UNIDAD II. Nivel Físico y Nivel de Enlace

UNIDAD II. Nivel Físico y Nivel de Enlace
Nivel físico. Nivel de enlace. Redes LAN (12hT + 3hP)
El primer bloque presenta algunos de los aspectos de la interfaz física que definen el modo en que se
transfiere la información en una red de comunicaciones como son: la transmisión síncrona o asíncrona, serie
o paralelo, direccional o bidireccional, a la vez que se hace una descripción más detallada de algunos de
estos
t interfaces
i t f
(RS 232 y módem).
(RS-232,
ód ) Además
Ad á del
d l material
t i l de
d clase
l
se recomienda
i d leer
l
estos
t contenidos
t id en
Caps. 2 y 3 de F.Halsall “Comunicación de datos, redes de computadores”, 4ª ed., Addison Wesley,1998.
El segundo bloque desarrolla algunas de las funciones asociadas al nivel de enlace que garantizan la
j el control de errores, y el control de acceso al
fiabilidad de la comunicación como son: el control de flujo,
medio. También es recomendable leer los Caps. 4 y 5 de F.Halsall.
El último bloque describe las redes LAN, ya que el servicio proporcionado por estas redes está basado en
estos dos primeros niveles: físico y de enlace. Dentro de este bloque se hace un especial énfasis sobre las
distintas redes LAN: Ethernet,
Ethernet Token Ring,
Ring FDDI,
FDDI etc.
etc Para completar el material de clase,
clase conviene leer los
Caps. 13 y 14 de W.Stallings, y Caps. 6 y 7 de F.Halsall. Además, para afianzar conceptos, es necesario
completar la teoría con la descripción detallada que se hace en el Laboratorio de Redes y Servicios
Tema 1. CONCEPTOS BÁSICOS. INTERFAZ FÍSICA.
Tema 2. NIVEL DE ENLACE: FUNCIONES.
Introducción.
Control de flujo y Control de errores.
Entramado
Control de acceso al medio.
Tema 3. REDES LAN.
Aspectos
p
básicos
Normas IEEE 802
Interconexión de redes
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.1
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
Contenidos del capítulo
Funciones de nivel físico.
Modos de transmisión: asíncrono y síncrono.
Interfaz física: V.24 / EIA-232-F, modem, RJ-45, USB.
Funciones de nivel físico
• Transmisión bit a bit entre un emisor y un receptor (transmisión serie).
• Especificaciones
f
mecánicas, eléctricas, funcionales
f
y procedimentales de los elementos físicos
f
que
intervienen en la interconexión de dispositivos (interfaces).
• Aspectos: representación de bits (codificación), sincronización emisor-receptor (transmisión síncrona /
asíncrona), modulación, multiplexación, amplificación y regeneración de señales, formato y funciones de
l pines
los
i
d l conector,
del
t etc.
t
Interfaz
Transmisión serie de
bits
M d
Modem
Interfaz
Modem
Desde el punto de vista de la comunicación de datos entre equipos interesa conocer:
• Especificaciones de los elementos físicos que intervienen en la interconexión ((interfaces).
)
• Identificación correcta de la información transmitida (sincronización)
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.2
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
MODOS DE TRANSMISIÓN: ASÍNCRONO y SÍNCRONO
Para decodificar e interpretar la información, el receptor debe ser capaz de muestrear la señal de
entrada en cada bit, pero si su reloj no tiene exactamente la misma frecuencia que el reloj del
sistema emisor,, antes o después
p
se p
producirán errores en la lectura de los bits,, debido a q
que no se
muestrea la señal en los instantes precisos.
SINCRONIZACIÓN: Es el proceso mediante el cual el equipo receptor, conoce los momentos
exactos en que debe medir la magnitud de la señal para identificar la información transmitida.
Existen tres (3) niveles:
• Sincronización de bit: Debe reconocer el comienzo y el final de cada bit.
• Sincronización de octeto (carácter): Debe reconocer el comienzo y el final de cada unidad de
información, como una palabra o carácter transmitido.
• Sincronización de bloque (trama): Debe conocer el comienzo y el final de cada bloque de
datos (delimitación de trama).
trama)
Dos modos de transmisión:
• Asíncrona: cada carácter se envía de forma independiente. Cuando no hay datos que enviar
la línea está en reposo.
reposo
• Síncrona: la trama se envía sin separación entre los caracteres. Cuando no hay nada que
enviar el emisor envía una secuencia determinada de forma ininterrumpida para asegurar que
no se pierde el sincronismo.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.3
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
TRANSMISIÓN ASÍNCRONA
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Los caracteres se envían de uno en uno,, mediando cualquier
q
intervalo de tiempo
p entre ellos.
El emisor y el receptor deben trabajar con aproximadamente la misma base tiempos,
sincronizándose a nivel de carácter con un bit de inicio (Start).
El carácter a transmitir viene delimitado por un bit de inicio (sincronización de relojes), y uno o
dos bits de parada (separación de caracteres y vuelta a nivel de reposo)
El bit de inicio tiene la codificación opuesta a la de estado de línea en reposo.
Existe la posibilidad de realizar un control de errores a nivel de carácter (bit de paridad).
Los terminales se denominan terminales en modo carácter.
Normalmente se utiliza para transmitir caracteres en un flujo irregular (teclado a terminal)
La transmisión asíncrona también puede servir para transmitir bloques de caracteres entre dos
computadores. No hay retardo entre los caracteres y cada bit de parada le sigue un bit de inicio.
Cuando se transmiten bloques de caracteres, cada bloque se encapsula entre dos caracteres
control (STX, ETX) para obtener la sincronización de bloque (necesita un proceso de
transparencia en caso de transmitir información binaria).
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.4
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
TRANSMISIÓN ASÍNCRONA
•
La transmisión es sencilla y no
costosa,
pero
hay
menor
aprovechamiento de la línea de
transmisión, con rendimiento del 72%
((8 de 11bits).
)
•
Se usa cuando la tasa de generación
de los caracteres es indeterminada o
cuando se transmiten bloques de
caracteres con tasas relativamente
bajas.
•
La resincronización se efectúa al
comienzo de cada carácter, por tanto
los requisitos de sincronización no
son muy exigentes y se pueden
permitir errores de hasta un 5-6% en
los dos relojes sin que afecte a la
interpretación de los datos.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.5
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
TRANSMISIÓN SÍNCRONA
• El bloque o trama de datos completo se transmite como un flujo de bits continuo,
continuo sin ningún retardo
entre cada elemento de ocho bits.
• Se usa cuando se transmiten bloques grandes de datos con tasa de bits altas.
• En la transmisión síncrona, el receptor logra y mantiene la sincronización de bit mediante:
 Integra la información de reloj en la señal transmitida y el receptor la extrae posteriormente
(codificación Manchester, AMI, etc.).
 El receptor cuenta con un reloj local que aprovecha las transiciones de bit 0 ->1 y 1->0 de la
señal recibida para mantener la sincronía de bit (DPLL: Digital Phase Lock-Loop).
 Línea auxiliar de reloj.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.6
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
TRANSMISIÓN SÍNCRONA
Entre tramas sucesivas se utilizan caracteres o bytes de
sincronismo y caracteres de inicio y fin de trama
(sincronización de carácter y de trama)
Trama transmitida
Bytes de
sincronismo
Byte de
inicio de
t
trama
Bytes de datos
Byte de
fin de
t
trama
Bytes de
sincronismo
Transmisión:
– Orientada a carácter.
– Orientada a bit
bit.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.7
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
TRANSMISIÓN SÍNCRONA
• Transmisión orientada a carácter:
• Dependiente del código
de caracteres usado
(ASCII EBCDIC)
(ASCII,
• Ineficiente en transmisión
de información binaria
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.8
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
TRANSMISIÓN SÍNCRONA
• Transmisión orientada a bit:
Transparencia (bit stuffing o inserción de bit 0)
Cuando en transmisión se detectan 5 unos consecutivos en el campo
de datos, automáticamente se inserta un bit 0 (bits de relleno). Cuando
el receptor detecta cinco bits consecutivos a 1 seguidos de un bit 0,
automáticamente borra el bit 0 de relleno.
011011111111111111110010
011011111011111011111010010
Bits de relleno
011011111111111111110010
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.9
Los datos tienen un número
arbitrario de bits y admite
códigos de caracteres con un
número arbitrario de bits por
carácter. La trama comienza con
el octeto 01111110 denominado
bandera (flag).
Datos originales
Datos con relleno de bits
Datos en memoria del receptor después
de remover el relleno
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
TRANSMISIÓN SÍNCRONA
• Transmisión orientada a bit (cont.):
N hay
No
h una sincronización
i
i
ió de
d octeto
t t propiamente
i
t dicha.
di h
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.10
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFACES DE INTERCONEXIÓN
Los dispositivos utilizados para el procesamiento de datos tienen una capacidad limitada para
transmitir datos. Por ello, estos dispositivos no se conectan directamente a la red de comunicación.
Un equipo terminal de datos (DTE,
(
Data Terminal Equipment)) requiere una INTERFAZ
denominada equipo de terminación de circuito de datos (DCE, Data Circuit terminating
Equipment) para acceder al medio de transmisión
Interfaz
Interfaz
Medio
DTE
DCE
DCE
Circuito de Datos
Enlace de Datos
Ejemplo de DCE: Modem
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.11
DTE
El DCE recibe y transmite
bits a través del medio de
transmisión o red y además
interacciona con el DTE,
intercambiando tanto datos
como
información
de
control.
Características
C
t í ti
de
d una interfaz:
i t f
• Mecánicas: cable con un
conector.
