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5: Capa Enlace de Datos 5-1 Capítulo 5: Capa Enlace de Datos - I ELO322: Redes de Computadores Tomás Arredondo Vidal Este material está basado en: material de apoyo al texto Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet 3rd edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, 2004. material del curso anterior ELO322 del Prof. Agustín Gonzales

Capítulo 5: Capa Enlace de Datos - Iprofesores.elo.utfsm.cl/~tarredondo/info/networks/DataLink_1.pdf · 5: Capa Enlace de Datos 5-3 Capa Enlace de Datos 5.1 Introducción y servicios

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5 Capa Enlace de Datos 5-1

Capiacutetulo 5 Capa Enlace de Datos - I

ELO322 Redes de ComputadoresTomaacutes Arredondo Vidal

Este material estaacute basado en material de apoyo al texto Computer Networking A Top DownApproach Featuring the Internet 3rd edition Jim Kurose Keith RossAddison-Wesley 2004

material del curso anterior ELO322 del Prof Agustiacuten Gonzales

5 Capa Enlace de Datos 5-2

Capiacutetulo 5 La Capa Enlace de Datos

Nuestros objetivos Entender los principios detraacutes de los servicios

de la capa enlace de datos Deteccioacuten y correccioacuten de errores

Comparticioacuten de canales broadcast acceso muacuteltiple

Direccionamiento de la capa enlace

Transferencia de datos confiable y control de flujo ya lo hicimos

Descripcioacuten e implementacioacuten de varias tecnologiacuteas de enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-3

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-4

Capa Enlace IntroduccioacutenAlgo de terminologiacutea Hosts y routers son nodos Canales de comunicacioacuten que

conectan nodos adyacentes a lo largo de un camino de comunicacioacuten son enlaces

Enlaces cableados Enlaces inalaacutembricos LANs

El paquete de capa 2 es un frame (o trama) encapsula a un datagrama

ldquolinkrdquo

La capa de enlace de datos tiene la responsabilidad de transferir datagramasdesde un nodo al nodo adyacente a traveacutes de un enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-5

Capa Enlace contexto

Los datagramas son transferidos por diferentes protocolos de enlace en diferentes enlaces eg Ethernet en primer enlace Frame Relay en

enlaces intermedios 80211 en uacuteltimo enlace

Cada protocolo de enlace provee servicios diferentes eg puede o no proveer transferencia confiable

sobre el enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-6

Servicios de Capa Enlace

Construccioacuten de frames acceso al enlace Encapsula el datagrama en frame agregando encabezados

y acoplados (header amp trailer) Acceso al medio si se trata de un acceso compartido Direccioacuten ldquoMACrdquo usada en encabezados de tramas para

identificar fuente y destinobull Diferente de direccioacuten IP

Entrega confiable entre nodos Ya vimos coacutemo hacer esto (capa transporte) Raramente usado en enlaces de bajo error de bits (como

fibra algunos pares de cobre trenzados) Enlaces inalaacutembricos alta tasa de errores

bull Q iquestpor queacute tener confiabilidad a nivel de enlace y extremo a extremo

5 Capa Enlace de Datos 5-7

Servicios de Capa Enlace (maacutes)

Control de Flujo Paso entre nodos transmisor y receptor adyacentes

Deteccioacuten de Errores Errores causados por atenuacioacuten de sentildeal y ruido

Receptor detecta presencia de errores

bull Pide al transmisor retransmisioacuten o descartar la trama

Correccioacuten de Errores Receptor identifica y corrige error(es) de bit(s) sin

solicitar retransmisioacuten

Half-duplex and full-duplex Con half duplex los nodos de ambos extremos pueden

transmitir pero no al mismo tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-8

Adaptadores de comunicacioacuten

La capa de enlace es implementada en un ldquoadaptadorrdquo (NIC)

Tarjetas Ethernet o 80211

Lado transmisor Encapsula el datagrama en

una trama o frame Agrega bits de chequeo

de errores control de flujo etc

Lado receptor Busca errores control de

flujo etc

Extrae datagrama y lo pasa al nodo receptor

El adaptador es semi-autoacutenomo

Capa enlace amp capa fiacutesica

Nodo Tx

frame

NodoRx

datagrama

frame

adaptador adaptador

Protocolo capa enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-9

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-10

Deteccioacuten de ErroresEDC = Error Detection and Correction bits (redundancia)D = Datos protegidos por chequeo de errores podriacutea incluir campos de encabezado

bull La deteccioacuten de errores no es 100 confiablebull El protocolo puede saltar algunos errores pero es rarobull Campos EDC grandes conducen a mejor deteccioacuten y correccioacuten de errores

5 Capa Enlace de Datos 5-11

Chequeo de paridad

Bit de Paridad SimpleDetecta errores simples

Bit de paridad de dos dimensionesDetecta y corrige errores simples

0 0

5 Capa Enlace de Datos 5-12

Cheksum de Internet

Transmisor Trata el contenido de los

segmentos como una secuencia de enteros de 16 bits

Checksum suma del contenido del segmento (complemento 1 de la suma)

Tx pone el valor del checksum en el campo correspondiente de UDP o TCP

Receptor Calcula el checksum del segmento

recibido Chequea si este checksum es igual al

campo recibido NO - error detectado SI - no hay error Pero podriacutea

haberlo Maacutes luego hellip

Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (eg bit invertidos) en segmentos transmitidos (nota tipicamente usado en capa transporte)

5 Capa Enlace de Datos 5-13

Sumas de chequeo Chequeo de redundancia ciacuteclica (CRC) Ve bits de datos D como nuacutemeros binarios

Se elige un patroacuten (generador) de r+1 bits G

Objetivo Tx quiere elegir r bits de CRC R tal que ltDRgt sea exactamente divisible por G (en aritmeacutetica moacutedulo 2)

Rx conoce G divide ltDRgt por G Si resto es no cero hay error detectado

Puede detectar secuencias de errores menores que r+1 bits

Ampliamente usado en la praacutectica en capa enlace (eg ATM-Async Transfer Mode HDLC-High Level Data Link Control)

5 Capa Enlace de Datos 5-14

CRC EjemploTodas las sumas y restas se hacen diacutegito por digito sin carry en aritmeacutetica Modular 2 (A + B = A ndash B = A XOR B)

Como n es un entero queremos R que nos de

(D2r XOR R)G = no que

D2r XOR R = nG (1)

haciendo XOR R a ambos lados daD2r = nG XOR R

equivalentementeSi dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = remainder[ ]D2r

G

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

101011 n

x 1001 G

101011

000000

000000

101011

101110011 D2r XOR R

Verificando (1)

5 Capa Enlace de Datos 5-15

CRC Ejemplo (cont)

En el Tx calcular R y enviar

(D2r = nG XOR R) 101011

1001| 101110011

1001

101

000

1010

1001

110

000

1101

1001

1001

1001

000 = Resto

En el Rx se verifica con

(D2r XOR R)G = n

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

5 Capa Enlace de Datos 5-16

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-2

Capiacutetulo 5 La Capa Enlace de Datos

Nuestros objetivos Entender los principios detraacutes de los servicios

de la capa enlace de datos Deteccioacuten y correccioacuten de errores

Comparticioacuten de canales broadcast acceso muacuteltiple

Direccionamiento de la capa enlace

Transferencia de datos confiable y control de flujo ya lo hicimos

Descripcioacuten e implementacioacuten de varias tecnologiacuteas de enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-3

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-4

Capa Enlace IntroduccioacutenAlgo de terminologiacutea Hosts y routers son nodos Canales de comunicacioacuten que

conectan nodos adyacentes a lo largo de un camino de comunicacioacuten son enlaces

