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Curso deRedes Computadores 1

Tema 7 ( Primera Parte )Control y manejo del intercambio de data

Prof. Ricardo Gonzalez Tema 7 1

Control y manejo del intercambio de data sobre un enlace (link). Frame y sincronización de frame. Control de flujo a nivel de enlace. Transmisión confiable. Control de errores. Detección de errores.

Tareas Claves en un Sistema de Telecomunicaciones 1• Generación de la Señal

• Las características de la señal tales como, la forma y laintensidad deben ser acondicionadas para que puedan:

• ser propagadas a través del medio

• ser interpretadas en el receptor como datos


• Sincronización• El receptor (Rx) debe ser capaz de determinar cuándo comienza

y termina la señal recibida

• El receptor (Rx) deberá conocer la duración de cada elementode señal

Tareas Claves en un Sistema de Telecomunicaciones 2• Utilización del Sistema de Transmisión:

• Hacer uso eficaz de los recusos usados en la transmisión, quesuelen ser compartidos entre varios dispositivos decomunicación

• La capacidad total del medio de transmisión se reparte entre losusuarios haciendo uso de técnicas de multiplexación.

Necesidad de técnicas de control de congestión para garantizar


• Necesidad de técnicas de control de congestión para garantizarque el sistema no se sature

• Interfaz entre el dispositivo y el medio de transmisión

• Todas las técnicas de transmisión dependen en última instanciade la utilización de ondas electromagnéticas que se transmitirána través del medio

Tareas Claves en un Sistema de Telecomunicaciones 3• Gestión de Intercambio

• Establecer, mantener y terminar una comunicación

• Establecer si ambos dispositivos pueden transmitirsimultáneamente o lo debe hacer por turnos

• Decidir la cantidad y formato de los datos

• Especificar qué hacer en caso de que se den ciertas


• Especificar qué hacer en caso de que se den ciertascontingencias (p.e. detección de errores)

• Detección y Corrección de Errores• Siempre es posible que surjan errores en los sistemas de

telecomunicaciones

• Se debe implementar una forma de detección y/o corrección deerrores

Tareas Claves en un Sistema de Telecomunicaciones 4• Control de Flujo

• Para evitar que la fuente sature al destino transmitiendo datos más rápidamente de lo que el Rx pueda procesar.

• Direccionamiento y Encaminamiento (Enrutamiento)

• cuando el sistema se comparte por varios dispositivos se garantizar que el destino y sólo ése, reciba los datos


• Si el sistema de transmisión es una red, se necesita elegir la ruta más apropiada

• Recuperación

• Puede ocurrir una interrupción por una falla

• Debe haber un mecanismo que permita continuar transmitiendo desde donde se produjo la interrupción

Tareas Claves en un Sistema de Telecomunicaciones 5• Formato de Mensajes

• Debe existir un acuerdo entre las partes involucradas respecto del formato de los datos intercambiados. P.e. código binario usado para representar caracteres.

• Seguridad

• Asegurar que sólo el destino deseado reciba los datos


•• Asegurar al Rx que los datos no han sido alterados en la

transmisión

• Asegurar al Rx que los datos provienen del supuesto emisor

• Administración de la Red

• Se necesita la habilidad de un gestor de red que:

• Configure el sistema, monitorice su estado, reaccione ante fallas y sobrecargas y planifique con acierto los futuros crecimientos

Conceptos: Capacidad del canal

• Velocidad de transmisión de los datos:• Expresada en bits por segundo (bps).

• Velocidad a la que se pueden transmitir los datos.

• Ancho de banda:• Se mide en ciclos por segundo o Hercios (Hertz).


• Se mide en ciclos por segundo o Hercios (Hertz).

• Limitado por el transmisor y por la naturaleza del medio de transmisión.

Capa de Enlace• Es una capa lógica adicional sobre el nivel físico

para controlar y gestionar el intercambio de información de un equipo a otro adjacente en el mismo medio físico

• Objetivos:


• Sincronización de la trama.

• Gestión o Control de errores.

• Control del flujo.

• Direccionamiento.

• Datos y control sobre el mismo enlace.

• Gestión del enlace.

Capa de Enlace

• La capa física trata con los medios, las señales, las cadenas de bits, y en general con dispositivos como: repetidores, hubs, transceptores, etc.

• La capa de enlace, por su parte, consta de dos


• La capa de enlace, por su parte, consta de dos subcapas: Control de Enlace Lógico ( LLC ) y la capa de control de acceso al medio ( MAC).

Subcapas en la capa de enlace IEEE

Capa de enlace de

datos

LLC

MAC

• MAC (Media Access Control) Lasubcapa de control de acceso almedio (MAC), es la caparesponsable del manejo de losprotocolos que un host siguepara poder acceder a los mediosfísicos.


CapaFísica

MACfísicos.

• LLC (Logical Link Control) Esta capa proporciona versatilidad en los servicios de los protocolos en la capa de red. Brindando algunos servicios de manejo del enlace, como el control de errores y el control de flujo.

Modulación y Codificación(Capa Física)


Codificación de datos• Para transmitir datos es necesario codificarlos

en señales.

