Técnicas de Multiplexación, Control de Flujo y Encaminamiento en Redes

Técnicas de Multiplexación

Multiplexación por División de Frecuencia (FDM)

Cada señal se modula en una portadora de distinta frecuencia. Se utiliza cuando el ancho de banda del medio excede al requerido por las señales. Se usan bandas de guarda para evitar la diafonía (solapamiento de frecuencias). Es común en difusión de radio y TV.

Inconveniente: Canales reservados aunque no haya datos que transmitir.

Multiplexación por División de Tiempo Síncrona (TDM)

A cada señal se le asigna un intervalo de tiempo para transmitir de forma rotatoria. Se usa cuando la máxima velocidad de transmisión del medio excede la velocidad de las señales. Permite la gestión de señales a distintas velocidades.

Inconveniente: Canales reservados aunque no haya datos que transmitir.

Multiplexación por División de Tiempo Asíncrona (TDMA o Estadística)

Asigna intervalos de tiempo dinámicamente en función de la demanda. La posición de los intervalos no está preasignada. El multiplexor sondea las líneas de entrada y recopila datos hasta llenar por completo una trama. Cada ranura de tiempo transporta la dirección de la fuente y los datos.

El multiplexor estadístico da servicio a más dispositivos que el síncrono. La velocidad de salida es menor que la suma de velocidades de las entradas. Puede que la entrada exceda la capacidad de la línea multiplexada, por lo que hay que almacenar temporalmente este exceso.

Control de Flujo

Parada y Espera

El emisor transmite una trama y espera su confirmación (ACK) durante el tiempo del temporizador para transmitir otra. Si el temporizador expira sin confirmación, la trama se retransmite. Si se pierde la confirmación, el receptor obtendrá tramas duplicadas. Puede fallar si el temporizador vence prematuramente.

Es sencillo de implementar y eficaz con tramas muy grandes (desperdicia ancho de banda si las tramas son pequeñas).

Ventana Deslizante

Permite enviar tramas de tamaño W. Cada trama tiene un número de secuencia que para un campo de k bits está comprendido entre 0 y 2^(k-1). El tamaño de ventana es de 2^(k-1) en rechazo selectivo y de (2^k)-1 en vuelta atrás N.

• Ventana emisora: Lista de tramas enviadas por el emisor sin confirmar. Se reserva tanta memoria como posiciones tenga esta ventana para almacenarlas en caso de tener que retransmitirlas.
• Ventana receptora: Lista con W posiciones en la que se almacenan las tramas a aceptar. Se descartan las tramas recibidas con números de secuencia fuera de la ventana. Cuando llega una trama, se pasa a la capa de red, se genera una confirmación y se adelanta la ventana en uno.

Corrección de Errores Hacia Atrás (ARQ)

Retransmisión de tramas perdidas o dañadas. El emisor fija un temporizador y espera la confirmación del receptor. Si vence, reenviará la trama. El receptor puede enviar tramas de rechazo cuando recibe una trama con errores.

Rechazo no Selectivo (Vuelta Atrás N)

La capa de enlace rechaza cualquier trama excepto la que debe entregar a la capa de red. Cuando el emisor llena su ventana, no enviará más tramas y al vencer los temporizadores, reenviará todas las tramas, desde la confirmación a partir de la dañada, sin importar si están bien o mal. Desperdicia mucho ancho de banda.

Rechazo Selectivo

La capa de enlace almacena todas las tramas correctas tras la errónea, con lo que el emisor solo tiene que retransmitir la trama errónea. Aunque minimiza el número de transmisiones, tiene problemas:

• La ventana receptora debe tener suficiente capacidad para almacenar las tramas correctas desde el SREJ hasta la correcta.
• El receptor debe incorporar lógica adicional para insertar la trama reenviada en la posición correcta.

Técnicas de Encaminamiento

Circuitos Virtuales

Se utilizan en subredes orientadas a conexión.