• Eléctricas: codificación, tensíón
y temporización.
• Funcionales: datos, control,
temporización y masa o tierra.
• De
D procedimiento:
di i t secuencia
i
de eventos.
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFAZ V.24 / EIA-232-F
Cada pareja DTE-DCE
cooperativamente.
se
debe
diseñar
para
que
funcione
La interfaz de comunicación más común es la interfaz serie siendo las
normas más utilizadas:
• V.24 (UIT-T).
Sólo especifica los aspectos funcionales y de procedimiento:
– Hace
H
referencia
f
i a otros
t
estándares
tá d
para los
l
aspectos
t
eléctricos
lé t i
y
mecánicos.
• EIA-232-F (EE.UU.):
(
)
– RS-232.
– Especificaciones mecánicas: ISO 2110.
– Especificaciones eléctricas: V.28.
– Especificaciones funcionales: V.24.
– Especificaciones de procedimiento: V.24.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.12
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFAZ V.24 / EIA-232-F
Especificaciones mecánicas (ISO 2110) y funcionales. Conector DB-25
1
2
3
4
5
6
7
13
8
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
llamada
Los 25 circuitos disponibles en la interfaz EIA-232 se usan para las funciones de datos,
temporización, tierra y pruebas. No todas las patillas son funcionales. Así, los circuitos 9 y 10 están
reservados para pruebas y el circuito 11 está todavía sin asignar.
Cada funcionalidad tiene una función espejo,
espejo o de respuesta,
respuesta para el tráfico en la dirección opuesta
(full-dúplex). Así, el circuito 2 es para transmitir datos mientras que el circuito 3 es para recibir datos.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.13
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFAZ V.24 / EIA-232-F
Especificaciones mecánicas y funcionales. Conector DB-9
1
3
2
6
7
5
4
8
9
llamada
• Muchos de los circuitos de la implementación DB-25 no son necesarias en una
conexión asíncrona sencilla. Por ello, se desarrolló una versión más sencilla del
EIA-232 que solo usara 9 circuitos (DB-9).
• No hay una relación patilla a patilla entre ambas implementaciones.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.14
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFAZ V.24 / EIA-232-F
Especificaciones eléctricas
• Señalización digital.
• Los
L valores
l
se interpretarán
i t
t á como binarios
bi i o como señales
ñ l de
d control,
t l dependiendo
d
di d del
d l
circuito.
• 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. Una
tensión más negativa que 3 voltios se interpreta como un 1 binario y una mayor de 3 voltios
se interpreta como un 0 binario (NRZ-L).
• Para señales de control, una tensión menor de -3 voltios es OFF y mayor de +3 voltios es
ON.
ON
• Velocidad de transmisión < 20 Kbps a distancias menores de 15 metros.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.15
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFAZ V.24 / EIA-232-F
Especificaciones de procedimiento
DTE´s intercambiando información a través de DCE´s
1
7
1
7
20
2
20
2
4
5
2
8
6
3
4
5
2
1
7
22
20
6
22
20
6
Llamada entrante
Portadora
8
6
3
1
7
Portadora
Datos
8
8
3
3
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.16
1
7
20
6
8
4
5
2
3
Blindaje
Tierra
DTE lilisto
t
DCE listo
Detector de señal de línea recibida
Petición para enviar
Li t para enviar
Listo
i
Transmisión de datos
Recepción de datos
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFAZ V.24 / EIA-232-F
Especificaciones de procedimiento
DTE´s intercambiando información a través de DCE´s
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.17
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFAZ V.24 / EIA-232-F
Conexión de dos ordenadores mediante un módem nulo.
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.
ellos Proporciona la interfaz DTE
DTEDTE sin DCE. ¿Por qué usar un módem nulo? Si todo lo que se necesita es la interfaz, ¿por qué
no usar un cable estándar EIA-232?
•
•
•
•
Ambos DTE intentan transmitir sobre el mismo circuito 2 y recibir sobre el mismo circuito 3.
El circuito de recepción (3) queda completamente aislado de la transmisión.
transmisión
El circuito de transmisión (2) acaba teniendo colisiones.
No es posible establecer una comunicación de datos de un dispositivo a otro.
Para que sea posible realizar la transmisión es necesario cruzar los
cables de forma que el circuito 2 del DTE se conecte con el circuito 3
del otro DTE y viceversa
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.18
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFAZ V.24 / EIA-232-F
Conexión de dos ordenadores mediante un módem nulo (continuación)
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.19
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFAZ BALANCEADO / NO BALANCEADO
RS-232 es un interfaz no balanceado. Es más sensible al ruido en las señales. No se puede
utilizar para distancias largas ni velocidades elevadas
n(t)
+
VR= VT+n(t)
VT+
-
-
En otros interfaces se emplean señales balanceadas para reducir el efecto del ruido y permitir
mayores velocidades y distancias más largas (como, por ej. RJ-45 y USB).
n(t)
()
n(t)
VT+
-
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.20
+V
R
-
VR= VT+- VT- +n(t)
+n(t)-n(t)
n(t)
VT-
Se puede suponer que el nivel
de ruido es el mismo porque
las dos líneas están muy
próximas
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
OTROS INTERFACES RS-232
Máxima
distancia
Tasa máxima
On, 0
Off, 1
Niveles de
recepción
Balanceado (B)
No balanceado (U)
RS-232-C
15m
RS-422-A
1-1
1
1,5
5 Km
RS-423-A
1-1
1
1,5Km
5Km
RS-449
60m
20Kbps
+5+15
-5-15
325
10Mbps
+2+6
-2-6
12
100Kbps
+3.6+6
-3.6-6
12
20kbps/2Mbps
RS-422/423
RS-422/423
RS-422/423
U
B
B
U/B
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.21
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFAZ RJ-45
RJ-45 es una interfaz física comúnmente usada para conectar redes de cableado estructurado.
Posee ocho "pines" o conexiones eléctricas, que normalmente se usan como extremos de cables
de par trenzado. Una aplicación común es su uso en cables de red Ethernet, donde suelen usarse
8 pines (4 pares). Otras aplicaciones incluyen terminaciones de teléfonos (4 pines o 2 pares),
servicios de red como RDSI y T1 e incluso RS232.
Características
• Para transmitir en cada una de las dos
direcciones
se
usan
dos
líneas
balanceadas.
• No tiene especificaciones funcionales
definidas.
• Los circuitos de transmisión y recepción se
utilizan para transmitir señales de datos y
de control.
• La información de control se transmite
usando mensajes.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.22
R J45
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFAZ RJ-45. Ejemplo para RDSI
Según la terminología RDSI, se
establece una conexión física entre el
Equipo
Terminal
TE
(Terminal
Equipment) y el Equipo Terminal de
Línea NTE ((Network Terminating
g
Equipment). Estos se corresponden
aproximadamente con el DTE y DCE,
respectivamente.
Para RDSI, en caso de fallos en el
suministro eléctrico local, se prevé la
transferencia de energía desde la red
hacia el terminal para mantener el
servicio de telefonía básico.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.23
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFAZ USB
• El USB - Universal Serial Bus (Bus Serie Universal) fue creado en 1996 por siete empresas:
IBM, Intel, Northern Telecom, Compaq, Microsoft, Digital Equipment Corporation y NEC.
• Permite conectar todo tipo de periféricos (mouse, teclados, escáneres, cámaras digitales,
impresoras, discos duros, tarjetas de sonido y componentes de red).
microUSB
USBtipoB
USBhembra tipoA
miniUSB
USBmacho tipoA
• Para equipos multimedia (escáner y cámaras digitales), USB se ha convertido en el método
estándar de conexión. Para impresoras, ha empezado a desplazar al puerto paralelo al facilitar la
agregación de más de una impresora al PC.
C
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.24
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFAZ USB
Características de transmisión
El cable USB soporta tres velocidades de transferencia de datos:
• Baja Velocidad (1.0): tasa a 1.5Mbit/s (192KB/s). Utilizado en su mayor parte por dispositivos
como teclados, ratones y joysticks.
• Velocidad Completa (1.1): tasa a 12Mbit/s (1.5MB/s). La tasa más rápida antes de especificar
USB 2.0, y muy generalizada en la actualidad.
• Alta Velocidad (2.0): tasa de 480Mbit/s (60MB/s).
• Súper Velocidad (3.0): En fase experimental. Tasa a 4.8Gbit/s (600MB/s).
Las señales del USB son transmitidas sobre par trenzado (D+ y D-). Utilizan señalización diferencial en
half-duplex para combatir los efectos del ruido electromagnético en enlaces largos. Los niveles de
transmisión de la señal varían de 0-0.3V (ceros) y 2.8-3.6V (unos) en las versiones 1.0 y 1.1, y en
±400mV en Alta Velocidad (2.0). Además, el estándar incluye la transmisión de energía eléctrica al
dispositivo conectado.
Pin
Nombre
Color
Descrip
1
VCC
Rojo
Alimentación (+5V)
2
D
D−
Bl
Blanco
Transmisión y recepción
diferencial (Data −)
3
D+
Verde
Transmisión y recepción
diferencial (Data +)
4
GND
Negro
Masa de referencia de
alimentación
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.25
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFAZ USB
Topología básica de USB
El sistema USB consta de tres componentes:
• Controlador: Reside dentro del PC y es responsable
p
de las comunicaciones entre los p
periféricos USB y la
CPU del PC. También es responsable de la admisión de los periféricos dentro del bus, tanto si se detecta
una conexión como una desconexión. Para cada periférico añadido, el controlador determina su tipo y le
asigna una dirección lógica para utilizarla siempre en las comunicaciones con el mismo.