• La capa física es la encargada de codificar los datos a transmitir.

• El tipo de codificación depende del medio que


• El tipo de codificación depende del medio que transporte las señales.

• La codificación de datos se ha usado desde hace mucho tiempo, por ejemplo, señales de humo, código Morse, etc.

Datos y señales• Los datos digitales pueden ser representados por las

señales analógicas haciendo uso de un módem.

• Los datos analógicos pueden ser representados por señales digitales haciendo uso de un codec(codificador/decodificador).


(codificador/decodificador).

• En pocas palabras, los datos pueden ser representados por ambas señales.

Combinaciones de codificación

Existen cuatro combinaciones de codificación de señales analógicas y digitales:

• Datos digitales, señales digitales

• Datos analógicos, señales digitales


• Datos analógicos, señales digitales

• Datos digitales, señales analógicas

• Datos Analógicos, señales analógicas

No retorno a cero (NRZ)

� Es el más frecuente y sencillo para transmitir señales digitales.

� Se basa en la transmisión de señales con diferente tensión para cada uno de los bits (0,1).


(0,1).

� Se usa con regularidad en las grabaciones de cintas magnéticas

� Si la señal es continua se pierde la sincronización

Retorno a Cero (RZ)� Retorno a Cero (RZ) es un sistema de codificación

usado en telecomunicaciones en el cual la señal que representa a cada bit retorna a cero en algún instante dentro del tiempo del intervalo de bit. Por tanto, las secuencias largas de “unos” o de “ceros” ya no plantean problemas para la recuperación del reloj en


plantean problemas para la recuperación del reloj en el receptor

Bipolar- AMI� Es muy parecido al código NRZ, pero con mejoras. Es

del tipo de Binario Multinivel.

� Representa el 0 como una ausencia de señal y el 1 con un pulso positivo o negativo.

� Presenta problemas de sincronización con las cadenas continuas de ceros.


continuas de ceros.

Manchester� Es una técnica de codificación alternativa al NRZ o al

Binario Multinivel.

� Para mantener la sincronización en este tipo de codificación existe una transición a la mitad de cada bit o, mejor dicho, de lo que representa.

� El 1 binario se representa con un cambio de


� El 1 binario se representa con un cambio de transición de bajo a alto; el 0 de alto a bajo.

Manchester diferencial

� Este formato de codificación, que es de tipo Bifase, proporciona la sincronización con la transición a mitad del intervalo de cada bit.

� El 0 binario se representa cuando al inicio del intervalo empieza la transición. En cambio, el 1


intervalo empieza la transición. En cambio, el 1 binario lo hace cuando hay ausencia en el inicio del intervalo.

CODIFICACIÓN DE DATOSDatos digitales usando Señales digitales

El Transmisor debe conocer:

• El tiempo empleado en enviar un bit: si la tasa de bits es de X bps, la duración de un bit es 1/X segundos

• La velocidad de modulación (depende del esquema de codificación elegido)

El Receptor debe conocer:


El Receptor debe conocer:

• La duración de cada bit

• Comienzo y fin de cada bit

• Niveles de tensión utilizados para representar cada bit

Tipos de codificación:

• Unipolar NRZ, Polar NRZ, Unipolar RZ, Bipolar RZ, Manchester NRZ

Formatos de codificación digital


Datos digitales, señales analógicas

• Un ejemplo de este tipo de codificación es la red telefónica que se usaba anteriormente. Se requería transmitir datos digitales con señales analógicas, y el cableado utilizado no podía transmitir señales digitales.


transmitir señales digitales.

• Para poder hacer la conversión se puede utilizar módems

Datos digitales, señales analógicasPara transformar datos digitales a señales analógicas

existen tres técnicas: ASK, FSK y PSK.


Datos analógicos, señales digitales

� A esta transformación también se le conoce como digitalización.

� Se realiza una transformación de datos analógicos a datos digitales. Para poder


analógicos a datos digitales. Para poder transmitir la señal se aplican técnicas como NRZ (no retorno a cero), ASK, etc.

Datos analógicos usando Señales digitales modulación PCM


Datos analogicos, señales digitales

� La transformación de los datos analógicos a señales digítales requiere un aparato llamado codec, que codifica y decodifica las señales.


Datos analógicos, señales analógicas

Hay dos motivos para transmitir datos analógicos a señales analógicas:

• Para que la transmisión sea efectiva.

• Para usar multiplexación gracias a la modulación.


• Para usar multiplexación gracias a la modulación.

Datos analógicos, señales analógicas

Existen varias técnicas para llevar a cabo la conversación de los datos analógicos, entre ellas:

�Modulación de amplitud


�Modulación de amplitud

�Modulación en frecuencia

�Modulación en fase

Datos analógicos usando Señales analógicasSeñal Portadora, Moduladora y Modulada


Espectro expandido� Un sistema de espectro ensanchado,

se define como un sistema en el cual la energía media de la señal transmitida se reparte sobre una anchura de banda mucho mayor que la de la información.

