Características Generales.

Unidad 3
Redes Locales
a) Características Generales.
Como ya se ha mencionado las redes pueden dividirse en dos categorías:
 Las que usan conexiones punto-a-punto y
 Las que usan canales “broadcast”.
Las redes locales entran en la segunda categoría.
En cualquier red “broadcast” el problema clave esta en determinar quien será el
siguiente en usar el canal. Por ejemplo considere una conferencia donde seis
personas sostienen una conferencia telefónica y por supuesto cada una desde su
propio teléfono, además puede escuchar y hablar con las otras cinco. Es seguro
que en cuanto una de ellas deje de hablar dos o más comenzarán a hablar al
mismo tiempo, lo cual lleva al caos. En una reunión en persona el caos es evitado
por medio de factores externos, por ejemplo la persona puede levantar la mano
para pedir la palabra. Cuando solo existe un canal, determinar quien será el
siguiente en usarlo se vuelve una tarea complicada.
Los canales “broadcast” tambien son conocidos como “multiaccess channels” o
“random access channels”.
Los protocolos usados para determinar quien sigue en un canal multi-acceso
pertenecen a una subcapa de la capa de enlace de datos (“data link layer”) llamada
MAC (“Médium Access Control”) o en español control de acceso al medio.
La subcapa MAC es muy importante en redes locales, pues todas usan un solo
canal de acceso múltiple para su comunicación. Las redes WAN en cambio usan
conexiones punto-a-punto excepto en redes satelitales.
Técnicamente la subcapa MAC esta en la parte inferior de la capa de enlace de
datos.
El Problema de Asignación del canal.
Como se ha visto el tema a tratar es la asignación de un canal “broadcast” a un
usuario de entre un grupo de competidores.
Asignación Estática de un Canal en LAN y MAN.
LA forma tradicional de de asignar un canal sencillo, como una troncal telefónica,
a uno entre un grupo de usuarios es mediante FDM “Frequency División
Multiplexing”. Si hay N usuarios, el ancho de banda es dividido en N porciones
de igual tamaño y se le asigna una porción a cada usuario. Dado que cada usuario
tiene una banda de frecuencia privada, no hay interferencia entre usuarios.
Cuando solo hay un número fijo y pequeño de usuarios, cada uno puede tener una
carga pesada de tráfico. FDM es un mecanismo de asignación simple y eficiente.
Sin embargo cuando el número de emisores es grande y variable, o la cantidad de
tráfico es variable en el tiempo, FDM presenta algunos problemas. Si el espectro
es cortado en N regiones y menos de N usuarios están interesados en
comunicarse, un gran pedazo del espectro es desperdiciado. Si más de N usuarios
quieren comunicarse, a algunos de ellos se les negara el permiso, por falta de
ancho de banda, incluso a pesar de que algunos usuarios quienes tienen asignada
una frecuencia reciben o envían algo muy esporádicamente.
Sin embargo a pesar de que se asuma que el número de usuarios permanece
constante (igual a N), dividir un canal en subcanales estáticos es ineficiente. El
problema radica en que cuando algunos usuarios están callados su ancho de banda
es perdido, pues no lo están usando y nadie mas puede usarlo. Peor aún en
sistemas de cómputo la cantidad de tráfico de datos puede variar extremadamente
de radios de 1000:1, consecuentemente muchos canales permanecerán ociosos la
mayor parte del tiempo.
El rendimiento pobre de FDM estático puede verse en un cálculo simple. Sea T el
retardo, para un canal de capacidad C bps, con una tasa de arribo de 
frames/segundo. Cada frame tiene una longitud de una función probabilística de
densidad de 1/ bits/frame:
T = 1/ (C - )
Ahora dividamos el canal en N subcanales independientes con capacidad C/N bps.
La tasa de entrada de cada subcanal ahora será /N. Entonces T quedaría así:
TFDM = 1/ ((C/N) – (/N)) = N/ (C - ) =NT
El retardo usando FDM es N veces peor que si todos los frames se acomodaran en
una sola cola para ser enviados.
Precisamente los mismos argumentos aplicados a FDM se aplican a “Time
División Multiplexing” (TDM). A cada usuario se le asigna un N-ésimo pedacito
de tiempo.
Asignación Dinámica de un Canal en LAN y MAN.
Primero debemos entender el problema de asignación, para lo cual es necesario
conocer 5 elementos claves que se deben asumir:
1.- Modelo de Estación. El modelo consiste de N estaciones independientes
(computadoras, teléfonos, comunicadores personales, etc) cada uno con un
programa o usuario que genera “frames” para transmisión. La probabilidad de
que un “frame” sea generado en un intervalo de tiempo de longitud t es t,
donde  es una constante (la tasa de arribo de nuevos frames). Una vez que un
“frame” ha sido generado, la estación es bloqueada y no hace nada hasta que
el “frame” ha sido transmitido.
2.- Se asume un Canal. Solamente un canal está disponible para toda
comunicación. Todas las estaciones pueden transmitir por el y recibir por el.
Todas las estaciones son equivalentes, aunque el “software” del protocolo
puede asignarles prioridades.
3.- Se Asumen Colisiones. Si dos “frames” son transmitidos simultáneamente,
ellos se traslapan en el tiempo y la señal resultante esta llena de basura. Este
evento es llamado colisión. Todas las estaciones pueden detectar colisiones.
Un “frame” colisionado puede volver a transmitirse mas tarde. No hay mas
errores que aquellos generados por las colisiones.
4a.-Tiempo Contínuo. La transmisión de un “frame” puede empezar en cualquier
instante. No hay un reloj maestro dividiendo el tiempo en intervalos discretos.
4b.-Tiempo Dividido. El tiempo es dividido en intervalos discretos. Las
transmisiones de “frames” siempre empiezan al inicio de un intervalo. Un
intervalo puede contener 0, 1, o más “frames”, correspondientes a un intervalo
ocioso, una transmisión exitosa o una colisión, respectivamente.
5a.-Carrier Sense. Las estaciones pueden decir si el canal esta en uso antes de
tratar de usarlo. Si se detecta que el canal está ocupado, ninguna estación
tratará de usarlo hasta que no se vuelva ocioso.
5b.-No Carrier Sense. Las estaciones no pueden verificar la disponibilidad del
canal antes de intentar usarlo. Ellas simplemente transmiten. Solo después
pueden determinar si la transmisión fue exitosa o no.
Los primeros dos puntos dicen que las estaciones son independientes, y que el trabajo es
generado en una razón constante. También implícitamente asume que cada estación solo
tiene un programa o usuario, así que mientras la estación es bloqueada , no se genera
trabajo nuevo. Modelos más sofisticados permiten estaciones multiprogramadas, que
pueden generar trabajo mientras la estación es bloqueada, pero el análisis de estas
estaciones es más complejo.
El punto 2 es el centro del problema. No hay otra vía externa para comunicarse. Las
estaciones no pueden levantar la mano para pedir el canal.
El punto 3 es básico, aunque en algunos sistemas esto es algo relajado, con resultados
sorprendentes. Tambien algunas LAN como “token ring” usan un mecanismo para
eliminación de contención que elimina las colisiones.
Hay dos alternativas a asumir acerca del tiempo (4a o 4b), contínuo o dividido en
intervalos. Se usara uno u otro.
También una red tendrá detección del canal ocupado (“carrier sensing”) o no la tendrá.
Las redes LAN usan “carrier sense”, pero las redes satelitales no (debido a al retardo en
la propagación de la señal). Las estaciones que están en redes con detección de uso del
canal pueden terminar sus transmisiones prematuramente si determinan que están
colisionando con otra transmisión.