Parte 7

Parte 7
143
Medium Access Control
En las topologías de bus y de ring hay un medio de
transmisión que es común a todos los DTE’s. Por lo tanto,
se impone que exista un MAC (medium access control).
Esto es, un mecanismo que garantiza que el medio de
transmisión pueda ser accesado y compartido por todos los
DTE’s en una forma justa y razonable.
Los dos principales métodos son:
1. CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision
detect) – Se utiliza para la topología de bus.
2. Control token – Se utiliza tanto para topologías de bus
como de ring
Parte 7
144
CSMA/CD
El método de CSMA/CD tan sólo es utilizado en la
topología de bus y de tree.
En esta topología todos los DTE’s están conectados al
mismo cable o al mismo hub.
El cable opera en modo de multiple access.
¿Cómo opera?
El DTE que va a enviar la data primero encapsula la data
dentro de un frame. En la primera parte del frame se
incluye el address del DTE destinatario.
Se envía el frame a modo de broadcasting pues todos los
DTE’s conectados al cable observan y reciben el frame
transmitido.
Parte 7
145
CSMA/CD
Sólamente el DTE destinatario reconocerá el address que
aparece al principio del frame y continuará leyendo la data.
El address del DTE que envía la data también aparece de
forma que el DTE que recibió la data sepa cuál DTE la
envió, y de ser necesario, pueda responder.
El problema con este método es que si dos DTE’s tratan de
simultáneamente transmitir, la data de los dos DTE’s se
mezclará y nadie podrá descifrar los mensajes.
Para reducir la probabilidad de que ocurra este problema,
todo nodo antes de transmitir, “escucha” para saber si algún
mensaje está siendo transmitido. Si detecta la presencia de
un carrier (carrier sensed) entonces espera hasta que pase
dicho frame y vuelve a intentar la transmisión.
Aún con este mecanismo, es posible que dos nodos
simultáneamente escuchen, ninguno detecte un carrier y
ambos decidan empezar a transmitir, en cuyo caso los dos
mensajes se corrompen. En este caso se dice que ocurrió
una colisión.
Veamos un diagrama de cómo pueden ocurrir las
colisiones. Asumamos que el tiempo que le toma a una
señal recorrer la distancia de A a B es tp segundos.
Parte 7
146
CSMA/CD
t=  t
A comienza a
transmitir un frame.
A
A
A
B
B
B
t= tp -  t
Como la señal de A
todavía no ha llegado,
B comienza a transmitir.
t = tp
B detecta que una colisión
ha ocurrido.
Al transmitir un mensaje, el DTE también observa la señal
en el cable. Si la señal que observa en el cable no coincide
con la señal transmitida, es que ocurrió una colisión.
Una vez el DTE B detecta que ocurrió una colisión, envía
un patrón específico de 0’s y 1’s conocido como el jam
sequence.
Cuando t = 2 tp el DTE A descubre que en la red ocurrió
una colisión.
Parte 7
147
CSMA/CD
Para garantizar que en el caso de ocurrir una colisión el jam
sequence pueda llegar a todas las estaciones antes de que
éstas dejen de transmitir, el estándar de Ethernet especifica
un máximo de largo de cable (i.e. 500 metros) y un tamaño
mínimo de frame.
No olvidemos que el delay o atraso por propagación es
proporcional al largo de la línea de transmisión, y que bajo
un bit rate o velocidad de transmisión constante, el tiempo
de transmisión es proporcional a la cantidad de data a ser
transmitida.
Parte 7
148
CSMA/CD
Cada vez que un DTE que estuvo transmitiendo descubre
que ocurrió una colisión, espera durante un breve período
de tiempo, y vuelve a intentar la transmisión.
No todos los nodos esperan la misma cantidad de tiempo
antes de volver a transmitir:
 El tiempo de espera de cada nodo es una variable
aleatoria con un rango entre 0 y d segundos.
 De ocurrir una segunda colisión, entonces el tiempo de
espera es una variable aleatoria con un rango entre 0 y
2d segundos.
 De ocurrir una tercera colisión, entonces el tiempo de
espera es una variable aleatoria con rango entre 0 y 4d
segundos.
Con cada colisión se duplica el rango de posibles valores
de delays o atrasos antes de intentar volver a transmitir. Por
eso decimos que el rango de posibles valores que asume la
variable aleatoria que define el delay o atraso antes de
intentar volver a transmitir se conoce como binary
exponential backoff.
A menos que el tráfico sea excesivo, las redes Ethernet
deben ser capaces de rápidamente recuperarse de una
colisión y que a lo sumo tan sólo ocurre un número
reducido de colisiones consecutivas.
Parte 7
149
CSMA/CD
¿A qué factores se debe que el Ethernet sea tan efectivo
como red de transmisión de data?
1. La velocidad de transmisión en el cable generalmente es
alta, 10, 100 ó 1,000 Mbps1. Esto implica que el cable no
siempre va a estar en uso pues en tan sólo unos breves
instantes transmite toda la data que un DTE tiene para
enviar.
2. La probabilidad de que ocurra una colisión es baja pues
cada DTE “escucha” antes de comenzar a transmitir.
