Tema 5. Subcapa de acceso al medio.

Redes (IS20)
Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas
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ÍNDICE
CAPÍTULO 5: Subcapa de acceso al medio
1. El problema del reparto del canal
2. Protocolos de contención
3. Protocolos libres de colisiones
1. El problema del reparto del canal
Curso 2002-2003 - Redes (IS20) -Capítulo 5
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1. El problema del reparto del canal
Tipos de redes: de difusión y canal punto a punto
• Ejemplo de redes de difusión: LAN
• Diferentes topologías de LAN:
– Bus: estaciones conectadas mediante “taps” a un canal lineal o bus. La
transmisión de una estación en ambos sentidos es recibida por las demás
estaciones. En los extremos del bus un terminador elimina las señales
que le llegan del bus.
– Anillo: bucle cerrado de repetidores unidos por enlaces punto a punto.
Transmisión bit a bit. Enlace unidimensional (circular). Una estación se
conecta a la red mediante un repetidor. Los datos se transmiten en
tramas. Las estaciones recogen una copia de la trama que circula.
Cuando la trama alcanza la estación que la envío es eliminada de la red
¿Quién gana el acceso al canal compartido en redes de difusión?
Protocolo de control de acceso al medio (MAC)
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1. El problema del reparto del canal
1. El problema del reparto del canal
¿Cómo compartir el canal entre usuarios competidores?
• Reparto estático del canal
– Multiplexación por división de frecuencia (FDM)
•
•
•
•
Ancho de banda dividido en N bandas privadas: cada usuario usa una
Si hay más de N usuarios se le deniega el uso a algunos
Si hay menos de N usuarios se desperdicia ancho de banda
Los canales pueden estar inactivos la mayor parte del tiempo
– Multiplexación por división de tiempo (TDM)
• A cada usuario se le asigna un cierto intervalo de tiempo (ranura)
• Se mandan ranuras de diferentes usuarios una detrás de otra
• Si un usuario no usa su ranura se envía vacía (se desperdicia)
– Solución: TDM asíncrona: o de contención de reserva a turnos (libre de
colisiones)
• Reparto dinámico del canal
– Protocolos de acceso múltiple. Veamos unos supuesto previos
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1. El problema del reparto del canal
Reparto dinámico: supuestos
• Modelo de estación: N estaciones independientes que generan tramas y se
bloquean hasta transmisión trama con éxito
• Canal único: Todas las estaciones pueden transmitir y recibir en él
• Colisión: La transmisión simultánea de tramas puede llevar a colisiones.
Una trama en colisión debe ser retransmitida
Las redes puede usar:
• Tiempo continuo: la transmisión de una trama puede empezar en cualquier
momento, no hay reloj ni división de tiempo
• Tiempo ranurado: el tiempo se divide en intervalos discretos (ranuras). La
transmisión de tramas comienza al inicio de una ranura. El contenido de una
ranura puede ser: tramas, estar inactiva, transmisión con éxito o colisiones
• Detección de portadora (LAN): Las estaciones detectan si elcanal está o no
en uso. Si está en uso ninguna estación lo usará hasta que este inactivo de
nuevo.
• Sin detección de portadora (redes satélite): Las estaciones no detectan si el
canal está en uso, transmiten siempre y después comprueban si ha habido
éxito.
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2. Protocolos de contención
2. Protocolos de contención
2.1. ALOHA puro
2.2. ALOHA ranurado
2.3. Protocolos con detección de portadora
(CSMA)
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2. Protocolos de contención
2.1. ALOHA puro (1970)
• Las estaciones transmiten cuando tengan tramas para enviar
• Hay colisiones (total o parcial) y destrucción de tramas
• Los usuarios “escuchan” el canal, tras un retardo si no éxito en
transmisión se retransmite después de un tiempo arbitrario
• Estados de las estaciones
1) Escritura en canal
2) Esperando
3) Verificación transmisión a) si éxito Æ ir 1
b) sino retransmitir Æ ir 2
2.2. ALOHA ranurado (1972)
• Duplica la capacidad de ALOHA puro
• Se divide el tiempo en ranuras (discretas)
• Solo se permite iniciar la transmisión al principio de una ranura
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2. Protocolos de contención
2.2. Protocolos con detección de portadora (CSMA)
• Se pretende mejorar el desempleo del canal
• Se comprueba primero si el canal está ocupado:
– Se espera que se libere o se transmite
• Hay diferentes variantes:
– CSMA 1-persistente:
• Se escucha el canal
– si está ocupado: espera que el canal quede libre
– si está libre (en reposo): inicia la transmisión de la trama
• Si hay colisión la estación espera un tiempo aleatorio y comienza de nuevo
• El retardo de propagación puede llevar a colisiones
– CSMA No persistente:
• Se escucha el canal
– Si está ocupado espera un tiempo aleatorio y vuelve a intentarlo
– si está libre (en reposo): inicia la transmisión de la trama
• Si hay colisión la estación espera un tiempo aleatorio y comienza de nuevo
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– CSMA p-persistente : para canales ranurados
2. Protocolos de contención
• Se escucha el canal y si está en reposo (ranura libre)
– las estaciones transmiten con probabilidad p
– La estación se espera a la siguiente ranura con probabilidad 1-p
• Si en ese tiempo otra estación ha comenzado a transmitir esperará un
tiempo aleatorio y comenzará de nuevo
• Si canal ocupado espera la siguiente ranura y aplica el algoritmo de nuevo
– CSMA/CD con detección de colisiones
•
•
•
•
•
Si medio libre la estación transmite, sino escucha y espera hasta libre.
