
CSMA-CD. Aspectos de implementación El estándar IEEE 802.3 se encarga de
En banda base especificar la capa física y el MAC para LANs
La detección de portadora se lleva a cabo detectando En concreto, especifica el protocolo que los nodos
una secuencia de pulsos de tensión utilizan para acceder al canal común
Las colisiones provocan un cambio de tensión más
elevado al que produce un solo transmisor La red tiene topología de bus
En banda ancha Usa un protocolo MAC de tipo CSMA-CD
La detección de portadora se realiza en radiofrecuencia La red Ethernet es una de las más usadas
Se comparan los bits recibidos con los transmitidos para Fue desarrollada por Xerox en los años 70
detectar colisiones
Constituye la base para el estándar 802.3


Ethernet e IEEE 802.3 Ethernet e IEEE 802.3
Especificaciones IEEE 802.3 a 10 Mbps Ethernet original
(Ethernet)
10Base5 10Base2 10Base-T 10Broad36 10Base-FP

Medio Coaxial Coaxial Par trenzado Coaxial Fibra óptica
Diámetro 10 mm 5 mm 0,4-0,6 mm 0,4-1,0 mm 62,5/125 µm
(thick) (thin)
Codificación Manchester Manchester Manchester DPSK Manchester
Máx. segm. 500 m 185 m 100 m 1800 m 500 m
Nodos/segm. 100 30 - - 33 Transceiver Terminador
Cable Thick
Topología Bus Bus Estrella Bus/árbol Estrella Ethernet


Thin Ethernet Ethernet con par trenzado

Conector Hub
Cable Thin
Ethernet RJ-45

Conector Cable de par
trenzado
BNC Topología lógica: bus
Topología física: estrella

Topologías Formato trama MAC en IEEE 802.3
7 1 2ó6 2ó6 2 Bytes 4

PRE SFD DA SA LEN Marco LLC PAD CRC

1010..1011 64 ...1518 bytes ( = 512...12144 bits )
Preámbulo
(sincroniza
al receptor).
Longitud del marco LLC de 3 a 1500 ( bytes)
Relleno por PAD por lo menos a 46

Start Dirección Fuente
Frame Dirección Destino
Delimiter
0 Dirección Simple
Indica el principio Destino Múltiple
del marco p.ej. 11..1 indica
1 Dirección de Grupo
todas las estaciones

Asignadas por el administrador 0 Dirección Local

Una de las 2 46 = 7 · 10 13 1 Dirección Global
direcciones únicas

Especificaciones IEEE 802.3 a 100 Mbps Especificaciones IEEE 802.3 a 1 Gbps
(Fast Ethernet) (Gigabit Ethernet)
100Base-TX 100Base-FX 100Base-T4

Medio 2 pares de par 2 fibras ópticas 4 pares de par
trenzado trenzado
Codificación 4B/5B, NRZI 4B/5B, NRZI 8B6T, NRZ
Máx. segm. 100 m 2000 m 100 m


Redes Token Bus y Token
Ethernet e IEEE 802.3 Ring
Especificaciones IEEE 802.3 a 1 Gbps Inconvenientes de IEEE 802.3
(Gigabit Ethernet) Las tramas no tienen prioridad
No es adecuado para sistemas en tiempo real
1000Base-SX 1000Base-LX 1000Base-CX 1000Base-T Falta de determinismo
Medio Fibra óptica Fibra óptica 2 pares de par 4 pares de par
Una estación espera un tiempo arbitrario para
(multimodo) (multi/monomo trenzado (STP) trenzado (UTP) enviar una trama
do)
Codificación 8B/10B 8B/10B 8B/10B PAM-5
Alternativa
Máx. segm. 550 m 5000 m 25 m 100m Protocolos basados en envío de testigo
Dos tipos: token bus y token ring


Token Bus (IEEE 802.4) Token Bus (IEEE 802.4)
Topologías física y lógica Características principales
El testigo viaja de estación en estación
Sólo quien tiene el testigo puede enviar
Anillo lógico El orden físico de las estaciones es
irrelevante
Cable coaxial
El cable es un medio de difusión
El anillo es dinámico
El número de estaciones puede variar
Protocolo MAC más complejo que 802.3

TEMA 5: Redes de Área Local Dirección del testigo 49 - 78 TEMA 5: Redes de Área Local 50 - 78

Token Ring (IEEE 802.5) Token Ring (IEEE 802.5)
Topología Características principales
Se compone de una colección de enlaces
punto a punto
No es un medio de difusión
Anillo Se pueden usar distintos tipos de cable
Unidireccional
La tecnología es principalmente digital
802.3 es en gran parte de tipo analógico

Interfaz
Fue desarrollado por IBM en los 80
del anillo


Protocolo MAC Protocolo MAC
Un patrón de bits especial llamado testigo La trama en el anillo realiza una vuelta
(token) circula por el anillo completa hasta la estación emisora, que
Cuando se quiere enviar espera hasta insertará el testigo cuando:
recibir el testigo La estación haya terminado de transmitir la
Uno de los bits del testigo se modifica, trama
indicando inicio de envío de trama de datos Los bits iniciales de la trama hayan llegado a la
Se añaden el resto de campos de la trama de estación después de una vuelta completa
datos


Ejemplo En situaciones de baja carga
El anillo es ligeramente ineficiente
Porque las estaciones deben esperar el testigo
antes de enviar datos
En situaciones de alta carga
En anillo funciona en modo round-robin
Es un esquema eficiente y equitativo