• Concentradores ((hub):
) Son distribuidores inteligentes
g
de datos y alimentación,, y hacen p
posible la conexión
a un único puerto USB de 127 dispositivos. De una forma selectiva reparten datos y alimentación hacia sus
puertas descendentes y permiten la comunicación hacia su puerta de retorno o ascendente.
• Perifericos (dispositivos): Teclados, ratones, joysticks, monitores, impresoras, modems, scanners,
equipos
q p de audio,, etc,,
La interconexión física USB es una
topología de estrellas apiladas donde un
hub (concentrador) es el centro de cada
estrella. Cada segmento
g
de cable es una
conexión punto-a-punto entre el host y
los hubs o función, o un hub conectado a
otro hub o función.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.26
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFAZ USB
Diagrama de capas de USB
El software cliente se ejecuta en el host y
corresponde
d a un dispositivo
di
iti USB.
USB Se
S suministra
i i t con
el sistema operativo o con el dispositivo USB.
El software del sistema USB es el que soporta USB
en un determinado
d t
i d sistema
i t
operativo.
ti
S suministra
Se
i i t
con el sistema operativo independientemente de los
dispositivos USB o del software cliente. El controlador
host USB está constituido por el hardware y el
software
ft
que permite
it a los
l
di
dispositivos
iti
USB ser
conectados al host.
Conexión entre el controlador anfitrión o host y un dispositivo o
periférico por la capa de interfaz de bus USB
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.27
La conexión entre un host y un dispositivo requiere la
i t
interacción
ió entre
t las
l capas. La
L capa de
d interfaz
i t f de
d
bus USB proporciona la conexión física entre el host y
el dispositivo. La capa de dispositivo USB es la que
permite que el software del sistema USB realice
operaciones
i
genéricas
éi
USB con ell dispositivo.
di
iti
L
La
capa
de
función
proporciona
capacidades
adicionales al host vía una adecuada capa de
software cliente.
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
INTERFAZ USB
Especificaciones eléctricas
Codificación de datos. El USB utiliza la codificación NRZI para
la transmisión de paquetes.
paquetes En esta codificación los "0"
0 se
representan con un cambio en el nivel, y por el contrario los "1"
se representan con un no cambio en el nivel. De modo que las
cadenas de cero producen transiciones consecutivas en la señal,
señal
mientras que cadenas de unos produce largos periodos sin
cambios en la señal.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.28
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
MÓDEM
Desarrollados ante la necesidad de transferir información digital entre computadores a través
de líneas de transmisión analógicas.
FUNCIONES:
• Convertir una señal digital en analógica y viceversa. El modulador convierte una señal digital en
una señal analógica usando ASK, FSK, PSK o QAM.
• Detectar errores de transmisión.
• Compresión
C
ió de
d datos
d t para aumentar
t la
l tasa
t
d transmisión.
de
t
i ió Tipos:
Ti
• Off-line: La compresión y descompresión se realiza de forma local en los equipos terminales
antes de que se produzca la transmisión y al finalizar esta, respectivamente. Ej: Programas
PKZIP/PKUNZIP de PKWARE o GZIP/GUNZIP de GNU.
• Real-time: La compresión se efectúa en el módem mientras se produce la transmisión. Se
segmentan y analizan los datos antes de transmitirlos. Para que sea efectiva es necesario
que el DTE transmita a una velocidad mayor que la tasa de transmisión del módem.
LIMITACIONES DE VELOCIDAD
Canal telefónica típico B = 3100Hz
Criterio Nyquist
C=2
2·B
B = 6200bps
Codificación M niveles C = 2·Blog2M
Límite
Lí
it de
d SHANNON
C=B
B·log
l 2(1+SNR)
(1 SNR)
Técnicas de modulación digital (tablas V.xx)
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.29
 Btelef = 4kHz (margen de guarda)
 Ctelef = 2
2·B
Btelef = 8kHz
 CPCM = 64kbps (PCM=8bits)
 C = 12400bps (M=4)
 C = 18600bps (M=8)
 con SNRdB = 10·log
10 l
(P
(Ps/Pr)
/P )
 ASK/FSK/PSK/QPSK
Arquitectura de Redes
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS. Interfaz física
MÓDEM
Estandares ITU-T para módems.
Constelación 16-QAM
16 QAM
Constelación 32-QAM
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.30
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
Contenidos del capítulo
 Introducción
 Control de flujo: Stop and Wait, Sliding Window
 Control de errores.
ARQ
Q - Stop
S
and Wait.
ARQ - GoBackN.
ARQ - Selective Repeat.
 Entramado: protocolos orientados a carácter (BSC) y orientados a bit (HDLC).
 Control de acceso al medio: reserva, contienda y paso de testigo.
INTRODUCCIÓN
• El nivel de enlace tiene como objetivo la transmisión y recepción, de forma fiable, de tramas de
información entre equipos terminales de datos. Para ello, cada dispositivo necesita incorporar un
control del enlace de datos (punto a punto o multipunto) que regule el flujo de información,
realice un control de errores y gestione la comunicación y el acceso al medio de transmisión.
• Funciones
F
i
d l nivel
del
i l de
d enlace:
l
Estructura de trama
Sincronización y delimitación de trama.
Gestión de enlace
Mecanismos de coordinación de la comunicación (establecimiento, mantenimiento y liberación).
Control de flujo
Regular el flujo de datos para evitar que el emisor desborde al receptor.
Control de errores
Detección y procedimientos de recuperación de errores.
Control de acceso al medio (enlaces multipunto)
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.31
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
INTRODUCCIÓN
Modelo de transmisión
Utilizado en el
estudio
de
la
función de control
d flujo.
de
fl j
Utilizado en el
estudio
de
la
función de control
de errores
Trama perdida: Una trama enviada no llega al destino debido, por ej., a una ráfaga de ruido.
Trama dañada: Una trama llega al destino pero con algunos bits erróneos.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.32
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
CONTROL DE FLUJO
• Objetivo:
Evitar que el emisor inunde de tramas al receptor.
Emisor y receptor deben reservar una memoria temporal para la comunicación
(buffers).
• Técnicas:
Parada y espera (stop and wait): emisor, tras enviar una trama, espera una
confirmación del receptor para enviar la siguiente.
Ventana deslizante (sliding window): permite enviar N tramas sin esperar
confirmación.
• Estudio o evaluación a realizar se hará en función del:
Tiempo de transmisión (ttx): tiempo empleado para emitir todos los bits de una
trama
Tiempo de propagación (tprop): tiempo empleado por un bit en atravesar el
medio de transmisión.
transmisión
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.33
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE FLUJO. STOP AND WAIT
• El funcionamiento de este método es el siguiente:
- Tras la recepción de una trama, la entidad destino indica su deseo de aceptar otra trama
enviando una confirmación (acknowledge, ACK) de la trama que acaba de recibir.
- La fuente antes de transmitir la trama siguiente debe esperar hasta que se recibe la
confirmación.
- El destino puede parar el flujo de datos, simplemente reteniendo las confirmaciones.
• El método es adecuado cuando el
mensaje se envía usando un
número reducido de tramas de
gran tamaño. Sin embargo, esto no
es habitual debido a:
- tamaño limitado de la memoria.
- muchos errores en tramas
g
grandes.
- medio compartido y retardo
• Este procedimiento puede resultar
inadecuado cuando el mensaje se
compone de varias tramas,
tramas dado
que sólo puede haber una de ellas
en tránsito.
• Para
estas
situaciones
de
i fi i
ineficiencia,
i se emplea
l ell método
é d de
d
ventana deslizante (sliding-window)
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.34
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE FLUJO. STOP AND WAIT
Utilización del enlace (analíticamente)
ttx
tprop
tprop
tconf
• El tiempo total para enviar los datos de una trama se
d fi como:
define
Tf = ttx + tprop+ tprocT + tconf + tprop + tprocC
DATOS 
 ACK
tprocTT • Donde:
D d
tprocC
DATOS 
··
ttx: tiempo de transmisión de la trama
tprop: tiempo
p de p
propagación
p g
de la trama/confirmación
tprocT: tiempo de procesamiento de la trama
tconf: tiempo de transmisión de la confirmación
tprocC: tiempo de procesamiento de la confirmación
DATOS 
• Normalmente tprocT, tconf y tprocC se consideran
d
despreciables
i bl respecto all resto de
d los
l términos.
é i
 ACK
• La utilización del enlace se define como:
U= Tútil / Ttotal
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.35
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE FLUJO. STOP AND WAIT
Utilización del enlace (analíticamente)
• La utilización de la línea o eficiencia es:
• S
Si se de
define:
e
• La expresión anterior queda como:
ttx < tprop (a
( > 1),
1) U pequeña
ñ
ttx > tprop (a < 1), U mayor.
• Otra forma de expresar “a”:
- longitud del medio (en bits): R·d / v
- longitud de la trama: L
• Capacidad eficaz o tasa binaria de la línea:
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.36
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE FLUJO. STOP AND WAIT
Utilización del enlace (gráficamente)
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.37
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE FLUJO. SLIDING WINDOW
• Permite que varias tramas transiten al mismo tiempo en el enlace, mejorando la
eficiencia del enlace significativamente.
• La estación destino reserva memoria temporal suficiente almacenar W tramas.
tramas
• El transmisor puede enviar hasta W tramas sin tener que esperar ninguna
confirmación.
• Para mantener el seguimiento de las tramas, cada una de ellas se etiqueta con un
nº de secuencia.
