2.5. protocolos de nivel de enlace

2.5.3 Problema de Asignacin del Canal

Redes

Punto a Punto: WANs

Broadcast: LANs Broadcast => medio o canal compartido Broadcast => medio o canal compartido

conflictos

identificacin

medio no siempre disponible Capa 2 dividida: MAC y LLC

2

Cmo Resolver el Problema?

Asignacin esttica

FDM

TDM

No aplicables a redes broadcast No aplicables a redes broadcast Asignacin dinmica

protocolos de contienda

generan los protocolos de acceso al medio que operan en la subcapa MAC

3

Tipos de Protocolos MAC

Acceso mltiple sin deteccin de portadora

Acceso mltiple con deteccin de portadora

Libres de colisiones

De contienda limitada De contienda limitada

Token Passing

Inalmbricos

4

2.5.4 Acceso mltiple sin deteccin portadora

Antecedentes

1970: Abramson crea Alohanet (Hawaii)

Topologa Maestro (1) Esclavo (3)

Dos canales: descendente y ascendente Dos canales: descendente y ascendente

Canales en la banda UHF:

Ancho: 100 KHz

Capacidad: 9.6 Kbps

5

Maestro

Funcionamiento de Alohanet

6

EsclavoEsclavo

Esclavo

Canal descendente: sin problemas

Canal ascendente: si dos esclavos transmiten se crea un colisin

Requiere protocolo MAC

Protocolo MAC Aloha

Funcionamiento bsico: Estacin transmite frame y espera ACK, si esto no se produce dentro del timeout se no se produce dentro del timeout se retransmite el frame.

Solapamiento de un bit entre dos nodos produce un conflicto de transmisin.

A este conflicto se le llama colisin.

En Aloha los tiempos de transmisin son aleatorios.

7

Estacin

A

Emisin de frames en ALOHA puro

8

E

D

Tiempo

Estacin

A

B

Emisin de frames en ALOHA puro

Tiempo inutilizado

por colisiones

9

E

D

C

B

Tiempo

Slotted Aloha

Funcionamiento bsico: Estacin transmite frame y espera ACK, si esto no se produce dentro del timeout se retransmite el frame.retransmite el frame.

En Slotted Aloha los intervalos de inicio de transmisin son mltiplos de un frame.

Requiere sincronizacin entre todos los nodos

10

Estacin

A

B

Emisin de frames en Slotted ALOHA

Tiempo inutilizado por colisiones

11

E

D

C

TiempoIntervalos

Rendimiento de Aloha

Suponiendo distribucin de Poisson:

Aloha puro: max. 18,4% al 50% de utilizacin utilizacin

Aloha ranurado: 36,8% al 100% de utilizacin

Pero el trfico es auto-similar o fractal=> en la prctica: ms rendimiento!

Slotted Aloha es usado actualmente en redes GSM y comunicaciones va satlite.

12

0,2

0,3

0,4

S

(

r

e

n

d

i

m

i

e

n

t

o

)

Rendimiento de Aloha y Slotted Aloha

Slotted: S = Ge-G

13

G

(densidad de trfico

inyectado en la red)

0 1,5 2,0 3,01,00,5

0,1

0,2

S

(

r

e

n

d

i

m

i

e

n

t

o

)

Puro: S = Ge-2G

2.5.5 Acceso mltiple con deteccin portadora

Antecedentes

1970: Metcalfe empieza tesis en Harvard

1972: Metcalfe llega al Xeroxs PARC

22/5/1973: Ethernet experimental: 2.94 Mbps, 1.6 22/5/1973: Ethernet experimental: 2.94 Mbps, 1.6 Km, direcciones 8 bits, CRC 16 bits.

Protocolo MAC CSMA/CD

1976: Metcalfe/Boggs paper sobre Ethernet

14

Carrier Sense Multiple Access 1persistente

Funcionamiento bsico: Estacin sensa el canal, si est libre transmite frame; caso contrario sigue sensando hasta que se libere y cuando lo hace enva un frame.se libere y cuando lo hace enva un frame.

Si hay muchos nodos en la red y el canal est ocupado, colisin es casi segura al liberarse

Existe seguridad si hubo colisiones?

15

Nuevo

intentoOcupado

CSMA 1p

Detectar

canal

Listo

para Tx

16

Tx

lista

Tx

Libre

Colisin? detectada?

canal

Carrier Sense Multiple Access no persistente

Funcionamiento bsico: Estacin sensa el canal, si est libre transmite frame; caso contrario se espera un tiempo aleatorio y se vuelve a sensar repitiendo el aleatorio y se vuelve a sensar repitiendo el algoritmo.

Agrega aleatoriedad mejorando a CSMA 1p

Existe seguridad si hubo colisiones?