Ventajas Topología física en estrella
Permite un control flexible a la red Tolerancia a fallos
Se pueden usar prioridades
Inconvenientes
Problemas si se pierde el testigo o en un
instante dado aparece más de un testigo


Comparación IEEE 802.3,
Token Ring (IEEE 802.5) 802.4, 802.5
Especificaciones IEEE 802.5 Ventajas de IEEE 802.3
Estándar más usado con diferencia sobre los otros
dos
Medio UTP, STP, UTP, STP Fibra óptica Fibra óptica Mucha experiencia
fibra óptica
Tasa de 4/16 Mbps 100 Mbps 100 Mbps 1 Gbps
Las estaciones se pueden enganchar sobre la
transferencia marcha
Codificación Manchester MLT-3 4B/5B, NRZI 8B/10B
diferencial
Usa un simple cable pasivo
Tamaño máximo del 4550/18.200 18.200 18.200 18.200 No requiere el uso de módems
token (en bytes) El retraso a baja carga es prácticamente cero


Comparación IEEE 802.3, Comparación IEEE 802.3,
802.4, 802.5 802.4, 802.5
Inconvenientes de IEEE 802.3 Conclusiones
Tiene una gran parte de componente No se puede afirmar que un estándar sea
analógica mejor que otros
Debido a la detección de colisiones, las tramas Siempre se pueden encontrar situaciones en los
han de tener una longitud mínima de 64 bytes que uno supera al resto
Es no determinista Por consiguiente
No permite prioridades El rendimiento no es el factor más importante
Problemas de eficiencia bajo alta carga Otros factores son los que realmente se
imponen en vistas a realizar una elección


Redes LAN Inalámbricas Redes LAN Inalámbricas
Las redes LAN inalámbricas (wireless) Aplicaciones de LAN inalámbricas
son hoy un día un complemento de las Ampliación de redes LAN
LAN cableadas Interconexión de edificios
Satisfacen necesidades como Acceso nómada
Movilidad Trabajo en red “ad hoc” (peer-to-peer)
Cobertura de lugares difíciles de cablear


Redes LAN Inalámbricas. Redes LAN Inalámbricas.
IEEE 802.11 IEEE 802.11
Arquitectura BSS
BSS:
Conjunto de servicios Conjunto de estaciones que ejecutan el
ESS básicos
mismo protocolo MAC
Sistema de Distribución
ESS: Compiten por acceder al medio compartido
Punto de Conjunto de servicios
acceso extendidos Dos tipos
Servidor Punto de
acceso
Aislado
BSS
Se conecta a un sistema de distribución
BSS
Celdas o células
mediante un punto de acceso


IEEE 802.11 IEEE 802.11
ESS Tres tipos de estaciones
Dos o más BSS interconectados por un Sin transición: estacionarias o se mueven
sistema de distribución dentro de un BSS
El sistema de distribución suele ser una LAN Transición BSS: se mueven de un BSS a
cableada otro, dentro de un mismo ESS
El ESS aparece a nivel de enlace lógico Transición ESS: se mueven de un BSS de
(LLC) como una única LAN un ESS a un BSS de otro ESS


IEEE 802.11 IEEE 802.11
Medios físicos El problema de estación oculta (a)
Rayos infrarrojos El problema de la estación expuesta (b)
Ondas de radio en la banda ISM de 2,4
GHz
Velocidad de transmisión
IEEE 802.11b – 11Mbps
IEEE 802.11g – 54 Mbps
IEEE 802.11a – 54 Mpbs (ISM 5 GHz)


IEEE 802.11 IEEE 802.11
Protocolo MAC Protocolo MAC DCF
Es de tipo distribuido Si una una estación quiere transmitir
escucha el medio
Pero tiene implementado sobre éste uno
Si está libre transmite
de tipo centralizado Servicio sin Si no está libre espera a que finalice la
competición transmisión en curso
Función de Servicio con CSMA/CA (CSMA with Collision Avoidance)
Coordinación competición
Capa Puntual (PFC) Se usan retardos (IFS o espacios
MAC Función de Coordinación intertrama)
Distribuida (DCF)

Capa Física

IEEE 802.11 IEEE 802.11
Protocolo MAC DCF Elección de un punto de acceso
Si el medio está libre, se espera un IFS y, La estación envía un mensaje de sondeo
si sigue libre, se transmite Todos los puntos de acceso accesibles
Si el medio está ocupado, se aplaza el responden afirmativamente
envío y se continua sondeando el medio La estación selecciona un punto de acceso
de entre los que han respondido, y se lo
Si está libre de nuevo, se espera un IFS, notifica a dicho punto
tras lo cual la estación espera según un El punto de acceso responde
esquema de retroceso exponencial binario afirmativamente a la estación


IEEE 802.11 IEEE 802.11
Servicios Servicios de distribución
Las redes LAN conformes a 802.11 deben Asociación – conexión a puntos de acceso
proporcionar nueve servicios Desasociación - desconexión
Dos categorías Reasociación – movimiento inter-celdas
Distribución (cinco servicios) Distribución – determina cómo enrutar
Estación (cuatro servicios) Directamente, a traves del sistema de
distribución
Integración – traducción de trama
Si la trama se envía a una LAN no 802.11


Redes LAN Inalámbricas. Métodos de asignación de un
IEEE 802.11 canal
Servicios para estaciones Resumen
Autenticación – para poder formar parte de
una celda
Fin de autenticación – abandono de la red
Privacidad – encriptación de datos
Envío de datos


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