• La estación destino confirma enviando el número de la siguiente trama que
espera recibir. Este esquema puede utilizarse para confirmar varias tramas
simultáneamente.
• El origen mantiene una lista con los números de secuencia que se le permite
transmitir y el destino una lista con los números de secuencia que está esperando
recibir.
Cada
lista
se
define
como
una
ventana
de
tramas
(transmisión/recepción).
• El número de secuencia de trama ocupa un campo en la misma y tendrá un
tamaño limitado (k).
• Las tramas se numerarán modulo 2k.
• Ejemplo: un campo de 3 bits permite numerar las tramas de 0 a 7.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.38
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE FLUJO. SLIDING WINDOW
Descripción
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.39
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE FLUJO. SLIDING WINDOW
Ejemplo de funcionamiento
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.40
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE FLUJO. SLIDING WINDOW
Mejoras
• Mediante un mensaje “receptor no preparado” (RNR, receiver not ready), el receptor puede
confirmar las tramas prohibiendo la transmisión de tramas adicionales.
adicionales
• Si los dos dispositivos necesitan enviar datos, se debe utilizar un procedimiento denominado
incorporación de confirmación (piggy-backing):
– Si un dispositivo no tiene datos que enviar, enviará únicamente una trama de
confirmación.
– Si hay datos, pero nada que confirmar, repetirá la última confirmación enviada con
anterioridad.
• Se debe transmitir una confirmación normal para reabrir la ventana.
F(n,m) = f(n) + RR(m)
n = número de secuencia enviada ó N(S)
m = número de secuencia recibida ó N(R)
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.41
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE FLUJO. SLIDING WINDOW
Prestaciones
• Se pueden dar dos casos:
– W ≥ 1 + 2a. Las confirmaciones del
receptor llegan al transmisor antes
de que agote su ventana de
emisión En este caso:
emisión.
≥
– W < 1 + 2a. El transmisor agota su
ventana de emisión en t = W y no
podrá seguir enviando tramas hasta
recibir
ibi la
l primera
i
confirmación
fi
ió en t =
1 + 2a. En este caso, la utilización
de la línea o eficiencia es:
W
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.42
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE FLUJO. SLIDING WINDOW
Prestaciones
Utilización de la línea en función del tiempo de propagación (a) para varios tamaños de
ventana (W).
(W)
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.43
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
CONTROL DE ERRORES
• Objetivo:
Detección y corrección de errores (tramas perdidas y/o dañadas).
Solicitud de repetición automática (ARQ, Automatic Repeat Request):
- Detección de errores.
- Confirmación positiva.
- Retransmisión transcurrido un tiempo de espera.
- Confirmación negativa y retransmisión.
• Técnicas:
A. Sin control de flujo:
- FEC (Forward Error Correction)
Detecta y corrige errores en recepción (redundancia)
(redundancia).
Apto para enlaces unidireccionales o de larga distancia (evita el retardo del ACK)
B. Basadas en control de flujo mediante parada y espera:
- ARQ con parada y espera (ARQ Stop and Wait)
C. Basadas en control de flujo mediante ventana deslizante (ARQ continua)
- ARQ con vuelta atrás N (ARQ Go Back N - rechazo simple)
- ARQ con rechazo selectivo (ARQ Selective Repeat)
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.44
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE ERRORES. STOP and WAIT
ARQ - Stop and Wait
La estación fuente transmite una única trama y
espera la recepción de una confirmación ACK.
ACK
TIPOS DE ERRORES
Pérdida de tramas de datos.
A transmite una trama que se pierde sin llegar a B
o llega a B dañada (con errores). A no recibe
confirmación. Para evitar q
que A espere
p
eternamente la llegada de un ACK, existirá un
time-out que le obligue a retransmitir siendo
Tretrx > 1 + 2a.
Pérdida de ACK.
A transmite dos veces la misma trama y se
produce
d
un duplicado.
d li d Por
P ello,
ll A debe
d b etiquetar
ti
t
sus tramas para que el receptor sepa cuál es la
siguiente a recibir (con 0 y 1 es suficiente). Si el
receptor recibe 2 tramas consecutivas con el
mismo número descarta la segunda.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.45
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE ERRORES. GO BACK N
ARQ - GO BACK N
La estación fuente transmite una serie de tramas
secuencialmente. Mientras no haya errores, el destino
confirmará
fi
á las
l tramas
t
recibidas
ibid como es habitual.
h bit l El
número de tramas a enviar y/o pendientes de
confirmar se determina mediante el tamaño de la
venta de emisión y recepción, respectivamente.
TIPOS DE ERRORES
Pérdida de tramas de datos. Por tres motivos:
- A transmite la trama i, B detecta error y manda REJi y A
retransmite todas las tramas a partir de i.
i
- A transmite i que se pierde sin llegar a B y sigue
mandando i+1,i+2,.. hasta que B recibe tramas fuera del
orden asignado y, por tanto, manda un REJi de no
asentimiento explícito.
- A transmite i que se pierde sin llegar a B pero A se
queda parada. B no recibe nada (ni la i, i+1...) En A
deberá existir un time-out que le obligue a retransmitir un
RR (bit P
P=1)
1) o la última trama no confirmada.
Pérdida de RRi Como los ACKs son acumulativos, si
antes del time-out de i se recibe un RRi+x superior no
pasa nada; si no, se retransmite desde i como en el
apartado c) anterior.
Pérdida de REJi Tras el time-out correspondiente en A,
se reenvía un RR (bit P=1) o la última no confirmada.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.46
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE ERRORES. SELECTIVE REPEAT
ARQ - SELECTIVE REPEAT
La estación fuente transmite una serie de tramas
secuencialmente Mientras no haya errores,
secuencialmente.
errores el
destino confirmará las tramas recibidas como es
habitual. Caso de error sólo se retransmiten las
ttramas
a as pa
para
a las
as que se recibe
ec be u
una
a co
confirmación
ac ó
negativa (SREJ), o aquellas para las que el timeout expira.
Más eficiente q
que Go Back N p
porque
q minimiza el
nº de retransmisiones, pero tiene las
desventajas:
- Buffer
en
transmisión
y
recepción
suficientemente
grandes
para
guardar
posibles tramas a retransmitir y detectar
tramas duplicadas, respectivamente.
- Mecanismo de ordenación. Como las tramas
pueden llegar desordenadas debemos ser
capaces de reordenarlas (según un número
d secuencia)
de
i ) y también
t bié poder
d enviarlas
i l
en
transmisión fuera de secuencia.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.47
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE ERRORES. TAMAÑO MÁXIMO DE LAS VENTANAS
Dado un campo para los nº de secuencia de k bits (2k nº de secuencia), el tamaño
máximo de la ventana está limitado a:
G Back-N
Go
B kN
• Si se utilizan números de secuencia de 3 bits (0-7), se puede dar el siguiente
caso:
− El emisor envía la trama 0 y recibe de vuelta RR1.
RR1
− Después envía las tramas 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 0 y recibe de vuelta RR1 nuevamente, que
puede indicar que las 8 tramas se han recibido correctamente y es una confirmación
acumulativa o que las 8 se han deteriorado y está repitiendo la RR1 anterior.
• La solución es utilizar un tamaño de ventana máximo de: 2k - 1.
Selective Repeat
• Si se utilizan números de secuencia de 3 bits (0-7) con un tamaño de ventana
igual a 7 puede ocurrir que:
−
−
−
−
−
La estación A envía las tramas 0 a 6 a la estación B.
La estación B recibe las 7 tramas y confirma todas con RR7.
Se pierde dicha RR7.
RR7
El temporizador de A expira y retransmite todas las tramas.
B, que esperaba las tramas 7, 0, 1, 2, 3, 4 y 5, supone que la trama 7 se ha perdido y
acepta el resto como nuevas.
• La solución es utilizar un tamaño de ventana máximo de: 2k-1.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.48
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE ERRORES. PRESTACIONES ARQ
ARQ – Stop and Wait
• Sea P la probabilidad de que un bit sea erróneo o tasa binaria de error.
• Sea Peb la probabilidad de error en un bloque:
• La eficiencia vendrá dada por expresión:
U = Tutil / Nt · Ttotal
→
Nt: número esperado de transmisiones de cada trama.
Desarrollando la expresión de Nt:
Llegamos a:
Luego la eficiencia será:
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.49
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE ERRORES. PRESTACIONES ARQ
ARQ – Selective Repeat
• Se dan los mismos casos que en control de flujo por ventana deslizante.
deslizante
Los resultados obtenidos entonces se deben multiplicar por 1 - Peb.
− W ≥ 1 + 2a. La eficiencia es:
− W < 1 + 2a. La eficiencia es:
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.50
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE ERRORES. PRESTACIONES ARQ
ARQ – Go Back N
• Se dan los mismos casos que en rechazo selectivo
− W ≥ 1 + 2a.
2a La eficiencia es:
− W < 1 + 2a. La eficiencia es:
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.51
Arquitectura de Redes
II.2 PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE
CONTROL DE ERRORES. PRESTACIONES ARQ
• Utilización de la línea para varias técnicas de control de
errores ( P = 10-3)
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.52
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
ENTRAMADO.
• Orientado a carácter
Utilizan caracteres de control para las funciones de control de la comunicación (gestión del
enlace delimitación del inicio y final de trama y transparencia de datos).
enlace,
datos)
La interpretación de los campos de control depende del código empleado (ASCII, EBCDIC).
¿Cómo permitir que los caracteres de control puedan formar parte del área de datos?.
M
Mecanismo
i
d transparencia
de
t
i (character
( h
t stuffing).
t ffi )
Protocolos de transferencia de archivos (Kermit, Xmodem, …) y de control en enlaces
multipunto master-slave (BSC).
