8
. CONMUTACION DE PAQUETES
8
. 1 . Principios de conmutación de paquetes
Debido
al auge de las transmisiones de datos , la conmutación de circuitos es un
sistema muy ineficiente ya que mantiene las líneas mucho tiempo ocupadas aun
cuando no hay información circulando por ellas . Además , la conmutación de
circuitos requiere que los dos sistemas conectados trabajen a la misma velocidad
, cosa que no suele ocurrir hoy en día debido a la gran variedad de sistemas
que se comunican .
En
conmutación de paquetes , los datos se transmiten en paquetes cortos . Para
transmitir grupos de datos más grandes , el emisor trocea estos grupos en
paquetes más pequeños y les adiciona una serie de bits de control . En cada
nodo , el paquete se recibe , se almacena durante un cierto tiempo y se
transmite hacia el emisor o hacia un nodo intermedio .
Las
ventajas de la conmutación de paquetes frente a la de circuitos son :
1.
La eficiencia de la línea es mayor : ya que cada enlace se comparte
entre varios paquetes que estarán en cola para ser enviados en cuanto sea
posible . En conmutación de circuitos , la línea se utiliza exclusivamente
para una conexión , aunque no haya datos a enviar .
2.
Se permiten conexiones entre estaciones de velocidades diferentes : esto
es posible ya que los paquetes se irán guardando en cada nodo conforme lleguen
( en una cola ) y se irán enviando a su destino .
3.
No se bloquean llamadas : ya que todas las conexiones se aceptan , aunque
si hay muchas , se producen retardos en la transmisión .
4.
Se pueden usar prioridades : un nodo puede seleccionar de su cola de
paquetes en espera de ser transmitidos , aquellos más prioritarios según
ciertos criterios de prioridad .
8.1.1.
Técnica de conmutación
Cuando
un emisor necesita enviar un grupo de datos mayor que el tamaño fijado para un
paquete , éste los trocea en paquetes y los envía uno a uno al receptor .
Hay
dos técnicas básicas para el envío de estos paquetes :
1.
Técnica de datagramas
: cada paquete se trata de forma independiente , es decir , el emisor enumera
cada paquete , le añade información de control ( por ejemplo número de
paquete , nombre , dirección de destino , etc...) y lo envía hacia su destino
. Puede ocurrir que por haber tomado caminos diferentes , un paquete con número
por ejemplo 6 llegue a su destino antes que el número 5 . También puede
ocurrir que se pierda el paquete número 4 . Todo esto no lo sabe ni puede
controlar el emisor , por lo que tiene que ser el receptor el encargado de
ordenar los paquetes y saber los que se han perdido ( para su posible reclamación
al emisor ) , y para esto , debe
tener el software necesario
2.
Técnica de circuitos virtuales
: antes de enviar los paquetes de datos , el emisor envía un paquete de control
que es de Petición de Llamada , este paquete se encarga de establecer un camino
lógico de nodo en nodo por donde irán uno a uno todos los paquetes de datos .
De esta forma se establece un camino virtual para todo el grupo de paquetes .
Este camino virtual será numerado o nombrado inicialmente en el emisor y será
el paquete inicial de Petición de Llamada el encargado de ir informando a cada
uno de los nodos por los que pase de que más adelante irán llegando los
paquetes de datos con ese nombre o número . De esta forma , el encaminamiento sólo
se hace una vez ( para la Petición de Llamada ) . El sistema es similar a la
conmutación de circuitos , pero se permite a cada nodo mantener multitud de
circuitos virtuales a la vez .
Las
ventajas de los circuitos virtuales frente a los datagramas son :
v
El encaminamiento en cada nodo sólo se hace una vez para todo el grupo
de paquetes . Por lo que los paquetes llegan antes a su destino .
v
Todos los paquetes llegan en el mismo orden del de partida ya que siguen
el mismo camino .
v
En cada nodo se realiza detección de errores , por lo que si un paquete
llega erróneo a un nodo , éste lo solicita otra vez al nodo anterior antes de
seguir transmitiendo los siguientes .
Desventajas
de los circuitos virtuales frente a los datagramas :
v
En datagramas no hay que establecer llamada ( para pocos paquetes , es más
rápida la técnica de datagramas ) .
v
Los datagramas son más flexibles , es decir que si hay congestión en la
red una vez que ya ha partido algún paquete , los siguientes pueden tomar
caminos diferentes ( en circuitos virtuales , esto no es posible ) .
v
El envío mediante datagramas es más seguro ya que si un nodo falla , sólo
un paquetes se perderá ( en circuitos virtuales se perderán todos ) .