Enlaces cableados Enlaces inalaacutembricos LANs

El paquete de capa 2 es un frame (o trama) encapsula a un datagrama

ldquolinkrdquo

La capa de enlace de datos tiene la responsabilidad de transferir datagramasdesde un nodo al nodo adyacente a traveacutes de un enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-5

Capa Enlace contexto

Los datagramas son transferidos por diferentes protocolos de enlace en diferentes enlaces eg Ethernet en primer enlace Frame Relay en

enlaces intermedios 80211 en uacuteltimo enlace

Cada protocolo de enlace provee servicios diferentes eg puede o no proveer transferencia confiable

sobre el enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-6

Servicios de Capa Enlace

Construccioacuten de frames acceso al enlace Encapsula el datagrama en frame agregando encabezados

y acoplados (header amp trailer) Acceso al medio si se trata de un acceso compartido Direccioacuten ldquoMACrdquo usada en encabezados de tramas para

identificar fuente y destinobull Diferente de direccioacuten IP

Entrega confiable entre nodos Ya vimos coacutemo hacer esto (capa transporte) Raramente usado en enlaces de bajo error de bits (como

fibra algunos pares de cobre trenzados) Enlaces inalaacutembricos alta tasa de errores

bull Q iquestpor queacute tener confiabilidad a nivel de enlace y extremo a extremo

5 Capa Enlace de Datos 5-7

Servicios de Capa Enlace (maacutes)

Control de Flujo Paso entre nodos transmisor y receptor adyacentes

Deteccioacuten de Errores Errores causados por atenuacioacuten de sentildeal y ruido

Receptor detecta presencia de errores

bull Pide al transmisor retransmisioacuten o descartar la trama

Correccioacuten de Errores Receptor identifica y corrige error(es) de bit(s) sin

solicitar retransmisioacuten

Half-duplex and full-duplex Con half duplex los nodos de ambos extremos pueden

transmitir pero no al mismo tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-8

Adaptadores de comunicacioacuten

La capa de enlace es implementada en un ldquoadaptadorrdquo (NIC)

Tarjetas Ethernet o 80211

Lado transmisor Encapsula el datagrama en

una trama o frame Agrega bits de chequeo

de errores control de flujo etc

Lado receptor Busca errores control de

flujo etc

Extrae datagrama y lo pasa al nodo receptor

El adaptador es semi-autoacutenomo

Capa enlace amp capa fiacutesica

Nodo Tx

frame

NodoRx

datagrama

frame

adaptador adaptador

Protocolo capa enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-9

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-10

Deteccioacuten de ErroresEDC = Error Detection and Correction bits (redundancia)D = Datos protegidos por chequeo de errores podriacutea incluir campos de encabezado

bull La deteccioacuten de errores no es 100 confiablebull El protocolo puede saltar algunos errores pero es rarobull Campos EDC grandes conducen a mejor deteccioacuten y correccioacuten de errores

5 Capa Enlace de Datos 5-11

Chequeo de paridad

Bit de Paridad SimpleDetecta errores simples

Bit de paridad de dos dimensionesDetecta y corrige errores simples

0 0

5 Capa Enlace de Datos 5-12

Cheksum de Internet

Transmisor Trata el contenido de los

segmentos como una secuencia de enteros de 16 bits

Checksum suma del contenido del segmento (complemento 1 de la suma)

Tx pone el valor del checksum en el campo correspondiente de UDP o TCP

Receptor Calcula el checksum del segmento

recibido Chequea si este checksum es igual al

campo recibido NO - error detectado SI - no hay error Pero podriacutea

haberlo Maacutes luego hellip

Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (eg bit invertidos) en segmentos transmitidos (nota tipicamente usado en capa transporte)

5 Capa Enlace de Datos 5-13

Sumas de chequeo Chequeo de redundancia ciacuteclica (CRC) Ve bits de datos D como nuacutemeros binarios

Se elige un patroacuten (generador) de r+1 bits G

Objetivo Tx quiere elegir r bits de CRC R tal que ltDRgt sea exactamente divisible por G (en aritmeacutetica moacutedulo 2)

Rx conoce G divide ltDRgt por G Si resto es no cero hay error detectado

Puede detectar secuencias de errores menores que r+1 bits

Ampliamente usado en la praacutectica en capa enlace (eg ATM-Async Transfer Mode HDLC-High Level Data Link Control)

5 Capa Enlace de Datos 5-14

CRC EjemploTodas las sumas y restas se hacen diacutegito por digito sin carry en aritmeacutetica Modular 2 (A + B = A ndash B = A XOR B)

Como n es un entero queremos R que nos de

(D2r XOR R)G = no que

D2r XOR R = nG (1)

haciendo XOR R a ambos lados daD2r = nG XOR R

equivalentementeSi dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = remainder[ ]D2r

G

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

101011 n

x 1001 G

101011

000000

000000

101011

101110011 D2r XOR R

Verificando (1)

5 Capa Enlace de Datos 5-15

CRC Ejemplo (cont)

En el Tx calcular R y enviar

(D2r = nG XOR R) 101011

1001| 101110011

1001

101

000

1010

1001

110

000

1101

1001

1001

1001

000 = Resto

En el Rx se verifica con

(D2r XOR R)G = n

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

5 Capa Enlace de Datos 5-16

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-3

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-4

Capa Enlace IntroduccioacutenAlgo de terminologiacutea Hosts y routers son nodos Canales de comunicacioacuten que

conectan nodos adyacentes a lo largo de un camino de comunicacioacuten son enlaces

Enlaces cableados Enlaces inalaacutembricos LANs

El paquete de capa 2 es un frame (o trama) encapsula a un datagrama

ldquolinkrdquo

La capa de enlace de datos tiene la responsabilidad de transferir datagramasdesde un nodo al nodo adyacente a traveacutes de un enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-5

Capa Enlace contexto

Los datagramas son transferidos por diferentes protocolos de enlace en diferentes enlaces eg Ethernet en primer enlace Frame Relay en

enlaces intermedios 80211 en uacuteltimo enlace

Cada protocolo de enlace provee servicios diferentes eg puede o no proveer transferencia confiable

sobre el enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-6

Servicios de Capa Enlace

Construccioacuten de frames acceso al enlace Encapsula el datagrama en frame agregando encabezados

y acoplados (header amp trailer) Acceso al medio si se trata de un acceso compartido Direccioacuten ldquoMACrdquo usada en encabezados de tramas para

identificar fuente y destinobull Diferente de direccioacuten IP

Entrega confiable entre nodos Ya vimos coacutemo hacer esto (capa transporte) Raramente usado en enlaces de bajo error de bits (como

fibra algunos pares de cobre trenzados) Enlaces inalaacutembricos alta tasa de errores

bull Q iquestpor queacute tener confiabilidad a nivel de enlace y extremo a extremo

5 Capa Enlace de Datos 5-7

Servicios de Capa Enlace (maacutes)

Control de Flujo Paso entre nodos transmisor y receptor adyacentes

Deteccioacuten de Errores Errores causados por atenuacioacuten de sentildeal y ruido

Receptor detecta presencia de errores

bull Pide al transmisor retransmisioacuten o descartar la trama

Correccioacuten de Errores Receptor identifica y corrige error(es) de bit(s) sin

solicitar retransmisioacuten

Half-duplex and full-duplex Con half duplex los nodos de ambos extremos pueden

transmitir pero no al mismo tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-8

Adaptadores de comunicacioacuten

La capa de enlace es implementada en un ldquoadaptadorrdquo (NIC)

