Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 1 Redes Directamente Conectadas Nodos Enlaces –Cables dedicados –Líneas alquiladas.

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1 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 1 Redes Directamente Conectadas Nodos Enlaces –Cables dedicados –Líneas alquiladas –Enlace última milla –Inalámbrico COMPONENTES

2 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 2 Un nodo en la red Memoria: Capacidad en aumento pero con tiempo de acceso limitado. Procesador: Capacidad de procesamiento en aumento superior a la memoria. En una red típica, es necesario considerar la relación entre capacidad de computo y capacidad de comunicacìón.

3 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 3 Espectro Electromagnético

4 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 4 Enlaces Full-duplex y Half-duplex –Full –Half Tipos de cables –Par trenzado categoría 5 – 10 – 100 Mbs 100 metros –Coaxial – 200 a 300 m. –Fibra multimodo basado en LED, 2km –Fibra un solo modo basado en diodo laser, 40km Líneas alquiladas –DS1 (T1): 1.544Mbps, 24-circuitos digitales de voz de 64 Kbps c.u. –DS3 (T3): 44.736Mbps, 28 enlaces DS1 –STS-1 (OC-1): Señal de transporte síncrona, velocidad base del enlace = 51.840Mbps –STS-3, 12, 48, 192 (OC-3, OC-12, OC-48, OC-192) momento t momento u

5 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 5 Enlaces Enlaces de última milla –POTS: Plain Old Telephone System –ISDN: Integrated Systems Digital Network –ADSL: Asynchronous Digital Subscriber Line –VDSL: Very high data rate Digital Subscriber Line CODEC Línea de voz 28.8~56Kbps Línea digital 64-128Kbps 1.554-8.448Mbps 16-640Kbps STS-N 12.96~ 55.2Mbps

6 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 6 Enlaces Enlaces inalámbricos - AMPS, PCS, GSM, Sistemas telefónicos móviles analógicos/digitales - IEEE 802.11: LAN inalámbrica hasta 54Mbps - Interfaz Blue Tooth: 1Mbps piconet en 10m

7 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 7 ADSL Central Telefónica Residencia A Residencia B 255 frecuencias para descarga 31 para carga 2 para control Lejanos Adecuado para que los usuarios descargen archivos desde Internet.

8 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 8 Codificación - NRZ Problema 2: Se dificulta separar ceros seguidos o unos seguidos. Problema 1 : La señal es síncrona; los relojes fuente y destino se sincronizan con los cambios de nivel en la señal. Muchos uno o ceros seguidos no facilitan la sincronización NRZ : Codifica 1 como nivel alto, 0 como nivel bajo.

9 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 9 NRZI: Codifica 1 como transición; 0 se mantiene sin cambio. Manchester: Codifica el XOR NRZ- entre la señal y el reloj. La sincronización del reloj depende de la cantidad de transiciones que ocurran en la señal. Codificación NRZI y Manchester

10 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 10 Resumen NRZ: El reloj que mantiene el sincronismo puede fluctuar y es difícil recuperarlo. NRZI: Se dificulta sincronizar el reloj cuando se presentan 0s seguidos. Manchester: Duplica la cantidad de transiciones facilitando la sincronización del reloj. Sin embargo, reduce en un 50% la cantidad de datos que pueden ser transmitidos por el enlace.

11 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 11 Codificación 4B/5B Inserta bits al flujo de datos para impedir que estén presentes secuencias largas de ceros o unos. No permite más de un cero al principio ni más de dos ceros al final del código. 4 bits5 bits f

12 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 12 Codificación 4B/5B Dato de 4 bitsCódigo de 5 bits 000011110 000101001 001010100 001110101 010001010 010101011 011001110 011101111 100010010 100110011 101010110 101110111 110011010 110111011 111011100 111111101 16 códigos no son utilizados para representar datos, se utilizan para control: 11111 = línea inactiva 00000 = línea muerta 00100 = detener 9 códigos no se adaptan a la regla “un cero al principio, dos ceros al final”.

13 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 13 Entramado Una secuencia de bits es enviada de un nodo A a un nodo B sobre un enlace punto a punto. El adaptor de red en el nodo B debe reconocer con exactitud donde comienza y donde termina una trama de datos. Trama

14 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 14 Protocolos orientados a bytes Las tramas son tratadas como una secuencia de bytes ( o caracteres de un conjunto particular ). Método Centinela: IBM BISYNC, PPP SYN: comienzo de trama SOH: comienzo de encabezado STX: comienzo de texto ETX: final de texto centinelas (caracteres especiales) Problema: ETX puede aparecer en el cuerpo de la trama. Solución: inserción de caracteres. ETX es precedido en el cuerpo de la trama con un carácter de escape DLE. Si DLE también se presenta en el cuerpo de la trama, es precedido con otro DLE.