8.1.2.
Tamaño del paquete
Un
aumento del tamaño de los paquetes implica que es más probable que lleguen erróneos
. Pero una disminución de su tamaño implica que hay que añadir más información
de control , por lo que la eficiencia disminuye . hay que buscar un compromiso
entre ambos .
8.1.3. Comparación de las técnicas de conmutación de circuitos y conmutación
de paquetes
Hay
3 tipos de retardo :
1.
Retardo
de propagación : tiempo despreciable de
propagación de la señal de un nodo a otro nodo .
2.
Tiempo
de transmisión: tiempo que tarda el emisor en
emitir los datos .
3.
Retardo
de nodo : tiempo que emplea el nodo desde que
recibe los datos hasta que los emite ( gestión de colas , etc... ) .
Las
prestaciones de conmutación de circuitos y conmutación de paquetes :
v
En conmutación de circuitos hay un retardo inicial hasta establecer la
conexión ( en cada nodo se produce un retardo ) . Tras el establecimiento de la
conexión , existe el retardo del tiempo de transmisión y el retardo de
propagación . Pero toda la información va a la vez en un bloque sin más
retardos adicionales .
v
En conmutación de paquetes mediante circuitos virtuales , existe el
mismo retardo inicial que en conmutación de circuitos . Pero además , en cada
nodo , cada paquete sufre un retardo hasta que le llega su turno de envío de
entre la cola de paquetes a emitir por el nodo . A todo esto , habría que sumar
el retardo de transmisión y el retardo de propagación .
v
En datagramas , se ahorra el tiempo de establecimiento de conexión ,
pero no los demás retardos que hay en circuitos virtuales . Pero existe el
retardo de encaminamiento en cada nodo y para cada paquete . Por tanto , para
grupos grandes de datos , los circuitos virtuales son más eficaces que los
datagramas , aunque para grupos pequeños sean menos eficaces que los datagramas
.
8.1.4.
Funcionamiento externo e interno
Hay
dos niveles en donde se pueden utilizar técnicas de datagramas y de circuitos
virtuales . En un nivel interno ( entre estación y nodo ) , se llaman operación
de datagrama interno y operación de circuito virtual interno . Pero cuando se
sale de este ámbito controlable por la estación emisora , la propia red decide
la utilización de servicios de datagrama externo o servicio de circuito virtual
externo para sus comunicaciones ( ocultos al usuario o emisor )
Para los servicio externos hay una serie de consideraciones a seguir :
v
Si se utilizan operaciones de datagrama interno y servicios de datagrama
externo , al haber errores , no hay pérdidas de tiempo en establecer nuevas
conexiones ni se necesitan muchos espacios de almacenamiento .
v
Si se utilizan operaciones de circuitos virtuales internos y servicios de
circuitos virtuales externos , se mejoran las prestaciones para transmisiones de
grandes grupos de información y de acceso a terminales remotos .
8.2.1.
A / Características
La
función de encaminamiento tiene estos requisitos :
1.
Exactitud
.
2.
Sencillez .
3.
Robustez
: es la capacidad para redirigir el tráfico a zonas seguras cuando hay fallos .
4.
Estabilidad
: es
posible que si un sistema es muy robusto , se convierta en inestable al
reaccionar demasiado bruscamente ante situaciones concretas .
5.
Imparcialidad
: hay sistemas que premian , en aras de
optimalidad , las conexiones cercanas frente a las más lejanas , con lo que la
comunicación entre estaciones alejadas se dificulta .
6.
Optimización
: es posible que la robustez y la imparcialidad
reporten un coste adicional de cálculo en cada nodo , lo que implica que ya no
es el sistema más óptimo .
7.
Eficiencia
: lo mismo ocurre con la eficiencia .
8.2.2. B / Criterios sobre prestaciones
Hay
dos formas de elegir un encaminamiento eficiente : una es elegir el camino más
corto ( la distancia entre la estación emisora y la receptora es la mínima ) y
otra es elegir el menor número de saltos ( entre la estación emisora y la
receptora hay el menor número de nodos ) .
En
aplicaciones reales se suele elegir la del camino más corto .
8.2.3. C / Lugar e instante de decisión
El
instante en que se decide hacia dónde se enviará un paquete en un nodo es muy
importante . En datagramas , esto se produce una vez por paquete . En circuitos
virtuales se produce una vez por petición de llamada .