Tarjetas Ethernet o 80211

Lado transmisor Encapsula el datagrama en

una trama o frame Agrega bits de chequeo

de errores control de flujo etc

Lado receptor Busca errores control de

flujo etc

Extrae datagrama y lo pasa al nodo receptor

El adaptador es semi-autoacutenomo

Capa enlace amp capa fiacutesica

Nodo Tx

frame

NodoRx

datagrama

frame

adaptador adaptador

Protocolo capa enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-9

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-10

Deteccioacuten de ErroresEDC = Error Detection and Correction bits (redundancia)D = Datos protegidos por chequeo de errores podriacutea incluir campos de encabezado

bull La deteccioacuten de errores no es 100 confiablebull El protocolo puede saltar algunos errores pero es rarobull Campos EDC grandes conducen a mejor deteccioacuten y correccioacuten de errores

5 Capa Enlace de Datos 5-11

Chequeo de paridad

Bit de Paridad SimpleDetecta errores simples

Bit de paridad de dos dimensionesDetecta y corrige errores simples

0 0

5 Capa Enlace de Datos 5-12

Cheksum de Internet

Transmisor Trata el contenido de los

segmentos como una secuencia de enteros de 16 bits

Checksum suma del contenido del segmento (complemento 1 de la suma)

Tx pone el valor del checksum en el campo correspondiente de UDP o TCP

Receptor Calcula el checksum del segmento

recibido Chequea si este checksum es igual al

campo recibido NO - error detectado SI - no hay error Pero podriacutea

haberlo Maacutes luego hellip

Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (eg bit invertidos) en segmentos transmitidos (nota tipicamente usado en capa transporte)

5 Capa Enlace de Datos 5-13

Sumas de chequeo Chequeo de redundancia ciacuteclica (CRC) Ve bits de datos D como nuacutemeros binarios

Se elige un patroacuten (generador) de r+1 bits G

Objetivo Tx quiere elegir r bits de CRC R tal que ltDRgt sea exactamente divisible por G (en aritmeacutetica moacutedulo 2)

Rx conoce G divide ltDRgt por G Si resto es no cero hay error detectado

Puede detectar secuencias de errores menores que r+1 bits

Ampliamente usado en la praacutectica en capa enlace (eg ATM-Async Transfer Mode HDLC-High Level Data Link Control)

5 Capa Enlace de Datos 5-14

CRC EjemploTodas las sumas y restas se hacen diacutegito por digito sin carry en aritmeacutetica Modular 2 (A + B = A ndash B = A XOR B)

Como n es un entero queremos R que nos de

(D2r XOR R)G = no que

D2r XOR R = nG (1)

haciendo XOR R a ambos lados daD2r = nG XOR R

equivalentementeSi dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = remainder[ ]D2r

G

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

101011 n

x 1001 G

101011

000000

000000

101011

101110011 D2r XOR R

Verificando (1)

5 Capa Enlace de Datos 5-15

CRC Ejemplo (cont)

En el Tx calcular R y enviar

(D2r = nG XOR R) 101011

1001| 101110011

1001

101

000

1010

1001

110

000

1101

1001

1001

1001

000 = Resto

En el Rx se verifica con

(D2r XOR R)G = n

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

5 Capa Enlace de Datos 5-16

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-4

Capa Enlace IntroduccioacutenAlgo de terminologiacutea Hosts y routers son nodos Canales de comunicacioacuten que

conectan nodos adyacentes a lo largo de un camino de comunicacioacuten son enlaces

Enlaces cableados Enlaces inalaacutembricos LANs

El paquete de capa 2 es un frame (o trama) encapsula a un datagrama

ldquolinkrdquo

La capa de enlace de datos tiene la responsabilidad de transferir datagramasdesde un nodo al nodo adyacente a traveacutes de un enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-5

Capa Enlace contexto

Los datagramas son transferidos por diferentes protocolos de enlace en diferentes enlaces eg Ethernet en primer enlace Frame Relay en

enlaces intermedios 80211 en uacuteltimo enlace

Cada protocolo de enlace provee servicios diferentes eg puede o no proveer transferencia confiable

sobre el enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-6

Servicios de Capa Enlace

Construccioacuten de frames acceso al enlace Encapsula el datagrama en frame agregando encabezados

y acoplados (header amp trailer) Acceso al medio si se trata de un acceso compartido Direccioacuten ldquoMACrdquo usada en encabezados de tramas para

identificar fuente y destinobull Diferente de direccioacuten IP

Entrega confiable entre nodos Ya vimos coacutemo hacer esto (capa transporte) Raramente usado en enlaces de bajo error de bits (como

fibra algunos pares de cobre trenzados) Enlaces inalaacutembricos alta tasa de errores

bull Q iquestpor queacute tener confiabilidad a nivel de enlace y extremo a extremo

5 Capa Enlace de Datos 5-7

Servicios de Capa Enlace (maacutes)

Control de Flujo Paso entre nodos transmisor y receptor adyacentes

Deteccioacuten de Errores Errores causados por atenuacioacuten de sentildeal y ruido

Receptor detecta presencia de errores

bull Pide al transmisor retransmisioacuten o descartar la trama

Correccioacuten de Errores Receptor identifica y corrige error(es) de bit(s) sin

solicitar retransmisioacuten

Half-duplex and full-duplex Con half duplex los nodos de ambos extremos pueden

transmitir pero no al mismo tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-8

Adaptadores de comunicacioacuten

La capa de enlace es implementada en un ldquoadaptadorrdquo (NIC)

Tarjetas Ethernet o 80211

Lado transmisor Encapsula el datagrama en

una trama o frame Agrega bits de chequeo

de errores control de flujo etc

Lado receptor Busca errores control de

flujo etc

Extrae datagrama y lo pasa al nodo receptor

El adaptador es semi-autoacutenomo

Capa enlace amp capa fiacutesica

Nodo Tx

frame

NodoRx

datagrama

frame

adaptador adaptador

Protocolo capa enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-9

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-10

Deteccioacuten de ErroresEDC = Error Detection and Correction bits (redundancia)D = Datos protegidos por chequeo de errores podriacutea incluir campos de encabezado

bull La deteccioacuten de errores no es 100 confiablebull El protocolo puede saltar algunos errores pero es rarobull Campos EDC grandes conducen a mejor deteccioacuten y correccioacuten de errores

5 Capa Enlace de Datos 5-11

Chequeo de paridad

Bit de Paridad SimpleDetecta errores simples

Bit de paridad de dos dimensionesDetecta y corrige errores simples

0 0

5 Capa Enlace de Datos 5-12

Cheksum de Internet

Transmisor Trata el contenido de los

segmentos como una secuencia de enteros de 16 bits

Checksum suma del contenido del segmento (complemento 1 de la suma)

Tx pone el valor del checksum en el campo correspondiente de UDP o TCP

Receptor Calcula el checksum del segmento

recibido Chequea si este checksum es igual al

campo recibido NO - error detectado SI - no hay error Pero podriacutea

haberlo Maacutes luego hellip

Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (eg bit invertidos) en segmentos transmitidos (nota tipicamente usado en capa transporte)

5 Capa Enlace de Datos 5-13

Sumas de chequeo Chequeo de redundancia ciacuteclica (CRC) Ve bits de datos D como nuacutemeros binarios

Se elige un patroacuten (generador) de r+1 bits G

Objetivo Tx quiere elegir r bits de CRC R tal que ltDRgt sea exactamente divisible por G (en aritmeacutetica moacutedulo 2)

Rx conoce G divide ltDRgt por G Si resto es no cero hay error detectado

Puede detectar secuencias de errores menores que r+1 bits

Ampliamente usado en la praacutectica en capa enlace (eg ATM-Async Transfer Mode HDLC-High Level Data Link Control)

5 Capa Enlace de Datos 5-14

CRC EjemploTodas las sumas y restas se hacen diacutegito por digito sin carry en aritmeacutetica Modular 2 (A + B = A ndash B = A XOR B)

