Xarxes d'Àrea Local: Tipus, Components i Funcions

Enviado por Programa Chuletas y clasificado en Informática y Telecomunicaciones

Escrito el 16 de Marzo de 2025 en catalán con un tamaño de 75,41 KB

Tipus de Xarxes Segons la Cobertura Geogràfica

Les xarxes d'ordinadors es poden classificar segons la seva mida i abast geogràfic:

Personal Area Network (PAN): Xarxa utilitzada per a la comunicació entre dispositius (inclosos els mòbils) propers a una persona.
Local Area Network (LAN): Xarxa que cobreix una àrea geogràfica petita, com una oficina, una llar o un grup d'edificis.
Campus Area Network (CAN): Xarxa construïda per la unió de diverses LAN dins d'una àrea geogràfica limitada. Es pot considerar una forma de LAN o MAN específica d'un entorn acadèmic.
Metropolitan Area Network (MAN): Xarxa que, habitualment, abasta una ciutat.
Wide Area Network (WAN): Xarxa que proporciona suport de comunicacions a una àrea de la mida d'una regió, país o, fins i tot, una gran part del món.

Components d'una LAN

Una LAN està formada per quatre tipus de components:

Estació: L'exemple més conegut és un ordinador personal (PC). L'estació executa un programari especial (driver) per accedir a la xarxa.
Pila de protocols: Implementa els protocols de la xarxa d'àrea local. Normalment està inserida en un microprocessador de la targeta de xarxa dins l'estació.
Interfície física: Proporciona la interfície entre el maquinari de l'estació i el medi físic de transmissió.
Medi de transmissió: Proporciona el camí per on passen els senyals entre una estació i una altra.

Funció Principal de les Xarxes d'Àrea Local

La principal funció de les xarxes d'àrea local és connectar dispositius propers per oferir:

Accés a Internet: L'accés a Internet és compartit entre tots els usuaris de la xarxa.
Compartició de perifèrics: Es poden compartir dispositius relativament cars que només s'utilitzen una petita part del temps d'operació de cada estació.
Accés a programari i bases de dades compartits: Aquest tipus d'accés permet abaratir considerablement el cost del maquinari i programari.
Gestió de documents electrònics: Pot permetre, fins i tot, suprimir el flux de correu normal.

Classificació de les Xarxes d'Àrea Local

Les xarxes d'àrea local es poden classificar d'acord amb quatre característiques:

Topologia física/lògica de la xarxa: Bus, Anell, Estrella.
Tècnica de transmissió: Banda base, Banda ampla.
Medis de transmissió: Cablat, Sense fils.
Mecanisme de control d'accés al medi (MAC): Enquesta centralitzada, Assignació dinàmica o fixa, Accés aleatori.

Topologia Física i Lògica

La topologia física és la forma en què es connecten físicament les estacions. La topologia lògica és la forma en què la informació passa d'una estació a una altra. El cablat estructurat ha fet que actualment les xarxes presentin una topologia física d'estrella, i l'electrònica de xarxa s'encarrega d'implementar la topologia lògica.

Topologia de Bus

Totes les estacions estan connectades a un medi de transmissió comú (el bus). S'estableixen enllaços bidireccionals entre estacions per rebre informació des del bus i enviar-la cap al bus. Cada estació pot detectar i col·locar senyals en el bus d'acord amb un mètode de Control d'Accés al Medi (MAC). Només una estació pot transmetre en cada instant. La transmissió d'una estació es propaga en ambdós sentits i totes les estacions la reben. Només l'estació destinatària copia i processa la informació; les altres la ignoren.

Una fallada en el medi de transmissió interromp completament les transmissions.
La fallada d'algunes estacions no afecta la resta de la xarxa.
L'atenuació del senyal determina la longitud de la xarxa.
Les estacions no amplifiquen el senyal que es transmet sobre el medi.
El retard de propagació no depèn del nombre d'estacions.
El temps d'accés sí que es veu afectat pel nombre d'estacions i el volum de trànsit.
La xarxa pot alentir el seu funcionament si la càrrega de trànsit és considerable.

Topologia d'Anell

Les estacions estan connectades a l'anell amb repetidors. Els repetidors estan connectats entre si per formar l'anell. Aquests enllaços són unidireccionals; la informació es transmet només en un sentit. Cada repetidor regenera i retransmet cada bit. És una topologia activa. L'estació de destí copia la trama en el seu buffer a mesura que la rep. La trama continua circulant per l'anell fins que arriba a l'estació transmissora, que l'elimina.

Una fallada del medi de transmissió interromp la comunicació. Els anells duals contra-rotatoris proporcionen protecció contra fallades.
Fallades a les estacions o repetidors poden afectar considerablement les comunicacions. Derivacions passives mantenen l'anell intacte en cas de fallades a repetidors o estacions.
L'atenuació del senyal no és important, ja que els repetidors la regeneren.
El retard de propagació està afectat pel nombre d'estacions. Cada repetidor necessita temps per llegir i retransmetre el senyal.
Exemple d'anell usat a FDDI (Fiber Distributed Data Interface): Un anell és el primari, el que transporta la informació. El segon anell només actua de backup. En cas de fallada, el primer i el segon anell es connecten automàticament.

Topologia d'Estrella

Es construeix a partir d'un node central (hub o switch). Un hub és un repetidor. Quan rep una trama d'una estació, la retransmet a totes les altres estacions. La topologia física és d'estrella, però la lògica és un bus. Només una estació pot transmetre. Un switch filtra les trames segons l'adreça. Moltes estacions poden transmetre simultàniament. És la topologia física més habitual en les xarxes d'àrea local.

Una fallada en el medi de transmissió no interromp el funcionament de la xarxa.
Fallades a les estacions no afecten la resta de la xarxa.
Una fallada en el node central interromp completament el funcionament de la xarxa.
Avantatges: És senzill afegir estacions, és senzill trobar fallades a estacions o cables, el node central proporciona gestió centralitzada.
Inconvenients: Cal més cable que amb una topologia de bus o anell, el cost d'instal·lació és major, el node central és un punt crític de la xarxa.

Topologia de Malla

Una topologia mallada és aquella on cada node presenta, com a mínim, dues connexions a altres nodes. És la topologia física més habitual a les WAN. Les LAN sense fils mallades són un tipus de xarxes sense fils. És una topologia interessant en ambients hostils, ja que, en cas de fallada d'una ruta, se'n poden trobar d'alternatives.

Xarxes Sense Fils

Els nodes transmeten de forma omnidireccional, de manera que les topologies són molt variades. Les xarxes operen en mode ad-hoc o infraestructura amb l'ajuda de punts d'accés.

Xarxes Non-broadcast i Broadcast

Xarxes non-broadcast (no difusió, commutades o punt a punt): La comunicació s'estableix entre nodes adjacents. Els usuaris, habitualment, es comuniquen un a un. Exemples: Frame Relay i ATM.
Xarxes broadcast (difusió, medi compartit): Un medi únic és compartit entre tots els usuaris. La informació es propaga pel medi i totes les estacions la reben. A causa de la simplicitat i el baix cost, és la tècnica habitual de les xarxes d'àrea personal. Si dues estacions transmeten simultàniament, els senyals col·lideixen i s'interfereixen entre si. Per tant, cal una tècnica que permeti prevenir o minimitzar aquestes interferències.

Tècniques de Control d'Accés al Medi (MAC)

Diverses tècniques s'utilitzen per gestionar l'accés al medi en xarxes compartides:

Reunió informal amb evitació de col·lisions: Sense moderador. Tothom escolta i espera l'oportunitat per parlar. Quan es produeix un període de silenci, algú declara les intencions de parlar i parla. En aquest interval, la resta roman en silenci. CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance): Utilitzada en xarxes d'àrea local sense fils.
Reunió informal amb detecció de col·lisions: Sense moderador. Tothom escolta i espera l'oportunitat per parlar. Quan es produeix un període de silenci, algú comença a parlar sense avís previ. Si dues o més persones comencen a parlar al mateix temps, totes s'aturen. CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): Utilitzada en xarxes d'àrea local Ethernet.
Reunió formal: El moderador decideix qui parla en cada instant.
Enquesta centralitzada (polling): Un controlador central decideix quina estació és la següent en transmetre. S'usa a WLAN per oferir QoS.
Tècniques de pas de testimoni: Utilitzades en xarxes Token Ring i Token Bus.