17

Nuevo intento

Ocupado

CSMA no persistente

Detectar

canal

Listo

para TxEsperar

rand(x) seg

18

Tx

lista

Tx

Libre

Colisin? detectada?

canal

Carrier Sense Multiple Access p persistente

Funcionamiento bsico: Estacin sensa el canal, si est libre se calcula un n, si n

Nuevo intento

Ocupado

CSMA p persistente

Detectar

canal

Listo

para TxEsperar

rand(x) seg

20

Tx

listaTx

Libre

Colisin?

detectada?

canal

Calcular

n

n>p

n

Comparacin de protocolos de

acceso al medio

21

Carrier Sense Multiple Access

con Deteccin Colisin

Funcionamiento bsico: Estacin sensa el canal, si est libre transmite frame; caso contrario se espera un tiempo aleatorio y se vuelve a sensar repitiendo el algoritmo. Una vez trasmitido el frame se sensa algoritmo. Una vez trasmitido el frame se sensa el canal para detectar colisiones. En caso de existir una, se avisa con una seal

Ahora existe seguridad si hubo colisiones!

22

Nuevo intento

Ocupado

CSMA/CD

Detectar

canal

Listo

para TxEsperar

rand(x) seg

23

Libre

canal

Tx

Sensar

canalAviso

(jamming)

Tx

lista

ColisinOK

CSMA/CD

Una colisin se producir si dos o ms nodos Tx al mismo tiempo o separados un instante de tiempo tal que la seal Tx no haya llegado al otro nodo (Perodo de Contienda)(Perodo de Contienda)

Los estados de una red CSMA/CD son entonces: libre, transmisin y colisin

24

2.5.6 Protocolos Libres de Colisin

Antecedentes

Las colisiones reducen el desempeo de la red

A medida que aumenta el trfico aumentan las colisiones (qu pasa con poco trfico?)colisiones (qu pasa con poco trfico?)

Solucin:

Eliminar las colisiones

Con esto se obtendr un mayor desempeo a alto trfico

25

Protocolo Bit MapFuncionamiento bsico:

Numerar los nodos usando N bits, hacer polling a los nodos para saber quien transmitir. Una vez finalizado el poll, se otorga el canal a cada nodo que deseara transmitirque deseara transmitir

26

Protocolo Bit Map

Ventajas

Todos saben quin va a Tx

Rendimiento aumenta a medida que aumenta la carga de la redcarga de la red

Desventajas

Latencia a baja carga de la red

27

2.5.7 Protocolos de Contencin Limitada

Antecedentes

Las colisiones reducen el desempeo de la red en alto trfico

Eliminar colisiones introduce latencia en una red con bajo trfico

Solucin:

Llegar a un esquema hbrido y dinmico entre ambos casos

28

Protocolos de Contencin Limitada - II

Si la red tiene poco trfico, comportarse como protocolos con colisiones

Si la red tiene alto trfico, comportarse como Si la red tiene alto trfico, comportarse como protocolos sin colisiones

Solucin prctica:

Identificar el nodo o grupo de nodos que generan gran trfico y a ellos otorgarle intervalos propios de transmisin

29

2.5.8 Protocolos Token Passing

Antecedentes

Los protocolos anteriores son no deterministas

En redes de control de procesos se requiere tener una garanta de tiempo mximo de retardouna garanta de tiempo mximo de retardo

Solucin:

Otorgar el medio a los nodos un tiempo mximo y luego reasignarlo.

30

Protocolos Token Passing Funcionamiento bsico:

Por la red siempre circula un token. Si un nodo desea Tx debe esperar hasta recibir el token, entonces se apodera de l y Tx frames hasta un cierto tiempo mximo, para luego liberar el token cierto tiempo mximo, para luego liberar el token a la red.

Control de acceso flexible, eficiente y equitativo a carga elevada.

Permite generar prioridades y BW garantizados

31

Operacin Token Passing

32

Operacin Early Token Release

33

Protocolos Token Passing Token holding time: mximo perodo de tiempo en el

que un nodo puede transmitir

Este protocolo no produce colisiones

qu sucede si se pierde el token?

qu sucede si se corta el anillo?

el anillo debe ser fsico, lgico o ambos?