15 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 15 Protocolos Orientados a Bytes Método Contador: En lugar de utilizar marcadores para determinar los límites de una trama, se utiliza un contador que indica la cantidad de bytes en la trama. DECNET DDCMP Dificultades: En el método centinela si se corrompe el carácter ETX y en el método contador se corrompe el valor en el contador, las tramas no pueden ser recibidas correctamente.

16 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 16 Protocolos orientados a bits Las tramas son tratadas como secuencias de bits, sin contemplar fronteras de bytes. HDLC (ISO) Secuencia de inicio = Secuencia de finalización = 01111110 La secuencia de inicio y final de trama 01111110 puede aparecer dentro del cuerpo de la trama. - Se utiliza inserción de bits. En la fuente de datos: 111111 se convierte en 1111101. En el receptor de datos : Si llega 11111 seguidos de un 0, el 0 es retirado ; si el siguiente bit es 1, entonces (1) este es el final de la trama, u (2) ocurrió un error en la transmisión y la trama es descartada.

17 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 17 Entramado basado en el reloj y SONET Red síncrona óptica (SONET): –Normalmente utilizada para comunicaciones de larga distancia. Utilizado para codificación y entramado. No utiliza bits para relleno; todas las tramas tienen el mismo tamaño. Especifica múltiples enlaces lentos en uno rápido. –Enlaces STS-1 (51.84Mbps) SONET : 9 filas con 90 bytes cada una; los primeros 3 bytes de cada fila son “overhead”. Los primeros 2 bytes de la trama determinan el comienzo-de-trama. –Si está sincronizado, el receptor espera la secuencia de inicio cada 810 bytes. Codificación: A los datos se le aplica el XOR con un patrón especial de 127 bits para permitir la recuperación del reloj.

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19 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 19 Multiplexado SONET SONET define la jerarquía del enlace STS (STS-N, para N=1, 3, 12, 48, 192, …) Una trama STS-N consiste de N sub-tramas STS-1 ( 810 bytes cada una ) Un enlace STS-N opera a N * velocidad de STS-1 (51.84Mbps) Todas las tramas STS siempre tienen una longitud de 125 microsegundos. Enlaces STS concatenados: –STS-3 consiste en 3 enlaces paralelos STS-1 operando a 51.84 Mbps –STS-3c es un enlace único de 155.25Mbps.

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21 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 21 Detección de Errores Añade k bits de datos redundantes a un mensaje de n bits. – Es deseable que k << n. –Ejemplo, k = 32 y n = 12,000 (1500 bytes) con CRC-32 Bit de Paridad- Algoritmo “Checksum” de Internet. CRC – Revisión Cíclica Redundante.

22 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 22 Paridad Paridad impar. Paridad Par. Paridad en dos dimensiones. 0101001 1 1101001 0 1011110 1 0001110 1 0110100 1 1011111 0 1111011 0 Bits de Paridad Byte de paridad Datos

23 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 23 Algoritmo “Checksum” de Internet Trata al mensajes como una secuencia de números enteros de 16 bits. Obtiene el complemento a uno de cada número entero de 16 bits. Suma cada número. Incrementa el resultado cada vez que se presenta un acarreo de salida. Ejemplo: u_short cksum(u_short *buf, int count) { register u_long sum = 0; while (count--) { sum += *buf++; if (sum & 0xFFFF0000) { // carry occurred, so wrap around sum &= 0xFFFF; sum++; } return ~(sum & 0xFFFF); } 5: 0 00000000 00000101 3: 0 00000000 00000011 -5: 0 11111111 11111010 -3: 0 11111111 11111100 -5 + (-3): 1 11111111 11110110 Con acarreo: 0 11111111 11110111 Esto corresponde a -8 Mensaje en complemento a uno Por último se complementa a uno el resultado, ese es el “Checksum”

24 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 24 Verificación Cíclica Redundante CRC Representa a un mensaje de n bits como un polinomio de grado n – 1. –ejemplo., Mensaje=10011010 como M(x) = x 7 + x 4 + x 3 + x 1 k es el grado de un polinomio divisor. –ejemplo, C(x) = x 3 + x 2 + 1 fuente destino M(x)2 k – M(x) 2 k % C(x) = mensaje divisible por C(x): P(x) Si P(x) % C(x) == 0 P(x) fue enviado sin errores