� Estos sistemas esencialmente intercambian una mayor anchura de banda de transmisión y un mayor rechazo de las señales interferentes

Tema 7 30

banda de transmisión y un mayor rechazo de las señales interferentes que se dan en la misma banda de frecuencias.

� Ofrecen por tanto la posibilidad de compartir el espectro con sistemas de banda estrecha convencionales debido a la posibilidad de transmitir una potencia inferior en la banda de paso de los receptores de banda estrecha

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Espectro expandido� Es una nueva técnica que esta teniendo un gran

desarrollo, pues permite transmitir tanto señales analógicas como digitales.

� Fue desarrollada principalmente con fines militares y de inteligencia, ya que a través de ella se trata de impedir interferencias en la señal así como la intercepción de la misma.

Tema 7 31

interferencias en la señal así como la intercepción de la misma.

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Sincronización de la trama

Transmisiones Asíncronas y


Transmisiones Asíncronas y Síncronas

Transmisiones Síncrona y Asíncrona

• Los problemas de temporización requieren de mecanismos para sincronizar al transmisor y al receptor

• Dos soluciones• Transmisiones Asíncronas


• Transmisiones Asíncronas

• Transmisiones Síncronas

¿Para que sincronizar?

Emisor


Emisor

Receptor

Transmisión asíncrona (relojes independientes, distribuidos).

• Elimina el problema de sincronización evitando enviar largas cadenas de bits.

• Se envía un carácter a la vez (5 a 8 bits).

• Se necesita mantener la sincronización dentro


• Se necesita mantener la sincronización dentro de cada carácter

• Se requiere resincronizar al inicio de cada carácter recibido.

• Cada carácter es envuelto por 1 bit de inicio y un bit de parada.

Transmisión asíncrona

• La duración de cada bit la deciden el transmisor y el receptor

• La comunicación asíncrona tiene un alto overhead, de 2 a 3 bits por carácter.

• Usada cuando los datos a transmitir son


• Usada cuando los datos a transmitir son generados en forma aleatoria o esporádica. p.e. teclado.

• La línea está ociosa en intervalos aleatorios

ociosa ociosa

t



Línea ociosa

bit de inicio 1 0 0 1 1 0 1 0 Bits de parada (1,

11/2, 2)

muestreo

1

0

Transmisión asíncrona -Comportamiento

• En un flujo estable, el intervalo entre caracteres es uniforme (la longitud de un elemento de parada)

• En estado pasivo, el receptor busca una transición de 1 a 0

• Luego muestrea los próximos 7 intervalos (la longitud del caracter)

• Luego busca el siguiente cambio de 1 a 0 que indicará el


• Luego busca el siguiente cambio de 1 a 0 que indicará el inicio del próximo caracter

• Simple

• Barato

• Overhead de 2 o 3 bits por caracter (~20%)

Transmisión síncrona (comparten un mismo reloj)

� Bloques de datos son transmitidos sin bits de inicio y parada

� Los datos a transmitir son generados en forma contínua y con requerimientos de altas velocidades. Por ejemplo: transferencia de archivos.

� La línea está poco tiempo ociosa.


� La línea está poco tiempo ociosa.

� Los relojes deben sincronizarse


• Pueden usar una línea separada para la señal de reloj• Bueno en distancias cortas

• La señal de reloj esta inmersa en los datos• Codificación manchester


• Codificación manchester

• Frecuencia de la portadora (analógica)

Txd

Tclk

Rxd

Rclk

110010111



Rxd

Rclk

Txd

Tclk

1 0 0 1 0

• Se necesita indicar el inicio y el fin de cada bloque de transmisión

• Se puede emplear un preámbulo y un final

• Por ejemplo: una serie de caracteres SYN (hex 16)

• Por ejemplo: un bloque de 11111111 y un patrón de 11111110 para el final

Transmisión síncrona


11111110 para el final

• Por ejemplo: un bloque de 01111110 para cualquiera de los casos

• Más eficiente (tiene un menor overhead) que la transmisión asíncrona para tramas de más de 64 bits

• Trama: datos + información de control

Relleno de bits (o inserción de bits)

• Por ejemplo: un bloque de 01111110 para cualquiera de los casos

• Que pasa si este patrón esta en los datos originales a ser transmitido?

flag


01111110101010101010111111010101011100110101111110

011111101010101010101111110 10101011100110101111110 01111110 111

011111101010101010101111101010101011100110101111110



Formato de una Trama Síncrona

• Orientada a carácter

SYN SYN . . . . . . . . .

1 ó más caracteres de control

caracteres de datos

caracteres de control

¿Qué pasa cuando el carácter SYN está en los datos?



• Orientado a bitsde control de datos de control

F . . . . . . . . .

8 ó más bits banda de inicio

campo de control

campo de datos

Campos de

control

Banda de fin8 o más bits

¿Qué pasa cuando la bandera de inicio está en los datos?

