Subcapa MAC (Medium Access Control) de Control de Acceso al Medio,
Veremos las redes de difusión y sus protocolos.
Temas:
o El Problema del reparto del canal.
o Protocolos de Acceso Múltiple (ALOHA, Con detección de portadora, con detección de colisiones, libres de colisiones, de LAN inalámbricas)
o Normas IEEE 802 para LAN (802.3:Ethernet; 802.4:Token Bus; 802.5:Token Ring) y para MAN (802.6:DQDB);
o LANs de alta velocidad (FDDI y Fast Ethernet).
o Redes satelitales.
El problema del reparto del canal.
Tema Central: es la forma de repartir un solo canal de difusión entre usuarios competidores ® Esquemas estáticos, dinámicos en general y algoritmos específicos.
Reparto Estático de canal en LAN y WAN
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FDM |
(Frequency
Division Multiplexing) |
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Divide el Ancho de Banda (AB) en N partes de igual tamaño, asignando
a c/usuario una banda de frecuencia sin interferencias. |
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No apto para N grande y variable
ó para tráfico en ráfagas, como datos con relación máx/medio de 1000:1
® mayoría de canales están inactivos gran parte del tiempo. |
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TDM |
(Time Division
Multiplexing) |
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Asigna
a c/usuario el N-ésimo intervalo de tiempo. |
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No funciona bien con tráfico a ráfagas
/ si usuario no usa la ranura se desperdicia. |
Reparto Dinámico de canal
Basado en 5 supuestos claves:
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1 |
Modelo de N Estaciones independientes |
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2 |
Canal Único |
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3 |
Supuesto de Colisión |
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4 |
Transmisión de trama en Tiempo Continuo
ó Ranurado |
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5 |
Con ó sin Detección de Portadora |
1. Modelo de Estación: N estaciones independientes (comput., teléfonos, PDA) c/u con un programa ó usuario que genera tramas para transmisión (tx) a tasa constante l [tramas/seg]. Genera una trama, se bloquea y espera éxito de la tx.
2. Canal Único: para todas las comunicaciones de las estaciones equivalentes.
3. Supuesto de “Colisión”: evento en que 2 tramas transmitidas simultáneamente se solapan en el tiempo y la señal resultante se altera.
Ambas tramas deben retransmitirse. Constituye el único error.
4. Transmisión de trama en Tiempo Continuo ( en cualquier mto.) ó en Tiempo Ranurado (tiempo dividido en intervalos discretos= ranuras / tx de trama siempre comienza al inicio de ranura).
5. Con Detección de Portadora: si canal está en uso, estación no lo usa (LAN) ó Sin Detección de Portadora: estaciones simplemente transmiten, luego ven si tuvo éxito, como redes satelitales por gran retardo propagación. Portadora º Señal eléctrica en el cable.
Protocolos de Aceso Múltiple.
ALOHA
Método para resolver reparto de canal, inventado en los ’70 por Abramson en Universidad Hawai, usando radiotransmisores en tierra.
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No requiere sincronización de
tiempo global ¹ del ranurado. |
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Permitir que usuarios transmitan
cuando tengan datos por enviar, sin escuchar el canal antes de transmitir. |
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Si hay colisiones, por realimentación en LAN, la trama es destruida,
el transmisor espera un tpo. aleatorio y lo reenvía: “Sistemas de Contención”. |
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Fig.4.1 |
Muestra generación de trama, de
misma longitud que da rendimiento máximo que si fuera variable. |
Fig.4.1: En Aloha Puro, las tramas se transmiten
en momentos arbitrarios.
- Eficiencia de un canal ALOHA: sup. conjunto infinito de usuarios que genera tramas nuevas según distribución de Poisson, con media S [tramas/tM], con tM: Tiempo de Marco (ó trama) de long. fija. (Fig.4.2)
- Probabilidad de k intentos de transmisión /tM (retx de viejos y nuevos) es de tipo Poisson, con media G [intentos de tx/tM] : P(k)=Gk.e-G/k! ® G³S.
- Si P0:Probabilidad que una trama no sufra colisión ® P0=e-G, en tVULNERABLE=2tM ® 2G \ P0(t=2tM)= e-2G S= G.P0= G. e-2G
- Fig.4.3: Relación entre tráfico ofrecido y el rendimiento ® SMAX|G=0.5= 1/2e= 0.184 ® Máx. Uso del canal del 18 %.
Fig.4.3: Rendimiento S contra tráfico ofrecido G en los sistemas Aloha.