Control Centralitzat i Distribuït

Control centralitzat: Una estació central enquesta a les estacions per indicar quan poden accedir al medi i transmetre. Les estacions transmeten quan se'ls sol·licita que ho facin o quan una petició per fer-ho és autoritzada. Avantatges: Proporciona gran flexibilitat, incloent prioritats i capacitat de transmissió garantida. Permet un sistema d'accés molt senzill a cada estació. Inconvenients: El procés d'enquesta introdueix un overhead considerable en condicions de poc tràfic. El controlador pot actuar de coll de botella, reduint el rendiment conjunt. La fallada del controlador afecta tota la xarxa.
Control distribuït: Cada estació assumeix part de la responsabilitat per controlar l'accés, detectar i resoldre problemes. Avantatges: No tenen un punt únic sensible a fallades. Inconvenients: No és tan flexible com el sistema d'enquesta i no ofereix QoS. Cada estació ha d'implementar la lògica de control, que és prou complexa. El rendiment es col·lapsa sota condicions de molt tràfic.

Accés Determinista i No Determinístic

Accés determinista: L'accés s'anomena determinista o sense contesa quan les estacions no lluiten per l'accés al medi. Permet conèixer el màxim de temps que haurà d'esperar una estació abans d'accedir al medi. Cada estació té garantit el dret de transmissió en un determinat interval de temps. Habitualment, aquests sistemes presenten control centralitzat. Avantatges: És el mecanisme efectiu en situacions de molta càrrega, ja que un accés sense control esdevindria un caos. Inconvenients: És ineficient en l'ús dels recursos i introdueix overhead en entorns de poc tràfic. S'aconsegueix un sistema sense contesa mitjançant l'assignació dinàmica o estàtica de recursos (capacitat de transmissió) a les estacions. L'assignació estàtica (o fixa), que utilitza tècniques com FDMA, CDMA, TDMA, no és adient per a LAN, ja que les necessitats de cada estació són imprevisibles. L'accés determinista utilitza tècniques com enquesta centralitzada, pas de testimoni i reserva. Aquestes tècniques són planificades enfront de les tècniques d'accés aleatori.
Accés no determinístic: Un sistema d'accés no determinístic no permet determinar de forma exacta la fita del temps a transcórrer abans que una estació tingui accés al medi. Fins i tot, no està assegurat el dret de transmissió dins un cert interval de temps. Els sistemes no determinístics també s'anomenen sistemes de contesa. No hi ha un control centralitzat per determinar els drets de transmissió. Les estacions contenen (lluiten) per l'accés al medi. Les tècniques de contesa són les més indicades per a tràfic a ràfegues. Les tècniques de contesa s'implementen fent que l'accés al medi sigui aleatori. Les tècniques d'accés aleatori són: ALOHA (asíncron), ALOHA ranurat (síncron), CSMA (Carrier Sense Multiple Access). Avantatges: Són d'implementació senzilla. Són efectives en entorns de tràfic reduït o moderat. Inconvenients: Els sistemes es col·lapsen en situacions de molta càrrega.

Enquesta Centralitzada

Un controlador central envia missatges d'enquesta (poll) a les estacions d'acord amb un ordre determinat. Normalment s'usa un sistema round-robin (torn rotatori). Quan l'estació rep el missatge, pot transmetre les dades.

Servei exhaustiu: Buida el buffer, incloses les noves arribades.
Gated Service: Buida el buffer.
Limitat a trama: Una trama per enquesta.
Limitat en temps: Cert temps per enquesta.
El walk time és el temps transcorregut entre la transmissió del missatge d'enquesta i l'inici de la transmissió de l'estació corresponent.
El temps de cicle és el temps transcorregut entre dues enquestes consecutives a la mateixa estació.
Servei exhaustiu: A mesura que creix la càrrega, ho fa el temps de cicle i el retard. El walk time total roman constant. Es pot considerar temps d'overhead, però negligible. Utilització de xarxa = ((temps de cicle − walk time total) / temps de cicle) * 100%.
Servei limitat: Si el tràfic és sensible a retards, és millor disposar d'un temps de cicle fitat. Assegura que els missatges d'enquesta es reben amb una freqüència mínima. Pot provocar que la utilització de la xarxa sigui més baixa.

Pas de Testimoni

La tècnica de pas de testimoni és un exemple d'enquesta descentralitzada. Es fonamenta en l'ús d'una trama especial anomenada testimoni, que circula entre les estacions, fins i tot si les estacions estan inactives. El testimoni assigna el dret de transmissió de dades. El testimoni conté una bandera que indica el seu estat:

Si és 0, el testimoni és lliure i pot ser capturat per una estació amb prou prioritat. Rebre un testimoni lliure equival a un missatge d'enquesta.
Si la bandera és 1, indica que el testimoni ja s'ha capturat i que la trama corresponent és en ús. El mateix testimoni (ocupat) s'usa com a capçalera de la trama de dades.
El funcionament de l'anell de testimonis normalment limita el temps que pot transmetre una estació. A vegades, no es limita el temps, però sí el nombre de trames. Aquestes limitacions permeten assegurar una fita superior del temps entre arribades successives del testimoni lliure a una mateixa estació.
Avantatges: Si moltes estacions han de transmetre dades, el funcionament round-robin resulta efectiu.
Inconvenient: Si són poques les estacions que han de transmetre, el pas del testimoni introdueix un overhead excessiu.

Tipus de Tràfic

L'eficiència d'un sistema MAC depèn molt del tipus de tràfic que tracta:

Tràfic a ràfegues: Transmissions curtes i esporàdiques separades per intervals de durada aleatòria. Normalment, l'espai entre dades supera la longitud de les dades. Per exemple: navegació web.
Tràfic de flux: Transmissions llargues i contínues. Per exemple: ràdio per Internet, descàrrega de grans fitxers.

Sistemes de Reserva

Els sistemes de reserva són especialment indicats per a tràfic de flux de dades. El temps de transmissió es divideix en ranures: Time Division Multiple Access (TDMA). En un sistema TDMA estàtic, les estacions reserven les ranures per un temps molt llarg. En un sistema TDMA dinàmic, les ranures de transmissió es reserven per a cada cicle dins la ranura de reserva. Les estacions escolten la ranura de reserva per saber l'ordre de transmissió. Si són moltes les estacions involucrades, pot fer-se que les estacions continguin per la ranura de reserva mitjançant alguna tècnica d'accés aleatori.

Protocols i Estàndards Específics

IEEE 802.5 (LAN d'Anell)

Xarxa d'anell unidireccional.
4 Mbps i 16 Mbps sobre parell trenat.
Codificació de línia Manchester diferencial.
L'accés es controla amb el protocol de pas de testimoni.
Equitat.
Prioritats d'accés.
Problemes en l'anell provoquen la caiguda de la xarxa.
Es millora la fiabilitat amb la topologia d'estrella. Les estacions es connecten en forma d'estrella a un centre de cablat.
Pot usar-se el cablat telefònic.
L'anell s'implementa dins el centre de cablat.
Poden eludir-se els enllaços o estacions que fallen mitjançant relés.
Altres funcions d'anell: Operacions de prioritat (PPP proporciona 8 nivells de prioritat; les estacions esperen un testimoni de prioritat igual o menor; s'usen els bits RRR per "proposar" la prioritat del següent testimoni), manteniment de l'anell (l'estació emissora ha d'eliminar les seves trames; condicions d'error: trames orfes, testimoni perdut, trames incorrectes; l'estació monitora activa és la responsable d'eliminar les trames orfes).
Latència de l'anell: càlculs i exemples.

FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

Protocol d'anell de testimonis per a LAN/MAN.
Topologia d'anell doble contra-rotatori.
100 Mbps sobre fibra òptica.
Fins a 200 km de diàmetre, fins a 500 estacions.
Les estacions tenen un buffer "elàstic" de 10 bits per absorbir les diferències de temps entre entrada i sortida.
Trama màxima de 40,000 bits.
500 estacions en 200 km resulta en una latència de 105,000 bits.
FDDI té l'opció d'operar en mode multi-testimoni.

