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Redes de Datos- Métodos de Acceso al medio en LAN
PhD. Jhon Jairo Padilla AguilarUPB Bucaramanga
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El problema En redes LAN y MAN todas las estaciones están
conectadas a un mismo medio de transmisión La transmisión de una estación es escuchada por las
demás estaciones Colisión: Dos estaciones transmiten simultáneamente
dañándose las tramas de ambas estaciones
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Solución: Protocolo MAC Método para evitar o resolver las colisiones Este método debe evitar que una estación se apodere del
medio demasiado tiempo
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Tipos de protocolos MAC Centralizados Existe un controlador que permite el acceso a la red Una estación espera a que se le conceda permiso para
transmitir Distribuidos Las estaciones interactúan entre sí para determinar
dinámicamente el orden en que transmiten
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Tipos de protocolos MAC (II) Síncronos Se asigna en forma fija una parte de los recursos del medio a
cada estación Son métodos de multiplexación: TDM, FDM, CDM,OFDM Útil cuando hay un uso continuo de los recursos
Asíncronos Los recursos se asignan dinámicamente en respuesta a las
necesidades inmediatas de las estaciones Tipos: Rotación circular, reserva, competición (contienda)
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MAC de Rotación circular Cada estación tiene oportunidad de transmitir en su
turno La transmisión tiene límite de tiempo o cantidad de
información Los turnos suceden en forma de una rotación circular
formada mediante lógica Puede ser centralizada (Ej: polling) o distribuida (Ej:
paso de testigo) Adecuado para tráfico contínuo de las estaciones (no
para ráfagas)
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MAC con Reservas El tiempo se divide en ranuras Una estación puede reservar ranuras por una gran
cantidad de tiempo El control de reservas puede hacerse centralizado o
distribuido
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MAC de Competición (Contención) Todas las estaciones compiten por tomar el control del
medio cuando desean transmitir (acceso aleatorio) Naturaleza distribuida Las prestaciones tienden a deteriorarse para condiciones
de alta carga
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Métodos síncronos
Acceso Múltiple
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Técnica de Multiacceso (I)
-FDMA (Frequency Division Multiple Access)
Los terminales usan una frecuencia diferente para cada uno.
Todos pueden transmitir simultáneamente. frecuencia
Tiempo
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Tecnicas de multiacceso (II)
TDMA: Acceso Múltiple por División de Tiempo
Cada terminal usa una ranura de tiempo diferente. Todos los terminales usan el mismo rango de frecuencias.
Tiempo
frecuencia
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Técnicas de Multiacceso (III)
CDMA (Acceso Múltiple por División de Código):
Usa técnicas de espectro expandido.
Usa códigos pseudoaleatorios para expandir y recuperar la señal original.
Todos los terminales pueden transmitir simultáneamente y usando el mismo rango de frecuencias
frecuencia
Tiempo
código
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Acceso Múltiple OFDMA
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Acceso Múltiple OFDMA
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
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Métodos Asíncronos
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Comparación IEEE y OSI
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Ubicación de los protocolos LAN en la arquitectura TCP/IP
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BUS: Transmisión de tramas
Jhon Padilla Redes de Datos
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Formato de trama MAC de IEEE 802.3
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Formato de trama típico
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Métodos para topologías BUS/Estrella e inalámbricas
Aloha Pura Aloha Ranurada CSMA CSMA/CD
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Aloha Pura1. La estación transmite2. Luego escucha el medio durante un tiempo:
tida+tvuelta+tproc
3. Si recibe una confirmación, asume que fue bien recibida la trama
4. Si no recibe confirmación, retransmite la trama y va al paso 2.
5. Si el número de intentos supera un límite, desiste.
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Aloha Pura
Pueden darse colisiones Utilización del canal pobre en períodos de sobrecarga
(throughput: 18%)
1
2
3
tiempo
colísión
Tiempo perdido
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Aloha Ranurada El tiempo del canal se divide en ranuras de duración
igual al tiempo de transmisión de la trama. Se requiere un método de sincronización de las
estaciones Una estación sólo puede transmitir al inicio de una
ranura de tiempo Las tramas que colisionan lo harán completamente Throughput: 36%
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Aloha ranurada
1
2
3
tiempo
colísión
Tiempo perdido
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CSMA: Acceso múltiple por detección de portadora
1. Una estación debe escuchar el medio antes de transmitir
2. Si el medio está ocupado, debe esperar un tiempo aleatorio y volver al paso 1
3. Si el medio está libre, puede transmitir4. La estación transmisora debe esperar una
confirmación, si no la recibe, retransmitirá
Debido al retardo de propagación, una estación puede no escuchar una transmisión que acaba de empezar y se producirá una colisión
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CSMA
Eficiencia de utilización (throughput): 83%
tiempo
colísión
Tiempo perdido
(1 )Escucha el medio, está ocupadoY espera un tiempo aleatorio
1
3
2
Retardo de propagaciónt aleatorio
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CSMA persistente CSMA se conoce también como CSMA no persistente En CSMA no persistente el medio permanece libre justo
después de terminar una transmisión de una estación En CSMA persistente, una estación que detecta
ocupado el canal, se queda escuchando hasta que detecte que queda libre, momento en el cual inicia a transmitir
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CSMA persistente En CSMA persistente, las estaciones son más egoístas que
en CSMA no persistente. Aumenta la probabilidad de colisión (dos estaciones
podrían estar esperando para transmitir) Solución: CSMA p-persistente Si el medio se encuentra libre, se transmite con una
probabilidad p, o se espera una unidad de tiempo con una probabilidad (1-p)
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Througput de los Protocolos MAC
Througput: Porcentaje de tiempo en que se transmite exitosamente (sin colisiones); G: Tráfico normalizado
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CSMA/CD Utilizado para estándares Ethernet y similares Acceso múltiple por detección de portadora con
detección de colisiones Problema de CSMA: transmite toda la trama aunque haya
una colisión Se continúa escuchando el medio durante la transmisión
para detectar colisiones Throughput: 90%
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CSMA/CD
EscucharMedio Tx
Tx y deteccióncolision
Esperaaleatoria
Recibirconfirmación
Hay trama a txtir
Medio desocupadoIniciar transmisión
No hay colisión
Fin Tx
ColisiónDetener Tx
Vence esperaretransmitir
*El tiempo de espera es mayor con cada intento
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CSMA/CD: Operación
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CSMA/CD
• A mayor carga de la red, los dispositivos disminuyen la utilización del medio
• Cuando la carga disminuye, las estaciones vuelven a utilizar el medio con mayor frecuencia
• La capacidad desaprovechada se reduce al tiempo que se tarda en detectar la colisión
• Sirve para LAN en BUS pero no para redes inalámbricas (no se puede escuchar el eco)
• La trama debe ser lo suficientemente larga como para detectar la colisión antes de finalizar la transmisión (longitud mínima)
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Protocolos MAC en WLAN Norma IEEE 802.11 Configuración básica (BSS, Basic Services Set): Es equivalente a una celda Varias estaciones compitiendo por acceder al medio Puede ser una red aislada Puede estar conectada con una red fija mediante un Punto
de Acceso como Puente Protocolo MAC: Centralizado (en el punto de acceso) o
Distribuido.
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Arquitectura IEEE 802.11
Red Fija(Sist. Distrib)
AP
Estaciones
BSS 1 BSS 2
AP
Estaciones
ESS (Extended Services Set)
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Tipos de estaciones según movilidad Sin transición: Movimientos dentro de un BSS Transición BSS: Movimiento de un BSS a otro dentro
del mismo ESS. Capacidad de direccionamiento especial
Transición ESS: Movimiento desde un BSS en un ESS a otro BSS en otro ESS. No se garantiza la continuidad del servicio
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Tipos de capas físicas Infrarrojos: Velocidad: 1-2Mbps
DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum): Banda ISM de 2.4 Ghz 7 canales de 1 o 2 Mhz Se obtienen hasta 11 Mbps
FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) Banda ISM de 2.4 Ghz
Velocidad: 1 o 2 Mbps
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Protocolo MAC DFWMAC (Distributed Foundation Wireless MAC) MAC distribuido (DCF, Distributed Coordination Function) MAC centralizado opcional (PCF, Point Coordination Function)
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Arquitectura de protocolos IEEE 802.11
Capa física
DCF
PCFCapaMAC
Servicio sincontienda Servicio con
contienda
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DCF: Función de coordinación distribuida Usa CSMA/CA No usa detección de colisiones (no es práctico en
WLAN) Maneja un esquema de prioridades mediante diferentes
retardos IFS: Espacio inter-tramas (retardo)
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Operación básica de DCF (CSMA/CA)
• Supongamos un solo IFS1. Una estación a transmitir escucha el medio2. Si el medio está libre, espera un tiempo IFS y si continúa
libre, transmite.3. Si el medio se ocupa en este tiempo, la estación espera
una nueva oportunidad de transmisión4. (2ª escucha) Si el medio está libre, espera un IFS más un
tiempo adicional (ventana de backoff). Si entonces está libre el medio, se transmite.
5. Si el medio no está libre, los pasos 3 y 4 se repiten y en cada intento se espera un tiempo adicional que es el doble del anterior (se duplica la ventana de backoff).