Como n es un entero queremos R que nos de

(D2r XOR R)G = no que

D2r XOR R = nG (1)

haciendo XOR R a ambos lados daD2r = nG XOR R

equivalentementeSi dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = remainder[ ]D2r

G

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

101011 n

x 1001 G

101011

000000

000000

101011

101110011 D2r XOR R

Verificando (1)

5 Capa Enlace de Datos 5-15

CRC Ejemplo (cont)

En el Tx calcular R y enviar

(D2r = nG XOR R) 101011

1001| 101110011

1001

101

000

1010

1001

110

000

1101

1001

1001

1001

000 = Resto

En el Rx se verifica con

(D2r XOR R)G = n

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

5 Capa Enlace de Datos 5-16

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-5

Capa Enlace contexto

Los datagramas son transferidos por diferentes protocolos de enlace en diferentes enlaces eg Ethernet en primer enlace Frame Relay en

enlaces intermedios 80211 en uacuteltimo enlace

Cada protocolo de enlace provee servicios diferentes eg puede o no proveer transferencia confiable

sobre el enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-6

Servicios de Capa Enlace

Construccioacuten de frames acceso al enlace Encapsula el datagrama en frame agregando encabezados

y acoplados (header amp trailer) Acceso al medio si se trata de un acceso compartido Direccioacuten ldquoMACrdquo usada en encabezados de tramas para

identificar fuente y destinobull Diferente de direccioacuten IP

Entrega confiable entre nodos Ya vimos coacutemo hacer esto (capa transporte) Raramente usado en enlaces de bajo error de bits (como

fibra algunos pares de cobre trenzados) Enlaces inalaacutembricos alta tasa de errores

bull Q iquestpor queacute tener confiabilidad a nivel de enlace y extremo a extremo

5 Capa Enlace de Datos 5-7

Servicios de Capa Enlace (maacutes)

Control de Flujo Paso entre nodos transmisor y receptor adyacentes

Deteccioacuten de Errores Errores causados por atenuacioacuten de sentildeal y ruido

Receptor detecta presencia de errores

bull Pide al transmisor retransmisioacuten o descartar la trama

Correccioacuten de Errores Receptor identifica y corrige error(es) de bit(s) sin

solicitar retransmisioacuten

Half-duplex and full-duplex Con half duplex los nodos de ambos extremos pueden

transmitir pero no al mismo tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-8

Adaptadores de comunicacioacuten

La capa de enlace es implementada en un ldquoadaptadorrdquo (NIC)

Tarjetas Ethernet o 80211

Lado transmisor Encapsula el datagrama en

una trama o frame Agrega bits de chequeo

de errores control de flujo etc

Lado receptor Busca errores control de

flujo etc

Extrae datagrama y lo pasa al nodo receptor

El adaptador es semi-autoacutenomo

Capa enlace amp capa fiacutesica

Nodo Tx

frame

NodoRx

datagrama

frame

adaptador adaptador

Protocolo capa enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-9

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-10

Deteccioacuten de ErroresEDC = Error Detection and Correction bits (redundancia)D = Datos protegidos por chequeo de errores podriacutea incluir campos de encabezado

bull La deteccioacuten de errores no es 100 confiablebull El protocolo puede saltar algunos errores pero es rarobull Campos EDC grandes conducen a mejor deteccioacuten y correccioacuten de errores

5 Capa Enlace de Datos 5-11

Chequeo de paridad

Bit de Paridad SimpleDetecta errores simples

Bit de paridad de dos dimensionesDetecta y corrige errores simples

0 0

5 Capa Enlace de Datos 5-12

Cheksum de Internet

Transmisor Trata el contenido de los

segmentos como una secuencia de enteros de 16 bits

Checksum suma del contenido del segmento (complemento 1 de la suma)

Tx pone el valor del checksum en el campo correspondiente de UDP o TCP

Receptor Calcula el checksum del segmento

recibido Chequea si este checksum es igual al

campo recibido NO - error detectado SI - no hay error Pero podriacutea

haberlo Maacutes luego hellip

Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (eg bit invertidos) en segmentos transmitidos (nota tipicamente usado en capa transporte)

5 Capa Enlace de Datos 5-13

Sumas de chequeo Chequeo de redundancia ciacuteclica (CRC) Ve bits de datos D como nuacutemeros binarios

Se elige un patroacuten (generador) de r+1 bits G

Objetivo Tx quiere elegir r bits de CRC R tal que ltDRgt sea exactamente divisible por G (en aritmeacutetica moacutedulo 2)

Rx conoce G divide ltDRgt por G Si resto es no cero hay error detectado

Puede detectar secuencias de errores menores que r+1 bits

Ampliamente usado en la praacutectica en capa enlace (eg ATM-Async Transfer Mode HDLC-High Level Data Link Control)

5 Capa Enlace de Datos 5-14

CRC EjemploTodas las sumas y restas se hacen diacutegito por digito sin carry en aritmeacutetica Modular 2 (A + B = A ndash B = A XOR B)

Como n es un entero queremos R que nos de

(D2r XOR R)G = no que

D2r XOR R = nG (1)

haciendo XOR R a ambos lados daD2r = nG XOR R

equivalentementeSi dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = remainder[ ]D2r

G

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

101011 n

x 1001 G

101011

000000

000000

101011

101110011 D2r XOR R

Verificando (1)

5 Capa Enlace de Datos 5-15

CRC Ejemplo (cont)

En el Tx calcular R y enviar

(D2r = nG XOR R) 101011

1001| 101110011

1001

101

000

1010

1001

110

000

1101

1001

1001

1001

000 = Resto

En el Rx se verifica con

(D2r XOR R)G = n

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

5 Capa Enlace de Datos 5-16

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-6

Servicios de Capa Enlace

Construccioacuten de frames acceso al enlace Encapsula el datagrama en frame agregando encabezados

y acoplados (header amp trailer) Acceso al medio si se trata de un acceso compartido Direccioacuten ldquoMACrdquo usada en encabezados de tramas para

identificar fuente y destinobull Diferente de direccioacuten IP

Entrega confiable entre nodos Ya vimos coacutemo hacer esto (capa transporte) Raramente usado en enlaces de bajo error de bits (como

fibra algunos pares de cobre trenzados) Enlaces inalaacutembricos alta tasa de errores

bull Q iquestpor queacute tener confiabilidad a nivel de enlace y extremo a extremo

5 Capa Enlace de Datos 5-7

Servicios de Capa Enlace (maacutes)

Control de Flujo Paso entre nodos transmisor y receptor adyacentes

Deteccioacuten de Errores Errores causados por atenuacioacuten de sentildeal y ruido

Receptor detecta presencia de errores

bull Pide al transmisor retransmisioacuten o descartar la trama

Correccioacuten de Errores Receptor identifica y corrige error(es) de bit(s) sin

solicitar retransmisioacuten

Half-duplex and full-duplex Con half duplex los nodos de ambos extremos pueden

transmitir pero no al mismo tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-8

Adaptadores de comunicacioacuten

La capa de enlace es implementada en un ldquoadaptadorrdquo (NIC)

Tarjetas Ethernet o 80211

Lado transmisor Encapsula el datagrama en

una trama o frame Agrega bits de chequeo

de errores control de flujo etc

Lado receptor Busca errores control de

flujo etc

Extrae datagrama y lo pasa al nodo receptor

El adaptador es semi-autoacutenomo

Capa enlace amp capa fiacutesica

Nodo Tx

frame

NodoRx

datagrama

frame

adaptador adaptador

Protocolo capa enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-9

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-10

Deteccioacuten de ErroresEDC = Error Detection and Correction bits (redundancia)D = Datos protegidos por chequeo de errores podriacutea incluir campos de encabezado

bull La deteccioacuten de errores no es 100 confiablebull El protocolo puede saltar algunos errores pero es rarobull Campos EDC grandes conducen a mejor deteccioacuten y correccioacuten de errores