Definició d'Àrea Local

Àrea local significa:

Propietat privada.
Allibera de les restriccions (regulacions) que imposen les WAN.
Distàncies curtes (~1 km) entre computadors.
Baix cost.
Comunicació d'alta velocitat i relativament lliure d'errors.
No cal un control d'error complex.
Màquines constantment en moviment.
Cal fer un seguiment de la posició dels ordinadors.
Assigna a cada màquina una adreça única.
Difusió de tots els missatges a totes les màquines de la LAN.
Necessiten un control d'accés al medi.

IEEE 802.1 (Capa d'Enllaç de Dades)

Segons l'estàndard IEEE 802.1, la capa d'enllaç de dades es divideix en:

Subcapa de control d'accés al medi: Coordina l'accés al medi, servei de transferència de trames no orientat a connexió, les màquines s'identifiquen amb una adreça MAC/física, difusió de trames amb adreces MAC.
Subcapa de control lògic de l'enllaç: Subcapa entre la capa de xarxa i la subcapa MAC.

IEEE 802.3 MAC (Ethernet)

Característiques del protocol MAC:

CSMA/CD.
El temps de ranura (Slot Time) és el paràmetre crític del sistema: Fita superior del temps per detectar col·lisions, fita superior del temps per capturar el canal, fita superior de la longitud del segment de trama generat per una col·lisió, quàntum per a la planificació de la retransmissió, Max{propagació anada-tornada, MAC jam time}.
Algorisme backoff exponencial binari truncat: retransmissió n-èssima: 0 < r < 2^k, on k = min(n, 10); abandona després de 16 intents.

Funcionament d'Ethernet

Una xarxa Ethernet pot estar en un de tres estats:

Xarxa aturada: no hi ha transmissió.
Xarxa en contesa: una (o varies) estacions transmeten amb risc de col·lisió. Això només pot succeir els primers 51,2 ms de transmissió (5,12 ms a 100 Mb/s).
Estació transmetent: una estació està transmetent sense risc de col·lisió. Això només succeeix quan l'estació ha superat el període de contesa.

L'estàndard IEEE 802.3 suposa que sempre transporta trames LLC, mentre que DIX distingeix el tipus d'informació (i procés destinatari) amb el camp tipus.

Sistemes desenvolupats per DIX no podrien treballar sobre 802.3; per tant, cal compatibilitzar-los, habitualment fent doble ús del camp tipus/longitud.
Exemples de protocols que usen format DIX: TCP/IP, DECNET Fase IV, LAT (Local Area Transport), IPX.
Exemples de protocols que usen format 802.3/LLC: Appletalk Fase 2, NetBIOS, IPX.

LLC (Logical Link Control, 802.2)

És la interfície entre la capa de xarxa i la subcapa de control d'accés al medi.
A Ethernet DIX, la subcapa LLC no existeix.
A Ethernet 802.3 i altres LAN (Token Ring, FDDI, etc.), la subcapa LLC és la que ofereix el suport multiprotocol.
Ofereix tres tipus de servei:
- LLC Tipus 1: Datagrames sense confirmació de rebut (com PPP, però sense comprovar CRC). Atesa l'elevada fiabilitat de les LAN (BER típica < 10^-12), és el més estès, però si hi ha errors, el rendiment baixa (< 10^-12) considerablement.
- LLC Tipus 2: Servei orientat a connexió fiable tipus HDLC. Molt poc utilitzat.
- LLC Tipus 3: Datagrames amb confirmació de recepció (intermedi entre els dos anteriors). Fins i tot menys utilitzat que el de tipus 2.

Ethernet Commutada

Topologia d'estrella.
Permet més tràfic que la topologia de bus.
El protocol CSMA/CD només s'aplica en el cas en què la targeta del commutador presenti diverses connexions cablejades.
Cada targeta presenta un domini de col·lisió.
Poden barrejar-se commutadors amb concentradors (hubs).

Fast Ethernet (100 Mbps)

Els 10 Mbps queden curts i apareixen noves LAN amb fibra òptica i topologia d'anell:

FDDI (Interfície de dades distribuïdes per fibra).
Fibre channel.

S'usen com a xarxes troncals, però amb poc èxit en sistemes d'escriptori. El 1992, IEEE 802.3 proposa crear una LAN més ràpida i surten dues propostes:

802.3 més ràpida: Fast Ethernet. 802.3u (1995).
Nou funcionament: 100 VG-AnyLAN (802.12). No té èxit.

Fast Ethernet (802.3u, 1995)

Idea bàsica: mantenir el format anterior (interfícies, format, regles de procediment) i només reduir el temps de bit de 100 ns a 10 ns. Hagués estat possible adaptar 10Base5 i 10Base2 reduint les distàncies, però tot el desenvolupament es realitza per a xarxes commutades.

100Base-TX

Codificació 4B/5B, dissenyada per a FDDI.
Els 32 possibles valors de 5 bits es divideixen en: 16 per transmetre informació (16 combinacions de 4 bits), alguns dels altres 16 per a senyals de control.
Eficiència: 4 bits en 5 bauds, 4/5 = 0,8.
Manchester: 1 bit en 2 bauds, 1/2 = 0,5.
L'eficiència major permet l'ús de freqüències més baixes i cablejat amb menor amplada de banda (125 Mbauds enfront de 200 Mbauds).
Full-duplex amb dos cables per estació (un per enviar i l'altre per rebre).

100Base-FX

Utilitza dues fibres multimode, una per a cada sentit de transmissió.
Funcionament dúplex total.
La distància entre estació i commutador pot arribar a 2 km; no poden usar-se concentradors.

Fast Ethernet (Resum)

100Base-T4 amb concentrador: CSMA/CD, Back-off, semidúplex.
100Base-T4/TX/FX amb commutador: Trames d'entrada a commutador guardades a buffers, diferents dominis de col·lisió.
L'estàndard defineix mecanismes de negociació per a les estacions i commutadors: Velocitat (10 Mbps, 100 Mbps), dúplex (semi, total).

Gigabit Ethernet (802.3z, 1998)

: • Objectius: – Ethernet 10 vegades mes rapida pero compatible amb estandards anteriors• Servei de datagrames sense confirmacio de recepcio amb difusio i multidifusio• Mateix esquema d’adrecament de 48 bits• Mantenir format de trama (incloses mides minima i maxima)• Resultat: – Connexions punt a punt (concentradors o commutadors)• Un cable sols te dos unics dispositius connectats. Dos modes de funcionament:• Duplex total• Semiduplex – Diferents medis de connexio

Gigabit Ethernet: duplex total: • Es el mode “normal” i el que permet trafic simultani en els dos sentits– S’usa si es disposa de commutadors – Totes les trames es guarden en el commutador – No cal escoltar el canal (l’ordinador es l’unic usuari) • No cal CSMA/CD: – La longitud del cable ve limitada per les perdues

Gigabit Ethernet: semiduplex: • S’usa si es disposa de concentradors• Cal CSMA/CD• La trama minima de 64 Bytes implica una longitud de cable maxima de 25m – Inacceptable. Diametres de fibra: 10, 50 i 62.5 micres• Longitud d’ona lasers: 0.85 i 1.3 micres• Codificacio 8B/10B (excepte 1000Base-T)• No tenen quatre bits identics seguits• No tenen mes de sis bits 1 o sis bits 0• Si es disposa de dues codificacions valides, es tria la que compensa el nombre de bits 1 o 0• Disposa de control de flux

10 Gigabit Ethernet (802.3ae): Es preserva l’estructura de trama• S’abandona oficialment el protocol CSMA-CD• Duplex total• Es defineixen dues capes fisiques– LAN PHY per a aplicacions de xarxa local– WAN PHY per a interconnexio de xarxes utilitzant SONET OC-192c