F

Gestión o Control de errores

Errores, Detección y Corrección


Errores, Detección y Corrección

Tipos de Errores� Un error ocurre cuando un bit es alterado entre su

transmisión y su recepción

� Errores de un solo bit� Los bits adyacentes no se vieron afectados

� Ruido Blanco


Tipos de Errores

• Ráfagas de error• Longitud B

• Secuencias contiguas de B bits en las cuales el primero, el último y cualquier número de bits intermedios presentan errores


intermedios presentan errores

Proceso de Error Detection Errores


E, E’ = códigos de detección de errorf’ = función de generación del código

de detección de error

Detección de errores (paridad)

� Bits adicionales se agregan a la transmisión para crear códigos que permitan detectar errores en el proceso de recepción

� Paridad� El valor del bit de paridad es tal que cada carácter


� El valor del bit de paridad es tal que cada carácter poseerá un número par (paridad par) o impar (paridad impar) de números unos.

�Número pares de errores en los bits permanecerán sin ser detectados

Detección de errores (paridad)


LRC = Verificación de redundacion longitudinalVRC= Verificación de redundacion vertical

CheckSum (Suma de Chequeo)• El emisor de la trama realiza la suma de los bytes

transmitidos (su representación como caracteres ascii) de todos o en determinados campos de la trama. Esta suma se realiza módulo 256 o 65536, esto generará 8 o 16 bits respectívamante de información para el control de errores, que se añadirán al final de la trama o del


de errores, que se añadirán al final de la trama o del campo que se supervise.

A B C

41 42 43 126

CheckSum

414243

126+

Chequeos de Redundacia cíclica (CRC Cyclic Redundancy Check)• Dado un bloque de datos de k bits, el transmisor genera

un secuencia de (n – k) bits denominada secuencia de comprobación de la trama (FCS: Frame Check Sequence) de tal manera que la trama resultante, con n bits, sea divisible por algún número, y si no hay resto en la división, se supone que no ha habido errores.

Datos FCS P


• El objetivo es que la división T/P dé resto cero.• Algunos polinomios de cálculo de CRC:

• CRC-16 = X16 + X15 + X2 + 1• CRC-CCITT=X16 + X12 + X5 + 1

Datos FCS P

Trama

Chequeos de Redundacia cíclica (CRC Cyclic Redundancy Check)Base Teorica:

Dividendo Divisor 3’ 7 3

Resto Cociente 0 7 1 2

1

Mensaje

1101011011 Polinomio


1101011011 Polinomio

0 Cociente

1101011011 0000 Polinomio

1110 1100001010

Polinomio 1 x4 + 0 x3 + 0 x2 + 1 x1 + 1 x0 => 1 0 0 1 1

Queremos

Chequeos de Redundacia cíclica (CRC Cyclic Redundancy Check)

0 0 0 0


Chequeos de Redundacia cíclica (CRC Cyclic Redundancy)

1 1 0 0 0 0 1 0 1 0

1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0

1 0 0 1 1

1 0 0 1 1

1 0 0 1 1

0 0 0 0 1

0 0 0 0 0

0 0 0 1 0

0 0 0 0 0

0 0 1 0 1

Frame: 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1Generador: 1 0 0 1 1Mensaje luego de agregar 4 ceros

1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0


0 0 1 0 1

0 0 0 0 0

0 1 0 1 1

0 0 0 0 0

1 0 1 1 0

1 0 0 1 1

0 1 0 1 0

0 0 0 0 0

1 0 1 0 0

1 0 0 1 1

0 1 1 1 0

0 0 0 0 0

1 1 1 0

Trama transmitida: 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0

Chequeos de Redundacia cíclica (CRC Cyclic Redundancy Check)

• Un polinomio CRC bien construido trabajando sobre bloques de datos de tamaño limitado, podrá descubrir:• Cualquier ráfaga contigua de errores más corta que

el polinomio,

• Cualquier número impar de errores en el bloque.


• Cualquier número impar de errores en el bloque.

• Cualquier error de 2 bits en cualquier partes en el bloque.

• Entonces cada arreglo posible de 1, 2, o errores de 3 trozos será descubierto. Sin embargo, aún pueden existir una pequeña porción de errores que no sean descubiertos.

Corrección de errores• Una vez que los errores en una trama han sido

detectados, su corrección usualmente requiere que la trama sea retransmitida.

• Esto puede no ser apropiado en algunos tipos de comunicaciones inalámbricas:• La tasa de errores es alta


• La tasa de errores es alta• Muchas retransmisiones

• El retardo de propagación puede ser muy largo (satélite) comparado con el tiempo de transmisión de un trama

• Lo que resultaría en la retransmisión de la trama con errores, más cualquier otra trama subsecuente

• Surge la necesidad de corregir errores en base a los bits recibidos

Diagrama del Proceso de Corrección de errores

FECForward


Forward Error Correction

Proceso de Corrección de errores• Se establece una correspondencia de cada bloque de k

bit a un bloque de n bit (n>k)• Palabra-Código• Un codificador Forward Error Correction (FEC) es empleado

• Se envía la palabra-código• Se recibe un cadena de bits similar a la transmitida,

pero que puede contener errores


pero que puede contener errores• La palabra-código es pasada por el decodificador FEC

• Si no se detectan errores, se obtiene el bloque de datos original directamente

• Algunos patrones de error pueden ser detectados y corregidos• Algunos patrones de error pueden ser detectados, pero no

podrán ser corregidos• Algunos patrones de error (raros) no serán detectados

• Se obtendrá como resultado una salida errónea del FEC

Trabajando con la corrección de errores

• Se añade redundancia al mensaje a transmitir

• Se puede detectar el patrón de bits original bajo ciertas tasa de errores

• E.g. Códigos de corrección de errores en bloques• En general, se añaden (n-k) bits al final del bloque


• Se da una palabra-código de n bits

• Todos los k bits originales del bloque están en la palabra-código

• Algunos FEC establecen una correspondencia de los k bits originales en un palabra-código de n bits donde los k bits originales no aparecen

Códigos de corrección de errores en bloques

• FEC a bloques. Distancia Hamming.

