Universidad Tecnológica del Centro Capítulo 2-B - Redes Directamente Conectadas 1 REDES DE ACCESO...

Universidad Tecnológica del Centro

Capítulo 2-B - Redes Directamente Conectadas

1

REDES DE ACCESO COMPARTIDO

Bus Compartido (Ethernet)

Token ring (FDDI)

Inalámbrico (802.11)



2

ETHERNET• Historia– Desarrollado por Xerox Palo Alto Research Center (PARC)

durante los años 70– Normalizado por Xerox, DEC, e Intel en 1978– Es similar a la norma IEEE 802.3

• Tecnología para redes de área local CSMA/CD– Detección de Portadora: todos los nodos pueden distinguir

entre enlaces libres u ocupados– Acceso Múltiple– Detección de Colisión: un nodo puede detectar cuando una

trama en transmisión, colisiona con una trama transmitida pr otro nodo

• El entramado de este protocolo está orientado a bits

Destaddr

64 48 32

CRCPreamble Srcaddr Type Body

1648

Encabezadp con 14 bytes

El transmisor inserta el preámbulo, CRC y postámbulo antes de transmitir la trama, el receptor los retira.



3

ETHERNET• Preámbulo: lo utiliza el receptor para sincronizarse a la señal ( ceros y

unos alternados )• Encabezado de Trama:

– Dirección ( address ) ( 6 bytes X 2 direcciones) Único , la dirección de 48 bits asignada a un adaptador de red es

único. (248 > 281 Billones de direcciones) La dirección se grama en la memoria ROM del adaptador ( ejemplo:

8:0:2b:e4:b1:2(00001000 00000000 00101011 11100100 10110001 00000010)

Dirección de broadcast: todos los bits son unos Dirección multicast: el primer bit es 1

Utilizada para enviar mensajes a un subconjunto de dispositivos en una red Ethernet (por ejemplo: todos los servidores )

Un adaptador puede estar programado para recibir un subconjunto de direcciones multicast

– Tipo ( type ): demultiplexado Identifica el protocolo de capa superior al que debe ser entregada la

trama

• Datos : Hasta 1500 bytes de datos– Mínimo 46 bytes de datos



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ETHERNET

• Ancho de Banda: 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps

• Distancia: 2500m ( 500m por segmento con 4

repetidores )

• Número máximo de hosts:1024

• Problema: requiere de un algoritmo que garantice

el acceso de todos los hosts a la red



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ALGORITMO DE TRANSMISIÓN( Control de Acceso al Medio, MAC)

• Si el enlace está libre…– El transmisor envía la trama de inmediato– Debe esperar 9.6µs entre tramas seguida仚

• Si el enlace está ocupado…– Espera a que este libre y transmite de inmediato– Esto se denomina persistencia-1 ( 1-persistent )

( persistencia – 100% ) Un adaptador con una trama por enviar, la transmite

con probabilidad 1 al liberarse el enlaceExisten casos especiales de algoritmos con persistencia-p

que transmiten con probabilidad entre 0 < p < 1 cuando el enlace se libera



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ALGORITMO DE TRANSMISIÓN

Si ocurre una colisión y esta es detectada,• Se transmite una trama “secuencia de interferencia” de

32-bits y luego se detiene la transmisión– Si los dos hosts están cercanos, son enviados 96 bits ( 64 bits

del preámbulo más los 32 bits de la secuencia de interferencia )

– Si los dos hosts se encuentran en puntos opuestos de la red Ethernet, un mínimo de 512 bits deben ser enviados para detectar las colisionesEste es el motivo por el cual el tamaño mínimo de la trama

Ethernet es de 64 bytes ( 14 para el encabezado + 46 bytes de datos + 4 bytes del CRC )

Si son transmitidos menos de 512 bits, las colisiones no serán detectadas



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COLISIONES

(a)

(b)

(c)

A B

A B

A B

A B

(d)

•A comienza a transmitir una trama en el tiempo tEl primer bit de la trama A llega a B en tiempo t + d

•un instante antes de que la trama A llega a B, este comienza a transmitir

la trama B colisiona con la trama AB envia la secuencia de interferencia

•A reconoce la colisión cuando la trama B llega en el tiempo t+2d

• A debe transmitir por 2d para estar seguro de detectar todas las colisiones posibles

Una red Ethernet puede llegar a 2.500 metrosHasta cuatro repetidores entre dos hostsEl viaje de ida y vuelta es de 51,2µs >> en una red Ethernet a 10-Mbps, corresponde a 512 bits

En consecuencia:•Para que el algoritmo de acceso al medio funcione adecuadamente, la latencia de la red Ethernet no debe ser superior a 51,2 µs

•La longitud máxima de una red Ethernet será de ~ 2500 m



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ESPERA DESPUÉS DE UNA COLISIÓN