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CSMA/CA
Ranura de tiempo
Acceso directo si el medio está libre después del IFS
t
Medio ocupado
IFSIFS
Siguiente trama
Ventana de contención(Mecanismo de Back-offAleatorio)
EstaciónEscucha el canal Y está vacío
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Manejo de prioridades Las prioridades se manejan mediante tres tiempos IFS: SIFS (Short IFS): Es el IFS más corto. Provoca transmisiones
inmediatas. Usado para ACKs, RTS y CTS PIFS: (PCF IFS) Duración intermedia. Usado por PCF. DIFS:(DCF IFS) Es el IFS más largo. Prioridad más baja (tráfico
asíncrono).
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CSMA/CA con prioridades
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CSMA/CA con ACK
t
SIFS
DIFS
Contention W
ACK
Waiting Time
OtherStations
Receiver
Sender Data
DIFS
ContentionWindow
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CSMA/CA con RTS/CTS
Sender
Receiver
RTS
CTS
DATA
ACK
SIFS
DIFS
SIFS
RTS: (Ready to Send) Solicitud de inicio de comunicación.CTS: (Clear to Send) Confirmación del inicio de la comunicación.ACK: Confirmación de recepción de los datos.
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PCF: Función de coordinación Puntual El coordinador puntual realiza un sondeo (usa PIFS para
ello) con rotación circular. La estación sondeada contesta usando SIFS El coordinador puntual puede tomar el medio y bloquear
el tráfico asíncrono mientras sondea y le responden.
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Supertrama Evita que PCF se apodere del medio Es un intervalo de tiempo dividido en dos partes: Primero, un sondeo PCF a todas las estaciones (opcional) El resto del tiempo se usa para DCF
PCF debe competir con el tráfico DCF al principio de la supertrama.
Si el medio está ocupado al inicio de la supertrama, DCF espera a que se desocupe para transmitir (la supertrama se acorta).
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Supertrama en DFWMAC
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Métodos de Acceso al medio para redes en Anillo Los dos más usados son: Token Ring (IEEE 802.5) FDDI
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Token Ring
• El testigo (Token) es una trama pequeña que circula cuando no hay estaciones transmitiendo
• Para transmitir, una estación debe esperar que llegue un Token
• La estación toma el Token y en lugar de él transmite su trama
• El resto de estaciones no transmiten pues no tienen Token
• Cuando la trama transmitida da la vuelta completa al anillo, es re-absorbida por la estación origen
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Token Ring:Operación
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Token Ring Características: En baja carga: ineficiente el uso del medio En alta carga: eficiente el uso del medio, similar a una
rotación circular
Problemas: Pérdida del testigo Duplicidad del testigo Solución: Estación monitora que asegure que siempre hay un
testigo
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IEEE 802.5: Tramas MAC
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IEEE 802.5 Tres tipos de tramas: Token(T=0 en el Campo AC) Abort Token: Abortar una tx previa Token and Data
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IEEE 802.5: Con única prioridad
• Estación espera el testigo• Recibe testigo y transmite una o más tramas
hasta que termine la transmisión o que termine un temporizador de posesión de testigo
• Cuando recibe de nuevo su trama, re-inserta el testigo
• Toda estación puede indicar un error en las tramas que escucha (bit E=1)
• Confirmación de recepción (bit A=1)• Trama copiada (bit C=1)
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IEEE 802.5 con prioridades Admite 8 niveles de prioridad (bits PPP y RRR del
campo AC) Hay prioridades para: Servicio (bits PPP) Reservas (bits RRR)
Cada estación tiene asignada una prioridad Una estación que tiene mayor prioridad que la que
txte actualmente puede reservar el siguiente testigo colocándo su nivel de prioridad en RRR
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IEEE 802.5 con Prioridades Cuando se emite un nuevo testigo, este toma el nivel
de prioridad (PPP) que tenía reservado (RRR) Cualquier estación con prioridad mayor o igual que la
del testigo puede tomarlo La estación que emitió el testigo debe recordar su
prioridad anterior y si lo vuelve a recibir con una prioridad mayor, lo regresa a su prioridad anterior (evita que el testigo se se quede en la máxima prioridad)
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Esquema de prioridades
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FDDI Fiber Distributed Data Interface Usado para LAN y MAN Velocidad: 100 Mbps Usa paso de testigo No funciona con prioridades Hay dos modos de funcionamiento: Con reserva de capacidad Sin reserva de capacidad
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FDDI: Formato de trama
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FDDI:Operación
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Reserva de Capacidad FDDI define dos tipos de tráfico: Síncrono: Tramas transmitidas durante un tiempo previamente
reservado Asíncrono: Tramas adicionales no transmitidas en el tiempo
reservado