Hay
dos lugares donde se puede decidir hacia dónde debe enviarse un paquete desde
un nodo : una es en el propio nodo ( encaminamiento distribuido ) y otra en un
nodo señalado para esta tarea ( encaminamiento centralizado ) . Esta última
forma tiene el inconveniente de que si este nodo se estropea , el encaminamiento
de todos los nodos que dependen de este nodo de encaminamiento es imposible , y
todos los nodos serán inservibles .
Hay
otra forma de controlar el encaminamiento , y es en la propia estación de
origen .
8.2.4. D / Estrategias de encaminamiento
1.
Encaminamiento estático .
Cada nodo encaminará sus datos a otro nodo adyacente y no cambiará dicho
encaminamiento nunca ( mientras dure la topología de la red ) . Existe un nodo
de control que mantiene la información centralizada . Como cada nodo encaminará
sus datos sólo a un nodo adyacente para cada nodo destino posible , sólo es
necesario almacenar estos contactos entre nodos adyacentes y no todos los
caminos entre todos los nodos de la red .
En
el nodo central se almacenan todas las tablas de encaminamientos , pero en cada
nodo sólo hay que almacenar las filas que conectan ese nodo con el siguiente
para conseguir el encaminamiento a cada nodo posible destino de la red .
Este
sistema es muy eficiente y sencillo pero poco tolerante a fallos en nodos
adyacentes , ya que sólo puede encaminar a uno .
2.
Inundaciones .
Consiste en que cada nodo envía una copia del paquete a todos sus vecinos y éstos
lo reenvía a todos sus vecinos excepto al nodo del cuál lo habían recibido .
De esta forma se asegura que el paquete llegará a su destino en el mínimo
tiempo posible . Para evitar que a un nodo llegue un paquete repetido , el nodo
debe guardar una información que le haga descartar un paquete ya recibido.
Esta
técnica , al ser muy robusta y de coste mínimo , se puede usar para mensajes
de alta prioridad o muy importante . El problema es la gran cantidad de tráfico
que se genera en la red . Esta técnica libera de los grandes cálculos para
seleccionar un encaminamiento.
3.
Encaminamiento aleatorio .
Consiste en que en cada nodo , se elegirá aleatoriamente el nodo al cuál se va
a reenviar el paquete . De esta forma , se puede asegurar que el paquete llegará
al destino pero en un mayor tiempo que
en el de inundaciones . Pero el tránsito en la red es mucho menor . Esta técnica
también libera de cálculos para seleccionar el encaminamiento.
4.
Encaminamiento adaptable .Consiste
en que la red va cambiando su sistema de encaminamiento conforme se cambian las
condiciones de tráfico de la red . Para conseguir esto , los nodos deben de
intercambiar información sobre congestión de tráfico y otros datos .
En
estas técnicas de intercambio de información entre nodos , pueden hacerse
intercambios entre nodos adyacentes , todos los nodos , o incluso que haya un
nodo central que coordine todas las informaciones .
Los
inconvenientes principales son :
v
El costo de procesamiento en cada nodo aumenta .
v
Al intercambiar información de nodo en nodo , aumenta el tráfico .
v
Es una técnica muy inestable .
Las
ventajas :
v
El usuario cree que aumentan las prestaciones .
v
Se puede ayudar en el control de la congestión .
Es
el protocolo más utilizado . Se usa en conmutación de paquetes , sobre todo en
RDSI .
Este
protocolo especifica funciones de tres capas del modelo OSI : capa física ,
capa de enlace y capa de paquetes .
El
terminal de usuario es llamado DTE , el nodo de conmutación de paquetes es
llamado DCE La capa de paquetes utiliza servicios de circuitos virtuales
externos .
8.3.1.
Servicio de circuito virtual
Este
sistema ofrece dos tipos de circuitos virtuales externos : llamadas virtuales y
circuitos virtuales permanentes . En el primer caso , se requiere
establecimiento de conexión o llamada inicial , mientras que en el segundo no .
8.3.2. Formato de paquete
Cada
paquete contiene cierta información de control , como por ejemplo el número de
circuito virtual . Además de paquetes de datos , se transfieren paquetes de
control en los que figura el número de circuito virtual además del tipo de
información de control .
Existen
prioridades en los envíos de paquetes . Existen paquetes de reinicio de
circuitos cuando hay un error , de reinicio de todo el sistema y de ruptura de
conexión .
8.3.3. Multiplexación
Se
permite la conexión de miles de circuitos virtuales , además de full-duplex .