• Orientado a bit
Delimitan el inicio de la trama mediante una secuencia o patrón de bits.
Independientes del tipo de información que se transmita, ya que el significado del control
viene dado por bits individuales.
Eficiencia en la transmisión (relación alta entre bits de información y bits de control).
Fiabilidad en la transmisión (métodos de detección y corrección de errores muy eficaces).
¿Cómo permitir que la secuencia de bits aparezca en el área de datos?. Mecanismo de
transparencia (bit stuffing).
La mayoría de los protocolos más recientes (SDLC, HDLC, …).
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.53
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
ENTRAMADO.
Ejemplo protocolo orientado a carácter (BSC, Binary Synchronous Control)
BCC
• Delimitadores de bloques
SYN (Synchronous Idle).
SOH (Start of heading).
heading)
STX (Start of text).
ETX (End of text).
ETB ((End of transmission block).
)
• Controladores de dialogo
ENQ (Enquiry). Indica que se
desea respuesta de la estación
contraria
t i
o que se desea
d
establecer el enlace.
ACK (Afirmative acknowledge).
NAK (Negative acknowledge).
acknowledge)
EOT (End of transmission).
• Transmisión transparente
DLE ((Data Link Scape).
p ) Se antecede a STX y ETX p
para q
que se p
pueda enviar información en el campo
p
de mensaje que coincida con los propios caracteres de control. Además, para evitar ambigüedades,
cada vez que aparece un DLE dentro del mensaje, se antecede otro DLE para cambiar su significado.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.54
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
ENTRAMADO.
Ejemplo protocolo orientado a bit (HDLC, High-level Data Link Control)
Tipos de estaciones HDLC
Estación Primaria
–Operaciones de control del enlace
–Las tramas se denominan comandos
–Separa el enlace lógico de cada estación
secundaria.
Estación Secundaria
–Bajo el control de la estación primaria
–Las
Las tramas se denominan respuestas
Estación Combinada
–Puede mandar comandos y respuestas
Configuraciones del enlace HDLC
No balanceado
–Una estación primaria y una o más
secundarias.
d i
–Soporta full duplex y half duplex
Balanceado
–Dos
Dos estaciones combinadas
–Soporta full duplex y half duplex
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.55
Modos de transferencia HDLC
Normal Response Mode (NRM)
– Configuración No balanceada
– El primario inicia la transferencia al secundario
– El secundario sólo puede transmitir datos en
respuesta a los comandos del primario.
– Usado en líneas multi-enlace
– El servidor (host) actúa como primario
– Los terminales (ET) actúan como secundarios
Asynchronous Balanced Mode (ABM)
– Configuración balanceada
– Cada estación p
puede iniciar la transmisión sin
recibir permisos
– Usado más extendido
Asynchronous Response Mode (ARM)
– Configuración
C fi
ió N
No b
balanceada
l
d
– El secundario puede iniciar la transmisión sin
permiso del primario.
– El p
primario es el responsable
p
de la línea
– Usado con poca frecuencia
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
ENTRAMADO.
Ejemplo protocolo orientado a bit (HDLC, High-level Data Link Control)
• Todas los intercambios (datos y control) se realizan a través de tramas con formato único
• Utiliza transmisión síncrona con una estructura de la trama HDLC:
• Flag delimita la trama en sus dos extremos (01111110). Puede cerrar una trama y abrir otra.
• El receptor intenta detectar la secuencia de delimitación para sincronizarse.
• La dirección identifica a la estación secundaria que ha transmitido o que va a recibir la trama.
Normalmente tiene 8 bits pero se puede ampliar con múltiplos de 7 bits:
• La dirección 11111111 se utiliza p
para enviar a todas las estaciones.
• El campo de información sólo está presente en las tramas de información y en algunas
tramas no numeradas. De longitud variable debe contener un número de bits igual a un
múltiplo entero de 8.
• El campo para la secuencia de comprobación de la trama (FCS, Frame Check Sequence) es
un código CRC de 16 bits para la detección de errores (puede utilizarse un CRC de 32 bits).
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.56
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
ENTRAMADO.
Ejemplo protocolo orientado a bit (HDLC, High-level Data Link Control)
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.57
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
ENTRAMADO.
Ejemplo protocolo orientado a bit (HDLC, High-level Data Link Control)
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.58
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO.
• Las técnicas de acceso al medio regulan cómo compartir un canal de transmisión cuando
varias estaciones quieren utilizarlo de manera simultánea. Estos canales se denominan de
acceso múltiple o de acceso aleatorio.
aleatorio
• Existen varios protocolos para solucionar este problema, todos los cuales pertenecen a una
subcapa del nivel de enlace denominada MAC (Medium Access Control).
• La subcapa MAC es fundamental en las redes de área local,
local dado que casi todas utilizan un
canal de acceso múltiple.
• Clasificación general:
R
Reparto
t estático
táti del
d l canall
La capacidad del canal se divide entre las estaciones conectadas al mismo.
Eficiente si el número de usuarios es reducido y el uso que hacen del canal es alto y
constante.
Técnicas de reserva.
Reparto dinámico del canal
Se concede acceso al canal a las distintas fuentes según sus necesidades y la
disponibilidad del canal.
Más eficiente que el reparto estático, aunque no garantiza un acceso inmediato.
Técnicas de contienda y de paso de testigo.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.59
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO.
Técnicas de reserva: asignación estática
p por
p División en Frecuencia (FDMA)
(
)
Acceso Múltiple
A cada usuario se le asigna un radiocanal
Separación frecuencia fija entre los canales del uplink y del downlink
f1 f2 f3 f4
f’1 f’2 f’3 f’4
uplink
f
downlink
f1 y f’1 conforman
1 radiocanal
di
l
(duplex FDD)
Acceso Múltiple por División en Tiempo (TDMA)
A cada usuario se le asigna un intervalo temporal.
Frecuencia
Usuario
1
0
Usuario
2
t1
Usuario
3
t2
Usuario
4
t3
...
t4
Usuario
n
Usuario
1
...
Tiempo
Acceso Múltiple por División en Código (CDMA)
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.60
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO.
Técnicas de contienda
• No existen mecanismos de reparto
p
del canal
• Cuando una estación quiere transmitir, lo hace a la capacidad máxima del enlace.
• Si varias estaciones q
quieren transmitir a la vez,, se p
producirá una colisión y
ninguna de ellas lo conseguirá.
• Después de una colisión, cada estación esperará un tiempo aleatorio antes de
intentar transmitir de nuevo.
nuevo
• No garantizan el acceso a la red en un tiempo mínimo.
• Diversas
Di
té i
técnicas:
− Contienda simple: Aloha simple y Aloha ranurado.
− Contienda
C ti d con escucha:
h CSMA.
CSMA
− Contienda con escucha y detección de colisiones: CSMA / CD.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.61
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO.
Aloha
• En la década de los 70, en la Universidad de Hawai inventaron un método para la asignación
de un solo canal de transmisión para varias estaciones.
estaciones
• El coste de asignar un canal a cada estación era muy alto.
Paquete a
transmitir ?
NO
SI
Transmite
Espera un tiempo igual a 2
veces el retardo máximo de
propagación
• Si la trama es válida y la @destino de la cabecera coincide con
la dirección de la estación receptora, ésta envía inmediatamente
una confirmación.
• Si la trama no es válida la estación receptora
p
la ignora.
g
• La trama puede ser errónea debido a errores en el canal o a la
existencia de un colisión.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.62
Recibe
ACK?
Back Off
NO
SI
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO.
Aloha (cont.)
• S
Se enmarca dentro
d t
d los
de
l
sistemas de contienda:
Sistemas
con
usuarios
no
coordinados compitiendo por un
solo canal.
• Periodo vulnerable
Periodo de tiempo respecto a una
t
trama
en ell que, sii otra
t
estación
t ió
transmite, se produce una colisión.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.63
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO.
Aloha ranurado
• Mejora realizada en 1972.
• Se dividió el tiempo en intervalos de
longitud fija e igual a la longitud de un
paquete (ranuras).
Paquete a
transmitir ?
• N
Necesario
i ell uso de
d un reloj
l j central
t lu
otra técnica para sincronizar las
estaciones.
Espera el inicio
del slot
• Se consiguió aumentar la eficiencia
hasta el 37%.
NO
SI
Algoritmo de Back-off
Transmite
Espera t=KP
Espera un tiempo igual a 2
veces el retardo máximo de
propagación
Calcula nº aleatorio k
(entero)
NO
Recibe
ACK?
SI
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.64
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO.
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
NO
SI
Escucha la portadora hasta
que el canal está libre
Espera el comienzo del
siguiente slot
Algoritmo de
Back off
Transmite
Espera 2 veces el tiempo
de propagación
Recibe
ACK?
SI
NO
Canal Ocupado ?
SI Algoritmo
g
de
Back off
NO
1-persistente
Paquete a
transmitir ?
P-persisteente
• En CSMA una estación que desea
transmitir escucha primero el
medio para ver si existe otra
transmisión en curso.
• Si el medio está ocupado espera,
en caso contrario puede transmitir.
transmitir
• La aparición de colisiones es rara,
sólo se producen cuando dos
estaciones ven el canal libre y
p
a
transmitir
casi
empiezan
simultáneamente.
• En CSMA es necesario especificar
qué debe hacer la estación si
encuentra el medio ocupado. Hay
tres alternativas de operación:
No Persistente (pierde tiempo).
1-persistente (crece nº colisiones)
p-persistente (intermedio).