– Espera e intenta de nuevo1ra vez: 0 o 51.2µs2da vez: 0, 51.2, o 102.4µs3ra vez: 0, 51.2, 102.4, o 153.6µsDespués de la colisión n,

tiempo de espera : k x 51.2µs, para k seleccionada al azar k=0..2n - 1

Abandona los intentos después de cierta cantidad de colisiones ( hasta 16)

Está técnica es denominada retiro exponencial



9

Token Ring

• Ejemplos– 16Mbps IEEE 802.5 (basado en anillo IBM )– 100Mbps Interfaz de datos distribuidos sobre fibra

(FDDI)



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CONTROL DE ACCESO AL MEDIO TOKEN RING, MAC

• Las tramas circulan en una sola dirección– Un nodo recibe tramas de su vecino de un lado y las

despacha a su vecino del otro lado– El anillo es visto como un solo medio compartido

• Un algoritmo de distribución controla cuando a un nodo le es permitido transmitir– Todos los nodos ven a todas las tramas– Un patrón especial de bits ( el token ) rota a lo largo del

anillo– Cuando un nodo que requiere transmitir una trama,

recibe al token,Retira al token del anilloTransmite su trama al anillo



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TOKEN RING, MAC– Cada nodo a lo largo del anillo, recibe y retransmite

las tramas

– El nodo destino de la trama, guarda una copia de la trama y la retransmite al siguiente nodo

– Al regresar la trama al nodo que la envió inicialmente, este nodo la retira del anillo y vuelve a colocar al token

– Los nodos son atendidos con una política Round-Robin ( asumiendo que todas las tramas tienen la misma prioridad )



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CONTROL DE ACCESO AL MEDIO TOKEN RING:SOPORTE PARA PRIORIDADES

• Cada Token contiene un campo de prioridad de 3 bits

• A cada trama le es asignada un prioridad por su creador– El encabezado de la trama contiene un campo de 3

bits para la prioridad y un campo de 3 bits para reserva

• Un nodo solamente puede tomar el token si la prioridad de su trama es >= prioridad del token

• La prioridad del token cambia con el tiempo debido el uso de los bits de reserva en la cabecera de la trama



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TOKEN RING MAC – SOPORTE AL SISTEMA DE PRIORIDADES - EJEMPLO

La estación X intenta enviar una trama con prioridad n • X detecta un trama de datos y los bits de reserva no

han sido establecidos a un valor mayor que n– X establece los bits de reserva al valor n

• La estación que tiene al token en ese momento aumenta la prioridad del token a n al soltarlo

• La estación X toma al token y transmite la trama ( con prioridad n )

• La estación X disminuye la prioridad del token al valor anterior al soltarlo



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LIBERACION DEL TOKEN

Token

Fram

eToken Frame

(a) (b)

Liberacion adelantada Liberacion demorada



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TRATAMIENTO DE FALLA EN UN NODO

Host

From previoushost

To nexthost

Relay

(a)

Host

Host Host

From previoushost

To nexthost

Relay

(b)

Relay abierto >>>> host activo Relay cerrado>>> host inactivo



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TOKEN RING – FORMATO DE TRAMA • Delimitador de inicio• Control de acceso: Incluye prioridad de la trama &

bits de reserva de prioridad• Control de trama : una llave identifica al protocolo de

nivel superior.• Direcciones: 48 bits interpretados igual que en

Ethernet.• 32-bit CRC• Byte de estado de trama: incluye al bit A

( establecido cuando el receptor detecta la trama ) y el bit C (establecido cuando el receptor copia la trama). Los bits A & C son utilizados para lograr entregas confiables

Body ChecksumSrcaddr

Variable48

Destaddr

48 32

Enddelimiter

8

Framestatus

8

Framecontrol

8

Accesscontrol

8

Startdelimiter

8



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ENTREGA CONFIABLE DE TRAMAUso de los bits A y C al final de la trama• El transmisor establece los bits A & C en 0• Cuando el receptor detecta la trama, establece al bit

A en uno• Cuando el receptor copia la trama, establece el bit C

en uno• Si el transmisor detecta la trama al regresar con el bit

A en 0, determina que el receptor no esta activo• Si el bit A esta establecido en uno pero el bit C esta

en cero, esto implica que el receptor no pudo recibir la trama – tal vez el buffer esta lleno -.