25 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 25 CRC Polinomio de la fuente M(x) –M(x) = 10011010, C(x) = 1101, por lo tanto k = 3 –M(x)2 3 = 10011010000 ( se concatenan 3 ceros) –M(x)2 3 % C(x) = 101 –M(x)2 3 – M(x)2 3 % C(x) = 10011010101 = P(x) Polinomio de ruido E(x) Polinomio receptor P(x) + E(x) –E(x) = 0 significa que no hubo errores. (P(x) + E(x)) % C(x) == 0 si: –E(x) es igual a cero (sin errores) –E(x) is exactamente divisible por C(x) Para recuperar M(x): P(x) + 101 / 2 3, (eliminar los tres últimos 3 bits) añadido últimos 3 bits de P(x) 10011010000 eor 1101 1001 eor 1101 1000 eor 1101 1011 eor 1101 1100 eor 1101 1000 eor 1101 101

26 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 26 Cálculo CRC con Registros de Desplazamiento sender receive r M(x) CRC CRC + M(x) M(x) CRC’ Si CRC == CRC’, sin error 000 01011001 x0x0 x1x1 x2x2 x0x0 x1x1 x2x2 0 0 0 000 0101100 1 0 0 000 010110 0 1 0 000 01011 0 0 1 000 0101 0 0 1 000 010 0 0 1 000 01 1 0 1 000 0 0 1 1 Ejemplo: M(x) = 10011010 C(x) = 1101 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 000 00 0 101 será transferido

27 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 27 Limitaciones de los algoritmos para detección/corrección de errores Algunos algoritmos permiten detectar y corregir errores –La sobrecarga es muy alta Algunos errores no pueden ser corregidos Los protocolos se deben recuperar al existir tramas pérdidas Una trama pérdida: posiblemente por datos dañados –Datos dañados detectados por el receptor >> la trama es descartada Se pueden utilizar reconocimentos y tiempos de expiración para implementar transeferencias confiables ( ARQ )

28 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 28 Transmisión Confiable: Parar-y-Esperar ( Stop-and- Wait )

29 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 29 Tramas Duplicadas El transmisor envía una trama El receptor reconoce la llegada El reconocimiento se pierde o no llega a tiempo En el transmisor expira el tiempo y vuelve a transmitir la trama El receptor la acepta como una nueva trama –El receptor tiene tramas duplicadas

30 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 30 Tratamiento a Tramas Duplicadas El encabezado incluye un número de secuencia de 1 bit Los números de secuencia para las tramas se alternan El transmisor vuelve a transmitir la trama 0 –receptor >> recibe nuevamente la trama 0 >> la descarta ( sin embargo, devuelve el reconocimiento al transmisor)

31 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 31 Parar-y-Esperar con Número de Secuencia de 1 - bit

32 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 32 Deficiencias de Parar-y-Esperar Problema: Mantener el enlace lleno Ejemplo –Enlace de1.5Mbps; RTT 45ms; Demora x Ancho de Banda = 67.5Kb –Velocidad máxima de transmisión para Parar-y-Esperar =BitsPorTrama/TiempoPorTrama –Para tramas de 1KB, velocidad máxima de transmisión = (1024 x 8) / 0.045 = 182 Kbps –Utilización del enlace =.182 Mbps/1.5 Mbps = 1/8 –Capacidad del enlace = 67.5Kb ~ 8KB Pudieran estar 8 tramas en el enlace en lugar de una sola utilización = (1 trama)/(8 tramas) = 1/8 utilización del enlace Tramsmisor Receptor

33 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 33 Parar-y-Esperar Mejorado Para el ejemplo anterior, desearíamos: Permitir al transmisor despachar 8 tramas antes de esperar por un reconocimiento ( ACK ) El transmisor transmite la novena trama al mismo tiempo que llega el reconocimiento ( ACK ) de la primera trama.

