• No hay una estación principal, sino que el algoritmo de control de acceso al medio está distribuído por toda la red. No obstante, veremos que algunas estaciones podrán tener alguna función adicional, pero siempre como algo excepcional. 

• Velocidad alta y tasa de errores baja, debidas a la buena calidad de los materiales empleados. Esto se traduce en una buena calidad de servicio. 

Arquitectura o topología. Es la forma en que las estaciones están interconectadas. Es necesario distinguir entre topología física (la que define el medio de transmisión -cables-) y topología lógica (la que sigue el algoritmo de MAC). Las topologías más extendidas son: 



• La técnica de control de acceso al medio (MAC) será una de las vistas en el capítulo I.2, lo que hace que se pueda elegir entre varias posibilidades. 

Tecnología de transmisión. Tiene dos aspectos diferentes, que son el medio físico por el que se propaga la señal y la técnica empleada para transmitir la información por dicho medio. 

• Medio físico: 
• fibra óptica 
• coaxial 
• UTP (Unshielded Twisted Pair => par trenzado simple) 
• STP (Shielded Twisted Pair => par trenzado apantallado) 
• Técnica de transmisión: 
• banda base 
• banda ancha 

Medio físico:

visto anteriormente.

Interfaz:

se encarga de poner bits en el canal y de que lleguen al destino; corresponde al nivel físico de OSI.

Protocolo LAN:

lleva una cierta información sin errores al destino, además de manejar el acceso al medio compartido; es el nivel de enlace de OSI.

Usuario:

a partir del nivel de red de OSI, todas las redes dejan libertad al usuario para configurar el resto de la torre de protocolos.

En los años 80, el IEEE se encontró ante la tarea de establecer un estándar para las redes de área local, de forma que los usuarios pudieran elegir a qué fabricante comprar la red sin encontrarse con una incompatibilidad total entre los equipos. Este propósito se vio frustrado por la falta de acuerdo entre los integrantes del comité. Al final, el IEEE se tuvo que conformar con una serie de estándares que cubrían la parte baja de la arquitectura OSI, hasta el nivel de enlace, y que compartían el interfaz con el nivel de red (nivel 3 de OSI). De este modo se conseguía que las aplicaciones de niveles superiores fueran independientes del modelo concreto de red que hubiera debajo, y así funcionaran sobre todas ellas. Es decir, se consiguió que la red fuera transparente para el usuario.

Para lograr este objetivo era necesario normalizar la arquitectura de protocolos de todos los modelos de red. Al enfrentarse al nivel de enlace se dieron cuenta de la complejidad que implicaba. La decisión que tomaron fue dividirlo en 2 subniveles:

MAC (Medium Access Control):

Controla el acceso al medio de transmisión, que es compartido. Es diferente para cada tipo de red, de acuerdo con la técnica que se emplee.

LLC: (Logical Link Control):

Cubre el resto de las funciones del nivel de enlace de OSI. Es igual para todas las redes, y por lo tanto es aquí donde se realiza la convergencia entre todos los modelos.

Otra caracteística del LLC es que permite el acceso a la red de varias entidades de nivel superior, a través de diferentes puntos de acceso al servicio, conocidos como LSAPs (Link Service Access Point). Cada LSAP es una especie de dirección de acceso al LLC, que las entidades superiores utilizan para identificarse como origen y destino de información dentro de la máquina. Las entidades de nivel superior son, generalmente, procesos en ejecución en un ordenador.

Primitivas	Parámetros
DL_UNITDATA.request	Dirección destino  Dirección origen  Datos  Prioridad
DL_UNITDATA.indication

Veamos el servicio que presta la variante del subnivel LLC más usada, la LLC1, al nivel superior. Consta de 2 primitivas, una petición de envío de datos (DL_UNITDATA.request) y un aviso de llegada de datos (DL_UNITDATA.indication). Los parámetros intercambiados entre ambos niveles son las direcciones (LSAPs) de las entidades origen y destino, los datos y la prioridad del mensaje. 

Veamos en unos esquemas el funcionamiento de estas primitivas:

Las unidades de datos (PDUs) tienen la siguiente estructura:

La cabecera LLC tiene la forma:

Las direcciones de la PDU del MAC pueden ser de 16 ó 48 bits. Veremos en detalle la de 48 bits, ya que es la más usada en las redes existentes:

individual/grupo: permite enviar en 3 modos:

• unicast (bit=0): destino único; es el uso general. 
• multicast (bit=1): el destino es un grupo de usuarios determinado, configurado como tal desde el software por el administrador del sistema. 
• broadcast (dirección=111...1): el mensaje llega a todos los usuarios.

La difusión de mensajes (broadcast) en una red es un tema delicado, ya que puede acarrear problemas. En algunas situaciones es muy útil, como cuando un terminal se incorpora a la red y desea localizar a un servidor de ficheros, por lo que debe permitirse su uso, siempre que sea racional.