• Por lo tanto, posiblemente la trama será retransmitida en un momento posterior



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MATENIMIENTO TOKEN RING : ESTACIÓN MONITOR Se elige un monitor cuando inicia actividades un anillo o cuando falla el monitor actual

Funciones del monitor 1. Inserta un nuevo token

Al iniciar actividades un anillo (en t= 0 no existe un token) Al corromperse el token actual Falla del nodo que mantiene al token

– El monitor observa el paso de un token y establece un temporizador

– (=NumEstaciones x THT + latencia del anillo); Si experia el tiempo sin pasar nuevamente el token, el

monitor crea un nuevo token

2. Elimina tramas con daños (errores CRC o formato inválido ) & tramas huérfanos, el nodo que creo la trama desaparece antes de poder retirarla



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Fiber Distributed Data Interface, FDDI: PROPIEDADE FÍSICAS

• máximo 500 estaciones (comparado con 250 para para Token Ring8 02.5 )

• máximo 2 km entre un par de estaciones• Red limitada a un total de 200 km de fibra• Anillo doble >>> longitud total de medio conectando

a todas las estaciones limitada a 100 km• Utiliza codificación 4B/5B • Norma definida para diferentes medios, inluyendo

– fibra, coaxial and pair entorchado (las distancias varían)

Control

8 8 8 24

CRCStart offrame

End offrame

Destaddr Body

4848

Srcaddr Status

32

CONTROL DE TRAMA, NO DE ACCESO



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INTERFAZ DE DATOS DISTRIBUIDA POR FIBRA (FDDI)

(a) (b)

Una red FDDI tolera la rotura de un cable o falla de una estación



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TEMPORIZADORES (FDDI)

• Tiempo de retención del token (THT)– Tiempo máximo que una estación puede retener a un token – Por defecto 10 ms con 802.5

• Tiempo de rotación del token (TRT)– Tiempo que tarda el token en recorrer el anillo– TRT <= Nodos Activos x THT + Latencia del Anillo

Nodos Activos: no. de nodes con datos por transmitirLatencia del Anillo: tiempo que tarda el token en

recorrer el anillo sin que ningúna estación transmita datos

• Tiempo de rotación máxima del token -Target Token Rotation Time- (TTRT)– TRT máximo para todos los nodos



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ALGORITMO DE TEMPORIZACIÓN• Cada nodo mide el tiempo TRT entre tokens sucesivos

– Si el TRT medido > TTRT: el token llegó tarde, no manda datos– if TRT medido < TTRT: token llegó a tiempo, puede retener el

token por {TTRT – (measured-TRT)} ( transmite datos durante este tiempo )

• Dos tipos de tráfico– Un nodo siempre puede enviar datos síncronos al

recibir un tokenTráfico síncrono / (sensible a demoras) : ejemplo

voz y video– Un nodo puede enviar datos asínncros unicamente si

el token llegó a tiempoTráfico asíncrono : transferencia de archivos (más

importante la velocidad de transmisión que las demoras)

• La cantidad total de datos síncronos transmitidos está limitado por TTRT



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ALGORITMO DE TEMPORIZACIÓN• Peor de los casos: una rotación sencilla de un token

toma 2xTTRT– Nodos con tráfico asíncronos utilizan primero hasta un

TTRT– Cuando los nodos con datos síncronos consumen otro

TTRT de tiempoEs posible para el TRT medido en un nodo llegar hasta

2 x TTRT.

• No es posible tener rotaciones uno detrás de otro que tomen hasta 2 x TTRT– Si el tráfico síncrono ha consumido un TTRT ( en la primera

rotación ) Entonce los nodos con tráfico asíncrono no enviarán

datos ( token tardío ) en la segunda rotación Solo es posible tráfico síncrono en la segunda rotación



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MANTENIMIENTO DEL TOKEN FDDIMeta: Asegurar que siempre hay un token válido en circulación

• Todos los nodos supervisan el anillo para asegurar que el token no se ha pérdido – Deberán observar periodicamente transmisiones válidas

( tramas o token )

• Tiempo máximo entre transmisiones= latencia del anillo + tiempo de transmisión de trama más grande

< = 2.5ms (anillo de tamáño máximo)

• El temporizador se establece en 2.5 ms– Al recibir una transmisión válida >>> el temporizador se

restablece a 2.5 ms – Expira tiempo del temporizador >>> envía trama de solicitud

con la oferta TTRT:tiempo de rotación del token que el nodo requiere para que las aplicaciones que se ejecutan en el nodo cumplan con sus restricciones de tiempo



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MANTENIMIENTO DEL TOKEN FDDICreación de un token (si se ha pérdido) & acuerdo para el valor TTRT

• Se ejecuta cuando join ring or sospecha de falla• Envía un trama de solicitud que incluye la oferta

TTRT del nodo• Cuando un nodo recibe una “trama de solicitud”,

actualiza la oferta y la despacha hacia el siguiente nodo– “actualiza la solicitud” significa cambiar el valor del TTRT

propuesto en la trama de solicitud si es mayor que la oferta de este nodo

• Si una trama de solicitud da la vuelta al anillo:– Su oferta ha sido la más baja– Todos los nodos conocen el TTRT ofrecido– Inserta el nuevo token



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Algunas diferencias entre802.5 y FDDI

Token Ring• Par entorchado blindado• 4, 16 Mbps• Un solo anillo• Manchester diferencial• Bits de prioridad y reserva

FDDI• Fibra óptica• 100 Mbps• Anillo doble• Codificación 4B/5B• Tiempo de rotación del token

controlado

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