IEEE 802.3 CSMA/CD - sti • soluciones en telecomunicaciones e

Redes de Área Local e Interconexión de Redes
Unidad 2. Familia Ethernet
Facultad de Informática
Redes de Área Local e Interconexión de Redes
CSMA/CD (802.3) Ethernet
Indice
IEEE 802.3 CSMA/CD
z
z
z
z
z
z
Antecedentes
Control de acceso al medio
Ventajas e inconvenientes
Formato de trama MAC
Implementación
Especificación de medios de transmisión
z
z
z
z
3
10Base5
10Base2
10BaseT
10BaseF
IEEE 802.3 CSMA/CD
Antecedentes: Aloha
ALOHA (U. Hawaii, 1970)
Diseñado para la comunicación entre estaciones de radio.
z Puro (18% utilización máxima)
z
z
4
Se envía una trama, y si en el tiempo de ida y vuelta no se
recibe confirmación (2 veces el tiempo de transmisión de una
trama), se reenvía.
¿¿¿Colisiones???
IEEE 802.3 CSMA/CD
Antecedentes: Aloha (II)
ALOHA
z
Ranurado (1972) (37% utilización máxima)
z
z
Se divide el tiempo en ranuras de ancho igual al tiempo de
transmisión de una trama.
Sólo se envían tramas en los comienzos de ranura.
z
Se necesita un reloj global.
No se está aprovechando que el tiempo de
propagación es pequeño respecto al tiempo de
.
transmisión
de una trama. (10Mbps)
z
z
5
El resto de estaciones podrían enterarse que se está
transmitiendo casi inmediatamente después de comenzada la
transmisión.
Realimentación del estado de la red
IEEE 802.3 CSMA/CD
Antecedentes: CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
z
Las estaciones que desean transmitir, escuchan el
medio de transmisión para detectar si hay alguna
transmisión en marcha, antes de emitir.
z
z
z
En banda base, detectan los cambios de tensión en el MdT.
En banda ancha, detectan la señal portadora (Carrier Sense).
Sólo habrá colisiones cuando dos estaciones intenten
transmitir casi simultáneamente.
Si hay una colisión, las estaciones no se dan cuenta
y siguen transmitiendo, hasta que termina el envío
de las tramas.
z
6
Se esta desperdiciando ancho de banda del MdT.
IEEE 802.3 CSMA/CD
MAC en CSMA/CD
Cuando una estación desea transmitir:
z
z
z
z
Si el canal no está ocupado, transmitir.
Si el canal está ocupado esperar a que quede libre y
transmitir (1-persistente).
Cuando se transmite se escucha del medio para
detectar si hay alguna colisión.
Si se produce una colisión
z
z
z
7
Parar de emitir.
Transmitir un pequeña señal de perturbación (“jam”), para
asegurar que todas las estaciones detectan la colisión.
Esperar una cantidad de tiempo aleatoria (binary exponential
backoff), y repetir el algoritmo desde el principio.
IEEE 802.3 CSMA/CD
Persistencia
¿Cuándo se intenta transmitir si el canal está
ocupado?
Algoritmos:
z
No persistente
z
z
1-persistente
z
z
Se espera a que este libre, continua escuchando e intenta
transmitir inmediatamente.
P-persistente
z
8
Si el canal está ocupado se espera un tiempo aleatorio, y lo
vuelve a intentar.
Se espera a que este libre, e intenta transmitir con
probabilidad p, y sino repite el intento en la siguiente ranura.
IEEE 802.3 CSMA/CD
Colisiones
La longitud de la trama debe permitir detectar las
colisiones antes de que termine la transmisión
(tiempo de una ranura).
z
z
9
Sino se comporta como CSMA.
En el peor de los casos CSMA/CD desaprovecha el canal
el tiempo que tarde en detectarse la colisión
IEEE 802.3 CSMA/CD
Colisiones. Banda base
10
Ejercicios
Red banda base. (10 segmentos de 500 m con sus repetidores)
z
z
z
1)
Longitud 5km
10 Mbps
Velocidad de propagación 200000 km/s
¿cuál es el tamaño mínimo que permite detectar colisiones?
1.1) Tiempo de propagación IDA Y VUELTA?
1.2) Bits enviados en dicho tiempo?
2)
Manteniendo el tamaño de trama. ¿qué sucede si
aumentamos la velocidad a 100 Mbps?
2.1) Tiempo de propagación IDA Y VUELTA?
2.2) Longitud máxima de la red?
11
Colisiones. Banda Ancha
T = Tiempo extremo - extremo
(1)
B
A
(2)
¾1) A inicia transmisión en t0
(1)
¾2) B inicia transmisión en t0+2T – t
(2)
¾3) ¿cuándo detectan las colisiones A y B?
12
Colisiones
Algoritmo de Backoff:
z
Mientras número_intentos < Límite (16)
z
z
z
z
13
k=min(nº intento,10)
r= aleatorio entre 0 ≤ r ≤ 2K
retardo=r x tiempo de ranura
Sino devuelve un error de transmisión.
Ventajas e inconvenientes
Ventajas CSMA/CD
z
z
z
z
Simplicidad del algoritmo.
Implementación sencilla, bajo coste y fiabilidad.
Técnica suficientemente probada.
Buen rendimiento hasta determinado nivel de carga.
Inconvenientes CSMA/CD
z
z
z
z
z
z
14
Técnica LIFO ante colisiones.
Longitud de los mensajes mínima.