I.3.3 - Redes Ethernet (802.3) El estándar establece que está orientada a usarse en entornos comerciales y en pequeños entornos industriales. Es la más popular de entre las redes de área local, y parece tener bastante futuro por las versiones de 100 Mbps y 1 Gbps, que ya han sido implementadas con éxito.

Protocolo MAC:

Se trata de una red construída alrededor del protocolo de acceso al medio CSMA/CD 1-persistente. Como vimos en el capítulo 2 de este tema, es éste un protocolo de contienda en el que las estaciones "escuchan" el medio antes y después de transmitir. Mientras el canal está ocupado se mantienen a la espera, y en cuanto queda libre transmiten.Si se produce una colisión se resuelve mediante la técnica BEB (Binary Exponential Backoff). Consiste en dividir el tiempo posterior a una colisión en ranuras de duración 2·tau, que es el intervalo de vulnerabilidad.

Tras la colisión, las estaciones involucradas vuelven a intentar transmitir en una de las 2 ranuras siguientes, de forma aleatoria. Si se vuelve a producir una colisión, esas estaciones intentarán transmitir en una de las 4 (2²) ranuras siguientes. Ante nuevas colisiones, las estaciones verán multiplicado sucesivamente por 2 su margen de repetición, que será de 2ⁱ tras la colisión i-ésima. Esto se mantiene hasta la 10ª colisión, a partir de la cual el intervalo se estabiliza en 1024 ranuras. Por último, si se alcanza la 16ª colisión, la estación tira la toalla e informa al nivel superior del error de transmisión. 

Esta técnica permite mantener la red en funcionamiento a altas cargas, que es el punto débil de las técnicas de contienda. Sin embargo, este mecanismo abre la puerta a la posibilidad de que haya estaciones en espera con más colisiones en su haber que otras, lo que favorece a los recién llegados en el intento de hacerse con el canal.

Formato de la trama:

• Preámbulo (7 octetos): 1010...10 para sincronizar los relojes. 
• Delimitador de principio de trama (SFD - 1 octeto) 
• Dirección de destino (2 ó 6 octetos) 
• Dirección de origen (2 ó 6 octetos) 
• Longitud de datos (2 octetos): en número de bits. 
• Datos (0-1500 octetos) 
• Relleno (Padding - 0-46 octetos): asegura que el tamaño mínimo de la trama sea de 512 bits (64 octetos). 
• CRC (Cyclic Redundancy Coding - 4 octetos): control de errores. 

Vemos que no hay ningún campo de control, al igual que no hay ningún tipo de trama de control.

Limitaciones:

Hay dos limitaciones fundamentales en las redes Ethernet:

Atenuación:

La estación A debe ser capaz de detectar que el mensaje de la estación B, que le llega debilitado, está en la línea. Por lo tanto, sólo podremos tender segmentos de línea de longitud máxima l. Para montar líneas más largas tendremos que usar repetidores.

Detección de colisiones:

Como vimos al hablar de las técnicas de acceso al medio por contienda, debe cumplirse que a<<1 para conseguir una utilización del canal óptima. Dado que a=t_p/x_p, es necesario que t_p se mantenga pequeño, pero puede crecer algo más si se aumenta x_p.

Además, para asegurar que se detectan las colisiones, la red debe cumplir: x_p>2·t_p

Tipos de Ethernet. Nomenclatura:

Los nombres de los diferentes tipos de Ethernet siguen la misma estructura. Constan de 3 campos: 

• Velocidad (Mbps): 10, 100, 1000 (1G), ... 
• Tipo de transmisión: banda base (BASE), banda ancha (BROAD). 
• Longitud máxima del segmento (100m) 

Las principales alternativas definidas en el estándar son: 

10BASE5:
Es la primera versión recogida por la norma. Usa como medio físico coaxial de 50 ohmios, un cable rígido, de buena calidad y caro. Permite segmentos de 500 metros, hasta un número máximo de 5 segmentos unidos por repetidores. La distancia máxima es, por lo tanto, 2,5 km (igual que vimos en el ejemplo anterior).

10BASE2:
Usa un coaxial más barato, que además es muy flexible. El único inconveniente es que la longitud máxima de cada segmento se reduce a 200 metros. Siguen pudiendo conectarse 5 segmentos mediante repetidores.

10BASET: 
Usa par trenzado como medio físico, que es muy barato y, lo más importante, ya existe en muchos edificios.
Además, se aprovechó para solucionar el problema que planteaba el que el bus se interrumpiera, que hacía que la red completa dejara de funcionar (por la falta de resistencias terminales en los extremos del corte). 