Cesa la transmisión en cuanto se detecta una colisión (señal de alerta)
Tras envío de señal de alerta se espera un tiempo aleatorio y nuevo intento
Se ahorra tiempo y ancho de banda. Se usa en LAN en subcapa MAC
Si t es el tiempo para que una señal se propague entre dos estaciones, si en
2t no se ha detectado es que no hay colisión
• Tres estados posibles: contención, transmisión o inactivo
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3. Protocolos libres de colisiones
3. Protocolos libres de colisiones
3.1. Protocolo de mapa de bits
3.2. Protocolo de conteo descendente binario
3.3. Protocolo de recorrido de árbol adaptable
3.4. Protocolo por turnos basado en testigo
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3. Protocolos libres de colisiones
3. Protocolos libres de colisiones
• Los protocolos anteriores dan pie a conflictos ya que las
estaciones acceden al canal sin ninguna “contención”
• Los siguientes protocolos intenta evitar las colisiones mediante
un esquema de reservas o turnos
• Para líneas de transmisión largas y tramas cortas el efecto de
las colisiones se vuelve cada vez un problema más grave
• Examinaremos algunos protocolos que resuelven la contención
del canal sin que haya colisiones
• Supondremos N estaciones cada una con una dirección única
de 0..(N-1)
¿Qué estación toma el canal tras una transmisión exitosa?
• Supondremos intervalos de contención discretas
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3. Protocolos libres de colisiones
3.1. Protocolo de Mapa de bits
• Cada periodo de contención consta de N ranuras
• La transmisión se inician con un periodo de realización de
reservas de N ranuras, la estación que quiere transmitir pone un
bit 1 durante su ranura de contención
• Después se realiza la transmisión de las estaciones en orden
• Al acabar las transmisiones reservadas se inicia otro periodo de
contención
• Se llama protocolo de reserva
• Tenemos una información extra de 1 bit por estación
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3. Protocolos libres de colisiones
3.2. Protocolo de conteo descendente binario
• Se usan direcciones binarias (igual longitud) para las estaciones
• La competencia por el canal se produce usando las direcciones
• Ejemplo: A(1010), B(1101), C(1110), D(0110)
– Si una estación quiere usar el canal difunde su dirección como una
cadena binaria de bits comenzando por el bit de orden mayor
– Se aplica un OR al bit
– Regla de arbitraje: se comprueba el bit alto de las estaciones si alguna
tiene un 1, se descantan las estaciones que tienen un cero
– La estación C transmitirá una trama primero ya que tiene la mayor
dirección
– Después vuelve a competir por el canal (se produce otro ciclo de
concurso por el canal)
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3. Protocolos libres de colisiones
Comparación de Protocolos
• Los protocolos se evalúan según lo bien que funcionan
– Se mide el retardo con baja carga y la eficiencia del canal en carga alta
•
•
•
•
Carga baja: mejor los de contención ALOHA
Carga alta: protocolo libre de colisiones
Se pueden combinar ambas: Protocolo de contención limitada
La probabilidad de que una estación adquiera el canal aumenta
al disminuir el número de estaciones
• Los protocolos de contención limitada dividen las estaciones en
grupos:
–
–
–
–
Si una estación por grupo: protocolo de conteo descendente binario
Cuantas más estaciones por grupo (ranura) más probabilidad de colisión
Si solo un grupo con todas: ALOHA ranurado
Queremos asignar estaciones a ranuras de forma dinámica
• Muchas estaciones por intervalo si carga baja
• Pocas por ranura cuando carga alta
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3. Protocolos libres de colisiones
3.3. Protocolo de recorrido de árbol adaptable
• Se organizan las estaciones como hojas de un árbol
• En un momento concreto solo compiten por el canal las
estaciones de una rama del árbol
• Ejemplo: 8 estaciones intentando transmitir
– Después de la transmisión de una trama todas intentan adquirir el canal
– Si ninguna adquiere el canal o hay colisión durante la ranura 1 solo las
estaciones por debajo del nodo 2 podrán competir
– Se busca en la rama izquierda y después en la derecha y si colisión se va
bajando
– Ej. Quieren transmitir G y H
G gana el canal
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3. Protocolos libres de colisiones
3.4. Protocolo por turnos basado en testigo
• Circula por la red un testigo (patrón de bits) que habilita al
poseedor para transmitir
• Si una estación tiene datos que transmitir adquiere el testigo
y realiza la transmisión. Al acabar pone de nuevo el testigo
en la red
• Si una estación no tiene datos pasa el testigo nada más
recibirlo
• Usado en topologías: token bus (anillo lógico), token ring
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