1.4 Protocolos de Comunicación

1.4 Protocolos de Comunicación
Los principales parámetros que caracterizan a los protocolos de acceso al medio son: el dónde y
el cómo se lleva a cabo el control.
Los protocolos que han tenido mayor aceptación son aquellos que realizan el control en una
forma distribuida.
La forma en como se lleva a cabo la administración se puede dividir en tres grandes filosofias:
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"Round-Robin", en la que bajo un determinado orden se da a cada estación una
oportunidad para transmitir.
Reservaciones, donde cada estación reserva un tiempo para transmitir.
Contienda, en la que todas las estaciones luchan entre sí, para transmitir.
De todas las topologías de redes locales, la topología en bus/árbol es la que presenta el mayor
reto y las mayores opciones para el control de acceso al medio.
CSMA/CD: Usado por Ethernet y estandarizado por el IEEE.802.3. Es un protocolo de contienda
(distribuido).
Token Bus: Estandarizado por el IEEE 802.4. Es un protocolo "round robin" distribuido. En los
ultimos años se han propuesto una serie de protocolos de acceso al medio para la topología en
anillo.
Token Ring es un protocolo "round robin" distribuido.
El protocolo que se utilice para controlar el acceso al medio en gran parte define el desempeño
de una red local.
Desempeño de una red local con un protocolo de acceso al medio ideal
Los parámetros más utilizados para medir la eficiencia de una red local son:
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D El tiempo promedio de atraso desde que el paquete está listo para la transmisión hasta
que se ha transmitido exitosamente.
S El flujo en la red (throughput).
U La utilización del medio de comunicación.
Efecto del tiempo de propagación en relación con la velocidad de transmisión
Para comprender cómo influye el tiempo de propagación de la información a través del medio en
el rendimiento de la transmisión (velocidad de transmisión), es necesario comprender primero
los siguientes conceptos:
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R Razón de transmisión (velocidad de transmisión) en bits/segundo.
D Longitud del medio de comunicación.
V Velocidad de la onda electromagnética en el medio de transmisión.
L Longitud de los paquetes de datos en bits.
Métodos de acceso: Un Método de Acceso es una Técnica de Control de Acceso al Medio que
establece las reglas que indican como un nodo de red puede hacer uso del medio de
comunicación para transmitir su información. Es en si programación que apoyada en hardware
determina en que momento y cómo, un nodo de red accesa al medio. Esto es, el método de
acceso provee el control lógico del medio físico del que se dispone para la comunicación.
CSMA/CD
Este método de acceso tiene como objeto proveer accesos múltiples a los nodos de una red con
topología de bus, y está basado en el principio de sensar el medio de comunicación antes y
durante la transmisión de un paquete de información, asumiendo que el retraso en la propagación
es muy corto comparado con el tiempo de transmisión del paquete de datos.
CSMA/CD proviene de las siglas en inglés de Carrier Sense Multiple Access with Colision
Detection. Esta técnica de acceso al medio (MAC) es una de las más utilizadas en topologías
bus\árbol. Originalmente fue desarrrollada por Xerox para su red local Ethernet.
El comité de la IEEE 802 creó el estándar IEEE 802.3 basado en esta técnica de acceso al medio
para banda base. Esta técnica es una evolución de las técnicas de acceso aleatorio Aloha.
En un canal Aloha puro, las terminales transmiten cuando lo necesitan, sin importar si hay una
trasmisión en progreso. El control de acceso al medio es muy sencillo pero la máxima utilización
es solamente del 18%.
Posteriormente se desarrollo el canal Aloha sincronizado (Sloteed Aloha), en el cual las
terminales solamente pueden iniciar transmisiones al inicio de una ranura de t segundos, donde t
es el tiempo de transmisión de un paquete (longitud fija). Con esto se logra una utilización
máxima del 36%.
Tratando de incrementar la utilización de los canales de comunicación, se creó la técnica CSMA
(Carrier Sense Multiple Access).
La idea básica del CSMA es que cuando una terminal necesita transmitir, primero revisa al
medio de transmisión para ver si no hay una transmisión en progreso y evitar asi una colisión. Si
el medio está libre, transmite; si está ocupado, espera.