No persisstente
• La eficiencia en ALOHA y ALOHA ranurado es pobre. ¿Cómo podemos mejorar la eficiencia?.
Si a < 1 (Tprop < Ttrx) la eficiencia es alta.
alta Además se puede minimizar el n
nº de colisiones si se tiene en
cuenta que cuando 1 estación transmite 1 trama el resto tiene conocimiento de ello casi instantáneamente.
Canal Ocupado ?
SI
NO
Canal Ocupado ?
SI
NO
Espera
z seg
Selecciona nº
aleatorio r[0,1]
r p
SI
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.65
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO.
Rendimiento de las técnicas de contienda
tráfico (carga del sistema)
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.66
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO.
CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection )
Reduce la ineficiencia de CSMA haciendo que las
estaciones
t i
sigan
i
escuchando
h d mientras
i t
d
dura
su
transmisión. Monitoriza su propia transmisión
permite detener la transmisión (colisión),
ahorrando ancho de banda y tiempo.
Detección de colisiones:
El equipo transmisor controla la señal de datos al
mismo tiempo que transmite el contenido de la
trama. Si la señal transmitida es distinta de la
controlada, se asume que ha habido una colisión.
A
B
C
z = tiempo
máximo
propag
propag.
z
El equipo que detecta la colisión la refuerza
enviando una secuencia de interferencia para
asegurarse de que todas las estaciones han
d t t d la
detectado
l colisión
li ió y cesen su transmisión.
t
i ió
Después de transmitir la señal de interferencia se
espera un tiempo aleatorio y se intenta transmitir
d nuevo.
de
t
t
t
estaciones más alejadas
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.67
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO.
CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection )
A transmite y monitoriza su
propia transmisión.
A escucha
h ell canal,l y
detecta la colisión a partir
de la señal de C.
A
B
C
z
z
2z
3z
En el peor de los casos,
A escucharía la señal
interferente enviada por C,
2z después de iniciar su
transmisión. En ese instante
A dejaría de transmitir.
Aunque A deje de transmitir, la
información ya generada
previamente sigue ocupando el
medio compartido durante z.
C escucha el canal, lo ve libre,
empieza a transmitir, pero sigue
monitorizando su transmisión.
t
t
estaciones más alejadas
En el peor de los casos, hasta 3z
después de que A inicie la
transmisión, el canal no vuelve a
estar libre para transmitir.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.68
t
C escucha el canal, y detecta
que la
l señal
ñ l controlada
t l d (l(la dde A)
es distinta a la transmitida por C
(en el peor de los casos, esto
sucede z después de que A
inicie su transmisión).
En ese instante, C detecta la
colisión y la refuerza enviando
una señal interferente.
Los bits generados previamente
por A sigue ocupando el medio.
En el peor de los casos, desde
el extremo de C no se ve el
canal libre hasta 2z después de
que C hubiera
h bi generado
d la
l señal
ñ l
interferente.
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO.
Técnicas de paso de testigo (token)
• Usado tanto en redes con topología en bus como en topología en anillo.
• El acceso al medio se hace mediante un testigo único que se pasa de un equipo terminal a
otro a través del anillo lógico que une a todos los equipos conectados al medio físico.
• El testigo es una trama que circula cuando todas las estaciones están libres.
• Procedimiento MAC
Cuando un terminal desea transmitir debe esperar a que le llegue el testigo. Toma el testigo
convirtiéndolo en trama (cambio de uno o más bits).
La trama realiza una vuelta completa y, en principio, debe ser “retirada” por la estación
transmisora. Ésta insertará un nuevo testigo en el anillo cuando:
1) La estación haya completado la transmisión de la trama.
2) Los bits iniciales de la trama transmitida hayan vuelto a la estación después de una vuelta completa.
completa
• Un equipo terminal sólo puede transmitir una trama o más tramas si posee el testigo.
• En el caso de un anillo físico, la estructura lógica del anillo de paso de testigo es la misma
que la estructura de anillo físico,
físico y el orden de paso del testigo coincide con el ordenamiento
físico de los terminales conectados.
• En el caso de la red de bus, el ordenamiento no tiene por qué ser el mismo que el
ordenamiento físico de los terminales en el cable.
• Se puede asociar una prioridad al testigo para priorizar la transmisión de tramas.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.69
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO.
Funcionamiento de una red con paso de testigo
• La pérdida del testigo o su
duplicidad
interrumpen
el
funcionamiento
normal
del
anillo. Una de las estaciones
debe
ser
elegida
para
monitorizar el anillo, asegurar
que solo hay un testigo en el
mismo e insertar uno nuevo en
caso necesario.
Anillo
Lógico
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.70
• En condiciones de baja carga es ineficiente
debido a que las estaciones deben esperar la
llegada del testigo antes de transmitir.
transmitir
• En alta carga funciona como Round Robin.
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO.
Anillo ranurado
• El anillo completo se organiza de modo que contenga un número fijo de ranuras, cada una formada por un
número fijo de bits y capaz de transportar una trama de información de tamaño fijo.
• Un nodo monitor inicia el anillo de modo que contenga un nº fijo de bits que circule continuamente por el
anillo de un terminal a otro. Cada terminal lee y retransmite los bits recibidos. Al principio, todas las
ranuras se marcan como vacías.
@MAC destino
@MAC origen
Bit paso monitor
Bit lleno o vacío
Bit inicio paquete
DATOS
bits respuesta
00 = Ocupado
01 = Aceptado
10 = Rechazado
11 = Ignorado
• Procedimiento MAC
Cuando un terminal desea transmitir una trama, espera hasta detectar una ranura vacía. Marca la ranura
como llena e inserta el contenido de la trama, incluyendo en su cabecera la dirección origen y destino. La
ranura que contiene la trama circula por el anillo físico de un terminal al siguiente.
siguiente
Cada terminal del anillo examina la dirección de destino en la cabecera de toda ranura marcada como
llena y si detecta su propia dirección y está dispuesto a aceptar la trama, lee su contenido.
Después de haber leído el contenido modifica el contenido de los dos últimos bits de la ranura como
resultado del envío. A continuación repite el contenido de la trama por el anillo sin modificarlo.
El terminal origen, iniciada la transmisión de una trama, espera hasta que ésta haya circulado por el anillo.
Al recibir el primer bit de la ranura en la que transmitió la trama, la marca como vacía y espera a leer los
para decidir q
que acción emprender
p
a continuación.
últimos bits p
El monitor, mediante un bit de paso por el monitor detecta si algún terminal no pudo liberar la ranura
después de transmitir la trama.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.71
Arquitectura de Redes
II.2 NIVEL DE ENLACE. FUNCIONES
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO.
Comparación entre técnicas
de contienda y de paso de
testigo
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.72
Testigo a=1
0.8
R
Rendimient
to
• La elección entre las técnicas de
contienda o las de paso de testigo como
método de acceso al medio depende
p
de
la situación:
– En baja carga habrá menos
colisiones, por lo que es mejor utilizar
CSMA que paso de testigo,
testigo además
el tiempo que debe esperar una
estación para poder transmitir es
menor si no espera al token.
– Si hay mucha carga, habrá muchas
más colisiones, por lo que es
bastante mejor el paso de testigo
(garantiza una tasa de transmisión
mínima a cada estación y ausencia
de colisiones), aunque añada un
cierto retardo mayor al tener que
circular cada token de cada estación
que transmite.
Testigo a=0,1
1.0
CSMA/CD a=0,1
,
0.6
0.4
02
0.2
CSMA/CD a=1
1
00
0.0
5
10
15
20
Número
de estaciones
tráfico (carga
del sistema)
25
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
ASPECTOS BÁSICOS.
Una red LAN consiste en un medio de transmisión compartido y un conjunto de software y
hardware para servir de interfaz entre dispositivos y el medio y regular el orden de acceso al
mismo.
Características:
• Interconexión de equipos y compartición de recursos (impresoras, discos, etc.).
• Son redes de difusión con canal de acceso múltiple.
• Red privada corporativa.
• Cobertura geográfica limitada (< 10 Km).
• Velocidades de transmisión elevadas (> 10 Mbps) y tasas de error muy bajas (10-9)
• Fácil instalación y explotación, con herramientas para su administración.
LAN por Cable
Topologías
(estrella, anillo,
bus árbol)
bus,árbol).
Método de MAC
((CSMA/CD, Testigo,
g
Ranuras)
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.73
Normas ISO/IEEE
802 2/3/4/5/6/12
802.2/3/4/5/6/12
Medio de Transmisión
(par trenzado, coaxial,
(p
fibra)
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
ASPECTOS BÁSICOS. TOPOLOGÍAS
Disposición física o lógica de los dispositivos que la forman (equipos terminales,
servidores, impresoras, cableado, etc). Las topologías más comunes en LAN son:
b
bus,
estrella,
ll anillo
ill y árbol.
áb l
Topología en BUS
• Un cable de red único pasa por todos los lugares en los que hay un equipo
terminal que va a conectarse a la red. Se realiza una conexión física (derivación)
para que el equipo terminal pueda tener acceso a los servicios de red provistos.
duplex En cada extremo hay un terminador de
• El medio de transmisión es full duplex.
red que absorbe las señales eliminándolas del medio.
• Mediante algoritmos de control de acceso al medio apropiados se comparte el
ancho de banda de transmisión disponible entre los usuarios conectados al bus.
bus
• Un fallo en el bus provoca la caída de la red entera.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.74
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
ASPECTOS BÁSICOS. TOPOLOGÍAS
Topología en ÁRBOL
• Generalización de la topología en bus.