Se introdujo el HUB (concentrador), que no es más que una caja con varios conectores unidos internamente formando un mismo medio físico. Todos los sistemas están conectados al HUB, formando una configuración que a simple vista puede parecer de estrella. De esta forma se soluciona el problema de los cortes, ya que si una de las líneas se interrumpe, el resto continúa trabajando sin alterarse. Además, se le introdujeron algunas funciones adicionales, como por ejemplo la generación de una señal de colisión en caso de detectar actividad en más de una línea. 
Los HUBs pueden interconectarse jerárquicamente, permitiendo llegar hasta estructuras de 3 niveles de profundidad. Así se consigue que el número de estaciones conectadas a la red pueda ser muy elevado, siempre con cuidado de no sobrecargar la red. 
 

10BASEF: 

El medio físico es ahora fibra óptica. La principal ventaja que aporta es que la atenuación es mucho menor, por lo que se pueden alcanzar mayores distancias sin repetidores. Debido a su elevado coste, sólo se emplea para interconectar HUBs lejanos.

Es importante destacar que se pueden conectar tramos de Ethernet de distintos medios físicos en una sóla red. Lo único que hay que tener en cuenta es que va a seguir habiendo un único dominio de colisiones, es decir, que sólo una estación en todo el conjunto de tramos diferentes podrá transmitir en un instante dado. 

Notas:

En redes Ethernet de alta velocidad (100BASET, 1000BASET, ...), como el tiempo que tarda en transmitirse un paquete (x_p) disminuye, deberé aumentar el tamaño mínimo para que el parámetro a no se haga demasiado grande. 

Finalmente, y a modo de comentario, decir que las tarjetas de Ethernet pueden configurarse en modo promíscuo, de forma que escuche todos los mensajes que circulan por la red, aunque no vayan dirigidos a ella. La utilidad de esta función está en el uso conjunto con un analizador de protocolos, que es un programa que permite monitorizar todas las tramas de la red, para detectar posibles averías o conflictos. Sin embargo, esta función también tiene un peligro, y es que puede ser usada por fisgones para ver informaciones ajenas.

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I.3.4 - Redes Token Bus (802.4)
 

El estándar establece que está orientada a usarse en entornos de oficina, pero también en fábricas, plantas industriales y entornos militares. Fue desarrollada por General Motors para cubrir la necesidad de una red que diera servicio a una planta de producción y que reuniera dos características: 

1. Tiempo de espera acotado, para poder cursar tráfico en tiempo real. 
2. Topología lineal, para adaptarse mejor a una cadena de montaje. 

Protocolo MAC:

Las características exigidas a la red hacían que los modelos de red existentes no se ajustaran a las necesidades: CSMA/CD (Ethernet) incumple la 1ª condición, y Token Ring la 2ª. 

El sistema que se desarrolló, por lo tanto, es de topología lineal (bus), pero el acceso al medio, a diferencia de Ethernet, donde es por contienda, se hace por paso de testigo, una técnica de selección. Veamos cómo es su funcionamiento. 

En el bus se establece un "anillo lógico", es decir, una ordenación de las estaciones a él conectadas de acuerdo con su número de dirección, de mayor a menor. De esta forma, la estación con número de dirección mayor precede a la de segundo mayor número, y sigue a la de número menor. El testigo se pasa de una estación a otra siguiendo este orden. 

El protocolo debe prever la aparición de nuevas estaciones y la desaparición de otras, incorporándolas al anillo lógico y sacándolas de él, lo que hace que se complique bastante. Además, para garantizar que el tiempo de respuesta estará acotado, el testigo debe concederse por un tiempo máximo a cada estación. Pero ya profundizaremos más adelante en estos temas. 

Formato de la trama:

• Preámbulo (1 ó más octetos): para sincronizar los relojes. 
• Delimitador de principio de trama (SFD - 1 octeto): se utilizan símbolos especiales, ya que la codificación de línea empleada permite 6 símbolos diferentes en cada período de bit (0, 1 y otros 4). 
• Control (1 octeto): Indica si la trama es de información o de control en los dos primeros bits (00 => control; 01 => datos). En tramas de información, los tres bits siguientes se utilizan para establecer si el destino de la trama debe responder con un asentimiento nada más recibirla, sin esperar al testigo (útil en sistemas de tiempo real), o no; los tres bits de menor peso se utilizan para indicar la prioridad. Más adelante veremos este tema máás en detalle.
• Dirección de destino (2 ó 6 octetos) 
• Dirección de origen (2 ó 6 octetos) 
• Datos (0-1500 octetos) 
• CRC (Cyclic Redundancy Coding - 4 octetos): control de errores. 
• Delimitador de fin de trama (1 octeto): indica el final de la trama. 