Está modificación, aún cuando parece muy simple y obvia, logra incrementar la utilización de los
canales Aloha ya que reduce el intervalo de colisión y, por lo tanto,reduce el número promedio
de colisiones, pero no las evita, ya que dos o más terminales pueden iniciar una transmisión al
mismo tiempo y producir una colisión.
Porqué no las evita?
En los canales Aloha se utilizaba transmisión por señales de radio con una velocidad de
transmisión relativamente baja y el tiempo de transmisión resultaba mucho mayor que el tiempo
de propagación de la señal de radio desde la estación transmisora hasta la estación central
receptora.
En redes locales esto no es cierto por dos razones:
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La velocidad de la onda electromagnética en medios guiados es 2/3 de la velocidad en el
aire.
Las velocidades de transmisión son mucho mayores que las utilizadas originalmente en
canales Aloha.
Por ejemplo, considere una red Ethernet 10Base5 con 5 segmentos. (10Base5 significa velocidad
= a 10 Mbps, transmisión banda base y longitud máxima de cada segmento = 500 metros).
La velocidad de propagación es 2x10^8 y la longitud de la red es de 2500 metros, lo cual da un
tiempo de propagación de 12.5 ms, esto sin considerar atrasos en repetidores entre segmentos.
La velocidad de transmisión es de 10 Mbps y suponiendo paquetes de 512 bits, da un tiempo de
transmisión de 51.2 ms.
Como puede verse, los puntos ahora son del mismo orden.
Si la terminal que esta en un extremo de la red inicia una transmisión en el tiempo t0, la terminal
que está en el otro extremo no se dará cuenta antes de 12.5 ms, propiciando que esta última crea
que el medio está libre e inicie una transmisión que ocasiona una colisión.
La utilización máxima usando CSMA depende de la relación del tiempo de propagación con el
tiempo de transmisión. En redes locales está relación se conoce como "a".
Los valores de la "a" pequeños favorecen una utilización mayor de la red, mientras que los
valores grandes provocan una utilización menor.
El tiempo que se desperdicia en terminar de transmitir los paquetes cuando hay colisión no tiene
sentido. Esto dió origen a la técnica de acceso al medio CSMA\ CD (Carrier Sense Multiple
Access with Collison Detection).
CSMA\CD añade las siguientes reglas a CSMA:
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Si se detecta una colisión durante la transmisión, se suspende la transmisión del paquete
inmediatamente y se genera una señal breve que indica que hubo colisión (jamming
signa).
Despues de indicar la colisión, se genera un tiempo aleatorio, transcurrido este, se intenta
llevar a cabo la transmisión usando CSMA.
El tiempo máximo que se necesita para detectar una colisión es dos veces el máximo tiempo de
propagación.
Los conjuntos de protocolos son colecciones de protocolos que posibilitan la comunicación de
red desde un host, a través de la red, hacia otro host. Un protocolo es una descripción formal de
un conjunto de reglas y convenciones que rigen un aspecto particular de cómo los dispositivos de
una red se comunican entre sí. Los protocolos determinan el formato, la sincronización, la
secuenciación y el control de errores en la comunicación de datos. Sin protocolos, el computador
no puede armar o reconstruir el formato original del flujo de bits entrantes desde otro
computador.
Los protocolos controlan todos los aspectos de la comunicación de datos, que incluye lo
siguiente:
 Cómo se construye la red física
 Cómo los computadores se conectan a la red
 Cómo se formatean los datos para su transmisión
 Cómo se envían los datos
 Cómo se manejan los errores
Estas normas de red son creadas y administradas por una serie de diferentes organizaciones y
comités. Entre ellos se incluyen el Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (IEEE), el
Instituto Nacional Americano de Normalización (ANSI), la Asociación de la Industria de las
Telecomunicaciones (TIA), la Asociación de Industrias Electrónicas (EIA) y la Unión
Internacional de Telecomunicaciones (UIT), antiguamente conocida como el Comité Consultivo
Internacional Telegráfico y Telefónico (CCITT).