34

Protocolos Token Passing

35

2.5.9 Protocolos de Redes InalmbricasAntecedentes

El cableado es caro y costoso de mantener

Los clientes mviles de una red se han hecho muy populares

Solucin:Solucin:

Eliminar el cable y usar un sistema wireless

Se deben considerar nuevas situaciones

36

Consideraciones en Redes Inalmbricas

Problemas de cobertura impiden a todos los nodos detectar el canal ocupado

Las colisiones son relevantes en el Rx

Un nodo mvil puede pasar de zonas con cobertura Un nodo mvil puede pasar de zonas con cobertura a zonas sin ella

Consideraciones prcticas: no es bueno tener un canal para Tx y otro para Rx; el sensar el medio puede consumir mucha potencia

37

Problemas en Redes Inalmbricas

Problema de la estacin oculta: producido por colisiones no detectadas

Problema de la estacin expuesta: producido por que el canal est ocupado en Rxel canal est ocupado en Rx

Movilidad de un nodo

Consumo de Energa

CSMA/CD no sirve en WLAN!

38

Notacin

A Tx un RTS

A

A

A Tx datos Canal LibreCanal Ocupado

ColisinReTx

39

A

A

A

A Tx un CTS

A Tx un DS

ReTx

Problema de Estacin Oculta

40

A Tx B

si C Tx B produce Colisin

throughput

delay

A B C

Problema de Estacin Expuesta

A CB

D

41

C desea Tx a D

no lo hace pues el canal est ocupado

Utilizacin

A CB

Protocolo CSMA/CA Funcionamiento bsico:

Estacin sensa el canal, si est libre transmite frame; caso contrario se espera un tiempo aleatorio y se vuelve a sensar repitiendo el algoritmo. Para evitar colisiones se utilizan un par algoritmo. Para evitar colisiones se utilizan un par de pequeos frames llamados RTS y CTS

Sensado de canal dos niveles: fsico y lgico

RTS/CTS llevan el tamao del frame a Tx

42

CSMA/CA

Solucin Problema Estacin Oculta

43

CA B

A RTS a B

CSMA/CA


44

CA B

B CTS a A

CSMA/CA


45

CA BC escucha CTS

de B

y retrasa su Tx a B

CSMA/CA

Solucin Problema Estacin Expuesta?

46

CA B

B RTS a A

CSMA/CA


47

CA

A CTS a B

B

CSMA/CA


D

48

A B C

C escucha RTS de B

y continua su Tx a D

una vez que

sens el canal libre

Protocolo MACA Multiple Access with Collision Avoidance

Funcionamiento bsico: Estacin no sensa el canal, y transmite un RTS, si el Rx est en condiciones, devuelve un CTS para comenzar la Tx de datos. comenzar la Tx de datos.

Adems, MACA soporta control automtico de potencia. Para esto usa prueba y error.

49

MACA

D

Control automtico de potencia

50

A B

D

C

A RTS a B

MACA

D


51

A B

D

C

B CTS a A

MACA

D


52

A B C

D

Al escuchar el CTS de B, C limita su power

de Tx para comunicarse con D

Problema 1 de MACA

A DC

No provee recuperacin en subcapa MAC

B

53

A DC

A RTS a B

B

Problema 1 de MACA

A DC


54

AB

C sufre colisin y no puede detectar

el RTS de D ni el CTS de B

DC

Problema 1 de MACA

A DC


55

AB

DC

A Tx a B

D reCTS a C

Problema 1 de MACA

A DC


56

La Tx de A a B colisiona con

el CTS que C enva a D

AB

DC

Problema 2 de MACA

A DCB

57

B RTS a A

A DCB

Problema 2 de MACA

A DCB

Caso cuando estacin receptora esta fuera de cobertura

58

A DC

El nodo expuesto C no sabe que puede

Tx a D pues asume que A respondi y

pospone su Tx

B

Problema 2 de MACA

A DC

Caso cuando estacin receptora esta dentro del rea de cobertura

59

A DC

El nodo expuesto C pospone su Tx

asumiendo que A respondi con un CTS

Protocolo MACAW Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless

Funcionamiento bsico: Estacin no sensa el canal, y transmite un RTS, si el Rx est en condiciones, devuelve un CTS. Antes de comenzar la Tx de datos el emisor enva un de comenzar la Tx de datos el emisor enva un frame DS y luego los datos, finalmente el Rx devuelve un ACK.

MACAW tambin soporta control automtico de potencia.

60

Problema 1 de MACA

A DC


61

La Tx de A a B colisiona con

el CTS que C enva a D

AB

DC

Solucin Problema 1 con MACAW

A DC

MACAW provee ACK y recuperacin

62

AB

DC

MACAW agrega ACK para proveer

recuperacin en el nivel MAC.

Problema 2 de MACA

A DCB

Caso cuando estacin receptora esta fuera de cobertura

63

A DC

El nodo expuesto C no sabe que puede

Tx a D pues asume que A respondi y

pospone su Tx

B

Solucin Problema 2 con MACAW

A B DC

MACAW utiliza frame DS

64

A B DC

B enva un DS antes de Tx datos

esto informa a C sobre la Tx de B

(handshaking exitoso)

2.5. protocolos de nivel de enlace

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