Producte Retard-Amplada de banda: _ El producte retard-amplada de banda és fonamental_ La coordinació de la compartició del medi consumeix amplada debanda (explícita o implícitament)_ La dificultat de coordinació està relacionada amb el producteretard-amplada de banda _ Exemple:_ Sigui un sistema en el que dues estacions comparteixen un medi _ Protocol d’accés:_ Una estació abans de transmetre, escolta el medi i transmet si el medi està lliure _ Durant la transmissió, l’estació controla el medi per detectar les col·lisions (senyal corromput amb senyal de l’altra estació) _ Si es produeix la col·lisió, l’estació que inicià primer la transmissió, (suposam temps de propagació conegut) retransmet quan el canal queda lliure. Cada transmissió de trama necessita 2tprop de silenci_ L’estació B necessita no transmetre tprop abans i després de l’instant en que l’estació A inicia la transmissió

Característiques dels protocols MAC:Producte retard-amplada de banda, Eficiència, Retard de transferencia, Equitat, Fiabilitat, Capacitat per transportat diferents tipus de tràfic, Qualitat de servei, Cost

Comportament del retard MAC: Retard transferència de trama: Des de que el primer bit de la trama arriba a la font MAC fins que el darrer bit de la trama s’entrega en el destí MAC.Throughput: Taxa de transferència real a través del medi compartit, mesurat en trames/segon o bits/segon _ Suposem un sistema amb els següent paràmetres: Taxa de transmissió: R bits/sec; Longitud trames: L bits; Temps de transmissió de trama: X=L/R segons/trama;mitjana de la taxa d’arribada agregada entre M estacions: l trames/segon:Càrrega o throughput normalitzat: r = l X= l L/R (taxa d’arribada del “treball”). La càrrega agregada mai pot superar el valor d’R; Troughput màxim (Eficiència del 100%): R/L tr/sec; rmax

ALOHA: _ Enllaç sense fils per proporcionar transferència de dades entreel campus central i els campus remots de la Universitat deHawai_ Solució molt senzilla: prova-ho_ Una estació transmet quan té dades per transmetre_ Si es transmeten més trames simultàniament, s’interfereixen(col·lisionen) i es perden_ Si l’ACK no es rep dins el timeout, l’estació selecciona un temps de guarda aleatori (backoff time) per evitar col·lisions repetides_ L’estació retransmet després del temps de guarda. Qualsevol transmissió iniciada durant el período vulnerable provocarà una col·lisió_ Èxit si no hi ha arribades en un període de 2X segons

Assumpció d’Abramson_ Quina és la probabilitat de que no es produeixin arribades en el períodovulnerable?_ Assumpció d’Abramson: L’efecte de l’algorisme de backoff és que lesarribades són equiprobables en qualsevol interval_ G és la mitjana del nombre d’arribades per X segons_ Dividim X en n intervals de durada D=X/n_ p = probabilitat d’arribada en un interval D, aleshoresG = n p ja que hi ha n intervals en X segons. Les col·lisions són els mecanismes per a coordinar l’accés _ El throughput màxim és rmax= 1/2e (18.4%)_ Comportament bimodal: G petit, S≈G, G gran, S↓0_ Les col·lisions poden provocar l’efecte de bola de neu i reduir el throughput a zero

Slotted ALOHA: _ El temps es divideix en intervals de X segons_ Les estacions es sincronitzen a intervals de trama_ Les estacions transmeten les trames en el primer slot després del’arribada_ Els intervals de guarda són múltiples del temps d’slot. El protocol de reserva permet que un gran nombre d’estacions amb tràfic infreqüent reservin els slots per a la transmissió en cicles posteriors_ Cada cicle disposa de mini-slots per a les reserves_ Les estacions usen l’slotted Aloha durant els mini-slots per reservar els slots

Carrier Sensing Multiple Access (CSMA): L’estació A captura el canal a t = tprop_ L’estació comprova el canal abans d’iniciar la transmissió_ Si està ocupat, espera o calcula el temps de guarda (opcions diferents)_ Si està buit, inicia la transmissió_ El període vulnerable es redueix a tprop (degut a l’efecte captura del canal)_ Les possibles col·lisions impliquen el temps complet de transmissió de trama_ Si tprop >X (o si a>1), no hi millora respecte a ALOHA o slotted ALOHA. Opciones CSMA: Comportament del transmissor quan es detecta el canal ocupat_ CSMA 1-persistent: Inicia la transmissió tan aviat com el canal és buit,Retard i eficiència baixos_ CSMA No-persistent: Espera el període de guarda, aleshores comprova l’estat altra vegada, Retard i eficiència elevats_ CSMA p-persistent, Espera que el canal sigui buit, transmet amb probabilitat p o, amb probabilitat 1-p, espera un temps de mini-slot i comprova l’estat altra vegada, Retard i eficiència ajustables

CSMA amb detecció de col·lisió (CSMA/CD)_ Detecta les col·lisions i interromp les transmissions_ Les estacions amb trames per enviar, comproven el canal_ Després d’iniciar les transmissions, segueixen escoltant el medi perdetectar les col·lisions_ Si es detecta la col·lisió, totes les estacions implicades detenen latransmissió, calculen temps de guarda aleatoris i ho intenten altra vegada en els instants calculats_ Les col·lisions a CSMA provoquen un pèrdua de X segons esperant la transmissió d’una trama completa_ CSMA-CD redueix la pèrdua en avortar la transmissió després de la detecció d’una col·lisió

Model CSMA-CD_ Assumpcions_ Les col·lisions es poden detectar i resoldre en 2tprop_ El temps es divideix en 2tprop slots durant els períodes de contesa_ Suposa n estacions ocupades, cada una pot transmetre ambprobabilitat p en cada slot del període de contesa_ Acabat el període de contesa (una estació ocupa satisfactòriament elcanal) calen X segons per a transmetre una trama_ Calen tprop abans d’iniciar el nou període de contesa

Control d’accés al medi amb planificació: _ Les transmissions de trama es planifiquen per tald’evitar les col·lisions en el medi compartit_ Utilització del canal més eficient_ Retards menys variables_ Pot proporcionar-se equitat a les estacions_ Més complexitat computacional i procedimental_ Principals sistemes_ Reserva_ Enquesta

Sistema de reserva: _ Sistemes centralitzats: Un controlador central accepta peticionsdes de les estacions i atorga drets de transmissió_ Frequency Division Duplex (FDD): Bandes de freqüència separadesper pujada i baixada_ Time-Division Duplex (TDD): El temps de pujada i baixadacomparteixen el mateix canal_ Sistemes distribuïts: Les estacions implementen un algorisme no centralitzat per determinar l’ordre de transmissió Les transmissions s’organitzen en cicles_ Cicle: interval de reserva + transmissions de trames_ L’interval de reserva disposa de minislots per a que cada estació pugui reservar períodes de trama

Opcions del sistemes de reserva: _ Sistema centralitzat o distribuït_ Sistema centralitzat: Un controlador central escolta les peticionsde reserva, decideix l’ordre, atorga els drets_ Sistemes distribuïts: Cada estació determina els seus slots de transmissió a partir de la informació de reserva_ Trames úniques o múltiples_ Reserva de trama única: Sols es pot reservar una trama en cada període de reserva_ Reserva de múltiples trames: Poden reservar-se varies trames en cada cicle _ Reserves canalitzades o d’accés aleatori_ Reserves canalitzades (TDMA): Els missatges de reserva es mutiplexen sense risc de col·lisió _ Reserves per accés aleatori: Cada estació transmet les seves peticions de reserva aleatòriament fins que l’intent és reeixit

Sistemes de reserva amb accés aleatori: _ Si un sistema està format per moltes estacions, pot serineficient dedicar un minislot a cada estació_ Slotted ALOHA pot usar-se com a sistema de reserva_ Les estacions usen slotted Aloha per reservar sobre els minislots_ En mitjana, cada reserva requereix, com a mínim, e minislots_ El temps efectiu requerit per a cada reserva és 2.71vX

General Packet Radio Service(GPRS): _ Servei de paquets de dades sobre sistema cel·lular GSM_ Els dispositius GPRS, p.ex. Mòbils o portàtils, envien paquets de dades sobre el sistema radio i després a Internet_ S’usa Slotted Aloha per a les reserves_ Pot suportar reserves de trama única o múltiple