Funcionamiento del anillo:

Veamos cómo se mantiene el anillo en funcionamiento a través de las diferentes tramas de control del protocolo. Éstas son: 

• Solicitar sucesor (SS) 
• Poner sucesor (PS) 
• Resolver contienda (RC) 
• Quién sigue? (QS) 
• Reclamar testigo (RT) 

Analicemos varias situaciones que pueden darse en Token Bus: 

Entrada en el anillo:

1. Una estación (ya en el anillo) recibe el testigo. 
2. Transmite las tramas que tenga pendientes. 
3. Si sobra tiempo, manda trama SS, indicando su dirección y la de su sucesor. Pueden pasar varias cosas:
• Nadie contesta. 
• 1 estación contesta, con una trama PS. Se inserta en el anillo tras la estación que envió SS y se queda el testigo de forma implícita. 
• Varias estaciones contestan, lo que produce una colisión, que se resuelve como en CSMA/CD. 
4. La estación pasa el testigo, a no ser que ya se haya hecho implícitamente. 

Abandono del anillo:

• Teniendo el testigo en su poder, la estación que desea salir envía un PS, diciendo a su antecesor que, en adelante, la estación que le seguirá será el sucesor del que abandona el anillo. 
• Si una estación se apaga sin abandonar el anillo, éste se corta. Para solucionarlo, cuando una estación no consigue pasar el testigo (nadie lo recoge) se entra en un período de reconfiguración, en el que se utiliza QS, y al final del cual tenemos un nuevo anillo. 

Inicio del anillo:

1. Al tratar de conectarse una estación, escucha el bus. 
2. Si no se escucha nada, manda RT. 
3. Si no recibe respuesta, genera un testigo, iniciando así el anillo. 
4. Periódicamente, la estación enviará una trama SS para formar un anillo real, con más de una estación. 

Gestión de prioridades:

Desde la génesis de Token Bus se planteó la necesidad de que hubiera distintas clases de tráfico, cada una con su correspondiente prioridad asociada. Se establecieron 4 clases de tráfico, con prioridades 6 (más alta), 4, 2 y 0 (más baja). 

• Clase 6 => tráfico síncrono (ha de llegar inmediatamente). 
• Clase 4 => tráfico asíncrono urgente. 
• Clase 2 => tráfico asíncrono normal. 
• Clase 0 => tráfico asíncrono de tiempo disponible. 

Se creó un algoritmo para controlar las prioridades, pero se hizo de tal forma que fuera configurable. Es decir, que tuviera la suficiente flexibilidad para, a partir de unos pocos parámetros, ajustarse a las necesidades de cada caso. 

El modelo de una estación tiene 4 colas diferentes en su interior, una para cada grupo de paquetes, de forma que se puedan manejar de forma independiente las distintas prioridades. 

El algoritmo de una estación es: 

1. Recibe el testigo. 
2. Transmite sus tramas. 
3. Pasa el testigo. 
4. Espera el testigo y pasa a 1. 

Definimos TRT (Token Rotation Time) como el tiempo transcurrido entre dos recepciones consecutivas del testigo. Se mide arrancando un contador al recibir el testigo y parándolo (para volverlo a arrancar inmediatemente) al recibirlo de nuevo. De acuerdo con el TRT anterior, una estación va a transmitir de una u otra forma las tramas. Para ello se sirve de los siguientes parámetros configurables: 

• THT (Token Holding Time)= tiempo máximo para transmitir tráfico de clase 6. 
• TRT4 = tiempo máximo para la rotación del testigo y la transmisión de tramas de clase 4. 
• TRT2 = Ídem. clase 2. 
• TRT0 = Ídem. clase 0. 

Para comprender el significado de estas variables vamos a ver en detalle el paso 2 del algoritmo de la estación, y después representaremos gráficamente el algoritmo para varios casos concretos. 

2. Transmite las tramas:
1. Transmite datos de clase 6 durante T_XC6 < THT 
2. Transmite datos de clase 4 mientras se cumpla TRT+T_XC6+ T_XC4 < TRT4 
3. Transmite datos de clase 2 mientras se cumpla TRT+T_XC6+ T_XC4+T_XC2 < TRT2 
4. Transmite datos de clase 0 mientras se cumpla TRT+T_XC6+ T_XC4+T_XC2+T_XC0 < TRT0 

Representamos ahora el algoritmo en diferentes casos: 

• n·THT > TRT4

TRT4 > TRT2 > TRT0 

Si todas las estaciones tienen suficiente tráfico de clase 6 para transmitir, no se cursaría tráfico de ninguna otra clase, ya que éste llenaría todo el tiempo disponible. 

A baja carga, el tiempo de rotación (TRT) es pequeño y todas las condiciones se cumplen, por lo que se transmiten datos de todas las clases. A medida que aumentamos TRT, la primera condición que deja de cumplirse es TRT0, la más restrictiva. Esto hace que baje el tráfico de clase 0 hasta hacerse nulo. Después dejarán de cumplirse, progresivamente, TRT2, TRT4 y, finalmente, THT. 


• TRT4/2 < n·THT < TRT4


De esta forma sigue habiendo tráfico de clase 4 aunque el sistema esté a plena carga. 

• n·THT < TRT4/2

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I.3.5 - Redes Token Ring (802.5)

El estándar establece que está orientada a usarse en entornos comerciales y pequeños entornos industriales. El uso en otros ámbitos, como el doméstico o en grandes centros de producción, si bien no está contemplado, no se excluye. Fue creada por IBM. 