10001110 11100101

00111000 11110111

d=5 d=2



1100010


Corrección de errores� Bits de redundancia

� 2r>= m + r + 1


Corrección de errores� Código de Hamming

� Posición de los bits de redundancia


Corrección de errores� Cálculo de los bits de redundancia


Corrección de errores� Cálculo de los bits de redundancia (continuación)


Corrección de errores


Corrección de errores� Error de bit


Corrección de errores� Corrección del error


MAC


Interfaz de Comunicación de Datos


Características de una Interfaz

• Mecánicas• Entrada de conexión

• Eléctricas• Voltaje, codificación, sincronismo

• Funcionales


• Funcionales• Envío de datos, control, sincronización, aterramiento

• De Procedimiento• Secuencia de eventos

V.24/EIA-232-F• ITU-T v.24

• Sólo especificación funcional y de procedimientos• Referencia a otros estándares para características

mecánicas y eléctricas

EIA-232-F (USA)


• EIA-232-F (USA)• RS-232

• Mecánicas ISO 2110

• Eléctricas v.28

• Funcionales v.24

• De procedimientos v.24

Especificación Mecánica

1 732 4 5 6 8 13

Especificaciones mecánicas (ISO 2110) y funcionales . Conector DB-25


14 16 20 22 2315 17 242118 2519

Especificación Mecánica

7 8

4

6

52 3

9

1


• Implementación DB-9. Muchas de las patillas de la implementación del DB-25 no son necesarias en una conexión asíncrona sencilla. Por ello, se ha desarrollado una versión más sencilla del EIA-232 que solo usa 9 patillas, conocida como DB-9.

• No hay una relación patilla a patilla entre ambas implementaciones.

7 86 9

Especificación Eléctrica• Los datos se deben transmitir como unos y ceros lógicos

usando codificación NRZ-L, con el cero definido como un voltaje positivo y el uno definido como un voltaje negativo.

• Un receptor reconoce y acepta como una señal intencionada cualquier voltaje que caiga entre estos rangos, pero ninguno que caiga fuera de ellos. Para que


rangos, pero ninguno que caiga fuera de ellos. Para que sea reconocida como datos, la amplitud de una señal debe estar entre 3 y 15 voltios o entre –3 y –15 voltios. Permitiendo que las señales válidas estén dentro de dos rangos de 12 voltios.

• El EIA-232 hace improbable que la degradación de la señal por el ruido afecte a su reconocibilidad. Mientras los pulsos caigan en uno de los rangos aceptables, la precisión del pulso no es importante.

Especificación Eléctrica


Especificación de procedimientos


Conexión de dos ordenadores mediante un módem nulo

DTE DTEDCE DCE

DTEDTE



• Un módem nulo es una interfaz EIA-232 que completa los circuitos necesarios para hacer que los DTE de los extremos crean que tienen un DCE y una red entre ellos. Proporciona la interfaz DTE-DTE sin DCE.

• Las patillas 2 y 3 son las más importantes. Sin embargo, varias de los otras tendrían problemas similares y


varias de los otras tendrían problemas similares y también necesitarían ser recableadas.

• Un módem nulo puede ser tanto un cable como un dispositivo o incluso se puede usando un cable EIA-232 estándar y una caja de conexión que permita cruzar los cables directamente de la forma que desee.

• De todas estas opciones, el cable es la más habitualmente usada y la más conveniente:

MAC ( Medium Access )

� Si existe un enlace entre dos equipos de comunicación, y este enlace es full duplex. Simplemente cada equipo envía información cuando la tiene disponible, usando algún protocolo para notificar este hecho a su

Prof. Ricardo Gonzalez Tema 7 86Prof. Ricardo Gonzalez Tema 6 86

protocolo para notificar este hecho a su homólogo del otro lado de la línea.

MAC

� Si existen más de dos equipos en el enlace o si este no es full duplex entonces hay que controlar quien accede el medio en que momento, para evitar que las señales se interfieran unas a otras.


Acceso multiple al medioMúltiples fuentes de mensajes en un mismo medio

• Buses (Ethernet)

• Radio, Satélite

• Token Ring

• Si varios equipos requieren enviar información


• Si varios equipos requieren enviar información como debe hacerse esto.

Necesita de métodos para mediar o gestionar el acceso al medio físico

• Arbitraje Justo (Fair arbitration)• Buen Desempeño (Good performance)

MAC

Acceso múltiple al medio

� Se requiere una disciplina de línea con una estrategia que puede ser centralizada o distribuida.


distribuida.