Sistemes de reserva i qualitat de servei: _ Aplicacions diferents -> requeriments diferents_ Transferència immediata per a trames ACK_ Poc retard i amplada de banda estable per a veu_ Amplada de banda elevada per a transferències Web_ Les reserves són una eina immediata per a oferir QoS_ Les estacions poden realitzar peticions per trama_ Les estacions poden sol·licitar drets de transmissió permanents_ Un controlador central atorga els drets_ Sistema preferit_ Protocol descentralitzat permet que les estacions fixin els drets_ El protocol ha de tractar condicions d’error o pèrdues de peticions i drets

Sistemes d’enquesta: _ Sistemes d’enquesta centralitzats: Un controlador central transmetmissatges d’enquesta d’acord a un cert ordre_ Sistemes d’enquesta distribuïts: El permís de transmissió de trama espassa d’estació en estació d’acord a un determinat ordre_ Existeix un procediment de senyalització per a determinar l’ordre. Opcions dels sistemes d’enquesta_ Límits del servei: Quantes trames s’accepten perpregunta?_ Exhaustiva: fins que el buffer de dades de l’estació és buit(incloses les noves trames arribades)_ Gated: totes les dades del buffer en el moment de la pregunta_ Frame-Limited: una trama per pregunta_ Time-Limited: fins a un temps màxim_ Mecanismes de prioritat_ Es pot concedir més amplada de banda i menor retard a les estacions si apareixen diverses vegades dins la llista d’enquesta_ Poden establir-se nivells de prioritat per interrogar més a determinades estacions

Walk Time i Cycle Time: _ Suposem que l’ordre d’interrogació és round robin_ Es “tuda” temps interrogant a les estacions_ Temps per preparar i enviar el missatge d’interrogació_ Temps per a que l’estació respongui_ Walk time: des de que l’estació completa la transmissió fins que lasegüent estació inicia la transmissió_ Cycle time és el temps entre dues interrogacions successives a la mateixaestacio_ Overhead cicle = walk time total/cycle time

Mètodes de reinserció de testimoni: _ Latència d’anell: nombre de bits que podenestar en trànsit simultàniament sobre l’anel. Operació multitestimoni (Fig. 1): _ El testimoni lliure es transmetimmediatament després del darrer bit de latrama_ Operació testimoni únic (Fig. 2): _ El testimoni lliure s’insereix després que es torni a rebre el darrer bit del testimoni ocupat _ El temps de transmissió és com a mínim la latència de l’anell_ Si la trama és més llarga que la latència de l’anell, equival a una operació multitestimoni_ Operació trama única (Fig. 3): El testimoni lliure s’insereix després que l’estació transmissora rebi el darrer bit de la seva trama_ Equival a afegir un cua igual a la latència de l’anell

Comparació de tècniques MAC: _ Aloha & Slotted Aloha: _ Transferència senzilla i ràpida en condicions de càrrega molt baixa_ Acomoda un gran nombre d’usuaris de tràfic a ràfegues baix_ Retard molt variable a càrregues moderades_ L’eficiència no depèn d’ a_ CSMA-CD:_ Transferència ràpida i eficiència gran per productes retard-amplada debanda baixos_ Acomoda un gran nombre d’usuaris de tràfic a ràfegues_ Retard variable i impredible _Reserva:_ Transmissió sota demanda de fluxes a ràfegues o estables_ Acomoda un gran nombre d’usuaris de baix tràfic amb reserves slottedAloha_ Pot incorporar QoS_ Gestiona productes retard-amplada de banda grans amb retardsgarantits_ Enquesta:_ Generalització del multiplexat per divisió de temps_ Proporciona equitat mitjançant oportunitats d’accés regulars_ Pot proporcionar retards d’accés fitats_ El rendiment baixa amb productes retard-amplada de banda elevats

Canalització: _ Assignació semiestàtica d’una porció de l’amplada de banda d’un medi compartit a un determinat usuari _ És molt eficient en sistemes amb tràfic de taxa constant de bit_ És el sistema més usual en:Xarxes de telefonia cel·lular y Xarxes de difusió de radio i televisió terrestres o per satèl·lit. És massa inflexible per poder assignar banda a usuaris amb requeriments diferents _ Ineficient per a tràfic a ràfegues_ No s’adapta be amb molts d’usuaris_ La mitjana del retard de transferència augmenta amb el nombre d’usuaris M_ Un sistema MAC dinàmic és molt millor per gestionar tràfic a Ràfegues

Sistemes de canalització: _ Frequency Division Multiple Access (FDMA)_ S’assigna una determinada amplada de banda a cada usuari_ Difusió de radio i TV, telefonia analògica cel·lular; _ Time Division Multiple Access (TDMA)_ S’assignen slots temporal periòdics als usuaris_ Telephone backbone, GSM; _ Code Division Multiple Access (CDMA)_ S’assigna un codi a cada usuari_ Telefonia cel·lular, telefonia 3G cel·lular

Bandes de guarda:_ FDMA_ Les bandes de freqüència no poden encavalcar-se per tald’evitar interferències_ Les bandes de guarda asseguren la separació però representenuna mena d’overhead_ TDMA_ Les estacions han de sincronitzar-se amb un rellotge comú_ Els interval de temps entre ràfegues de les diferents estacionseviten les col·lisions però representen una mena d’overhead_ S’han de considerar els retards de propagació

CDMA: La informació de l’usuari es representa mitjançant +1 o -1 de T segons_ Es multiplica la informació per una seqüència binària pseudo-aleatòria de G “chips” (+1’s i -1’s)_ L’espectre resultant ocupa G vegades més amplada de banda: W = GW1_ Es modula el senyal eixamplat amb una sinusoide de la fc apropiada

Demodulacion CDMA: Recupera el senyal d’espectre eixamplat_ Es sincronitza i multiplica el senyal amb la mateixa seqüència pseudo-aleatòria usada en la transmissió_ En absència d’altres transmissors i soroll es recupera la informació original _ Els altres transmissors apareixen com a soroll residual

Canalització per codi: _ Cada canal utilitza un codi pseudo-aleatori diferent_ Els codis presenten poca correlació creuada_ Si difereixen en la meitat dels bits, la correlació és propera a zero il’efecte sobre el senyal dels altres usuaris és molt petit_ A mesura que els nombre d’usuaris augmenta, l’efecte sobre elsenyal és un increment del soroll additiu_ CDMA presenta un increment gradual de la BER degut al sorollprovocat per l’augment d’usuaris_ Les interferències entre canals poden eliminar-se si s’usen codisortogonals i es sincronitzen transmissors i receptors

ATM: Característiques bàsiques: És una xarxa de commutació de paquets. Tot tipus d’informació es transmet en paquets petits de longitud fixa anomenats cel·les. Capçalera de funcionalitat molt limitada _ processament ràpid. Camp d’informació fix i petit _ buffer petit _ petits retards i variacions de retard (serveis en temps real). No hi ha control d’errors o de flux a la capa l’enllaç. La qualitat dels enllaços és molt elevada Bona planificació dels recursos (mode orientat a connexió). Opera en mode orientat a connexió. Abans de transmetre _ establir una connexió lògica _ verificar estadísticament si hi ha recursos disponibles _«reservar» aquests recursos.

Capa física: S’encarrega de la transmissió d’un flux de bits pel medi de transmissió (defineix nivells de tensions que cal utilitzar, sincronització....) Característiques: Mode de transferència asíncron, «Independent» del medi físic, Diferents medis de transmissió definits, Xarxa punt a punt, Subcapes, Subcapa de medi físic, Subcapa de convergència de transmissió

«Independent» del medi físic: ATM no descriu un format per transmetre les cel·les, només indica que les cel·les es poden enviar directament o en la càrrega útil (payload) de qualsevol sistema portador (l’estàndard indica com s’adapten als diferents sistemes portadors SDH, PDH, FDDI, múltiples subcapes PMC i TC definides). Mitjans de transmissió estandarditzats. En general, s’utilitza fibra òptica (enllaços de molts Km), encara que per a distancies curtes (100m o menys) es poden utilitzar el cable coaxial o el cable de parells trenats (UTP-5 i UTP-3). S’han definit: Cable coaxial (2,048, 45, 34Mbps) Fibra òptica multimode (155, 622, 100Mbps) Fibra òptica monomode (155, 622Mbps) UTP-5 (155Mbps)UTP-3 (25.6 , 51.8Mbps)

Xarxa punt a punt: La difusió s’obté en els commutadors que copien una cel·la d’entrada en múltiples sortides. Un enllaç bidireccional simultani (full duplex link) necessita dues línies, una per a cada direcció.