5 Capa Enlace de Datos 5-11

Chequeo de paridad

Bit de Paridad SimpleDetecta errores simples

Bit de paridad de dos dimensionesDetecta y corrige errores simples

0 0

5 Capa Enlace de Datos 5-12

Cheksum de Internet

Transmisor Trata el contenido de los

segmentos como una secuencia de enteros de 16 bits

Checksum suma del contenido del segmento (complemento 1 de la suma)

Tx pone el valor del checksum en el campo correspondiente de UDP o TCP

Receptor Calcula el checksum del segmento

recibido Chequea si este checksum es igual al

campo recibido NO - error detectado SI - no hay error Pero podriacutea

haberlo Maacutes luego hellip

Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (eg bit invertidos) en segmentos transmitidos (nota tipicamente usado en capa transporte)

5 Capa Enlace de Datos 5-13

Sumas de chequeo Chequeo de redundancia ciacuteclica (CRC) Ve bits de datos D como nuacutemeros binarios

Se elige un patroacuten (generador) de r+1 bits G

Objetivo Tx quiere elegir r bits de CRC R tal que ltDRgt sea exactamente divisible por G (en aritmeacutetica moacutedulo 2)

Rx conoce G divide ltDRgt por G Si resto es no cero hay error detectado

Puede detectar secuencias de errores menores que r+1 bits

Ampliamente usado en la praacutectica en capa enlace (eg ATM-Async Transfer Mode HDLC-High Level Data Link Control)

5 Capa Enlace de Datos 5-14

CRC EjemploTodas las sumas y restas se hacen diacutegito por digito sin carry en aritmeacutetica Modular 2 (A + B = A ndash B = A XOR B)

Como n es un entero queremos R que nos de

(D2r XOR R)G = no que

D2r XOR R = nG (1)

haciendo XOR R a ambos lados daD2r = nG XOR R

equivalentementeSi dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = remainder[ ]D2r

G

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

101011 n

x 1001 G

101011

000000

000000

101011

101110011 D2r XOR R

Verificando (1)

5 Capa Enlace de Datos 5-15

CRC Ejemplo (cont)

En el Tx calcular R y enviar

(D2r = nG XOR R) 101011

1001| 101110011

1001

101

000

1010

1001

110

000

1101

1001

1001

1001

000 = Resto

En el Rx se verifica con

(D2r XOR R)G = n

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

5 Capa Enlace de Datos 5-16

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-7

Servicios de Capa Enlace (maacutes)

Control de Flujo Paso entre nodos transmisor y receptor adyacentes

Deteccioacuten de Errores Errores causados por atenuacioacuten de sentildeal y ruido

Receptor detecta presencia de errores

bull Pide al transmisor retransmisioacuten o descartar la trama

Correccioacuten de Errores Receptor identifica y corrige error(es) de bit(s) sin

solicitar retransmisioacuten

Half-duplex and full-duplex Con half duplex los nodos de ambos extremos pueden

transmitir pero no al mismo tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-8

Adaptadores de comunicacioacuten

La capa de enlace es implementada en un ldquoadaptadorrdquo (NIC)

Tarjetas Ethernet o 80211

Lado transmisor Encapsula el datagrama en

una trama o frame Agrega bits de chequeo

de errores control de flujo etc

Lado receptor Busca errores control de

flujo etc

Extrae datagrama y lo pasa al nodo receptor

El adaptador es semi-autoacutenomo

Capa enlace amp capa fiacutesica

Nodo Tx

frame

NodoRx

datagrama

frame

adaptador adaptador

Protocolo capa enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-9

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-10

Deteccioacuten de ErroresEDC = Error Detection and Correction bits (redundancia)D = Datos protegidos por chequeo de errores podriacutea incluir campos de encabezado

bull La deteccioacuten de errores no es 100 confiablebull El protocolo puede saltar algunos errores pero es rarobull Campos EDC grandes conducen a mejor deteccioacuten y correccioacuten de errores

5 Capa Enlace de Datos 5-11

Chequeo de paridad

Bit de Paridad SimpleDetecta errores simples

Bit de paridad de dos dimensionesDetecta y corrige errores simples

0 0

5 Capa Enlace de Datos 5-12

Cheksum de Internet

Transmisor Trata el contenido de los

segmentos como una secuencia de enteros de 16 bits

Checksum suma del contenido del segmento (complemento 1 de la suma)

Tx pone el valor del checksum en el campo correspondiente de UDP o TCP

Receptor Calcula el checksum del segmento

recibido Chequea si este checksum es igual al

campo recibido NO - error detectado SI - no hay error Pero podriacutea

haberlo Maacutes luego hellip

Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (eg bit invertidos) en segmentos transmitidos (nota tipicamente usado en capa transporte)

5 Capa Enlace de Datos 5-13

Sumas de chequeo Chequeo de redundancia ciacuteclica (CRC) Ve bits de datos D como nuacutemeros binarios

Se elige un patroacuten (generador) de r+1 bits G

Objetivo Tx quiere elegir r bits de CRC R tal que ltDRgt sea exactamente divisible por G (en aritmeacutetica moacutedulo 2)

Rx conoce G divide ltDRgt por G Si resto es no cero hay error detectado

Puede detectar secuencias de errores menores que r+1 bits

Ampliamente usado en la praacutectica en capa enlace (eg ATM-Async Transfer Mode HDLC-High Level Data Link Control)

5 Capa Enlace de Datos 5-14

CRC EjemploTodas las sumas y restas se hacen diacutegito por digito sin carry en aritmeacutetica Modular 2 (A + B = A ndash B = A XOR B)

Como n es un entero queremos R que nos de

(D2r XOR R)G = no que

D2r XOR R = nG (1)

haciendo XOR R a ambos lados daD2r = nG XOR R

equivalentementeSi dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = remainder[ ]D2r

G

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

101011 n

x 1001 G

101011

000000

000000

101011

101110011 D2r XOR R

Verificando (1)

5 Capa Enlace de Datos 5-15

CRC Ejemplo (cont)

En el Tx calcular R y enviar

(D2r = nG XOR R) 101011

1001| 101110011

1001

101

000

1010

1001

110

000

1101

1001

1001

1001

000 = Resto

En el Rx se verifica con

(D2r XOR R)G = n

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

5 Capa Enlace de Datos 5-16

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-8

Adaptadores de comunicacioacuten

La capa de enlace es implementada en un ldquoadaptadorrdquo (NIC)

Tarjetas Ethernet o 80211

Lado transmisor Encapsula el datagrama en

una trama o frame Agrega bits de chequeo

de errores control de flujo etc

Lado receptor Busca errores control de

flujo etc

Extrae datagrama y lo pasa al nodo receptor

El adaptador es semi-autoacutenomo

Capa enlace amp capa fiacutesica

Nodo Tx

frame

NodoRx

datagrama

frame

adaptador adaptador

Protocolo capa enlace

5 Capa Enlace de Datos 5-9

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-10

Deteccioacuten de ErroresEDC = Error Detection and Correction bits (redundancia)D = Datos protegidos por chequeo de errores podriacutea incluir campos de encabezado

bull La deteccioacuten de errores no es 100 confiablebull El protocolo puede saltar algunos errores pero es rarobull Campos EDC grandes conducen a mejor deteccioacuten y correccioacuten de errores

5 Capa Enlace de Datos 5-11

Chequeo de paridad

Bit de Paridad SimpleDetecta errores simples

Bit de paridad de dos dimensionesDetecta y corrige errores simples

0 0

5 Capa Enlace de Datos 5-12

Cheksum de Internet

Transmisor Trata el contenido de los

segmentos como una secuencia de enteros de 16 bits

Checksum suma del contenido del segmento (complemento 1 de la suma)