� Dentro de las estrategia centralizadas esta el polling donde hay un arbitro (o fiscal) que se encarga de indicarle a quien le toca usar la línea en cada momento.

Polling (Estrategia Centralizada)

C1 C2 C3 C4


Multiplexación


Multiplexación

� Proceso que permite la transmisión de la información procedente de


� Proceso que permite la transmisión de la información procedente de varias fuentes sobre un mismo canal físico

Multiplexación

• Técnicas:• Frequency-Division Multiplexing Access (FDMA)

• Time-Division Multiplexing Access (TDMA)

• Code-Division Multiple Access (CDMA)


• Code-Division Multiple Access (CDMA)

• WDM (Multiplexión por División de Onda)

Multiplexación por División en Frecuencias FDM • FDM Frequency Division Multiplexing

• El Ancho de Banda (AB) útil del medio, excede al Ancho de Banda requerido por los canales

• Cada señal es modulada a una frecuencia portadora diferente


portadora diferente

• Las frecuencias portadoras están separadas para evitar que las señales de información se sobrepongan (overlap) (guard bands)p.e. radiodifusión

• El canal es reservado aunque no haya datos

Multiplexación por División en Frecuencias FDM

Animación


Animación

Diagrama de FDMFrequency Division Multiplexing


FDM de Tres Señales en la Banda de Voz


TDM Sincrónica• Velocidad de transmisión del medio excede a la

velocidad de las señales digitales a transmitir

• Multiples señales digitales se mezclan en el tiempo

• La mezcla puede ser a nivel de bits o bloques

• Las Ranuras de tiempo (time slots) se preasignan y fijan


• Las Ranuras de tiempo (time slots) se preasignan y fijan a las fuentes

• Los Time Slots se reservan aún si no hay datos a transmitir

• Los Time Slots no tienen que ser iguales para todas las fuentes

Multiplexación por División en el Tiempo TDM (Time Division Multiplexing)


TDM Síncrona


SistemaTDM� Transmisión de

señales digitales en base a turnos

� Cada fuente tiene asignada una ranura temporal ( slot) para transmitir


ranura temporal ( slot) para transmitir uno o varios Bits

� Dimensionado de los buffers

Sistema TDM


Control del Enlace en TDM• No hay cabecera ni cola propias de una

comunicación sincrónica

• No se necesita un protocolo de control de enlace

• Control de Flujo (Flow control)


• Control de Flujo (Flow control)• La velocidad en la línea del multiplexor es fija

• Si un canal receptor no puede recibir datos, los otros deben seguir recibiendo

• La fuente correspondiente debe ser detenida

• Esto deja slots vacíos

• Control de Errores• Los errores son detectados y manipulados, pero esto se hace en

cada canal individualmente

Control del Enlace en TDM


TDM Estadística STDM

• En TDM Sincrónico muchas ranuras pueden ser desaprovechadas

• STDM asigna dinámicamente time slots basado en la demanda

• El Multiplexor explora las líneas de entradas y


• El Multiplexor explora las líneas de entradas y toma los datos hasta que se llena una trama

• Velocidad de la línea multiplexada es menor que la suma de las velocidades de las líneas de entradas

TDM Asíncrona (TDM Estadística STDM)


Comparación TDM y STDMt0 t1 t2 t3 t4

Hacia el computador remotoABCD


A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2

Primer ciclo Segundo ciclo

Segundociclo

A1 B1 C2B2 AB extra disponiblePrimerciclo

TDM

STDM

Datos

Dirección

D

Desempeño (STDM)

• Velocidad de salida de los datos es menor que la suma de las velocidades de entrada

• Puede haber problemas durante períodos picos• Solución: Buffers de entrada para absorber

temporalmente el exceso de datos de entrada


temporalmente el exceso de datos de entrada

• Mantener el tamaño de los buffers al mínimo para reducir el retardo

OSI en comparación con IEEE 802


802.2

802.3

Sub Capas de la Capa de Enlace

La capa de enlace IEEE 802 se ha dividido en 2 sub capas:

• LLC: Logical Link Control ( Control lógico del Enlace )

• MAC: Media Access Control ( Control de acceso al medio )

La sub capa de LLC es común a todas las LANs

• El estándar IEEE 802.2 describe servicios y protocolos


• El estándar IEEE 802.2 describe servicios y protocolos para esta sub-capa

• La sub capa MAC es especifica para cada LAN y define el método que será empleado para compartir el medio

Sub Capa MACLa sub capa Mac realiza comunicación de broadcast

• Cualquier estación recibe los frames transmitidos desde otra estación.

El broadcasting puede ser implementado por:

• Topologías de broadcasting como el bus

• Topologías de anillo con estaciones conectadas las unas


• Topologías de anillo con estaciones conectadas las unas a las otras

Modo punto a punto (ring -in ring-out)• Porque el medio es confiable (low bit error rate) la capa

2 usualmente no corrige errores sólo los detecta.