Subcapa de medi físic (PMD): Posa i treu els bits del medi (dispositius òptics, en el cas de fibra òptica o elèctrics, en el cas de coaxial) i és responsable de la sincronització en l’àmbit de bit.Funcions dependents del medi utilitzat: es defineixen diferents subcapes PMD per a diferents medis, estructures de trama i taxes de transmissió.

Subcapa de convergència de transmissió (TC): Fa funcions que corresponen fonamentalment a la capa d’enllaç OSI. Transmissió (1): Generació d’una seqüència de control d’errors per a la capçalera, Codi corrector= Verificació de redundància cíclica més una constant per evitar capçaleres amb molts zeros. Transmissió (2): Una vegada generat l’HEC la cel·la pot ser transmesa. Mitjà asíncron: la cel·la pot ser transmesa immediatament. Mitjà síncron: es necessita fer una adaptació a l’estructura de transmissió (SDH, PDH, FDDI).– Generació de trames del sistema de transmissió triat.– Mapatge de les cel·les dins l’estructura de transmissió triada.– Adaptació de la taxa de cel·les: si no hi ha cel·les disponibles s’insereixen cel·les buides o cel·les d’operació i de manteniment (OAM), que també s’utilitzen entre els commutadors per intercanviar informació de control i de manteniment del sistema.

Subcapa de convergència de transmissió (TC): Recepció (1): Llegeix el flux de bits, Identifica l’inici i el final de les cel·les, Comprova la suma de verificació (checksum) de les capçaleres per detectar errors, Elimina les cel·les errònies, Identifica i elimina les cel·les buides, Envia les cel·les de dades i altres cel·les d’OAM a la capa ATM Recepció (2): delimitació de les cel·les si la transferència és asíncrona. S’utilitza l’HEC, Es comprova, per a cada 40 bits, si l’HEC és vàlid. Si no ho és desplaça 1 bit; si ho és es decideix que és una capçalera i que s’ha sincronitzat el sistema. PROBLEMA: amb 8 bits la probabilitat d’obtenir un HEC vàlid encara que no tinguem una capçalera és de 1/256, massa alta, s’ha de millorar el mètode. Recepció (3): delimitació de les cel·les. Amb aquest esquema la probabilitat d’arribar a l’estat de sincronització per error és de 1/2 ^8σ. Per evitar que un usuari intenti fer perdre la sincronia inserint una càrrega útil (payload) que pugui semblar una capçalera, els bits d’aquesta càrrega útil es desordenen en transmissió i es tornen a ordenar en recepció. Aquest mecanisme suposa una violació de l’estructura de capes!

Capa ATM: La capa ATM no s’hi correspon exactament, però la major part de les seves funcions corresponen a les funcions bàsiques d’una capa de xarxa. Trasllada cel·les des de l’origen a la destinació partint de la informació de les seves capçaleres. Fa tasques d’encaminament i altres protocols entre commutadors. Gestiona adreces globals, Esquema orientat a connexió, ATM commutació de paquets orientat a connexió. L’element bàsic de la capa ATM és el circuit/canal virtual (VC).

Xarxa de circuits commutats _ s’estableix un camí físic des de l’origen fins a la destinació. Xarxa de circuits virtuals _ se selecciona una ruta i tots els encaminadors (commutadors ATM) al llarg del camí ajusten les taules d’encaminament. Un circuit virtual és unidireccional, encara que es pot generar una parella amb el mateix identificador per a cada direcció (enllaç bidireccional simultani -full duplex link-); d’aquesta manera es poden definir diferents propietats a cada sentit (ex. trànsit asimètric). Es tracta d’un esquema sense ACK. Esta optimitzat pel seu ús amb la fibra òptica. Mes adequat per a la transmissió de serveis amb temps real, en els quals sovint és pitjor retransmetre que ignorar una cel·la errònia. No cal, si és necessari ja ho faran les capes superiors. Es garanteix l’ordenació de les cel·les dins un canal virtual (per a cel·les de diferents canals virtuals es comporta com una xarxa de commutació de paquets clàssica). Es permet rebutjar cel·les en situacions de congestió.

Jerarquia de connexions: Connexions físiques (cables): les dades que travessen aquestes connexions físiques s’organitzen en connexions virtuals. Connexions virtuals:

Canals virtuals (VC-Virtual Channel): connexió entre dos nodes ATM amb un identificador únic (VCI). Totes les cel·les que formen part de la transacció associada a aquella connexió tendran el VCI corresponent a la capçalera. Camins virtuals (VP- Virtual Path): grups de VC que presentenrequeriments similars entre dues interfícies ATM amb un únic identificador (VPI). Connexions de canals virtuals (VCC- Virtual Channel Connection): és un camí de cap a cap d’un senyal ATM que va des de l’origen fins a la destinació. Un VCC està format per un conjunt de salts intermedis (VC i VP) identificats pels seus VPI i VCI. Format de les cel·les: Tipus de interfícies: UNI i NNI. El contingut de les capçaleres de les cel·les depèn de la interfície (de qui parla amb qui)

Format de les cel·les: GFC: només apareix a la interfície UNI (desapareix en el primer commutador). No s’utilitza. VPI: identifica un camí virtual (256-UNI i 4096-NNI, ja que s'assumeix que la xarxa gestiona molt més que tan sols un usuari). VCI: identifica un circuit virtual dins un camí virtual (65.536 dins cada VP). CLP (Cell Loss Priority): distingeix entre dos tipus de prioritats: 0 alta, 1 baixa. En cas de congestió s’eliminen primer les cel·les amb CLP:1. HEC (Header Error Check): corregeix tots els errors d’un bit i detecta el 90% del errors multibit. Càrrega útil (payload): 48 bytes per a dades d’usuari o desenyalització. No tots estan disponibles, alguns protocols AAL insereixen capçaleres i cues dins la càrrega útil.

Format de les cel·les: PTI: Tipus de càrrega útil (payload) 000 cel·la de dades d’usuari, no congestió, tipus 0. 001 cel·la de dades d’usuari, no congestió, tipus 1. 010 cel·la de dades d’usuari, congestió, tipus 0. 011 cel·la de dades d’usuari, congestió, tipus 1. 100 informació de manteniment entre commutadors adjacents. 101 informació de manteniment entre commutadors d’origen i de destí. 110 cel·la de gestió de recursos (control de congestió ABR). 111 per definir. El tipus de cel·la el decideix l’usuari, però la informació de control la fixa la xarxa (és a dir, una cel·la pot partir amb PTI=000 i arribar amb PTI=010).

Capa d’adaptació ATM (AAL): AAL tradueix i estableix un camí entre la capa ATM i les capes superiors. A mesura que la informació passa cap a la xarxa, AAL converteix i divideix els paquets d’informació en cel·les, i viceversa, a la recepció. Depenent del tipus d’informació que desitgem transmetre, es necessiten unes funcions d’adaptació o unes altres i, per aquest motiu, es defineixen diferents tipus d’AAL. Està format per dues subcapes: CS (convergence sublayer): prepara les dades de capes superiors per a la seva conversió en cel·les. SAR (segmentation and reassembly sublayer): divideix la informació en segments adequats per al seu empaquetament dins les càrregues útils (payloads) de les cel·les (segments de 44, 48, o 47 bytes depenent de les dimensions de les capçaleres i les cues d’aquella AAL).

AAL-1: Tràfic en temps real, a taxa constant (CBR) i orientat a connexió (Àudio i vídeo sense compressió-bit stream). La capa AAL1 ha de mantenir la velocitat constant, mínim retard i jitter i l’ordre de la seqüència, però no es preocupa de corregir errors o demanar retransmissions.

AAL2: Adequat per a trànsit en temps real, a taxa variable (rt-VBR) i orientat a connexió (veu, àudio i vídeo amb compressió).