Hay varios tipos de circuitos virtuales , fijos , de llamadas entrantes a la red
, de llamadas salientes , etc...
8.3.4. Control de flujo
Se
usa protocolo de ventana deslizante .
8.3.5.
Secuencias de paquetes
Se permite el envío de bloques grandes de datos . Esto lo hace dividiendo los datos en paquetes de dos tipos , los grandes con el tamaño máximo permitido y paquetes de restos de un tamaño menor al permitido .
9.1.1.
Arquitectura del protocolo
En
el modelo OSI , sólo hay diferencias entre LAN , MAN y WAN en las tres capas más
bajas , que son la capa física , de control de acceso al medio y de control de
enlace lógico .
En
arquitecturas LAN , las tres primeras capas tienen las siguientes funciones :
1.
Capa física :
v
Codificación y decodificación de señales .
v
Generación y eliminación de preámbulo .
v
Transmisión y recepción de bits .
2.
Control de acceso al medio ( MAC ) :
v
Ensamblado de datos en tramas con campos de direccionamiento y detección
de errores .
v
Desensamblado de tramas , reconocimiento de direcciones y detección de
errores .
v
Control de acceso al medio de transmisión LAN .
3.
Control de enlace lógico ( LLC ) :
v
Interfaz con las capas superiores y control de errores y de flujo .
Cada
capa toma las tramas y le añade una serie de datos de control antes de pasarla
a la siguiente capa .
Cabecera
MAC / Cabecera LLC / Cabecera IP / Cabecera TCP / Datos / Parte final MAC
/<--- segmento TCP ---->/
/<-----------
datagrama IP ---------------->/
/<---------
unidad de datos de protocolo LLC ------------->/
/<----------------------------------------------
trama MAC ----------------------------------------------------->/
9.1.2.
Topologías
1
.Topologías en bus y en árbol :
En la topología en bus , todas las estaciones se encuentran conectadas
directamente a través de interfaces físicas llamadas tomas de conexión a un
medio de transmisión lineal o bus . Se permite la transmisión full-duplex y ésta
circula en todas direcciones a lo largo del bus , pudiendo cada estación
recibir o transmitir . Hay terminales a cada extremo del bus para que las señales
no "reboten" y vuelvan al bus .
La
topología en árbol es similar a la de bus pero se permiten ramificaciones a
partir de un punto llamado raíz , aunque no se permiten bucles .
Los
problemas asociados a estas dos topologías son que ya que los datos son
recibidos por todas las estaciones , hay que dotar a la red de un mecanismo para
saber hacia qué destinatario van los datos . Además , ya que todas las
estaciones pueden transmitir a la vez , hay que implantar un mecanismo que evite
que unos datos interfieran con otros .
Para
solucionar estos problemas , los datos se parten en tramas con una información
de control en la que figura el identificador de la estación de destino . Cada
estación de la LAN está unívocamente identificada . Para evitar el segundo
problema ( la superposición de señales provenientes de varias estaciones ) ,
hay que mantener una cooperación entre todas las estaciones , y para eso se
utiliza información de control en las tramas .
2
. Topología en anillo :
La red consta de una serie de repetidores ( simples mecanismos que reciben y
retransmiten información sin almacenarla ) conectados unos a otros en forma
circular ( anillo ) . Cada estación está conectada a un repetidor , que es el
que pasa información de la red a la estación y de la estación a la red . Los
datos circulan en el anillo en una sola dirección . La información también se
desgaja en tramas con identificadores sobre la estación de destino . Cuando una
trama llega a un repetidor , éste tiene la lógica suficiente como para
reenviarla a su estación ( si el identificador es el mismo ) o dejarla pasar si
no es el mismo . Cuando la trama llega a la estación origen , es eliminada de
la red . Debe de haber una cooperación entre las estaciones para no solapar
tramas de varias estaciones a la vez .
3
. Topología en estrella :
En este caso , se trata de un nodo central del cuál salen los cableados para
cada estación . Las estaciones se comunican unas con otras a través del nodo
central . hay dos formas de funcionamiento de este nodo : este nodo es un mero
repetidor de las tramas que le llegan ( cuando le llega una trama de cualquier
estación , la retransmite a todas las demás ) , en cuyo caso , la red funciona
igual que un bus ; otra forma es de repetidor de las tramas pero sólo las
repite al destino ( usando la identificación de cada estación y los datos de
destino que contiene la trama ) tras
haberlas almacenado .