Protocolo MAC:

Es una red con topología de anillo físico y que regula el acceso al medio mediante el paso de un testigo (token). Se trata, por lo tanto, de una técnica de acceso al medio de selección, lo mismo que Token Bus. Esto hace que el tiempo de rotación del testigo (i.e. el tiempo de respuesta) esté acotado. Aunque se trata de un algoritmo distribuído, hay una estación que tiene un papel especial en la red. Se trata del monitor del anillo. Se elige aleatoriamente entre todas las estaciones al arrancar la red, y tiene una serie de funciones asociadas: 

• Garantizar que haya un y sólo un testigo circulando por el anillo. 
• Retirar tramas del anillo cuando la estación a quien corresponde no las retira. 
• Añadir un retardo artificial cuando el testigo no cabe en el anillo, es decir, cuando los primeros bits del testigo alcanzan a la estación que lo está emitiendo antes de que ésta termine de hacerlo. 

En cuanto al medio físico, la norma establecía el uso de par trenzado apantallado (STP), por el que se transmitían datos a 1, 4 y 16 Mbps. Hace algunos años se amplió el estándar para cubrir el uso de par trenzado (sin apantallar) a 4 Mbps. No se dice nada de 1 Mbps porque hace ya un tiempo que se quedó obsoleta. La transmisión es totalmente digital, empleando codificación de línea Manchester diferencial. Ésta se caracteriza por representar los bits 0 y 1 como una señal con una transición en la mitad del intervalo de bit, lo que permite recuperar mejor el reloj. La distinción entre ceros y unos es que los ceros presentan una transición al inicio del intervalo de bit, mientras que los unos no. El uso de esta codificación de línea hace que haya 2 símbolos distintos de 0 y 1 que se puedan transmitir: nivel alto (durante todo el intervalo) y nivel bajo. 

Los cables no se tienden entre estaciones, sino que se llevan a un HUB (concentrador), al igual que vimos para Ethernet. La topología resultante parece, a simple vista, de estrella, aunque realmente se mantiene un anillo físico. El nombre que recibe el HUB en la norma es MSAU (Multi- Station Access Unit). 

El funcionamiento del anillo ya se vio al hablar de técnicas de selección. La estación que desee transmitir debe esperar a recibir un testigo. En ese momento cambia un bit en la cabecera, lo que convierte al testigo en comienzo de la cabecera de una trama de datos. A continuación transmite el resto de campos necesarios para completar la trama de datos. Lo hace teniendo cuidado de no sobrepasar el tiempo máximo de posesión del testigo THT (Token Holding Time). El valor por defecto de este parámetro es de 10 ms. El último paso es liberar el testigo, y esto se hace cuando se cumplen dos condiciones: 

• Se ha terminado de transmitir. 
• La cabecera ha llegado por el otro lado. 

El orden en que se cumplan estas condiciones dependerá del valor del parámetro a. Si a < 1, la cabecera llegará antes de que la transmisión haya finalizado, mientras que si a > 1 será a la inversa.  En este último caso hay una posible mejora: ETR (Early Token Release) o liberación del testigo nada más terminar de transmitir la trama, antes de que la cabecera llegue por el otro lado. Aunque se aumenta la eficiencia de la red, se presentan varios problemas. Por un lado, aumenta la vulnerabilidad frente a errores, como el que una estación deje de funcionar; por otro, la gestión de prioridades, que veremos más adelante, es mucho más complicada y hay riesgo de que no se lleve a cabo adecuadamente. Esta técnica se usa en uno de los procolos de red de área metropolitana, FDDI.

Formato de las tramas:

Hay 2 tipos de trama diferentes: la trama testigo y la trama de datos.  A continuación explicamos los campos de que constan: 

SD (Start Delimiter) (1 octeto):

Tiene la forma JK0JK000, donde J y K son los símbolos distintos de 0 y 1 en la codificación Manchester.

AC (Access Control) (1 octeto):

• PPP = prioridad (0-7) 
• T = testigo; indica si se trata de una trama de datos o de un testigo. 

M = monitor

Al pasar la trama por el monitor, éste pone el bit a 1. Teniendo en cuenta que al generar cualquier trama se pone a 0, cuando el monitor ve llegar por el canal una con un 1, supone que nadie la ha recogido y la retira del canal, generando un nuevo testigo a continuación.

• RRR = reserva (0-7) 

El significado de los campos de prioridad y reserva se verá al hablar de gestión de prioridades en Token Ring. 

FC (Frame Control) (1 octeto):

Indica, en una trama de datos, si contiene una trama de control o de información del subnivel LLC.

Datos:

El máximo viene limitado por THT. Para el caso THT=10 ms: 

• 4 Mbps => 4500 octetos 
• 16 Mbps => 18000 octetos 

CRC (Cyclic Redundancy Coding) (4 octetos):

Control de errores.