Tx pone el valor del checksum en el campo correspondiente de UDP o TCP

Receptor Calcula el checksum del segmento

recibido Chequea si este checksum es igual al

campo recibido NO - error detectado SI - no hay error Pero podriacutea

haberlo Maacutes luego hellip

Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (eg bit invertidos) en segmentos transmitidos (nota tipicamente usado en capa transporte)

5 Capa Enlace de Datos 5-13

Sumas de chequeo Chequeo de redundancia ciacuteclica (CRC) Ve bits de datos D como nuacutemeros binarios

Se elige un patroacuten (generador) de r+1 bits G

Objetivo Tx quiere elegir r bits de CRC R tal que ltDRgt sea exactamente divisible por G (en aritmeacutetica moacutedulo 2)

Rx conoce G divide ltDRgt por G Si resto es no cero hay error detectado

Puede detectar secuencias de errores menores que r+1 bits

Ampliamente usado en la praacutectica en capa enlace (eg ATM-Async Transfer Mode HDLC-High Level Data Link Control)

5 Capa Enlace de Datos 5-14

CRC EjemploTodas las sumas y restas se hacen diacutegito por digito sin carry en aritmeacutetica Modular 2 (A + B = A ndash B = A XOR B)

Como n es un entero queremos R que nos de

(D2r XOR R)G = no que

D2r XOR R = nG (1)

haciendo XOR R a ambos lados daD2r = nG XOR R

equivalentementeSi dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = remainder[ ]D2r

G

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

101011 n

x 1001 G

101011

000000

000000

101011

101110011 D2r XOR R

Verificando (1)

5 Capa Enlace de Datos 5-15

CRC Ejemplo (cont)

En el Tx calcular R y enviar

(D2r = nG XOR R) 101011

1001| 101110011

1001

101

000

1010

1001

110

000

1101

1001

1001

1001

000 = Resto

En el Rx se verifica con

(D2r XOR R)G = n

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

5 Capa Enlace de Datos 5-16

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-9

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-10

Deteccioacuten de ErroresEDC = Error Detection and Correction bits (redundancia)D = Datos protegidos por chequeo de errores podriacutea incluir campos de encabezado

bull La deteccioacuten de errores no es 100 confiablebull El protocolo puede saltar algunos errores pero es rarobull Campos EDC grandes conducen a mejor deteccioacuten y correccioacuten de errores

5 Capa Enlace de Datos 5-11

Chequeo de paridad

Bit de Paridad SimpleDetecta errores simples

Bit de paridad de dos dimensionesDetecta y corrige errores simples

0 0

5 Capa Enlace de Datos 5-12

Cheksum de Internet

Transmisor Trata el contenido de los

segmentos como una secuencia de enteros de 16 bits

Checksum suma del contenido del segmento (complemento 1 de la suma)

Tx pone el valor del checksum en el campo correspondiente de UDP o TCP

Receptor Calcula el checksum del segmento

recibido Chequea si este checksum es igual al

campo recibido NO - error detectado SI - no hay error Pero podriacutea

haberlo Maacutes luego hellip

Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (eg bit invertidos) en segmentos transmitidos (nota tipicamente usado en capa transporte)

5 Capa Enlace de Datos 5-13

Sumas de chequeo Chequeo de redundancia ciacuteclica (CRC) Ve bits de datos D como nuacutemeros binarios

Se elige un patroacuten (generador) de r+1 bits G

Objetivo Tx quiere elegir r bits de CRC R tal que ltDRgt sea exactamente divisible por G (en aritmeacutetica moacutedulo 2)

Rx conoce G divide ltDRgt por G Si resto es no cero hay error detectado

Puede detectar secuencias de errores menores que r+1 bits

Ampliamente usado en la praacutectica en capa enlace (eg ATM-Async Transfer Mode HDLC-High Level Data Link Control)

5 Capa Enlace de Datos 5-14

CRC EjemploTodas las sumas y restas se hacen diacutegito por digito sin carry en aritmeacutetica Modular 2 (A + B = A ndash B = A XOR B)

Como n es un entero queremos R que nos de

(D2r XOR R)G = no que

D2r XOR R = nG (1)

haciendo XOR R a ambos lados daD2r = nG XOR R

equivalentementeSi dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = remainder[ ]D2r

G

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

101011 n

x 1001 G

101011

000000

000000

101011

101110011 D2r XOR R

Verificando (1)

5 Capa Enlace de Datos 5-15

CRC Ejemplo (cont)

En el Tx calcular R y enviar

(D2r = nG XOR R) 101011

1001| 101110011

1001

101

000

1010

1001

110

000

1101

1001

1001

1001

000 = Resto

En el Rx se verifica con

(D2r XOR R)G = n

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

5 Capa Enlace de Datos 5-16

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-10

Deteccioacuten de ErroresEDC = Error Detection and Correction bits (redundancia)D = Datos protegidos por chequeo de errores podriacutea incluir campos de encabezado

bull La deteccioacuten de errores no es 100 confiablebull El protocolo puede saltar algunos errores pero es rarobull Campos EDC grandes conducen a mejor deteccioacuten y correccioacuten de errores

5 Capa Enlace de Datos 5-11

Chequeo de paridad

Bit de Paridad SimpleDetecta errores simples

Bit de paridad de dos dimensionesDetecta y corrige errores simples

0 0

5 Capa Enlace de Datos 5-12

Cheksum de Internet

Transmisor Trata el contenido de los

segmentos como una secuencia de enteros de 16 bits

Checksum suma del contenido del segmento (complemento 1 de la suma)

Tx pone el valor del checksum en el campo correspondiente de UDP o TCP

Receptor Calcula el checksum del segmento

recibido Chequea si este checksum es igual al

campo recibido NO - error detectado SI - no hay error Pero podriacutea

haberlo Maacutes luego hellip

Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (eg bit invertidos) en segmentos transmitidos (nota tipicamente usado en capa transporte)

5 Capa Enlace de Datos 5-13

Sumas de chequeo Chequeo de redundancia ciacuteclica (CRC) Ve bits de datos D como nuacutemeros binarios

Se elige un patroacuten (generador) de r+1 bits G

Objetivo Tx quiere elegir r bits de CRC R tal que ltDRgt sea exactamente divisible por G (en aritmeacutetica moacutedulo 2)

Rx conoce G divide ltDRgt por G Si resto es no cero hay error detectado

Puede detectar secuencias de errores menores que r+1 bits

Ampliamente usado en la praacutectica en capa enlace (eg ATM-Async Transfer Mode HDLC-High Level Data Link Control)

5 Capa Enlace de Datos 5-14

CRC EjemploTodas las sumas y restas se hacen diacutegito por digito sin carry en aritmeacutetica Modular 2 (A + B = A ndash B = A XOR B)

Como n es un entero queremos R que nos de

(D2r XOR R)G = no que

D2r XOR R = nG (1)

haciendo XOR R a ambos lados daD2r = nG XOR R

equivalentementeSi dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = remainder[ ]D2r

G

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

101011 n

x 1001 G

101011

000000

000000

101011

101110011 D2r XOR R

Verificando (1)

5 Capa Enlace de Datos 5-15

CRC Ejemplo (cont)

En el Tx calcular R y enviar

(D2r = nG XOR R) 101011

1001| 101110011

1001

101

000

1010

1001

110

000

1101

1001

1001

1001

000 = Resto

En el Rx se verifica con

(D2r XOR R)G = n

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

5 Capa Enlace de Datos 5-16

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-11

Chequeo de paridad

Bit de Paridad SimpleDetecta errores simples

Bit de paridad de dos dimensionesDetecta y corrige errores simples

0 0

5 Capa Enlace de Datos 5-12

Cheksum de Internet

Transmisor Trata el contenido de los

segmentos como una secuencia de enteros de 16 bits

Checksum suma del contenido del segmento (complemento 1 de la suma)