9.1.3.
Control de acceso al medio ( MAC )
El
MAC es el mecanismo encargado del control de acceso de cada estación al medio .
El MAC puede realizarse de forma distribuida cuando todas las estaciones
cooperan para determinar cuál es y cuándo debe acceder a la red . También se
puede realizar de forma centralizada utilizando un controlador .
El
esquema centralizado tiene las siguientes ventajas :
1
. Puede proporcionar prioridades , rechazos y capacidad garantizada .
2
. La lógica de acceso es sencilla .
3
. Resuelve conflictos entre estaciones de igual prioridad .
Los
principales inconvenientes son :
1
. Si el nodo central falla , falla toda la red .
2
. El nodo central puede ser un cuello de botella .
Las
técnicas de control de acceso al medio pueden ser síncronas o asíncronas .
Las síncronas hacen que la red se comporte como de conmutación de circuitos ,
lo cuál no es recomendable para LAN y WAN . Las asíncronas son más aceptables
ya que las LAN actúan de forma impredecible y por tanto no es conveniente el
mantenimiento de accesos fijos . Las asíncronas se subdividen en 3 categorías
: rotación circular , reserva y competición .
v
Rotación circular:
se va rotando la oportunidad de transmitir a cada estación , de forma que si no
tiene nada que transmitir , declina la oferta y deja paso a la siguiente estación
. La estación que quiere transmitir , sólo se le permite una cierta cantidad
de datos en cada turno .Este sistema es eficiente cuando casi todas las
estaciones quieren transmitir algo , de forma que el tiempo de transmisión se
reparte equitativamente . Pero es ineficiente cuando sólo algunas estaciones
son las que desean transmitir , ya que se pierde mucho tiempo rotando sobre
estaciones que no desean transmitir .
v
Reserva :
esta técnica es adecuada cuando las estaciones quieren transmitir un largo
periodo de tiempo , de forma que reservan ranuras de tiempo para repartirse
entre todas las estaciones .
v
Competición :
en este caso , todas las estaciones que quieren transmitir compiten para poder
hacerlo ( el control de acceso al medio se distribuyen entre todas las
estaciones ) . Son técnicas sencillas de implementar y eficientes en bajas
cargas pero muy ineficientes para cargas altas ( cuando hay muchas estaciones
que quieren el acceso y además transmiten muchos datos ) .
9.1.4.
Control de enlace lógico ( LLC )
Esta
capa es la encargada de transmitir tramas entre dos estaciones sin tener que
pasar por ningún nodo intermedio . Esta capa debe permitir el acceso múltiple
. Esta capa debe identificar todos los posibles accesos a ella , ya sean de una
capa superior como estaciones destino u otros .
v
Servicios LLC :
el LLC debe controlar el intercambio de datos entre dos usuarios , y para ello
puede establecer una conexión permanente , una conexión cuando se requiera el
intercambio de datos o una mezcla de ambas ( sólo se establece conexión
permanente cuando sea necesaria ) .
v
Protocolo LLC :
hay varias formas de utilización de este protocolo que van desde envíos de
tramas con requerimiento de trama de confirmación hasta conexiones lógicas
entre dos estaciones previo intercambio de tramas de petición de conexión .
9.2.1.
Características de la topología en bus / árbol
Es
una configuración multipunto . Hay que tener en cuenta que cuando dos
estaciones intercambian datos , las señales que los portan deben de tener la
suficiente potencia para llegar en unos ciertos márgenes al receptor . En esta
configuración multipunto , las señales deben de equilibrase para todas las
estaciones conectadas , lo cuál es mucho más complicado que para una conexión
punto a punto . Cuando las distancias se hacen muy elevadas y hay muchas
estaciones , no hay más remedio que establecer repetidores o amplificadores
intermedios encargados del equilibrado de las señales .
9.2.2.
Cable coaxial de banda base
Es
el medio más utilizado en LAN .
En
estas redes , las señales son digitales y se utiliza generalmente codificación
Manchester . El espectro en frecuencias está totalmente utilizado , por lo que
no es posible multiplexación en frecuencias .
La
transmisión es bidireccional y la topología es en bus ya que las señales
digitales son difíciles de ramificar . Además , la atenuación hace inviable
la transmisión a larga distancia .
La
longitud del cable es inversamente proporcional a la velocidad que pueden
alcanzar las señales .