34 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 34 Ventana Deslizante Permite múltiples tramas sin reconocimiento Límite superior para las tramas permitidas sin reconocimiento se denomina ventana

35 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 35 Ventana Deslizante: Transmisor Asigna un número de secuencia para cada trama ( SeqNum ) Mantiene tres variables de estado: –Tamaño de ventana del transmisor ( SWS ) –último reconocimiento recibido ( LAR ) –Ultima trama transmitida ( LFS ) Mantiene fijo : LFS - LAR <= SWS Por ejemplo, para una ventana con tama ñ o, SWS, 7, se podr í a tener LFS = 30, LAR = 23 Avanza LAR cuando llega un ACK Mantiene tramas en un Buffer hasta el número máximo de tramas SWS Después de que expira el tiempo para una trama, la vuelve a transmitir. Repite esto hasta que llega el ACK de la trama < ■ ■ ■ ─ SWS LAR = 23LFS = 30 26 25 24 23 27 2829 303121 22 32 7

36 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 36 SW: Receiver Mantiene tres variables de estado –Tamaño de ventana del receptor ( RWS ) ( límite superior en la cantidad de tramas fuera de orden que se pueden recibir ) –Trama más alta aceptable ( LAF ) –Última trama recibida ( LFR ) Mantiene fijo : LFA - LFR <= RWS Al llegar la trama SeqNum : –Si LFR < SeqNum < = LAF la trama es aceptada –Si SeqNum LAF la trama es descartada Envía ACKs acumulados RWS LFR = 25LFA = 32 ■ ■ ■ < ─ 25 28 30 24 3334 7

37 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 37 Reconocimiento Acumulado SeqNumToAck = la secuencia más larga de tramas recibidas pero aún no reconocidas Cuando han sido recibidas todas las tramas con números de secuencia <= SeqNumToAck –El receptor reconoce la llegada de la trama SeqNumToAck ( aún si han sido recibidas tramas con números de secuencia superiores ) Reconocimiento acumulado Luego el receptor establece LFR = SeqNumToAck ajusta LAF a LFR + RWS

38 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 38 Llega la trama 27 Llega la trama 26 SeqNumToAck = 28 El receptor reconoce la llegada de la trama 28 lo cual representa “Reconocimiento Acumulado” El receptor establece LFR = 28 y ajusta LFA a LFR + RWS = 28 + 7 = 39 RWS LFR = 25LAF = 32 ■ ■ ■ < ─ 25 28 30 24 3334 27 26 RWS LFR = 28LAF = 35 ■ ■ ■ < ─ 28 27 3637 30 RWS LFR = 25LAF = 32 ■ ■ ■ < ─ 25 28 30 24 3334

39 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 39 Selección de SWS y RWS Objetivo: mantener el enlace lleno SWS: cantidad de tramas en el enlace –SWS es seleccionado basado en el producto demora x ancho de banda Valores RWS comúnes: 1 y SWS

40 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 40 Números de Secuencia El campo SeqNum es finito; los números de secuencia se repiten al llegar al final Para distinguir diferentes apariciones de los mismos números de secuencia #s, suponga que cantidad de tramas pendientes < rango de númieros de secuencia ( el cual es igual a MaxSeqNum +1) SWS = MaxSeqNum no es suficiente –Asuma un campo de 3-bits para SeqNum (8 valores posibles para SeqNum 0..7) –SWS=RWS=7 {(tramas faltantes=7)<( rango de números de secuenca = 8)} –El transmisor envía las tramas 0..6 –Las tramas llegan satisfactoriamente, pero se pierden los ACKs –El transmisor vuelve a trasmitir las tramas 0..6 –El receptor espera las nuevas tramas 7, 0, 1,...5, pero recibe las tramas anteriores con #s 0..5 El receptor no puede distinguir entre las tramas anteriores y las nuevas Para RWS=SWS, lo indicado es SWS < (MaxSeqNum+1)/2 Intuitivamente, SeqNum alterna entre las dos mitades del rango de números de secuencia

41 Univesidad Tecnológica del Centro Capítulo 2 - Redes Directamente Conectadas 41 Canales Lógicos Concurrentes Protocolo de enlace de datos utilizado en el ARPANET –Mantiene el enlace lleno sin utilizar la ventana deslizante Un nodo multiplexa 8 canales lógicas sobre un solo enlace Se ejecuta parar-y-esperar en cada canal lógico Mantiene tres bits de estado para cada canal –Canal ocupado –Números de secuencia 0 o 1. –Siguiente número de secuencia esperado en una trama. Cuando el transmisor debe envíar una trama, utiliza al siguiente canal más bajo que este inactivo. Tramas diferentes se pueden mantener en transito en cada canal. –El transmisor puede mantener al enlace lleno Encabezado: 3-bit número de canal, 1-bit número de secuencia