3. Aún si dada la baja probabilidad de que ocurra una
colisión ésta llegara a ocurrir, los nodos afectados
esperan un tiempo aleatorio, haciendo que la
probabilidad de que vuelva a ocurrir otra colisión sea
baja.
4. De ocurrir una colisión, se duplica al rango de posibles
valores que definen el tiempo de espera antes de volver a
intentar transmitir, reduciendo así todavía más la
probabilidad de que vuelva a ocurrir otra colisión.
1
1,000 Mbps = 1 G bits/sec
Parte 7
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Control Token
El sistema de control token se utiliza en topologías de bus y
de ring.
Bajo este sistema un token pasa de DTE a DTE. Hay una
serie de reglas que definen cómo va a pasarse el token y
cuánto tiempo cada DTE lo puede mantener en su poder.
Cada DTE tan sólo puede transmitir un frame de data
cuando tiene en su poder el token. Una vez transmite el
frame de data, el DTE pasa el token a otro DTE.
La secuencia de operación es la siguiente:
1. Primero se establece un ring lógico uniendo todos los
DTE’s conectados al medio de transmisión y un token es
creado.
2. El token pasa de DTE en DTE hasta encontrar un DTE
que tiene un frame para transmitir.
3. El DTE con un frame a transmitir transmite el frame y
luego le pasa el token al próximo DTE en el ring lógico.
En el método del control token lo importante es formar un
ring lógico. No tiene que necesariamente ser un ring físico.
Parte 7
151
Control Token
En un ring físico la estructura lógica de un token ring
network coincide con la estructura física.
DTE C está off.
A
B
C
D
H
G
F
E
ring físico
ring lógico
En una red con topología de bus el ring lógico no tiene que
coincidir con el ring físico.
A
B
C
D
H
G
F
E
ring físico
ring lógico
El DTE H nunca puede transmitir, tan sólo puede escuchar.
Parte 7
152
Wired LAN Types
La red típica alambrada está basada en la topología de bus
o en la topología de ring.
Aunque existen muchas variaciones, las configuraciones
estandardizadas son:
a. CSMA/CD bus
b. Token ring
c. Token bus
Parte 7
153
CSMA/CD Bus
A las redes basadas en CSMA/CD bus también se les
conoce como Ethernet.
Normalmente es implementada como cable coaxial
baseband a 10 Mbps o twisted pair a 10 Mbps. (Nota:
Cubriremos Fast Ethernet más adelante.) Otras alternativas
incluyen:
a. 10 base 2 – thin wire, 0.25” de diámetro, cable
coaxial de largo máximo de 185 m
b. 10 base 5 – thick wire, 0.50” de diámetro, cable
coaxial de largo máximo de 500 m
c. 10 base T – topología de hub (star) con cables
twisted pair en la distribución (drop cable)
d. 10 base F – topología de hub (star) con cables de
fibra óptica en la distribución (fiber drop cable)
Parte 7
154
CSMA/CD Bus
La siguiente tabla resume la anterior información:
IEEE 802.3
Ethernet
10Base5 10Base2
10BaseT
Data rate
(Mbps)
10
Signaling
method
Baseband Baseband Baseband Baseband
10
10
10
100
(Unshielded
twisted pair UTP)
Maximum
segment
length (m)
500
500
185
Media
50-ohm
coax
(thick)
50-ohm
coax
(thick)
Unshielded
50-ohm
twisted pair
coax (thin)
(UTP)
Topology
Bus
Bus
Bus
Star
Aunque el medio de transmisión varíe, todos utilizan el
mismo MAC (medium access control).
Entre el cable coaxial thin y el thick la diferencia principal
es en la localización del transceiver. Para el cable thick, el
transceiver está localizado en el tap del cable. Para el cable
thin el cable conecta directamente a la tarjeta de interface
(NIC) del DTE. O sea, el transceiver se encuentra en el
DTE.
Parte 7
155
Historia de Ethernet
Ethernet fue inventado en la década de los 1970’s por la
compañía Xerox. El propósito era contar con un protocolo
fácil de implementar que le permitiera a una serie de
computadoras en un segmento (i.e. computadoras
compartiendo un mismo cable coaxial como medio de
transmisión común) compartir un printer.
La palabra Ethernet en realidad es una palabra compuesta
de “ether” y “net”. Hace muchos años se consideraba que el
espacio sideral estaba lleno de un material al que llamaban
el “ether” o éter en español. Las siglas “net” corresponden
a un network o red. Así que Ethernet significaba la red que
lleva la data al éter o lo que une a todo el mundo.
Luego de inventado, Digital Equipment Corporation, Intel
y Xerox se unieron para convertir Ethernet en un estándar.
Con el tiempo el protocolo Ethernet se convirtió en el
protocolo de transmisión para redes locales más popular del
mundo, y en un estándar mundial, actualmente controlado
por la IEEE (Institute of Electrical and Electronics
Engineers) el cual define Ethernet con sus variaciones:
inalámbrico (e.g. 802.11b ó Wi-Fi @ 11 Mbps), alámbrico
(10 M bits/sec, 100 M bits/sec, 1 G bits/sec, 10 G bits/sec,
40 G bits/sec y 100 G bits/sec2
2
El standard para la transmisión a 40 G bits/sec y para 100 G bits/sec fue aprobado en el 2010.