AAL3/4: Adequat per trànsit en temps no real, a taxa variable (nrt-VBR) i orientat (AAL3)o no(AAL4) a connexió (senyalització, transferència de dades) Permet compartir un mateix VCC per a múltiples sessions gràcies a un camp d’identificació a la capçalera del SAR (abarateix costs)

AAL5: Adequat per a trànsit en temps no real, per a ràfegues (ABR-UBR) i orientat o no a connexió (transferència de fitxers, correus electrònics...). També anomenat Simple Efficient Adaptation Layer (SEAL), ja que és el més simple de tots.

Establir i dur a terme trucades ATM (Q.2931): Tipus de trucades: commutades i permanents. Etapes: Assignació d’adreces, Establiment de trucades– Demanda de connexió– Contractes de trànsit– Resolució del camí– Acceptació; Manteniment de les trucades, Alliberament de les trucades

Tipus de trucades: permanents: Les taules VPI/VCI a cada node activades per l’administrador de la xarxa en el moment de la subscripció.

Tipus de trucades: commutades (1): Les taules VPI/VCI, inicialment buides, activades per missatges de senyalització a cada node. Les taules VPI/VCI activades. A les connexions de canals virtuals establertes es poden transmetre dades. S’envien missatges de senyalització per esborrar les entrades de les taules i eliminar el VCC.

Assignació d’adreces: Abans que es pugui establir algun tipus de connexió és necessari que tots els dispositius d’una xarxa ATM tinguin una única adreça. L’assignació d’adreces es fa de manera automàtica: quan una estació es connecta per primera vegada a una xarxa ATM envia una cel·la especial de gestió al commutador al qual està connectada i demana una adreça ATM. El commutador respon amb una altra cel·la especial amb l’adreça assignada de 20 bytes de longitud.

Establiment de trucades: Demanda de connexió: L’establiment de trucada s’inicia a l’estació font que envia un missatge de demanda de connexió (setup) al commutador al qual està connectada. El commutador reconeix que les cel·les enviades corresponen a una demanda de connexió perquè sempre s’utilitza una determinada combinació de VPI i VCI reservats al UNI per a aquesta tasca (VCI=5 i VPI=0). El missatge de connexió inclou l’adreça ATM destinació i els paràmetres de QoS requerits per a aquella connexió. Una vegada que el commutador l’ha rebut, respon amb un missatge trucada en curs (call proceeding) i comença amb el procés de resolució de l’adreça destinació.Contractes de trànsit: Els commutadors i les estacions en una xarxa ATM s’han de posar d’acord sobre les característiques de la connexió en termes de taxa de transferència de dades (throughput) i retards. Aquest contracte de trànsit ha de ser negociat amb èxit abans que es pugui establir la connexió. Si el commutador rep una demanda de connexió comprovarà si pot admetre la nova connexió; és a dir, examinarà els recursos disponibles en el port i en l’enllaç pel qual a arribat la demanda i els compararà amb els requeriments de la connexió. Si el commutador pot acceptar la nova connexió sense comprometre els requeriments de les altres connexions en curs, estableix la connexió (assigna un VCI i un VPI) i notifica el commutador previ (o l’estació) dels identificadors del nou canal virtual. En cas que no sigui possible, el commutador refusa la connexió i envia un missatge d’alliberament de trucada (release) enrere, cap al commutador previ o l’estació. Resolució del camí: Consisteix a trobar un camí per a una connexió a partir de l’adreça del node destinació. ATM no especifica un algorisme concret d’encaminament. En un entorn ATM bàsic on un conjunt d’estacions ATM estan connectades a un únic commutador, la resolució del camí consisteix simplement a relacionar dos ports del commutador. El commutador coneix el port de l’estació destinació i els recursos disponibles en aquest port. Si hi ha recursos suficients passarà la demanda de connexió a l’estació destinació, i la taula d’associació de VCI i VPI quedarà establerta. En un entorn format per diversos commutadors organitzats de manera jeràrquica, el procés és més complex, ja que no resulta tan fàcil per al commutador determinar camins vàlids on hi ha recursos disponibles per a aquella connexió. El commutador necessita informació actualitzada sobre l’estat i l’organització de la xarxa. Aquesta informació l’aconsegueix gràcies a la transmissió de missatges entre els commutadors de la xarxa. Així doncs, el primer commutador que rep una demanda de connexió compara l’adreça destinació amb la seva llista d’estacions conegudes. Quan la troba determina un camí vàlid tenint en compte la seva visió de la situació de la xarxa aconseguida amb l’intercanvi de missatges i els requeriments d’aquella connexió. Per determinar la ruta vàlida primer es mira la velocitat de transferència de dades (throughput) requerit i s’eliminen tots els enllaços possibles que no compleixin aquest requeriment. D’entre tots els camins possibles se seleccionen els més curts i finalment es miren paràmetres de retard i altres aspectes dels enllaços afectats. Quan s’ha fixat el camí, el commutador prepara un missatge de demanda de connexió en el qual s’indica la llista de commutadors de la ruta (llista de trànsit designada). Cada vegada que aquesta demanda arriba a un nou commutador aquest verifica el contracte de trànsit descrit anteriorment.

Acceptació: Quan el darrer commutador de la llista rep la demanda de connexió, identifica l’estació destinatària i, desprès de verificar els recursos, fabrica una cel·la de demanda de connexió semblant a la transmesa per l’estació font (amb format UNI). L’estació reconeix que es tracta d’una demanda, examina els requeriments del contracte de trànsit i tria acceptar la connexió o refusar-la. Si accepta, transmet al darrer commutador un missatge de connexió (connect) que serà reenviat a través del VCC, que havia estat establert a mesura que la demanda de connexió avançava. De manera equivalent, si no accepta enviarà un missatge de refús que recorrerà el VCC i, a mesura que passi, els commutadors aniran eliminant els canals/camins virtuals establerts. Les trucades de difusió s’estableixen afegint nous destinataris una vegada que s’ha establert la primera connexió (missatges add party).

Manteniment de les trucades: Operacions dels commutadors: Atès que s’ha establert un VCC entre l’origen i la destinació els commutadors no necessiten conèixer tot el camí, es limiten a passar les cel·les de port a port amb l’intercanvi de VCI i VPI corresponent a la taula d’associacions construïda en el moment de l’establiment de trucada. ATM recomana que dins la xarxa l’encaminament es faci a partir dels VPI i que només s’utilitzi el VCI als commutadors extrems. Notar que la taula té dues entrades invertides corresponents al flux de cel·les del mateix VCC en direccions oposades. Alliberament de les trucades: Quan una de les estacions decideix acabar la trucada s’inicia un procés invers al de l’establiment de la trucada: l’estació envia un missatge d’alliberament (release) de trucada al commutador al qual està connectada. Aquesta cel·la UNI serà transformada en un altra en format NNI i serà enviada al commutador següent del camí. L’entrada a la taula d’associacions corresponent en aquell VCC serà esborrada i la informació sobre la capacitat disponible del commutador s’actualitzarà. I així a cada commutador a mesura que circula el missatge d’alliberament per la xarxa (crema els ponts).

Per assegurar la QoS (Quality of Service) de les connexions ATM, la xarxa ATM incorpora un conjunt de mecanismes de control de trànsit que es fonamenten en un contracte entre l’usuari i l’operador en el moment d’establir una connexió. Si la xarxa és pública aquest contracte tendrà implicacions legals. Aquest contracte defineix, utilitzant un conjunt de paràmetres quantitatius : El trànsit que suportarà la connexió (tipus i paràmetres). Els requeriments de qualitat d’aquest trànsit (retard, nivell d’errors). – pot tenir característiques diferents en els dos sentits de la comunicació. Si la xarxa no és capaç de mantenir les condicions del contracte, la xarxa rebutjarà la connexió.