• Las LANs implementan una comunicación no orientada a conexión

MAC PDU (Protocol Data Unit)

trama


Los campos principales de un PDU MAC son:

� Direcciones (Called SAP: Service Access Point):� DSAP: Destination SAP ( SAP Destino)

� SSAP: Source SAP (SAP Fuente)

� LLC-PDU contiene los datos de enlace

� FCS (Frame Control Sequence): un CRC sobre 32 bits es usado para el contro de errores de la

MAC Address ( direcciones MAC)

� Han sido estandarizadas por la IEEE

� Están compuestas de 6 bytes (48 bit)

� Representan a 6 pares de número hexadecimales

� Por ejemplo:


Dirección MAC� Está compuesta de dos

partes de 3 bytes cada una:

� Los 3 bytes más significativos indican el fabricante o OUI


fabricante o OUI (Organization Unique Identifier).

� Los 3 bytes restantes corresponden a un correlativo asignado por el fabricante

Tipos de direcciones MAC

Singlecast:

• Direcciona a una única estación

Multicast:

• Direcciona a un grupo de estaciones


Broadcast (ff-ff-ff-ff-ff-ff):

• Direcciona a todas las estaciones

Multicas Address

• Es normalmente utilizado para descubrir nodos adyacentes

• Existen dos formas para usar frames de multicast :• Solicitation:


• Solicitation:• La estación TCP/IP que desea descubrir la dirección MAC de

otra estación envia un multicast frame conteniendo la dirección de capa 3 de la otra estación

• Advertisement:• La estación periodicamente anuncia en la red (Decnet)

Saltar

IEEE 802


MAC• El control de acceso al medio hace referencia a los protocolos

que determinan cuál de los computadores, de un entorno de medios compartidos, puede transmitir los datos.

• Existen dos políticas de acceso al medio:

• una determinística (token passing)

• no determinística ( CSMA/CD).


• no determinística ( CSMA/CD).

• Los protocolos determinísticos aplican el concepto “esperar hasta que llegue su turno”,

• los protocolos no determinísticos aplican el concepto “el primero que llega se sirve primero”.

Tipos de LANs

• Los tres tipos de redes LANS más populares son:• Ethernet

• Token ring

• FDDI (Fiber Distributed Data Interface)


• FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

802.3 Ethernet• Es un estándar de redes de computadoras de área local con acceso

al medio por contienda CSMA/CD. ( CSMA/CD 1-persistente)

• El nombre viene del concepto físico de Ether. Ethernet define las características de cableado y señalización de nivel físico y los formatos de trama de datos del nivel de enlace de datos del Modelo OSI.


CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect)

• Por lo general usa en una topología de Bus• Es usado en el estándar de LAN Ethernet• A diferencia del token ring, todos los nodos pueden enviar

siempre que ellos tengan datos para transmitir• Cuando un nodo quiere transmitir la información, primero

"escucha" a la red (Carrier Sense). Si nadie transmite


"escucha" a la red (Carrier Sense). Si nadie transmite sobre la red, el nodo comienza la transmisión (Multiple Access)

• Sin embargo es posible que dos nodos deseen transmitir simultáneamente y que al escuchar la red ambos detecten, al mismo tiempo, que está desocupada.

• Cuando estos dos nodos transmiten al mismo tiempo ocurre lo que se llama una colisión.

• La primera estación al descubrir la colisión envía una señal de Colisión (Collision Detect)

Ethernet


Ethernet CSMA/CD

1. El host desea transmitir.

2. ¿Se ha detectado la portadora?

2a. Si: ir a 3.

2b. No: ir a 2

3. Ensamblar trama.

4. Comenzar la transmisión.

7a. Si: ir a 8.

7b. No: ir a 6.

8. Transmisión completa.

FIN

9. Señal de embotellamiento.

10. Intentos = intentos + 1.


4. Comenzar la transmisión.

5. ¿Se ha detectado alguna colisión?

5a. No: ir a 6.

5b. Si: ir a 9.

6. Seguir transmitiendo.

7. ¿Se realizó la transmisión?

10. Intentos = intentos + 1.

11. Intentos > ¿Demasiados?

11a. Si: ir a 12

11b. No: ir a 13.

12. Demasiadas colisiones: cancelar transmisión.

13. El algoritmo calcula el retardo.

14. Esperar t segundos e ir a 4.

Exponential Binary BackOff

BackOff Time

BackOff Time


Colisión

32 bit Jam

32 bit Jam

Exponential Binary Backoff

1 ranura: tiempo de propagación de ida y vuelta de una trama 2τ (Tanenbaum)


BackOff Time ( ranuras )1 0 1 21 - 12 0 1 2 3 22 - 13 0 1 2 3 4 5 6 7 23 - 1i 0 ……. 2 i – 1 2 i - 1 Hasta 15 colisiones

Ethernet

• Fue la primera red en proveer CSMA/CD

• Fue desarrollada en 1976 por Xerox PARC (Palo Alto Research Center) en cooperación con DEC e Intel

• Es una rápida y confiable solución de Red

• Es uno de los estándares de redes locales más ampliamente utilizado


utilizado

• Permite soportar tasas de transmisión de datos que van de los 10Mbps hasta los 10 Gbps

• Es empleada con topologías de bus o estrella

Datagrama Ethernet (trama)

� Preámbulo� Un campo de 7 bytes (56 bits) con una secuencia de bits usada para sincronizar y


� Un campo de 7 bytes (56 bits) con una secuencia de bits usada para sincronizar y estabilizar el medio físico antes de iniciar la transmisión de datos. El patrón del preámbulo es:

10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010� Estos bits se transmiten en orden, de izquierda a derecha y en la codificación

Manchester representan una forma de onda periódica.