Usando
repetidores se puede aumentar la longitud de la conexión . Estos repetidores
son diferentes a los que hay en topologías de anillo , ya que deben
retransmitir en ambas direcciones . Estos repetidores son invisibles al resto de
la red ya que no almacenan información , sólo la repiten conforme llega .
Sólo
se permite un camino entre dos estaciones para que no haya interferencias ( si
el camino es muy largo , se intercalan repetidores ) .
9.2.3.
Cable coaxial de banda ancha
En
estos cables se usa señalización analógica . Así , es posible la
multiplexación por división en frecuencias , sirviendo el mismo cable para
varias conexiones . Estos cables permiten topología en árbol y en bus . La
distancia permitida es muy superior a banda base ( ya que las señales analógicas
alcanzan más espacio con menos interferencias y atenuación ) .
Este
cableado sólo permite conexión unidireccional , por lo que para usar
intercambios bidireccionales de información , es necesario el doble cableado de
la red , uno de ida y otro de vuelta ( ambos se juntan en
un extremo si es en bus o en la raíz si es en árbol ) .
Hay
maneras de permitir el uso del mismo cable para señales en ambas direcciones ,
para ello , las señales en una dirección se envían en una gama de frecuencias
y en la otra en otra gama de frecuencias . En el extremo ( en bus ) o en la raíz
( en árbol ) hay un circuito que intercambia las frecuencias y las devuelve por
el otro camino ( ya que le llegan en frecuencia de entrada y las tiene que
devolver en frecuencia de salida ) .
En
la configuración de cable dual los caminos
de entrada y salida son cables separados. En la configuración dividida los caminos de entrada son bandas de frecuencia en el
mismo cable.
En
la señalización analógica de banda portadora se
utiliza todo el espectro de frecuencias para una sola transmisión
bidireccional, con topología de Bus. En éste tipo de transmisión es posible
prescindir de amplificadores ya que las frecuencias de utilización son bajas,
menos sensibles a ala atenuación. La electrónica asociada es sencilla y
barata.
9.2.4.
Bus de fibra óptica
Hay
dos formas de tratar las señales ópticas que provienen del bus por un nodo :
una es tomando la señal óptica , convirtiéndola a señal eléctrica ( para
que sea tratada por el nodo ) extrayendo la información de control y luego pasándola
otra vez a señal óptica para reenviarla al bus ; la otra forma es quitando un
poco de energía óptica y luego reinyectándola de nuevo . Ambas opciones
tienen sus ventajas e inconvenientes ; la primera tiene las ventajas de la
complejidad electrónica y los retardos y la segunda las pérdidas de energía .
Lo
mismo que ocurría con el cable coaxial de banda ancha , como las señales son
unidireccionales , es necesario utilizar dos buses ( uno de ida y otro de vuelta
) o un sólo bus con una terminación que se encarga de recibir por un lado y
transmitir por el otro .
9.3.1.
Características de las LAN en anillo
El
anillo consta de varios repetidores que regeneran y transmiten
unidireccionalmente de bit en bit . Cada repetidor sirve de punto de conexión
de una estación al anillo . La información circula en paquetes que contienen
información de control de la estación de destino . Cuando un paquete llega a
un repetidor , éste lo copia y lo retransmite al siguiente repetidor , y si va
dirigido a su estación de enlace lo envía allí y si no , lo elimina . Para
impedir que un paquete de vueltas continuamente por el anillo se puede o bien
eliminar por el repetidor de destino o por el repetidor de origen al llegar otra
vez a él ( esto permite el envío a varias estaciones a la vez ) . Los
repetidores pueden estar en tres estados posibles : escucha ( cuando recibe del
anillo bits , comprueba si pertenecen a un paquete de su estación , y si lo son
los envía por la línea de su estación y si no , los reenvía otra vez al
anillo ) , transmisión ( el enlace tiene permiso para transmitir datos de su
estación , entonces los pasa al anillo ) y cortocircuito ( el repetidor pasa
sin demoras - sin comprobar la información de control - los bits otra vez al
anillo )
9.3.2.
Fluctuación en la temporización
Los
repetidores no pueden evitar los errores de temporización , por lo que cuando
hay muchos repetidores , estos errores se pueden agrandar y dar lugar a errores
en los datos . Una forma de paliar esta situación es que los repetidores tengan
circuitos de control de temporización .
9.3.3.
Problemas potenciales en el anillo
El
problema principal es la rotura de un enlace o el fallo de un repetidor , lo que
implica que el resto del anillo quedará inservible . Además , cada vez que se
introduzca un nuevo repetidor , habrá que adaptar a sus vecinos .