Tx pone el valor del checksum en el campo correspondiente de UDP o TCP

Receptor Calcula el checksum del segmento

recibido Chequea si este checksum es igual al

campo recibido NO - error detectado SI - no hay error Pero podriacutea

haberlo Maacutes luego hellip

Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (eg bit invertidos) en segmentos transmitidos (nota tipicamente usado en capa transporte)

5 Capa Enlace de Datos 5-13

Sumas de chequeo Chequeo de redundancia ciacuteclica (CRC) Ve bits de datos D como nuacutemeros binarios

Se elige un patroacuten (generador) de r+1 bits G

Objetivo Tx quiere elegir r bits de CRC R tal que ltDRgt sea exactamente divisible por G (en aritmeacutetica moacutedulo 2)

Rx conoce G divide ltDRgt por G Si resto es no cero hay error detectado

Puede detectar secuencias de errores menores que r+1 bits

Ampliamente usado en la praacutectica en capa enlace (eg ATM-Async Transfer Mode HDLC-High Level Data Link Control)

5 Capa Enlace de Datos 5-14

CRC EjemploTodas las sumas y restas se hacen diacutegito por digito sin carry en aritmeacutetica Modular 2 (A + B = A ndash B = A XOR B)

Como n es un entero queremos R que nos de

(D2r XOR R)G = no que

D2r XOR R = nG (1)

haciendo XOR R a ambos lados daD2r = nG XOR R

equivalentementeSi dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = remainder[ ]D2r

G

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

101011 n

x 1001 G

101011

000000

000000

101011

101110011 D2r XOR R

Verificando (1)

5 Capa Enlace de Datos 5-15

CRC Ejemplo (cont)

En el Tx calcular R y enviar

(D2r = nG XOR R) 101011

1001| 101110011

1001

101

000

1010

1001

110

000

1101

1001

1001

1001

000 = Resto

En el Rx se verifica con

(D2r XOR R)G = n

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

5 Capa Enlace de Datos 5-16

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-12

Cheksum de Internet

Transmisor Trata el contenido de los

segmentos como una secuencia de enteros de 16 bits

Checksum suma del contenido del segmento (complemento 1 de la suma)

Tx pone el valor del checksum en el campo correspondiente de UDP o TCP

Receptor Calcula el checksum del segmento

recibido Chequea si este checksum es igual al

campo recibido NO - error detectado SI - no hay error Pero podriacutea

haberlo Maacutes luego hellip

Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (eg bit invertidos) en segmentos transmitidos (nota tipicamente usado en capa transporte)

5 Capa Enlace de Datos 5-13

Sumas de chequeo Chequeo de redundancia ciacuteclica (CRC) Ve bits de datos D como nuacutemeros binarios

Se elige un patroacuten (generador) de r+1 bits G

Objetivo Tx quiere elegir r bits de CRC R tal que ltDRgt sea exactamente divisible por G (en aritmeacutetica moacutedulo 2)

Rx conoce G divide ltDRgt por G Si resto es no cero hay error detectado

Puede detectar secuencias de errores menores que r+1 bits

Ampliamente usado en la praacutectica en capa enlace (eg ATM-Async Transfer Mode HDLC-High Level Data Link Control)

5 Capa Enlace de Datos 5-14

CRC EjemploTodas las sumas y restas se hacen diacutegito por digito sin carry en aritmeacutetica Modular 2 (A + B = A ndash B = A XOR B)

Como n es un entero queremos R que nos de

(D2r XOR R)G = no que

D2r XOR R = nG (1)

haciendo XOR R a ambos lados daD2r = nG XOR R

equivalentementeSi dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = remainder[ ]D2r

G

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

101011 n

x 1001 G

101011

000000

000000

101011

101110011 D2r XOR R

Verificando (1)

5 Capa Enlace de Datos 5-15

CRC Ejemplo (cont)

En el Tx calcular R y enviar

(D2r = nG XOR R) 101011

1001| 101110011

1001

101

000

1010

1001

110

000

1101

1001

1001

1001

000 = Resto

En el Rx se verifica con

(D2r XOR R)G = n

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

5 Capa Enlace de Datos 5-16

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-13

Sumas de chequeo Chequeo de redundancia ciacuteclica (CRC) Ve bits de datos D como nuacutemeros binarios

Se elige un patroacuten (generador) de r+1 bits G

Objetivo Tx quiere elegir r bits de CRC R tal que ltDRgt sea exactamente divisible por G (en aritmeacutetica moacutedulo 2)

Rx conoce G divide ltDRgt por G Si resto es no cero hay error detectado

Puede detectar secuencias de errores menores que r+1 bits

Ampliamente usado en la praacutectica en capa enlace (eg ATM-Async Transfer Mode HDLC-High Level Data Link Control)

5 Capa Enlace de Datos 5-14

CRC EjemploTodas las sumas y restas se hacen diacutegito por digito sin carry en aritmeacutetica Modular 2 (A + B = A ndash B = A XOR B)

Como n es un entero queremos R que nos de

(D2r XOR R)G = no que

D2r XOR R = nG (1)

haciendo XOR R a ambos lados daD2r = nG XOR R

equivalentementeSi dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = remainder[ ]D2r

G

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

101011 n

x 1001 G

101011

000000

000000

101011

101110011 D2r XOR R

Verificando (1)

5 Capa Enlace de Datos 5-15

CRC Ejemplo (cont)

En el Tx calcular R y enviar

(D2r = nG XOR R) 101011

1001| 101110011

1001

101

000

1010

1001

110

000

1101

1001

1001

1001

000 = Resto

En el Rx se verifica con

(D2r XOR R)G = n

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

5 Capa Enlace de Datos 5-16

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-14

CRC EjemploTodas las sumas y restas se hacen diacutegito por digito sin carry en aritmeacutetica Modular 2 (A + B = A ndash B = A XOR B)

Como n es un entero queremos R que nos de

(D2r XOR R)G = no que

D2r XOR R = nG (1)

haciendo XOR R a ambos lados daD2r = nG XOR R

equivalentementeSi dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = remainder[ ]D2r

G

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

101011 n

x 1001 G

101011

000000

000000

101011

101110011 D2r XOR R

Verificando (1)

5 Capa Enlace de Datos 5-15

CRC Ejemplo (cont)

En el Tx calcular R y enviar

(D2r = nG XOR R) 101011

1001| 101110011

1001

101

000

1010

1001

110

000

1101

1001

1001

1001

000 = Resto

En el Rx se verifica con

(D2r XOR R)G = n

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

5 Capa Enlace de Datos 5-16

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-15

CRC Ejemplo (cont)

En el Tx calcular R y enviar

(D2r = nG XOR R) 101011

1001| 101110011

1001

101

000

1010

1001

110

000

1101

1001

1001

1001

000 = Resto

En el Rx se verifica con

(D2r XOR R)G = n

n

Ejemplo D=101110 G=1001 r=3

5 Capa Enlace de Datos 5-16

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-16

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-17

Enlaces y Protocolos de Acceso Muacuteltiple

Dos tipos de ldquoenlacesrdquo Punto-a-apunto

PPP para acceso discado Enlaces punto-a-punto entre switch Ethernet y host

(computador)

Broadcast (cable o medio compartido) Ethernet tradicional Flujo de subida en HFC (Hybrid Fiber Coax) 80211 LAN inalaacutembrica