ED (End Delimiter) (1 octeto):

Contiene el bit E, de detección de errores. Al pasar la trama por las estaciones, éstas calculan el CRC y, si no coincide, ponen el bit E a 1.

FS (Frame Status) (1 octeto):

Contiene 2 bits interesantes:

• bit A (Address Recognized): indica si el destino ha visto la trama. 
• bit C (Frame Copied): indica si el destino ha copiado la trama. 

Cuando el autor del mensaje recibe la trama (por el otro lado) comprueba el valor de estos bits: 

A	C
1	1	=> el destino está desconectado o la dirección es errónea
1	0	=> el destino está conectado, pero no puede atender el mensaje momentáneamente; habrá que retransmitir
0	0	=> todo ha ido bien

Los bits A y C están duplicados para proteger frente a errores, ya que el CRC no cubre este campo.

Gestión de prioridades:

Token Ring permite tráfico de 8 prioridades diferentes, codificadas mediante 3 bits al efecto en el campo AC de la cabecera de las tramas, tanto de las de datos como los testigos. Por lo tanto, tendremos testigos de varias prioridades circulando por la red. Es ésta la forma de regular los tráficos de las diferentes prioridades: sólo podré transmitir si la prioridad de mis mensajes es mayor o igual que la del testigo. De todos modos, aún cuando no pueda transmitir, podré reservar el testigo para mi prioridad y así transmitir más adelante. 

Las normas seguidas por el protocolo son: 

1. Favorecer al máximo la prioridad más alta, aún a costa de cegar el tráfico de las prioridades inferiores. 
2. ? 

Vamos a formalizar el algoritmo. Para ello definimos los siguientes parámetros: 

• P_m = prioridad del tráfico en la estación m 
• P_r = prioridad del testigo o trama recibido 
• R_r = reserva del testigo o trama recibido 

El algoritmo que sigue la estación m-ésima es: 

1. Para transmitir, espera un testigo tal que P_r =< P_m. 
2. Al llegar, bien un testigo con P_r > P_m, bien una trama de datos cualquiera, si R_r < P_m => R_r = P_m (i.e. reserva el testigo) 
3. Si la estación se queda con el testigo (P_m >= P_r), no modifica la prioridad de éste (vuelve a salir con P_r, no con P_m), pero cambia la reserva (R_r), poniéndola a 0. 
4. Al generar un nuevo testigo (después de la transmisión):
• P_r = máx(P_r,R_r, P_m) => Ponemos P_m por si me quedan tramas sin transmitir. 
• R_r = máx(R_r,P_m) => Ídem. 
5. Una estación que eleva la prioridad del testigo es responsable de devolverla a su valor original posteriormente.

Ej: Si la sube de 3 a 4, luego deberá bajarla de 4 a 3. 

Para el buen funcionamiento de la red es necesario que el tráfico de prioridades altas no sea excesivo, y que se establezcan claramente las prioridades para evitar trampas.
I.3.6 - Redes FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
Es una MAN que sigue un estándar ANSI, pero que fue creada pensando en la compatibilidad con la norma IEEE 802.

Antes de entrar en detalle con algunos de sus aspectos más importantes, comentamos sus características generales:

• Está orientado hacia redes de área metropolitana, cuya cobertura es de 100 km aproximadamente.

Los dos entornos de aplicación en los que se pensó son:
• red backend: concepto tradicional de red, con varias estaciones conectadas a un mismo medio. 
• red backbone: red cuya función principal es interconectar otras redes. 

• Velocidad: 100 Mbps. 
• Topología física: anillo. 
• Técnica de acceso al medio: paso de testigo. 
• Topología lógica de anillo. 
• Medio físico: fibra óptica. 
• Alta fiabilidad. Se produce en media un error cada 2.5·10¹⁰ bits y, además, hay posibilidad de que la red se reconfigure y siga funcionando en caso de que se rompa una fibra. 
• Soporta del orden de 500 nodos, aunque no todos transmitiendo al tiempo. 
• Tamaño máximo de trama: 4500 octetos. 

Diferencias entre FDDI y Token Ring:

FDDI sigue la misma idea que Token Ring, pero la diferencia en el tamaño de las áreas que se pretende que cubran las redes con uno u otro estándar hace que haya diferencias entre ambos. Veamos algunas:

• En FDDI el testigo se libera nada más terminar de transmitir una trama, mientras que en Token Ring se hace cuando se ha terminado de transmitir una trama y, además, la cabecera de dicha trama ha recorrido todo el anillo. A esta técnica se la denomina ETR (Early Token Release).
• En FFDI cada estación tiene su propio reloj. No se pueden sincronizar los relojes como en Token Ring, debido a los retardos de propagación. Esto hace que sea necesario introducir en las estaciones un buffer que actúe a modo de "colchón" para uniformizar el tráfico. 
• La monitorización del anillo en FFDI es distribuida. Esto hace que mejore la fiabilidad, ya que los problemas se detectan mejor y más rápido si el número de estaciones que se encargan de buscarlos es mayor, además de que la red está más protegida frente a caídas de nodos que dependiendo de un único monitor.