Protocolos de Acceso Múltiple con Detección de Portadora
Las estaciones detectan una portadora (º una transmisión) y actúan acorde a ello.
a) CSMA Persistente-1 (Carrier Sense Multiple Access): cuando una estación tiene datos a tx, primero escucha el canal,
- Si está ocupado espera hasta que se desocupe, y si detecta canal en reposo, transmite una trama, con probabilidad de 1.
- Si ocurre colisión, espera cantidad aleatoria de tiempo y comienza de nuevo.
b) CSMA No Persistente: antes de enviar, una estación detecta el canal.
- Si nadie más está transmitiendo, comienza a hacerlo.
- Si canal en uso, estación espera un período aleatorio de tiempo y repite el algoritmo (no observa continuamente el canal / de tomarlo cuando finalice la tx en curso).
- Mejor utilización del canal.
c) CSMA Persistente-p: se aplica a canales ranurados.
- Estación lista para enviar, escucha el canal.
- Si canal en reposo: estac. transmite con probabilidad p, y con probabilidad q=1-p espera hasta la próxima ranura.
- Si en la 2da. ranura también en reposo, la estac. transmite ó espera nuevamente con probabilidad p y q.
- Si canal ocupado: espera hasta la siguiente ranura y aplica algoritmo anterior.
- Si otra estac. ha comenzado su tx º Colisión, espera tiempo aleatorio y reinicia algoritmo.
- Fig.4.4: muestra Rendimientos vs.Tráfico ofrecido para los 3 protocolos mejores que ambos ALOHA, ya que aseguran que ninguna estación comienza a transmitir si detecta canal ocupado.
Fig.4.4: Comparación de utilización del canal S contra carga para varios protocolos de acceso aleatorio.
d) CSMA/CD con Detección de Colisiones:
- Mejora respecto de CSMA persistentes y no persistentes.
- Las estaciones abortan sus tx apenas detectan una colisión, en lugar de terminar sus tramas que igualmente están alteradas.
- Luego espera tiempo aleatorio e intenta de nuevo.
- CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect), ahorra tiempo y AB.
- Usado ampliamente en LANs en Subcapa MAC, según modelo conceptual de Fig.4.5.
- IEEE 802.3 (Ethernet) es una versión normalizada.
- Colisiones se detectan en un proceso analógico, observando la potencia ó el ancho del pulso de señal recibida y comparándolo con la señal transmitida ® Codificación especial de la señal.
- Tiempo Mínimo para detectar Colisión: es el que tarda la señal en propagarse de una estación a otra. ® Peor Caso: estación no segura de haber tomado el canal hasta que ha transmitido 2.t [seg] sin detectar colisión, con t: tpo de retardo propagación de 2 estac. más lejanas. ®Ancho de Ranura de Contención= 2.t (2.5 mseg. en cable coaxil de 1 km)
Protocolos Libres de Colisiones
Evitan que haya colisiones en el canal, aún durante el período de contención.
Sup. N estaciones, c/u con dirección única de 0 a N-1 incorporado en el HW, y modelo de, con intervalos de contención discretos.
a) Protocolo de Mapa de Bits
- Cada período de contención consiste exactamente de N ranuras / la estación j puede anunciar que tiene una trama para enviar colocando un bit “1” en la ranura j.
- Luego que pasan N ranuras, las estac. tienen el mapa completo de estac. que transmitirán, comenzando a transmitir en orden numérico.
- Si todos de acuerdo, ® No colisionan.
- Se los llama Protocolos de Reservación (reservan prioridad de tx)
b) Protocolo de Conteo Descendente Binario
- En protocolo de Mapa de bits, la info extra era de 1 bit/estación.
- Mejores resultados si direcciones de estación binarias de igual longitud.
- Estación que quiere usar el canal, aquí difunde su dirección binaria, comenzando por bit de mayor orden / se aplica un OR Booleano a los bits homólogos.
- Regla de Arbitraje: cdo estación ve que en una posición de bit más alto que en su dirección es cero, ha sido sobreescrito con un “1”, se da por vencida.
Protocolos de Acceso Múltiple por División de Longitud de Onda
Normas IEEE 802 para LAN Y MAN
Comparación del 802.3, 802.4 y 802.5
LAN de alta velocidad
LAN para alta velocidad y mayores distancias deben usar Fibra Optica ó redes de cobre altamente paralelas.
Fibra Optica ® gran AB, delgada, no afectada por EMI, y más segura.
FDDI (Interfaz de Datos Distribuidos por Fibra)
Fast Ethernet / Ethernet Rápido
Redes Satelitales