• Medio de transmisión cable ramificado sin bucles cerrados, que comienza en un punto
denominado raíz.
• Las ramas pueden tener a su vez otras ramas.
Topología en ESTRELLA
• Cada estación está directamente unida a un nodo central (concentrador o conmutador), a
través de dos enlaces p
punto a p
punto, uno p
para transmisión y otro p
para recepción.
p
• Alternativas de funcionamiento del nodo central:
HUB: repetidor que retransmite las señales recibidas por un enlace a todos los demás
enlaces. Aunque físicamente es una estrella se comporta como un bus lógico. Los hubs
pueden conectarse jerárquicamente para formar topología en árbol.
SWITCH: elemento con capacidad de filtrado que realiza funciones de conmutación.
Topología en ANILLO
• Consta de un conjunto de repetidores unidos por enlaces punto a punto formando un bucle
cerrado.
q p se une a la red través de un repetidor.
p
• Cada equipo
• El enlace punto a punto entre los equipos terminales vecinos opera en un solo sentido.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.75
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
ASPECTOS BÁSICOS. TOPOLOGÍAS
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.76
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
ASPECTOS BÁSICOS. MEDIO DE TRANSMISIÓN
PAR TRENZADO
• Utilizado fundamentalmente en redes en estrella con HUB. Fácil de instalar y de bajo coste.
• Limitado en longitud por la tasa de transmisión y los mecanismos para eliminar la diafonía.
COAXIAL
• Utilizado en redes en bus que operan en transmisión en Banda Base o Banda Extendida.
Banda Base
• Dos tipos de cable: cable delgado (0.25 pulgadas) y cable grueso (0.5 pulgadas).
• Las señales digitales ocupan el espectro de frecuencias del cable completamente
(transmisión bidireccional).
Banda Extendida
• División
Di i ió del
d l ancho
h de
d banda
b d del
d l cable
bl en varias
i bandas
b d o canales
l (canales
(
l de
d datos).
d t )
• Elevado coste (módems) aunque permite salvar grandes distancias.
• Dos sistemas: cable único (dos bandas diferentes para Tx y Rx) y cable dual (dos cables,
uno para Tx
T y otro
t para Rx).
R )
FIBRA ÓPTICA
• Utilizada en configuraciones con HUB y redes de anillo de alta velocidad.
• Datos a alta velocidad con alto nivel de seguridad. Conectores físicos más costosos.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.77
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
ASPECTOS BÁSICOS. MEDIO DE TRANSMISIÓN
Ejemplo: cableado estructurado o conjunto de infraestructuras pasivas de comunicaciones
instaladas en un edificio o grupo de edificios. Utiliza par trenzado en la conexión de equipo al
armario de cableado más cercano de un p
piso. Utiliza coaxial p
para conectar los armarios de
cableado de cada piso al concentrador principal del edificio. Utiliza fibra para conectar el
concentrador de cada edificio a un concentrador principal.
Elementos de un edificio cableado:
• Área de trabajo: ubicación de las
estaciones de trabajo.
• POP (Point of Presence): lugar donde
la operadora telecomunicación instala
su punto de acceso.
• IDF/MDF (Intermediate/Main Distribute
Facility): lugares donde se sitúan los
equipos (paneles de distribución,
hubs, switches, routers).
- 1 IDF por cada 1000 m2 de área
de trabajo (elige un radio de 50 m.
m
sobre el plano del edificio cuyo
centro es el IDF)
- MDF: el más cercano al POP
• Cableado horizontal (100 m.
m UTP).
UTP)
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.78
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
ASPECTOS BÁSICOS. CONTROL DE ACCESO AL MEDIO
DÓNDE se hace el control
CENTRALIZADO
• Un controlador concede el acceso a la red.
red
• El DTE que desea transmitir debe esperar
hasta que se le concede el permiso.
DESCENTRALIZADO
- Los DTEs efectúan conjuntamente el control.
control
Ventajas
V
t j Control
C t l Centralizado
C t li d
• Permite mejorar el acceso proporcionando
prioridades, y QoS garantizadas.
• Lógica de acceso sencilla en los DTEs.
• Resuelve problemas de coordinación.
Desventajas.
D
t j
- Si el nodo central falla, falla toda la red.
- El nodo central puede actual como
cuello de botella (bottleneck)
CÓMO se hace el control.
• Técnicas síncronas. Se dedica una capacidad a cada conexión (Ej: FDM,TDM).
• Técnicas asíncronas. Rotación circular, Reserva, Contienda.
DETERMINISTA vs ALEATORIO.
• Determinista. Reserva, Paso de Testigo.
• Aleatorio. ALOHA, CSMA, CSMA/CD.
FORMATO GENERAL TRAMA MAC.
Control
MAC
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.79
@
@MAC
destino
@
@MAC
origen
DATOS
Contol
MAC
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
NORMAS IEEE 802
Entre finales de los años setenta y principios de los ochenta, se propusieron e implementaron
muchos tipos distintos de LANs. Sin embargo dichas redes solo servían para interconectar
equipos
q p
de un mismo p
proveedor ((SISTEMAS CERRADOS).
) Para corregir
g esta situación se
estandarizaron las redes LAN (IEEE 802).
802.1: Introducción al modelo de referencia LAN.
802.2: Servicios y primitivas del nivel LLC.
802.3: Normas para una red basada en CSMA/CD.
802.4: Normas para una red de paso de testigo en bus.
802.5: Normas p
para una red de p
paso de testigo
g en anillo.
802.7: Grupo técnico para redes de banda ancha.
802.8: Grupo técnico para redes de fibra óptica.
802 11: Normas para redes inalámbricas.
802.11:
inalámbricas
NIVEL DE
ENLACE
NIVEL
FÍSICO
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.80
IEEE 802.2
802 2
CONTROL DE ENLACE LÓGICO
IEEE 802.3
CSMA /CD
IEEE 802.4
TOKEN BUS
IEEE 802.5
TOKEN RING
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
NORMAS IEEE 802. LAN 802.3
Ethernet es una red LAN basada en CSMA/CD y desarrollada por Xerox a finales de los años
70. Posteriormente, Xerox junto a DEC e Intel realizan mejoras en la red y definen la norma
Ethernet a 10 Mbps
p ((Ethernet II).
) Esta norma,, tras un amplio
p debate,, es la base elegida
g
por el
p
comité IEEE 802 para definir el estándar de red LAN 802.3. La mayor diferencia entre ambas
normas radica, básicamente, en la cabecera de la trama utilizada en el nivel de enlace:
8
Trama Ethernet
6
P á b l
Preámbulo
7
Trama 802.3
Dir.
Di Destino
D i
1
Preámbulo SFD
2/6
Dir. Destino
6
2
Di Origen
Dir.
Oi
Tipo
Ti
2/6
Dir. Origen
<= 1500
Datos
D
var
4
PAD
FCS
2
<= 1500
var
4
Longitud
Datos
PAD
FCS
TIPOS DE REDES ETHERNET (Norma 802.3) a 10 Mbps
10 BASE 5
10 BASE 2
10 BASE T
10 BROAD 36
10 BASE F
Medio de
Transmisión
Técnica de
Señalización
Topología
p g
Cable Coaxial
(50 ohmios)
Banda base
(Manchester)
Bus
Cable Coaxial
(50 ohmios)
Banda base
(Manchester)
Bus
Cable coaxial
(75 ohmios)
Banda ancha
(DPSK)
Bus- árbol
Par de fibra
óptica
Longitud máxima
del segmento (m)
500
185
Par trenzado
no apantallado
Banda base
(Manchester)
Estrella con
Hub
100
1800
Estrella con
Hub
500
Diámetro del cable
(mm)
0,5
, ppulgadas
g
0,25
, pulgadas
p g
0,4-0,6
, , mm
0,4-1,0
, , mm
m
62,5/125
,
La especificación 10 BASE F contiene en realidad 3 especificaciones: 10 BASE FP 10 BASE FL 10 BASE FB
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.81
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
NORMAS IEEE 802. LAN 802.3
Evolución
La topología en estrella
es más fiable (no red
abierta) y evita los
grandes inconvenientes
de detección de averías
del bus.
El bajo coste de los hubs en
un principio, y de los
switches después ha hecho
que en la actualidad la
inmensa mayoría de LANs
posean topología en estrella
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.82
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
NORMAS IEEE 802. LAN 802.3
Evolución: concentrador (hub)
Repetidor pasivo a nivel físico que retransmite los bits recibidos por un puerto hacia el resto
(cruza el cable Tx de cada ordenador con el Rx de los demás).
demás) Ello implica:
• Todos los puertos de igual tasa
• No existe almacenamiento de tramas.
• No implementa CSMA/CD: las colisiones se detectan en las estaciones tal como si las
estaciones estuviesen en un mismo bus.
• Ancho de banda sigue
g siendo compartido
p
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.83
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
NORMAS IEEE 802. LAN 802.3
Evolución: conmutador (switch)
• Un switch es un dispositivo de nivel 2 (enlace):
• almacena y reenvía las tramas Ethernet como un nodo de conmutación ordinario.
• examina la cabecera de la trama y elige el puerto de salida según la dirección MAC
destino de la trama.
• cuando la trama debe ser reenviada por un puerto, el switch usa CSMA/CD si éste está
habilitado.
• es transparente: las estaciones no son conscientes de su presencia.
presencia
• no necesitan ser configurados: son plug-and-play, incorporan autoaprendizaje para
localizar las direcciones MAC alcanzables.
• El ancho de banda de cada puerto está dedicado a la comunicación con cada terminal:
• CSMA/CD habilitado en puertos → Comunicación half-dúplex entre switch y terminales.