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple

Usan un canal simple de difusioacuten compartida

Puede haber dos o maacutes transmisiones simultaacuteneas por nodos =gt Interferencia

colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempo

Protocolos de acceso muacuteltiple Algoritmo distribuido que determinan coacutemo los nodos

comparten el canal ie determina cuaacutendo un nodo puede transmitir

La comunicacioacuten para ponerse de acuerdo sobre coacutemo compartir el mismo canal

no hay canal ldquofuera de bandardquo para coordinacioacuten

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-19

Protocolo de Acceso Muacuteltiple Ideal

Supongamos un canal para broadcast de tasa R bps

1 Cuando un nodo quiere transmitir este puede enviar a tasa R

2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno puede enviar en promedio a una tasa RM

3 Completamente descentralizado No hay nodo especial para coordinar transmisiones

No hay sincronizacioacuten de reloj o ranuras

4 Es simple

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-20

Taxonomiacutea de protocolos MAC

Tres clases amplias

Canal Subdividido (ldquoparticionadordquo) Divide el canal en pequentildeos ldquopedazosrdquo (ranuras de tiempo

frecuencia coacutedigo)

Asigna pedazos a un nodo para su uso exclusivo

Acceso Aleatorio Canal no es dividido permite colisiones

Hay que ldquorecuperarserdquo de las colisiones

ldquoTomando turnosrdquo Los nodos toman turnos pero nodos con maacutes por enviar

pueden tomar turnos maacutes largos

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-21

Protocolo MAC en canal subdividido TDMA

TDMA time division multiple access Acceso a canales es en ldquorondas

Cada estacioacuten obtiene una ranura de largo fijo (largo= tiempo transmisioacuten del paquete) en cada ronda

Ranuras no usadas no se aprovechan

Ejemplo LAN con 6 estaciones 134 tienen paquetes ranuras 256 no usadas

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-22

Protocolos MAC en canal Particionado FDMA

FDMA frequency division multiple access Espectro del canal es dividido en bandas de

frecuencia Cada estacioacuten obtiene una banda de frecuencia fija Tiempo de transmisioacuten no usado no es aprovechado Ejemplo LAN de 6 estaciones 134 tiene paquetes

bandas de frecuencias 256 no se aprovechan

freq

uenc

y b

and

s

time

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-23

Protocolos de Acceso Aleatorio

Cuando un nodo tiene paquetes que enviar Transmite a la tasa maacutexima del canal R No hay coordinacioacuten entre nodos

Si dos o maacutes nodos transmiten se produce ldquocolisioacutenrdquo

Protocolos de acceso aleatorio especifican Coacutemo detectar colisiones Coacutemo recuperarse de una colisioacuten (eg viacutea

retransmisiones retardadas)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorio ALOHA ranurado ALOHA CSMA CSMACD CSMACA (CSMA Carrier Sense

Multiple Access)

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-24

ALOHA ranurado

Suposiciones

Todos las tramas tienen igual tamantildeo

Tiempo es dividido en ranuras de igual tamantildeo = tiempo para enviar una trama

Nodos comienzan a transmitir soacutelo al inicio de cada ranura

Nodos estaacuten sincronizados

Si 2 o maacutes nodos transmiten en una ranura todos los nodos detectan la colisioacuten

Operacioacuten

Cuando un nodo obtiene una trama nueva a enviar eacuteste transmite en proacutexima ranura

Si no hay colisioacuten el nodo puede enviar una nueva trama en proacutexima ranura

Si hay colisioacuten el nodo retransmite la trama en cada ranura subsiguiente con probabilidad p hasta transmisioacuten exitosa

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-25

ALOHA ranurado

Ventajas Un uacutenico nodo activo

puede transmitir continuamente a tasa maacutexima del canal

Altamente descentralizado soacutelo cada nodo requiere sincronizacioacuten en ranuras

Simple

Desventajas Colisiones ranuras

desperdiciadas Ranuras no ocupadas Nodos podriacutean

detectar la colisioacuten en menor tiempo que el de transmitir un paquete

Sincronizacioacuten de relojes

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-26

Eficiencia de Slotted Aloha

Supongamos N nodos con muchas frames a enviar cada una transmite con probabilidad p

Prob que el nodo 1 tenga eacutexito en un slot = p(1-p)N-1

Prob que cualquier nodo tenga eacutexito = Np(1-p)N-1

Con N nodos activos la eficiencia es E(p)= Np(1-p)N-1

Para encontrar la maacutexima eficiencia se debe encontrar p que maximiza E(p)

Para muchos nodos tomar limite de Np(1-p)N-1 cuando N va a infinito da

1e = 37

Eficiencia fraccioacuten a largo plazo de uso exitoso de slots cuando hay muchos nodos y cada uno tiene muchos frames para enviar

Mejor caso canal usadopara transmisiones uacutetiles 37 del tiempo

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-27

ALOHA Puro (no ranurado) Aloha no ranurado maacutes simple no hay sincronizacioacuten

Cuando una trama debe ser enviada transmitir inmediatamente

Probabilidad de colisioacuten aumenta Trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en

[t0-1t0+1]

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 DataLink Layer 5-28

Eficiencia de Aloha puro

P(exito transmision de nodeo de un frame) =

P(nodo transmita)

P(ningun otro nodo transmita en [p0-1p0]

P(ningun otro nodo transmita en [p0p0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip elegir optimo p y dejar que n -gt infinidad

= 1(2e) = 18

Incluso peor

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-29

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA Sensa sentildeal portadora antes de transmitir

Si el canal se sensa libre se transmite la trama entera

Si el canal se sensa ocupado postergar transmisioacuten

Analogiacutea humana no interrumpir a otros

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-30

Colisiones pueden ocurrir auacutenRetardo de propagacioacuten hace que dos nodos podriacutean no escuchar sus transmisiones

ColisioacutenEL tiempo de transmisioacuten del paquete entero es desaprovechado

NotarEl rol de la distancia y el retardo de propagacioacuten en la determinacioacuten de la probabilidad de colisioacuten

Colisiones en CSMAUbicacioacuten espacial de nodos

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-31

CSMACD (Deteccioacuten de Colisiones)

CSMACD carrier sensing similar a CSMA colisiones son detectadas en corto tiempo Transmisiones en colisioacuten son abortadas

reduciendo el mal uso del canal

Deteccioacuten de colisiones Faacutecil en LANs cableadas se mide la potencia de la

sentildeal se compara sentildeales transmitidas con recibidas

Difiacutecil LANs inalaacutembricas receptor es apagado mientras se transmite

Analogiacutea humana Conversadores respetuosos

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-32

CSMACD deteccioacuten de colisiones

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-33

Protocolos MAC de ldquotoma de turnosrdquo

Protocolos MAC que particionan el canal Se comparte el canal eficientemente y

equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en

acceso al canal 1N del ancho de banda es asignado auacuten si hay soacutelo un nodo activo

Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal

puede utilizar completamente el canal Alta carga ineficiencias por colisiones

Protocolos de ldquotoma de turnosrdquo Buscan lo mejor de ambos mundos

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-34

Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo

Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo

a nodos esclavos a transmitir en turnos

preocupaciones Overhead de la consulta Latencia Punto uacutenico de falla

(maestro)

Paso de Token (Testimonio) Token (objeto) de control

es pasado de nodo en nodo secuencialmente

Hay un mensaje con el token

Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el

token)

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-35

Resumen de protocolos MAC

iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o

coacutedigo

Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD

bull Sensado de portadora faacutecil en algunas tecnologiacuteas (cable) difiacutecil en otras (inalaacutembricas)

bull CSMACD es usado en Ethernet

bull CSMACA (collision avoidance) es usado en 80211

Toma de turnosbull Consultas desde un sitio central o pasando un token

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS

5 Capa Enlace de Datos 5-36

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches

57 PPP

58 Enlaces Virtuales ATM y MPLS