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Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática

Área de Ingeniería Temática Departamento de Informática

Fundamentos de Telemática

Tema 4 Nivel de enlace de datos

Parte 3

Raquel Blanco Aguirre [email protected]

Curso 2011-2012

http://www.uniovi.es/�


ÍNDICE

Parte 3 3.1. Control de acceso al medio 3.2. Protocolos de nivel de enlace

2 Fundamentos de Telemática: Tema 4 – Nivel de enlace de datos (parte 3)


3.1.- CONTROL DE ACCESO AL MEDIO

• Técnicas: – Reserva

• La capacidad del canal se divide entre las estaciones • Cada estación reversa una parte de la capacidad del canal • FDM, TDM síncrona, TDM asíncrona

– Contienda • Las estaciones transmiten en el canal de forma no coordinada

(compiten por su uso) • Si varias estaciones transmiten a la vez se producirá una

colisión • Simple, con escucha, con escucha y detección de colisiones

– Paso de testigo • La transmisión está controlada por la captura de una trama

especial denominada testigo • No se producen colisiones • En bus, en anillo



Control de acceso al medio

• Multiplexación – Objetivo: compartir la capacidad de transmisión

de datos de un enlace para enviar información de varias fuentes

– MUX: combina los datos de n líneas de entrada y los

envía por un único enlace de salida – DEMUX: separa de 1 enlace a n salidas

4

n entradas n salidas 1 enlace, n canales

Fundamentos de Telemática: Tema 4 – Nivel de enlace de datos (parte 3)



• Multiplexación por división de frecuencias (FDM) – Requisitos:

• Señales analógicas (independientemente de su contenido)

• Ancho de banda del medio > suma del ancho de banda de la señales de las fuentes

– Procedimiento: • Modular cada señal de entrada con una señal portadora

distinta

5

Proceso de

Modulación Señal portadora

Señal moduladora Señal modulada




• Multiplexación por división de frecuencias (FDM) – Resultado:




• Multiplexación por división en el tiempo síncrona (TDM síncrona) – Requisitos

• Señales que representen datos digitales • Velocidad de transmisión del medio > suma de las

velocidades de transmisión de las fuentes – Procedimiento:

• División del tiempo en ranuras temporales – Las ranuras temporales se pre-asignan y fijan a las

distintas fuentes – Las ranuras temporales se asignan, incluso, si no hay

datos – Las ranuras temporales no se tienen que distribuir de

manera igualitaria entre las fuentes • Inserción de los datos de las fuentes en las ranuras

temporales




• Multiplexación por división en el tiempo síncrona (TDM síncrona) – Resultado:

• Mezcla en el tiempo de varias señales que representan datos digitales (a nivel de bit o bloques de bytes)

– Control de flujo y control de errores se realiza en cada canal de forma individual:

• Control de flujo: canal saturado transmite ranuras vacías

• Control de errores: cada canal detecta y maneja sus propios errores




• Multiplexación por división en el tiempo síncrona (TDM síncrona) – Control del enlace en TDM:




• Multiplexación por división en el tiempo estadística (TDM estadística) – En una TDM síncrona se desaprovechan muchas de las

ranuras temporales – La TDM estadística distribuye las ranuras de manera

dinámica, basándose en la demanda – El multiplexor sondea las memorias de almacenamiento de

entrada, aceptando datos hasta que se complete una trama

– La velocidad de la línea multiplexada puede ser menor que la suma de las velocidades de las líneas de entrada

– Puede causar problemas durante periodos pico: • Almacenar temporalmente el exceso de datos de entrada • Mantener el tamaño de la memoria temporal al mínimo para

evitar que haya retardo




• Aloha – Protocolo de contienda simple – En la década de los 70, en la Universidad de Hawai se propuso un

método para la asignación de un solo canal de transmisión para varias estaciones

– El coste de asignar un canal a cada estación era muy alto

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Información transmitida A ráfagas

Si dos estaciones transmiten a la vez hay

colisiones y la información se pierde hay que retransmitirla

Se obtuvo una eficiencia del

18%

Se comparte el mismo canal sin

preocuparse si está libre o no




• Aloha ranurado – Mejora del Aloha surgida en 1972 – Se dividió el tiempo en intervalos denominados ranuras – La sincronización se realiza mediante una estación especial

que emite un sonido al inicio de cada intervalo – Se consiguió aumentar la eficiencia hasta el 37%


Colisión Transmisión correcta Estación quiere transmitir

B A

A B B C B A

C A B

C A B

Tiempo



• CSMA (acceso múltiple por detección de portadora) – Familia de protocolos en los que las estaciones

escuchan una portadora y actúan en consecuencia – Todas las estaciones están enteradas del comienzo

de la transmisión de forma inmediata – Si dos estaciones transmiten al mismo tiempo, se

producirá colisión – Dos tipos:

• CSMA no persistente • CSMA persistente




• CSMA 1-persistente – Si el canal está ocupado, espera escuchando hasta

que quede libre – Si el canal esta libre empieza a transmitir con

probabilidad 1 (siempre que encuentre el canal desocupado)

– También puede haber colisiones: • Debido al retardo de transmisión o propagación • Cuando dos estaciones esperan a que termine

una tercera y transmiten a la vez – Cuando se produce una colisión espera un tiempo

aleatorio y comienza nuevamente el proceso – Mejores resultados que el Aloha




• CSMA p-persistente – Se aplica a canales ranurados – Cuando la estación tiene información escucha el canal

• Si está ocupado, continúa escuchando hasta que esté libre

• Si esta libre transmite con probabilidad p (o espera a la siguiente ranura con una probabilidad q=1-p)

• Si no se transmite en esta ranura se transmite en la siguiente con una probabilidad también p

• Este proceso se repite hasta que se consiga transmitir • Si otra estación comienza a transmitir actúa como si se

hubiera producido una colisión. Espera un tiempo aleatorio y comienza de nuevo el proceso.




• CSMA No Persistente – Si tiene información y el canal está libre empieza a

transmitir – Si el canal está ocupado repite el algoritmo tras un

intervalo aleatorio de tiempo




• CSMA/CD (CSMA con detección de colisión) – Una de las mejoras que se pueden incorporar es

abortar inmediatamente la transmisión cuando se detecta una colisión por parte de las estaciones implicadas

– Cuanto antes se detenga la transmisión más ancho de banda y tiempo es posible ahorrar

– Además de detectar la colisión son capaces de transmitir una señal de aviso al resto de estaciones

– Tras emitir la señal de aviso se espera un tiempo aleatorio antes de intentar transmitir nuevamente




• Rendimiento de las técnicas de contienda




• Paso de testigo en bus – Las estaciones están físicamente organizadas como una

red lineal – Las estaciones están lógicamente están organizadas como

un anillo • Las estaciones conocen a la que le sucede y a la que le

precede en el anillo • El orden físico en el que se encuentran conectadas las

estaciones no es importante


1

2

5 4

3



• Paso de testigo en bus – Para poder transmitir hay que estar en posesión de una

trama de control especial denominada testigo – Solamente el poseedor del testigo está autorizado a

transmitir – Una estación puede tener el testigo durante el tiempo de

retención del testigo – Cuando una estación termina de transmitir o va a superar

el tiempo de retención del testigo, debe pasar el testigo a su sucesora

– Esta tecnología está pensada para el control; para sistemas que necesiten un proceso de transmisión determinístico, con un tiempo de acceso mínimo garantizado




• Paso de testigo en bus: – Creación del anillo

• Estaciones que quieren entrar en el anillo emiten una trama llamada reclamo testigo para intentar obtener el testigo

• Si varias estaciones intentan obtener el testigo, lo obtendrá aquella que tenga la dirección más alta el anillo lo forma sólo esta estación




• Paso de testigo en bus: – Incorporación de estaciones al anillo

• Después de una serie de rotaciones del testigo una estación del anillo envía una invitación de entrada (trama solicitar sucesor)

• Las estaciones que quieran entran en el anillo responden con una trama establecer sucesor

• Si varias estaciones responden a la invitación se produce un conflicto la estación que emitió la invitación envía una trama resuelve contienda

• Las estaciones que quieren entrar en el anillo esperan un tiempo aleatorio para responder a la invitación de entrada

• La primera estación que responde consigue entrar en el anillo




• Paso de testigo en bus: – Fallo en el paso del testigo

• La estación 1 envía una trama quién sigue para buscar un nuevo sucesor

• La estación 3 responde a la estación 1 con una trama establecer sucesor para indicar que va a ser su nuevo sucesor

• La estación 1 pasa el testigo a la estación 3 • Si dos estaciones consecutivas se caen, el anillo se

rompe y se reinicia su creación


1

2

5 4

3

Pasa el testigo

Estación caída



• Paso de testigo en bus: – Salida del anillo

• La estación que quiere salir espera a recibir el testigo • Posteriormente envía a su estación antecesora una

trama establecer sucesor indicando cual va a ser su nuevo sucesor




• Paso de testigo en bus: formato de trama – Preámbulo: se utiliza para sincronizar el emisor y el

receptor. Se utiliza el patrón binario 10101010 – Delimitadores de comienzo y fin: se utilizan para

marcar los límites de la trama. Contienen una codificación diferente al 0 y al 1.

