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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
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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
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CSMACD deteccioacuten de colisiones
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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
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Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo
Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo
a nodos esclavos a transmitir en turnos
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(maestro)
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es pasado de nodo en nodo secuencialmente
Hay un mensaje con el token
Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el
token)
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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
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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
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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
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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
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Protocolos MAC de ldquoToma de turnosrdquo
Consulta Nodo maestro ldquoinvitardquo
a nodos esclavos a transmitir en turnos
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(maestro)
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es pasado de nodo en nodo secuencialmente
Hay un mensaje con el token
Preocupaciones Overhead del token Latencia Punto uacutenico de falla (el
token)
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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
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53 Protocolos de acceso muacuteltiple
54 Direccionamiento de capa enlace
55 Ethernet
56 Hubs y switches
57 PPP
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equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en
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iquestQueacute hacemos en un medio compartido Subdivisioacuten del canal por tiempo frecuencia o
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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
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52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores
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equitativamente en alta carga Son ineficiente a baja carga Hay retardo en
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Protocolos de acceso aleatorio Son eficientes a baja carga un uacutenico canal
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token)
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Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD
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57 PPP
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Subdivisioacuten aleatoria (dinaacutemica) bull ALOHA ALOHA-R CSMA CSMACD
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