9.3.4.
Arquitectura en estrella-anillo
Para
solucionar los errores propios de la topología de anillo , se pueden utilizar híbridos
de estrella-anillo , de forma que los posibles errores se pueden localizar .
Además , se facilita la incorporación de nuevos repetidores .
9.3.5.
Bus frente a anillo
Para
grandes LAN , lo mejor es usar banda ancha en bus o árbol .
El
método más barato para LAN pequeñas es la banda base , pero en anillo se
pueden cubrir mayores distancias con menores errores .
En
anillo , la fibra óptica es más efectiva que en bus
y además , los enlaces punto a punto
en anillo son más sencillos que los multipunto en las demás .
9.4.1.
LAN en estrella con pares trenzados
El
par trenzado es más barato que el cable coaxial , pero esto es aparente ya que
la mayor parte del costo es de instalación , que es similar para los dos tipos
de cable . Por lo que se tiende a utilizar coaxial ya que tiene mejores
prestaciones .
Pero
la gran difusión de los cables para teléfonos , que son pares trenzados , ha
provocado que para pequeñas LAN , sea el tipo de cable más utilizado . Y estas
LAN son generalmente topologías en estrella ( oficinas con terminales y un
repetidor central ) . Cada estación tiene un cable de salida hacia el repetidor
central y otro de entrada desde éste . Este esquema se comporta como una
topología en bus , y por tanto puede haber colisiones de mensajes , para lo cuál
se divide el sistema en subsistemas a los cuáles sólo algunas estaciones
tienen acceso .
9.4.2.
Estrella de fibra óptica
Hay
conectores en los cuáles , la fibra óptica se comporta igual que los pares
trenzados , lo cuál reporta los mismos problemas de colisiones de mensajes que
el sistema anterior .
10
. REDES DE AREA LOCAL ( LAN )
10
. 1 . Ethernet y ethernet de alta velocidad ( CSMA / CD )
Estas
redes utilizan banda base sensible a la portadora y detección de colisiones .
Algunas utilizan banda ancha . El estándar más utilizado es el IEEE 802.3 .
10.1.1.
Control de acceso al medio en IEEE 802.3
En
estas redes , no hay un tiempo preestablecido de acceso al medio sino que
cualquier estación puede acceder a él de forma aleatoria . Los accesos son de
tipo competitivo .
La
técnica más antigua utilizada es la ALOHA , que consiste en que si una estación
quiere transmitir una trama , lo hace y espera el tiempo suficiente para que la
estación de destino le de tiempo para confirmar la llegada de la trama . Si no
llega la confirmación en ese tiempo , la estación vuelve a enviar la trama .
Este proceso lo repite hasta que o bien recibe la confirmación o bien lo ha
intentado una serie determinada de veces sin conseguir la confirmación . La
estación receptora recibe la trama y si detecta que no hay error ( mediante
unos códigos ) envía una confirmación . Puede ocurrir que dos tramas se
interfieran ( colisión ) y entonces las dos son rechazadas , es decir que el
receptor no envía confirmación .
El
sistema ALOHA , aunque es muy sencillo , permite pocas cargas en la red ya que
si hay muchas tramas circulando a la vez , la probabilidad de que interfieran (
y sean erróneas ) es muy grande .
La
eficiencia de ALOHA es grande cuando las distancias entre estaciones es poca ,
ya que podría implementarse un mecanismo para que todas las estaciones dejaran
de transmitir cuando una trama circulara por la red ( ya que la espera sería
muy pequeña al ser la distancia poca ) . A esta técnica más sofisticada se le
llama CSMA .
Es
decir , con CSMA , la estación que desee transmitir escucha el medio para ver
si hay ya una trama en él , y si no la hay emite su trama y espera confirmación
para cerciorarse de que ha llegado a su destino correctamente . Las colisiones sólo
se producirán si dos estaciones emiten tramas casi en el mismo instante .
Para
evitar esta última ineficiencia , CSMA hace :
1.
El emisor transmite si la línea está libre y si no , se aplica 2 .
2.
En caso de que el medio esté ocupado , se espera hasta que esté libre .
3.
Si se detecta una colisión , el emisor que la ha detectado envía una señal
de interferencia para que todas las estaciones sepan de la colisión y dejen de
transmitir ( para dejar de colisionar ) .
4.
Después de emitir la interferencia , se espera un poco y se vuelve a
emitir la trama .