 

Topología

En FDDI la topología física es de doble anillo. 

El que el anillo sea doble es para tener alta fiabilidad. En caso de que fallase un tramo de fibra óptica de uno de los anillos, se podría seguir transmitiendo por el otro. Incluso si se rompiesen los dos tramos de fibra entre dos estaciones, el anillo se reharía formando un sólo anillo con las dos fibras, como se ve en la figura.  

En la práctica, sólo algunas estaciones tienen la doble conexión con fibra, ya que esto resulta muy caro. Así, se distingue entre estaciones con una única conexión, SAS (Single Attachment Station), y estaciones con doble conexión, DAS (Dual Attachment Station). 

Aparte de las estaciones, otro tipo de elementos en FDDI son los concentradores, a los cuales se conectan varias estaciones mediante cable coaxial de buena calidad y con longitudes inferiores a 100 metros. Los concentradores también pueden tener una única conexión de fibra, SAC (Single Attachment Concentrator), o doble, DAC (Dual Attachment Concentrator). 

Veamos en detalle un concentrador de doble conexión (DAC), al que se conectan estaciones de una única conexión (SAS):

Codificación

El código Manchester (utilizado en Token Ring) supone, en el peor de los casos, dos flancos por cada bit enviado, lo cual se traduce en un ancho de banda ocupado en MHz igual al doble de la velocidad en Mbps. Esto hace que esta codificación sea inviable en FDDI, pues el ancho de banda ocupado sería igual a unos 200 MHz. 

Para codificar los bits se emplea el código NRZI, que asigna al 1 un cambio de nivel y al 0, no cambiar de nivel. Y para que haya un número suficiente de transiciones en el canal, y facilitar así el sincronismo, se utiliza un código 4B/5B. Este último toma las 16 palabras de 5 bits con mayor alternancia de ceros y unos y las asigna a cada una de las palabras distintas de 4 bits que se pueden formar. 

Asignación de capacidades

Vamos a ver cómo se reparte la capacidad disponible entre los distintos tráficos y estaciones. Lo primero que advertimos es que no se puede usar el sistema de prioridades de Token Ring, pues no se puede esperar a que llegue la cabecera de la trama para generar el testigo debido a la pérdida de tiempo que supondría. 

Se definen dos tipos de tráfico:

• síncrono: es el más urgente. 
• asíncrono: se manda si el tráfico síncrono no consume toda la capacidad de la red. 

Definimos también los siguientes parámetros:

• TTRT (Target Token Rotation Time). Es el tiempo de rotación de testigo. Lo acuerdan las estaciones tras una cierta negociación. Se garantiza que el tiempo de rotación del token valdrá en media TTRT y que nunca superará 2·TTRT. 
• SA (Synchronous Allocation). Es el tiempo máximo asignado a cada estación para transmitir tráfico síncrono. Toma un valor distinto para cada estación. Los valores de SA son negociados por las estaciones y deben cumplir: 
D_MAX + F_MAX + Token Time + Sum(SA_i) =< TTRT 

Siendo:

• D_MAX = retardo de propagación del anillo. 
• F_MAX = tiempo de transmisión de la trama más larga. 
• Token Time = tiempo de transmisión del testigo. 

Cada estación va a manejar internamente las siguientes variables:

• TRT (Token Rotation Timer) 
• THT (Token Holding Timer) 
• LC (Late Counter) 

Con ellas lleva a cabo el siguiente algoritmo:

- Al inicio:

TRT = TTRT (inicializa un contador)

LC = 0

- El contador (TRT) se va decrementando. Si llega a 0 y no ha llegado el testigo:

TRT = TTRT (vuelve a inicializarse)

LC = 1

 

- Si no se recibe el testigo al llegar TRT a 0 por segunda vez: 

Se reinicializa el anillo.

- Si llega el testigo...

antes de TRT=0 (1ª vez) => Early Token

después de TRT=0 (1ª vez) => Late Token 

- Si tenemos un Early Token:

THT <- TRT

TRT <- TTRT
Es decir, podemos transmitir tráfico asíncrono hasta que se agote THT, que iniciamos con el valor que sobró de TRT. 

- Si tenemos un Late Token:

LC = 0

Y sólo transmitimos tráfico síncrono. 

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I.3.7 - Redes DQDB (Distributed Queue Dual Bus, 802.6)
 

Es la única red de área metropolitana incluída en la norma IEEE 802. Surgió ante la necesidad de integrar servicios (datos, voz, vídeo, ...) en una sola red. Esto planteaba el problema de que los tráficos de voz y vídeo son isócronos, es decir, que deben tener un ancho de banda garantizado y un retardo acotado. La primera solución que se planteó fue adaptar FDDI a estos servicios, con la norma FDDI-II. Sin embargo, esta vía no cuajó y se acabó definiendo un nuevo estándar. Pasamos a analizar sus características.