� SOF (Start Of Frame) Inicio de Trama� Campo de 1 byte (8 bits) con un patrón de 1s y 0s alternados y que termina con dos

1s consecutivos. El patrón del SOF es: 10101011. Indica que el siguiente bit será el bit más significativo del campo de dirección MAC de destino.

� Aunque se detecte una colisión durante la emisión del preámbulo o del SOF, el emisor debe continuar enviando todos los bits de ambos hasta el fin del SOF.

Datagrama Ethernet• Dirección de destino

• Campo de 6 bytes (48 bits) que especifica la dirección MAC de tipo EUI-48 hacia la que se envía la trama. Esta dirección de destino puede ser de una estación, de un grupo multicast o la dirección de broadcastde la red. Cada estación examina este campo para determinar si debe aceptar la trama (si es la estación destinataria).

• Dirección de origen• Campo de 6 bytes (48 bits) que especifica la dirección MAC de tipo

EUI-48 desde la que se envía la trama. La estación que deba aceptar la


EUI-48 desde la que se envía la trama. La estación que deba aceptar la trama conoce por este campo la dirección de la estación origen con la cual intercambiará datos.

• Tipo• Campo de 2 bytes (16 bits) que identifica el protocolo de red de alto

nivel asociado con la trama.

• Longitud• la longitud del campo de datos. La capa de enlace de datos interpreta

este campo. (En la IEEE 802.3 es el campo longitud debe ser menor de 1536 bytes.)

Datagrama Ethernet• Datos

• Campo de 0 a 1500 Bytes de longitud. Cada Byte contiene una secuencia arbitraria de valores. El campo de datos es la información recibida del nivel de red (la carga útil). Este campo, también incluye los H3 y H4 (cabeceras de los niveles 3 y 4), provenientes de niveles superiores.

• Relleno• Campo de 0 a 46 bytes que se utiliza cuando la trama Ethernet no


• Campo de 0 a 46 bytes que se utiliza cuando la trama Ethernet no alcanza los 64 bytes mínimos para que no se presenten problemas de detección de colisiones cuando la trama es muy corta.

• FCS (Frame Check Sequence - Secuencia de Verificación de Trama)• Campo de 32 bits (4 bytes) que contiene un valor de verificación CRC.

El emisor calcula el CRC de toda la trama, desde el campo destino al campo CRC suponiendo que vale 0. El receptor lo recalcula, si el valor calculado es 0 la trama es valida.

Token Ring Network

� Desarrollado originalmente por IBM en los 1970’s

� En casos de tráfico pesado, la red token ring tiene un mayor throughput que ethernet debido al determinismo ( non-random) de su método de acceso al medio


al medio

� Es usada en aplicaciones en las que el delay de envío de los datos debe ser predecible

� Es una red robusta, que tolera los fallos

� Puede soportar tasas de datos de 16 Mbps

� Típicamente esta tecnología es usada con cables de par trenzado

Token Ring


FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

� FDDI es un estándard desarrollado por la American National Standards Institute (ANSI) para la transmisión de datos sobre fibras ópticas.

� Usa anillo duales

� El primer aniilo es usado para cargar datos hasta 100 Mbps


datos hasta 100 Mbps

� El segundo anillo en usado como backup en caso de que el primer anillo falle.

� Si no se requiere de un backup, el segundo anillo puede cargar datos, incrementando la tasa de transmisión hasta los 200 Mbps

� Soporta hasta 1000 nodos

� Posee un rango de hasta 200 km

Source:http://burks.brighton.ac.uk/burks/pcinfo/hardware/ethernet/fddi.htm

Lecturas Adicionales

• Tanenbaum. Redes de Computadores. Capítulos 3 y 4

• Stallings Capítulos 6 y 7


Material Empleado para elaborar la Clase

• http://www.cic.ipn.mx/organizacion/comunidad_academica/pagpersonal/MontielRenteria/redes%20de%20computadoras/s1cap06.ppt

• Token Ring http://www.arcesio.net/tokenring/tokenring1a.ppt

• http://mason.gmu.edu/~abaranie/it101/lecture17.ppt

• profesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo309/lectures/sharedMediaA.ppt• http://www.datacottage.com/nch/eoperation.htm

• http://www.datacottage.com/nch/troperation.htm


• http://www.datacottage.com/nch/troperation.htm

• http://www.macs.hw.ac.uk/~pjbk/nets/

• http://es.wikipedia.org/wiki/Ethernet

Curso de Redes Computadores 1 - LDC Noticiasrgonzalez/Cursos/redes/laminas/Tema7_parte1.pdf ·...

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