• Encaminamiento: Se selecciona la ruta entre emisor y receptor cuando se establece la conexión. Esta ruta se mantiene durante toda la conexión y los paquetes la siguen.
• Direccionamiento: Cuando se establece la conexión, se asigna un número al CV.
• Tablas de encaminamiento: Los nodos tienen una tabla con los números de CV que los atraviesan. Cuando se establece el CV se añade una entrada a la tabla y cuando se libera, se elimina la entrada. Cuando un nodo recibe un paquete, lo reenvía teniendo en cuenta la línea de entrada por la que llegó y el número de CV que tiene.

Problema: En procesos con negociaciones con el usuario, las fases de un CV consumen demasiado tiempo.

Datagramas

No se determina por adelantado la ruta de los paquetes y, aunque el servicio pueda ser orientado a conexión, normalmente es sin conexión.

• Encaminamiento: Cada paquete se encamina independientemente y pueden viajar por rutas distintas y llegar desordenados.
• Direccionamiento: Cada paquete contiene las direcciones de origen y destino.
• Tablas de encaminamiento: Los nodos solo tienen una tabla con la línea de salida que usan para llegar al destino.

Ventajas:

• Más robustos que los CV porque tienen menos vulnerabilidad ante fallos en nodos, lo que perdería los paquetes en la cola del nodo.
• Mayor capacidad de adaptación frente a congestión, ya que las rutas pueden cambiar a mitad de conexión.

Problemas: Si los paquetes son muy pequeños, se desperdicia ancho de banda.

Comparación entre Circuitos Virtuales y Datagramas para Paquetes Pequeños

Si se transmiten pocos paquetes o de pequeño tamaño, resulta más adecuada la técnica de CV. En las subredes basadas en datagramas, si los paquetes son muy pequeños, se desperdicia mucho ancho de banda. Esto se debe a que, como cada datagrama se encamina independientemente, cada uno lleva las direcciones completas de origen y destino.

Tipos de Encaminamiento Según la Fuente de Información

Encaminamiento Aislado

Para crear la tabla de encaminamiento solo usa información local, no hay intercambio de información entre nodos. Se usa poco porque no aprovecha la información disponible. Ejemplos: inundación, aleatorio, patata caliente.

Encaminamiento Distribuido

La tabla de encaminamiento se basa en la información intercambiada entre nodos adyacentes y se crea mediante un algoritmo de mínimo coste. Es eficaz, pero aumenta el tráfico en la red y requiere saber cada cuánto tiempo se producen los intercambios de información entre nodos.

Encaminamiento Centralizado

Todos los nodos usan información global. Existe un nodo central (CCE) al cual el resto de nodos le envían información sobre los nodos adyacentes que tienen activos, la longitud de las colas de espera, la cantidad de tráfico procesado, etc. El CCE calcula las rutas óptimas desde cada nodo hacia el resto y distribuye las tablas de encaminamiento a todos los nodos.

Ventaja: Los nodos no tienen que calcular las tablas.

Desventajas:

• El cálculo de las tablas lleva mucho tiempo.
• Si el CCE falla, provoca un problema grave.
• Las tablas son distribuidas primero a los nodos cercanos y hay una fuerte concentración de tráfico en torno al CCE.

Encaminamiento por Inundación

Es un tipo de encaminamiento aislado y no adaptativo, que no usa información sobre la red. Cuando un nodo recibe un paquete, lo retransmite por todos los enlaces excepto por el que llegó, generando múltiples copias que se irán eliminando gracias al identificador único. Para limitar las retransmisiones excesivas, cada paquete tiene un contador de saltos que se inicializa con el valor mínimo de saltos entre emisor y receptor y que cada vez que pasa por un nodo disminuye una unidad. Cuando llega a 0, se descarta el paquete.

Ventajas:

• Prueba todos los caminos (robustez), lo que garantiza la recepción del paquete siempre que uno sea bueno.
• Existe al menos una copia del paquete en cada nodo, ya que los visita todos.

Desventaja: Genera mucho tráfico en la red, proporcional al número de enlaces.