– Direcciones destino y origen: las direcciones que tienes todos los bit a valor 1 se utilizan para difusión




• Paso de testigo en bus: formato de trama – Control de trama:

• Tramas de datos: transporta la prioridad, solicitud de asentimiento

• Tramas de control: se emplea para identificar el tipo de trama

– Reclamo testigo (00000000) – Solicitar sucesor(00000001) – Quién sigue (00000011) – Resuelve contienda (00000100) – Testigo (00001000) – Establecer sucesor (00001100)

– Código de redundancia: código para el control de los errores




• Paso de testigo en anillo – Utiliza una topología en anillo – Se basa en el uso de la trama de control denominada

testigo (sólo el poseedor del testigo está autorizado a transmitir)

– Una estación puede tener el testigo durante el tiempo de retención del testigo

– La red posee un nodo monitor o supervisor • Sólo puede existir uno en el anillo • Cualquier nodo tiene la capacidad de ser monitor • Genera el primer testigo y controla el correcto funcionamiento

del anillo




• Paso de testigo en anillo – Las estaciones tienen dos modos de funcionamiento:

• Modo escucha • Modo transmisión

– Cuando a una estación en modo escucha le llega el testigo:

• Si tiene datos para transmitir, entonces captura el testigo y transmite (pasa a modo transmisión)

• Si no tiene datos deja el testigo libre (sigue en modo escucha) – Cuando los bits transmitidos regresan a la estación

emisora, dicha estación los retira del anillo • Puede almacenarlos para realizar comprobaciones

– Cuando la estación termina de transmitir los datos o finaliza su tiempo de retención del testigo, regenera el testigo y cambia a modo escucha




• Paso de testigo en anillo – Ejemplo




• Paso de testigo en anillo: formato de trama

– Delimitadores de comienzo (SD) y fin (ED): formado por patrones de codificación diferentes a los datos

– Direcciones destino y origen: las direcciones que tienes todos los bit a valor 1 se utilizan para difusión




• Paso de testigo en anillo: formato de trama – Control de acceso (AC): contiene el bit del testigo (0:

testigo libre; 1: testigo ocupado), el bit de monitor, los bits de prioridad y los bits de reserva

– Control de la trama (FC): distingue las tramas de datos de las de control

– Código de redundancia: código para el control de los errores




• Paso de testigo en anillo: formato de trama – Estado de trama (FS): proporciona asentimiento

automático de las tramas • Utilización de 2 bits denominados A y C • Cuando una trama llega al destino, éste pone a 1 el bit A a su

paso (reconoce la dirección) • Si la estación destino copia la trama entonces pone a 1 el bit

C (indica que se ha copiado la trama) • Pueden presentarse las siguientes combinaciones:


A=0 C=0 El destinatario no esta presente o no está encendido

A=1 C=0 El destinatario está presente, pero la trama no es aceptada

A=1 C=1 El destinatario está presente y la trama es copiada



• Paso de testigo en anillo – Caída del monitor:

• Si el monitor queda fuera de servicio, los demás nodos tienen que asumir sus funciones

• Se utiliza un temporizador. Cuando el nodo recibe un trama el temporizador se carga

• Si se agota el temporizador y el nodo no recibe ningún mensaje, se interpreta que el anillo dejó de funcionar

• Se emite una trama de control reclamo de testigo. Se pone su dirección. Se va sustituyendo por la de la estación con dirección más alta, la cual será el nuevo monitor




• Paso de testigo en anillo – Utilización del bit de monitor (M): detección de

situaciones anómalas • Ejemplo:

– La estación 2 recoge el testigo, envía la trama de datos a la estación 4 (M = 0) y después deja de funcionar

– La estación 4 recibe la trama y pone los bits A y C a 1 – La trama pasa por el monitor que pone el bit de monitor

(M) a 1 – El monitor retira la trama del anillo



3.2.- PROTOCOLOS DE NIVEL DE ENLACE

• HDLC (High-level Data Link Control) – Es una norma ISO adoptada en todo el mundo,

definida en los documentos ISO 3309, ISO 4335 – Engloba a muchos otros protocolos: SDLC, LAP,

LAPB, LAPD, LAPX y LLC. – Utiliza ventana deslizante – Tipos de estaciones del HDLC:

• Estación primaria: – Controla el funcionamiento del enlace – Las tramas generadas se denominan órdenes

• Estación secundaria: – Funciona bajo el control de la estación primaria – Las tramas generadas se denominan respuestas

• Estación combinada: – Puede generar tanto órdenes como respuestas

Fundamentos de Telemática: Tema 4 – Nivel de enlace de datos (parte 3) 35


Protocolos de nivel de enlace

• HDLC: Configuraciones del enlace – No balanceada:

• Está formada por una estación primaria y una o más secundarias

• Permite tanto la transmisión “full-duplex” como “semi-duplex”