Difícil distinción entre ruido y colisiones.
La atenuación complica la detección de colisión.
No permite la gestión de prioridades.
Rendimiento pobre conforme aumenta la carga.
IEEE 802.3 CSMA/CD
Formato de trama MAC
Formato de trama IEEE 802.3
z
z
z
z
z
Codificación manchester.
Preámbulo: 7 octetos (10101010), sincronización.
Delimitador: 10101011.
Direcciones: 16 o 48 bits.
Bytes de relleno para alcanzar la longitud mínima.
7
1
2ó 6
2ó 6
2
0 - 1500
0 - 46
Preámbulo Delimitador Dir. Destino Dir. Fuente Long/Tipo Datos LLC PAD
15
4
CRC
IEEE 802.3 CSMA/CD
Implementación del MAC
Detalles
z
z
z
z
Espacio entre tramas: 9,6 µs.
Jam: 16 bytes.
Retardo de propagación entre extremos (τ): 25,6 µs.
Tiempo de ranura: 2τ.
Protocolo basado en 5 procesos
z
z
z
z
z
16
Proceso
Proceso
Proceso
Proceso
Proceso
transmisor de tramas
receptor de tramas
transmisor de bits
receptor de bits
de aplazamiento
IEEE 802.3 CSMA/CD
Ejemplos de topología
50 m
PC
Concentrador
Clase II
100 m
50 m
Concentrador
Clase II
PC
Sabiendo que cada una de las tarjetas de red introduce un retardo
de ida y vuelta de 0.5 microsegundos, y cada concentrador un
retardo de ida y vuelta de 0.92 microsegundos, y que la velocidad de
la onda electromagnética en un cable UTP categoría 5 es 200000
km/segundo.
Se pide razonar si la topología es valida
17
Análisis de la topología
Componente
z
z
z
Retardo
2 Tarjetas ----------------> 1 microseg
2 Repetidores ------------> 1.84 microseg
400 metros ---------------> 2 microseg
__________________
4.84 < 51.2 ->Topología
25 m
PC
18
Concentrador
Clase II
200 m
25 m
Concentrador
Clase II
PC
válida
Transmisión de trama
Encapsulado
z
z
Ensamblar trama
Generación CRC
Gestión MAC
z
z
z
z
Transmisió
Transmisión de la trama
Ensamblado de la trama
Aplazamiento
SI
Detección de portadora
NO
Espacio entre tramas
Detección y resolución de
Fin Tx
colisiones
Backoff y retransmisión SI
NO
Comienzo Tx
SI
Envío Jam
Detecta colisi.
Intentos ++
NO
SI
Dem. Intentos
NO
Cal. Backoff
Transmisió
Transmisión OK
19
Error: nº elevado
de errores
Espera backoff
IEEE 802.3 CSMA/CD
Recepción de tramas
Desencapsulado
z
z
z
Recepció
Recepción de la trama
Reconocimiento de la
dirección
Validación CRC
Desensamblado
Gestión MAC
z
z
Comienzo de Rx
Fin de Rx
NO
SI
SI
Trama pequeña
NO
Determinar límites
Filtrado colisiones
SI
NO
Reconoce dir
NO
CRC vá
válido
SI
NO
SI
Bits extra
SI
NO
Longitud valida
Desensamblar trama
Error longitud
20
Recepción OK
Error de alineamiento
Error de CRC
IEEE 802.3 CSMA/CD
MdT y topologías
Parámetro
Medio de
Transmisión
Diámetro del
Cable
Técnica de
Señalización
Velocidad de
Transmisión
Longitud
Max. de
Segmento
Diámetro Max.
Nodos por
Segmento
21
10BASE5
(Ethernet)
Cable Coaxial
(50 Ω)
10BASE2
(Cheapernet)
Cable Coaxial
(50 Ω)
1BASE5
(StarLAN)
Par trenzado
sin apantallar
10BASET
10BROAD36
Par trenzado sin
apantallar
Cable Coaxial
(75 Ω)
10 mm.
Banda Base
(Manchester)
5 mm.
Banda Base
(Manchester)
0,4-0,6 mm.
Banda Base
(Manchester)
0,4-0,6 mm.
Banda Base
(Manchester)
0,4-1,0 mm.
Banda Ancha
(DPSK)
10 Mbps.
10 Mbps.
1 Mbps.
10 Mbps.
10 Mbps.
500 m.
185 m.
500 m.
100 m.
1800 m.
2500 m.
925 m.
2500 m.
500 m.
3600 m.
100
30
-
-
-
IEEE 802.3 CSMA/CD
Ethernet 10Base-5
MAU: Medium Attachment Unit
z
Emite, recibe y detecta.
AUI: Attachment Unit Interface
z
22
Conjunto de pares trenzados.
IEEE 802.3 CSMA/CD
Ethernet 10Base-2
23
IEEE 802.3 CSMA/CD
Ethernet 10Base-T
El repetidor detecta la colisión
mediante la presencia de señales
por más de una entrada, en cuyo
caso se realiza una difusión de la
señal presencia de colisión (CP)
por todos los puertos.
24
IEEE 802.3 CSMA/CD
Conexión de estaciones con
10Base-T, sin concentradores
¿Como conectarme con
otro PC ?
z
z
25
Cruzando las líneas de
transmisión y recepción.
T568A - T568B
IEEE 802.3 CSMA/CD
Ethernet 10Base-F
26
IEEE 802.3 CSMA/CD