Características de DQDB:

Como hemos dicho, la red se diseñó para soportar el tráfico síncrono o isócrono. Para conseguirlo se emplea una topología en doble bus, estando controlado el acceso al medio por un algoritmo de reserva, que explicaremos con mayor extensión más adelante. Cada uno de los buses transmite en un sólo sentido, por lo que las estaciones deben saber en todo momento si el destino de su mensaje se encuentra a su izquierda o a su derecha, de cara a enviar la información en el sentido correcto.

La transmisión es digital, y las diferentes comunicaciones se multiplexan en el tiempo. Se hacen divisiones de 125 us, y cada estación espera que le llegue una de estas divisiones (ranuras o slots) vacía para poner su información en ella. La duración de las ranuras se escogió de forma que DQDB fuera compatible con el tráfico de voz cursado por la red telefónica.

Las velocidades conseguidas por la red son de 44,7 y 155 Mbps, siendo esta última la más usada en la práctica.

Al igual que vimos para FDDI, DQDB está diseñada para proporcionar una gran fiabilidad, por lo que es capaz de soportar roturas en los buses. La estrategia que sigue en estos casos es la de crear nuevas cabeceras de bus en los puntos de rotura, y seguir funcionando aunque sea en dos (o más) segmentos independientes. Una forma de resolver la división es construir la red en forma de doble anillo, con las cabeceras de los buses definidas en un punto concreto. De este modo, al producirse la rotura, las cabeceras se desplazan a ambos lados de dicho punto, manteniendo los buses su integridad (aunque no su orden).

Formato de la trama:

La unidad de datos básica de DQDB es una trama muy pequeña, de sólo 53 octetos, denominada slot en inglés. La razón para un tamaño tan reducido es que de esta manera se mezclan mejor los diferentes tráficos, algunos de los cuales constan de paquetes de datos pequeños pero con necesidad de ser cursados inmediatamente (ej. audio).

Vemos en la figura que la cabecera o campo de control de acceso, ACF (Acccess Control Field), ocupa un único octeto, siendo los 52 restantes de información. Dentro de la cabecera cabe destacar la presencia del bit de ocupado (busy) en la primera posición, que según su estado indica si la trama lleva información o está disponible para ser llenada. Los tres últimos bits de la cabecera forman el campo de reserva (request), cuya utilidad veremos en el siguiente apartado.

Algoritmo de reserva:

Cuando una estación decide transmitir una trama por un bus determinado debe hacer antes una reserva en el bus de sentido contrario, usando para ello el campo de reserva de un slot con los bits de reserva vacíos. A continuación, simplemente debe esperar la aparición de una trama vacía en el bus por el que desea transmitir para rellenarla con su información.

Con el fin de evitar que las estaciones situadas al comienzo del bus llenen todos los slots vacíos que se generen, el algoritmo hace que las estaciones por las que pasa la reserva se den por enteradas y respeten el espacio solicitado. Con esto se consigue un funcionamiento similar al de una cola FIFO (First In, First Out).

Para implementar el algoritmo, las estaciones se sirven de 2 contadores:

RQ (Request Counter):

Cada estación tiene uno por cada bus. Se encargan de contar las peticiones que bajan por el otro bus, para así saber las tramas vacías que habrá que descontar antes de poder transmitir en una de ellas.

CD (Countdown Counter):

Como el anterior, también hay uno por bus. Lleva el registro de los slots vacíos que debo dejar pasar por el bus antes de poder transmitir.

El algoritmo es el siguiente:

1. Para transmitir espero una trama en sentido contrario con el campo de reserva vacío, y lo ocupo. 
2. Al reservar, paso el contenido de RQ a CD. A continuación, pongo RQ a 0 y le dejo seguir contando. 
3. Por cada slot libre que pasa por el bus de transmisión decremento CD en 1. 
4. Cuando CD = 0, transmito en la siguiente trama libre. 

Comentarios finales:

La ventaja principal de DQDB es que, gracias al empleo de una técnica de acceso al medio por reserva, consigue muy buenos comportamientos tanto a baja carga, donde el retardo se mantiene pequeño (a diferencia de las técnicas de selección) y acotado; como a alta carga, donde no hay colisiones (como ocurría en las técnicas de contienda).

Sin embargo, presenta algunos problemas, como el que las estaciones situadas en los extremos tengan una cierta ventaja sobre el resto para hacerse con huecos para transmitir.

En cuanto al estado actual de DQDB, no se puede hablar de un éxito comercial. Desde el principio estuvo orientada a redes públicas para dar cobertura metropolitana, y es en este campo donde se utiliza. Es el sustrato de las redes SMDS (Switched Multimegabit Data Service).

 
 

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