– Balanceada: • Consiste en dos estaciones combinadas • Permite tanto la transmisión “full-duplex” como “semi-

duplex”




• HDLC: Modos de transferencia – Modo de respuesta normal (NRM):

• Se utiliza en la configuración no balanceada • La estación primaria transfiere datos a la secundaria • La secundaria sólo puede transmitir datos usando

respuestas a las órdenes emitidas por la primaria – Modo balanceado asíncrono (ABM):

• Se utiliza en la configuración balanceada • Cualquier estación puede iniciar la transmisión sin

necesidad de recibir permiso • Es el más utilizado




• HDLC: Modos de transferencia – Modo de respuesta asíncrono (ARM):

• Se utiliza en la configuración no balanceada • La estación secundaria puede iniciar la transmisión sin

tener permiso explícito por parte de la primaria • La estación primaria es responsable del funcionamiento

de la línea • No se utiliza con mucha frecuencia




• HDLC: formato de trama

– Campos de delimitación • Delimitan la trama en sus dos extremos (Patrón 01111110) • Campo usado para sincronizar al receptor • Usa técnica de inserción de bits para evitar aparición del

delimitador en el resto de la trama – Emisor insertará un 0 tras cinco 1 consecutivos. – Si el receptor detecta cinco 1 consecutivos, examinará el sexto

bit. » Si dicho bit es 0, se eliminará sin más. » Si es un 1 y el séptimo es un 0, se aceptará como

delimitador.




• HDLC: formato de la trama – Campo de dirección

• Identifica a la estación secundaria que ha transmitido (trama respuesta) o que va a recibir la trama (trama orden)

• Permite direcciones de broadcast – Campo de información: su longitud es variable, pero

debe ser múltiplo entero de 8 – FCS (campo de control de errores)

• Detectar errores • Se calcula teniendo en cuenta dirección, control e

información




• HDLC: formato de la trama – Campo de control

• Diferente para cada tipo de trama: – Tramas de información: transportan los datos y

asentimientos – Tramas de supervisión: control de errores y control de

flujo. Proporcionan asentimiento cuando no es factible incorporarlo en las tramas de datos

– Tramas no numeradas: proporcionan funciones complementarias para el control del enlace

• El primer o los dos primeros bits del campo de control se utilizan para identificar el tipo de la trama





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N(S): Número de secuencia enviada N(R): Número de secuencia a recibir S: Bits para las tramas se supervisión M: Bits para las tramas no numeradas P/F: Bit de sondeo/final (“Poll/Final”)

I : Información

S : Supervisión

U : No numeradas

Formato del campo de control

Set Asynchronous Response Mode - SARM Set Normal Response Mode - SNRM Set Asynchronous Balanced Mode - SABM Frame Reject - FRMR Disconnect - DISC Unnumbered Acknowledge - UA Disconnect Mode - DM

M

Receiver Ready - RR Receiver not Ready - RNR Reject - REJ Selective Reject - SREJ

S





• Diferente para cada tipo de trama: – Tramas de información: transportan los datos y

asentimientos – Tramas de supervisión: control de errores y control de

flujo. Proporcionan asentimiento cuando no es factible incorporarlo en las tramas de datos

– Tramas no numeradas: proporcionan funciones complementarias para el control del enlace

• El primer o los dos primeros bits del campo de control se utilizan para identificar el tipo de la trama




• HDLC: tipos de tramas de supervisión – RR (Receive Ready): estación lista para recibir

trama. Acuse de recibo a tramas recibidas usando N(R)

– RNR (Receive Not Ready): estación ocupada. Acuse de recibo con el campo N(R)

– SREJ (Selective Reject): solicita retransmisión trama identificada en el campo N(R). Acuse de recibo para trama con número hasta N(R)-1

– REJ (Reject): solicita retransmisión de un conjunto de tramas, empezando por N(R). Acuse de recibo para tramas con número hasta N(R)-1




• HDLC: tipos de tramas no numeradas – SABM (Set Asynchronous Balanced Mode): inicia

enlace en modo ABM. (Existen tramas SNRM y SARM)

– DISC (Disconnect): abandonar el modo de operación en curso

– UA (Unmumbered Acknowledgement): asentimiento para tramas no numeradas

– DM (Disconnect Mode): solicitar una orden de elección de modo o responder que no puede entrar en el modo solicitado por una orden de selección de modo




• HDLC: funcionamiento – Intercambio de tramas de información, supervisión y

no numeradas – Tres fases:

• Iniciación • Transferencia de datos • Desconexión

– Utilización de un temporizador: • Se arranca cada vez que se envía una trama • Provoca la retransmisión de la trama si expira




• HDLC: funcionamiento


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