• CSMA/CD deshabilitado → Comunicación full-dúplex
full dúplex entre switch y terminales.
terminales
• Esta topología en estrella con un switch central se denomina Ethernet conmutada
• Los precios de los switches han disminuido casi al nivel de los hubs, por lo que éstos últimos
han desaparecido prácticamente del mercado dada la enorme diferencia de prestaciones
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.84
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
NORMAS IEEE 802. LAN 802.3
Evolución: tipos de redes
TIPOS DE REDES ETHERNET (Norma 802.3) a 100 Mbps
Medio de
Transmisión
Topología
Longitud máxima
del segmento (m)
100 BASE TX
100 BASE FX
100 BASE T4
2 pares STP o UTP
2 fibras ópticas
4 pares UTP
Estrella con Hub
100
Estrella con Hub
100
Estrella con Hub
100
TIPOS DE REDES ETHERNET (Norma Gigabit 802.3 z) a 1 Gbps
1000BASE SX
1000 BASE LX
1000BASE CX
1000BASE T
Medio de
Transmisión
Topología
Dos fibras ópticas
multimodo
Estrella
2 fibras ópticas
monomodo
Estrella
Cable de cobre
apantallado
Estrella
Par trenzado UTP
de clase 5
Estrella
Longitud máxima
del segmento (m)
550
5.000
25
100
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.85
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
NORMAS IEEE 802. LAN 802.3
Conector RJ-45
La única diferencia entre T568A y T568B es que los pares anaranjado y verde
(pares 2 y 3) están intercambiados. Es importante asegurarse que los conectores
en ambos extremos están cableados con el mismo patrón
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.86
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
NORMAS IEEE 802. LAN 802.3
Conector RJ-45: cableado normal y cruzado (MDI /MDI-X)
• A diferencia de una MDI (Medium
Dependent Interface), una interfaz
MDI-X realiza un cruce de cables
internamente
− Cable cruzado entre interfaces
del mismo tipo.
− Cable normal entre interfaces
MDI y MDI-X.
MDI X
• Las interfaces de los ordenadores
son MDI.
• Los p
puertos de los hubs,, switches y
routers
son
MDI-X,
aunque
habitualmente incorporan algunos
puertos MDI (denominados uplink)
para interconexión directa con
p
puertos normales de otros
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.87
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
NORMAS IEEE 802. LAN 802.3
Conector RJ-45: conexión directa entre dos ordenadores.
Cuando sólo se conectan dos ordenadores no es necesario un dispositivo central. Basta usar un
cable
bl cruzado
d entre
t ambos
b (son
(
i t f
interfaces
d l mismo
del
i
ti ) El mecanismo
tipo).
i
CSMA/CD hace
h
que
la comunicación entre ambos sea necesariamente half-duplex, ya que mientras uno transmite el
otro espera al detectar portadora.
CSMA/CD deshabilitado → Full-duplex
Las tarjetas Ethernet habitualmente permiten que se deshabilite el CSMA/CD (detección de
portadora y colisiones),
colisiones) en cuyo caso la comunicación entre ambos ordenadores puede ser fullfull
duplex. No obstante, para una correcta operación, el mecanismo CSMA/CD debe estar
habilitado en ambos (modo half-duplex) o deshabilitado en ambos (modo full-duplex). Además
de aumentar el rendimiento, el modo full-duplex evita la limitación de distancia impuesta por
CSMA/CD, por su impacto sobre la eficiencia y la probabilidad de colisiones.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.88
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
NORMAS IEEE 802. LAN 802.3
Conector RJ-45: problema de la conexión half-full.
1. A empieza a enviar una trama.
2. Al mismo tiempo B empieza a enviar otra.
3. A detecta una colisión, por lo que abandona la transmisión para reintentar más
tarde.
4. Al detectar la colisión A deja también de recibir la trama que le envía B, pues se
supone que es errónea.
errónea
5. B no detecta la colisión (está en modo full-duplex). Sigue enviando su trama
hasta el final. Esa trama no es recibida por A pero B no lo sabe, suponiendo que
ha llegado bien.
bien Por otro lado B ha recibido de A una trama incompleta,
incompleta y por
tanto incorrecta.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.89
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
NORMAS IEEE 802. LAN 802.5
Token Ring es una red LAN basada en técnica de paso de testigo desarrollada por IBM en
1981. Esta norma, tras un amplio debate, es la base elegida por el comité IEEE 802 para
definir el estándar de red LAN 802.5. Las estaciones de la LAN están físicamente conectadas
a un concentrador, en una topología en estrella. La topología lógica corresponde a estaciones
conectadas en anillo.
FORMATO TRAMA IEEE 802.5
FUNCIONAMIENTO
ED
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.90
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
NORMAS IEEE 802. LAN 802.5
Asignación de prioridades
• Una estación que tiene que transmitir
una trama de prioridad superior a la
de la trama actual puede reservar el
siguiente testigo con su nivel de
prioridad mientras pasa la trama.
• Cuando se emite el siguiente
g
testigo,
g ,
éste debe tener el nivel de prioridad
reservado.
• Las estaciones con prioridad inferior
no p
pueden coger
g
el testigo,
g
de
manera que éste pasa a la estación
que lo reservó o a una estación
intermedia con datos a transmitir de
prioridad igual o superior al nivel de
prioridad
i id d reservado.
d
• La estación de prioridad superior una
vez transmite su trama libera el
testigo. Entonces, la estación que
act ali ó el nivel
actualizó
ni el de prioridad es la
responsable
de
volverlo
a
decrementar a su antiguo valor una
vez han terminado de transmitir
todas las estaciones con tramas de
prioridad superior.
A
D
A
B
C
B
1. A transmite hacia B. D hace una
reserva con prioridad superior.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.91
T
C
2. A genera testigo de alta prioridad y
almacena la prioridad inferior.
A
D
A
B
C
B
3. D toma el testigo de alta prioridad
y transmite los datos hacia C
D
T
D
C
4 D genera un testigo
4.
i con
prioridad superior.
A
D
A
D
B
C
B
C
5. A detecta el testigo de alta
prioridad y lo captura.
6. A genera un testigo con el nivel
de prioridad inferior anterior
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
Fiber Distributed Data Interface, FDDI
• Trabaja a una tasa de 100Mbps. Dos medios de transmisión: fibra óptica, par
trenzado
• Esquema
Esq ema en anillo con paso de testigo análogo a IEEE 802.5.
802 5
• Presentan algunas diferencias para admitir una velocidad de transferencia más
elevada.
− No se convierte el testigo al comienzo de la transmisión de la trama dado que
este procedimiento no permitiría alta velocidad de transmisión de los datos en
FDDI (el testigo es absorbido).
− Para liberar el testigo la estación emisora no espera la recepción de su propia
trama sino que lo libera una vez completada la transmisión.
FORMATO TRAMA FDDI
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.92
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
Fiber Distributed Data Interface, FDDI
Procedimiento MAC
• Cuando una estación desea
transmitir recoge el testigo,
transmite
su
trama
e
inmediatamente un nuevo testigo.
g
• La estación receptora copia la
trama y la retransmite hasta que
es absorbida p
por la estación
origen. Mientras, si existe alguna
otra estación que desea transmitir
recoge el testigo y transmite una
segunda trama seguida de un
testigo. Esta acción se podría
repetir cualquier número de veces,
de modo que en cualquier instante
de tiempo pueden circular varias
tramas a través del anillo. Cada
estación es responsable de
absorber sus propias tramas.
tramas
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.93
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
Fiber Distributed Data Interface, FDDI
Prioridades
• Se definen 4 clases de prioridad: 6, 4, 2, 0.
q
estación p
puede tener datos a
• Cualquier
enviar con diferentes prioridades (una cola
por clase de prioridad).
• El esquema de prioridades es tal que
asigna una capacidad de la red (situación
de carga) a la clase 6. Las demás
prioridades disponen de una capacidad
variable, en función de la asignada a la
clase 6.
• Se definen las siguientes variables:
− THT (Token Holding Time): tiempo
máximo que una estación puede
mantener el token para transmitir datos
de clase 6.
− TRT4 (Token Rotation Time for Class
4): máximo tiempo de rotación del
t k
token
que
t d í
todavía
permite
it
l
la
transmisión de datos de clase 4.
− TRT2 (Token Rotation Time for Class
2): ídem pero para datos de clase 2.
− TRT0 (Token Rotation Time for Class
0): ídem pero para datos de clase 0.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.94
Arquitectura de Redes
II.3 REDES LAN
DISPOSITIVOS DE INTERCONEXIÓN DE REDES
Repetidores
• Compensan la degradación de las señales en entornos hostiles.
• Permiten extender la red.
• Reducen
R d
ell ancho
h de
d banda
b d de
d la
l red.
d
Puentes
• Operan a nivel 2 (nivel MAC) de la arquitectura OSI.
• Permiten la interconexión de varios segmentos de redes LAN con diferentes niveles MAC.
• Su uso proporciona mayor: fiabilidad, eficiencia y seguridad.
• Permite la interconexión de dos emplazamientos LAN distantes.
• Un switch es un caso particular de un puente (interconecta MAC iguales).
LLC
LLC
MAC
FISICA
MAC
MAC
FISICA FISICA
LAN
LAN
FISICA
LAN’s situadas en el mismo área.
LLC
LLC
MAC
FISICA
MAC
LAN
LLC
FISICA
LLC
MAC
MAC
FISICA
LAN
FISICA
LAN’s situadas a larga distancia.
Unidad II. Nivel físico y nivel de enlace – pág.95
Arquitectura de Redes