De
esta forma , CSMA sólo desaprovecha el tiempo en que se tarda en detectar una
colisión . Dependiendo de la técnica de transmisión , la detección de colisión
cambia .
10.1.2.
Especificaciones IEEE 802.3 a 10 Mbps ( Ethernet )
1.
Especificación 10base5:
Utiliza cable coaxial , topología en bus , señalización digital Manchester ,
longitud máxima de segmento de cable ( entre cada par de repetidores ) es 500
metros , sólo hay un camino posible entre dos repetidores .
2.
Especificación 10base2:
similar a la anterior pero con cable más fino y menos costoso .
3.
Especificación 10base-t:
se usa cable de par trenzado apantallado aunque permite menor distancia ,
topología en estrella , debido al tipo de cable , las distancias máximas
permitidas rondan los 100 metros .
4.
Especificación 10 Ancha36:
utiliza cable coaxial y banda ancha , cables de unos 2000 metros , modulación
por desplazamiento de fase , codificación diferencial .
5.
Especificación 10Base-F :
fibra óptica , codificación Manchester ,.
10.1.3.
Especificaciones IEEE 802.3 a 100 Mbps ( Ethernet a alta velocidad )
S4e
utiliza MAC , dos enlaces físicos entre nodos ( cada uno en una dirección ) ,
pares trenzados apantallados o no apantallados de alta calidad o fibra óptica
., topología en estrella , codificación FDDI .
10
. 2 . Anillo con paso de testigo y FDDI
10.2.1.
Control de acceso al medio ( MAC ) en IEEE 802.5
Este
método consiste en que existe una trama pequeña llamada testigo , que circula
por la red cuando no hay ninguna estación transmitiendo . Cuando una estación
desea transmitir , cuando le llega el testigo , lo coge , le cambia un cierto
bit y le añade la trama de datos . Después envía la trama obtenida a su
destino . Como el testigo ya no existe , las demás estaciones no pueden
trasmitir . Cuando la trama enviada da toda la vuelta a la red , es captada otra
vez por el emisor y éste introduce un nuevo testigo en la red . De esta forma ,
ya es posible que otra estación pueda emitir .
Para
baja carga de la red , este sistema es poco eficiente , pero para cargas altas ,
es similar a la rotación circular , sistema muy eficiente y equitativo .
Una
desventaja seria es que se pierda el testigo , en cuyo caso toda la red se
bloquearía .
Los
bits que se modifican en el anillo indican si la trama que acompaña al anillo
ha llegado a su destino , si no ha llegado o si ha llegado pero no se ha copiado
. Esta información de control es muy importante para el funcionamiento del
sistema .
10.2.2.
Prioridad en redes en anillo con paso de testigo
La
trama consta de una campo de reserva de trama y un campo de prioridad de la
propia trama , además de otros campos de control de errores y de los datos .
Este
estándar admite la posibilidad de utilizar prioridades .El algoritmo es :
1.
Una estación que desee transmitir debe esperar un testigo con prioridad
inferior a la suya propia .
2.
Si el emisor detecta una trama de datos, si su prioridad es superior a la
de la reserva , pone su prioridad en un campo de reserva de la trama . Si lo
recibido es una trama de testigo , si la prioridad
es mayor que la de la reserva y que la del propio testigo , pone su
prioridad en el campo de reserva del testigo , eliminando a la que había .
3.
Cuando un emisor consigue el testigo , pone su prioridad en el campo de
prioridad del testigo y pone a 0 el campo de reserva de testigo .
10.2.3.
Especificación de la capa física de IEEE 802.5
Se
utiliza un par trenzado apantallado con codificación Manchester Diferencial .
10.2.4.
Control de acceso al medio en FDDI
FDDI
no contiene bits de prioridad ni de reserva .
FDDI
, cuando recibe una trama de testigo , lo cancela y no lo repite hasta que no ha
enviado sus tramas de datos ( por lo que no es posible implementar prioridades
de esta forma ) . FDDI envía un testigo de liberalización cuando ha enviado su
última trama de datos , aun cuando no la haya recibido de vuelta del anillo .
Mediante unos bits concretos en la trama . el emisor puede detectar que la trama
ha sido recibida , que no lo ha sido con éxito o que la estación de destino no
existe .
Para
permitir algún tipo de compartición de la red entre todas las estaciones , éstas
pueden solicitar su inclusión en un turno de rotación de tiempo de acceso síncrono
( igual para todas las estaciones que están "dadas de alta " en este
sistema ) . Además , se mantiene el tipo de acceso asíncrono con paso de
testigos .