Paràmetres de caracterització del trànsit: PCR (Peak Cell Rate): taxa màxima de transmissió. SCR (Sustainable Cell Rate): taxa mitjana a llarg termini. MCR (Minimum Cell Rate): taxa mínima acceptable. MBS (Maximum Burst Size): nombre de cel·les consecutives que es poden transmetre quan s’opera en l’àmbit de PCR. CDVT (Cell Delay Variation Tolerance): jitter màxim acceptable de la font ATM (variació màxima en el temps d’arribada de les cel·les per l’UNI). El descriptor de trànsit d’una connexió inclou el CDVT i depenent dels serveis el PCR, SCR, MCR i MBS

Paràmetres de QoS: Negociables (es mesuren en el receptor) CDV (Cell Delay Variation): variància en el temps de lliurament. Max CTD (Maximum Cell Transfer Delay): temps de transferència entre l’origen i el destí màxim (el temps de transferència és el temps entre la transmissió del darrer bit al UNI font i la recepció del primer bit a la UNI destinació). Mean CTD (Mean Cell Transfer Delay): temps de transferència mitjana entre origen i destí. CLR (Cell Loss Ratio): % de cel·les perdudes en una connexió. No negociables (característiques de la xarxa). CER (Cell Error Rate): % de cel·les amb errors, però no perdudes. CMR (Cell misinsertion Rate): % de cel·les lliurades a una destinació no correcta.

Tipus de trànsit: Els cinc tipus de trànsit següents es presenten segons el seu ordre de prioritat dins la xarxa. CBR (Constant Bit Rate): emulació d’un fil de coure o d’una fibra òptica. S’insereixen bits en un extrem i surten per l’altre. És imprescindible per a una bona transició del sistema telefònic convencional a ATM. Un enllaç CBR és aquell en el qual la taxa de transmissió és constant i igual al PCR, i el CDVT és molt petit. vídeo i àudio sense compressió. VBR (Variable Bit Rate): taxes de transmissió variables. Permet la multiplexació estadística de connexions. rt-VBR: requeriments de temps real (retard de cap a cap i jitter baixos). Es gestiona de manera semblant al trànsit CBR. Cel·les amb retards superiors al max CTD es consideren descartables (veu, vídeo i àudio amb compressió). nrt-VBR: semblant a l’anterior, però sense restriccions tan importants en els retards. Són aplicacions que requereixen. CLR baixos i límits en el CTD (aplicacions interactives: transaccions bancàries, reserves d’avions...). ABR (Available Bit Rate): serveis de dades sense restriccions de retards, en els quals la xarxa es compromet únicament a proveir una taxa de transmissió mínima MCR encara que, si queda espai buit a la xarxa, es poden assignar més recursos fins a PCR. Es proporciona realimentació a l’emissor sobre l’estat de la xarxa (ex.: sol·licitant una reducció del trànsit en cas que la xarxa estigui molt carregada). Interconnexió LANs. UBR (Unspecified Bit Rate): serveis sense restriccions de retards ni taxes de transmissió, en els quals la xarxa seguirà una política de servei tant-com-puc (best effort). Les connexions UBR es repartiran la capacitat lliure deixada pels altres tipus de serveis. Serveis TCP típics; per exemple, transferència de textos, imatges, fitxers...

Mecanismes de control del trànsit: La xarxa estableix un conjunt de mecanismes per controlar el trànsit de la xarxa i evitar situacions de congestió. Control d’admissió de connexions. Control dels paràmetres d’ús. Descartar cel·les de manera selectiva. Modelatge del trànsit. Indicació explícita de congestió. Control de trànsit ABR

Control d’Admissió de Connexions (CAC): Quan l’usuari demana un nou VCC necessita especificar el servei que es requereix en les dues direccions de la connexió, aquesta especificació inclou: La categoria del servei: CBR, rt-VBR, nrt-VBR, ABR, UBR. Els descriptors del trànsit: (PCR, SCR, MBS, MCR), CDVT. Els valors acceptables de QoS per a aquella connexió: CDV de pic a pic, CDT màxim i CLR). La xarxa acceptarà la connexió només si pot suportar el nivell de trànsit en les condicions de qualitat requerides. Un usuari pot demanar l’existència de dues prioritats per a les seves cel·les i marcar-les amb prioritat 0 (bit: CLP=0), la més alta o 1. En aquest cas podrà especificar un conjunt diferent de paràmetres per a cada prioritat.

Control dels paràmetres d’ús (UPC): Una vegada que la xarxa s’ha compromès a complir el contracte s’ha d’assegurar que l’usuari també compleixi la seva part del tracte. La funció de control del trànsit d’entrada (UPC) es fa generalment a la sortida del UNI i s’assegura de: Controlar el PCR i el CDVT associat (connexions CBR, VBR), Controlar la SCR i el MBS associat (connexions VBR). Les connexions ABR es controlen de manera diferent (el mètode es veurà més endavant). A les connexions UBR normalment no es duu un control d’aquest tipus, ja que la xarxa no s’ha compromès a res.

Algorisme de PCR i CDVT de UPC: Principi de funcionament GRCA(T,L): No conformades: Cel·les que arriben massa aviat TAT no canvia (encara que arribin cel·les abans de TAT-L el temps durant el qual s’espera la propera cel·la conformada continua sent el mateix). Conformades: Cel·les que arriben abans, però dins la variació permesa TAT = TAT + T (el proper TAT es calcula a partir de l’anterior, no té res a veure amb l’instant d’arribada de la cel·la).Conformades: Cel·les que arriben després TAT = ti + T (el proper TAT es calcula a partir de l’instant d’arribada. D’aquesta manera s’evita que a causa de períodes sense activitat les connexions acumulin crèdits, la qual cosa implicaria l’acumulació de cel·les posteriors). TAT (Temps d’Arribada Teòric) : to + n (T) on T: 1/PCR i to és l’instant d’inici de transmissió de la 1a cel·la) L : CDVT

GCRA és equivalent a l’algorisme de regulació per degoteig (leaky-bucket). Es necessiten T unitats de temps per buidar el poal d’una cel·la. Si la següent arriba abans, s’afegirà una nova cel·la quan encara queden restes de l’anterior. Si aquestes restes són inferiors a L o iguals no hi ha problema, si no aquesta cel·la es considera no conformada.

Algorisme d’SCR i d’MBS d’UPC: En els serveis VBR s’ha de controlar, a més, que l’usuari tengui una taxa mitjana de transmissió SCR amb una longitud màximaMBS de les ràfegues. Per això s’utilitza el mateix algorisme GCRA amb paràmetres GCRA(Ts, Ls) on Ts = 1 / SCR, Ls es pot derivar a partir de la fórmula: MBS = 1 +Ls / ( Ts - T ) com Ls = (MBS - 1)( Ts - T )

Accions de l’UPC: Es determina quines són les cel·les conformades i no conformades utilitzant els algorismes descrits anteriorment. Es descarten les cel·les no conformades i es deixen passar les conformades. Si l’usuari ha definit dos nivells de prioritat la situació es complica: Cel·la amb CLP = 0, Conformada per CLP = 0 passa. Cel·la amb CLP = 0, Conformada per CLP = 1 es marca amb CLP = 1 i passa. Cel·la amb CLP = 0, No Conformada, es descartada. Cel·la amb CLP = 1, Conformada per CLP = 1 passa. Cel·la amb CLP = 1, No Conformada, es descartada

Descartar cel·les de manera selectiva: Es produeix quan en algun punt, després de la funció UPC, es decideix descartar les cel·les amb CLP = 1. Aquesta acció es produeix en nodes carregats per protegir el trànsit més prioritari (CLP = 0).

Modelatge del trànsit: L’algorisme GCRA controla el trànsit i descarta o marca com a descartables les cel·les que superen els límits del contracte. Si, a més, es desitja que el trànsit d’entrada a la xarxa sigui més uniforme en el cas de serveis VBR (evitar ràfegues), es pot utilitzar un algorisme derivat de la regulació per degoteig (leakybucket) anomenat regulació per testimonis (token-bucket).

Regulació per testimonis (tokenbucket). Indicació explícita de congestió endavant (forward congestion) (EFCI). Es tracta del mateix procediment utilitzat a Frame Relay. Si un node ATM sofreix congestió activa d’uns bits del camp field type (funció idèntica al bit FBN) de les cel·les de les connexions que produeixen la congestió, aquestes cel·les arriben al receptor del flux que s’haurà d’encarregar, mitjançant la senyalització de capes superiors, de disminuir el flux de l’emissor.

Control del trànsit ABR: Les aplicacions de dades es poden tractar de dues maneres: Es permet que utilitzin la capacitat que queda dels serveis CBR i VBR d’una manera bastant incontrolada. En cas de congestió es perden cel·les i es produeixen retransmissions . Sistema ineficient, s’utilitza per al trànsit UBR. Es proveeix les fonts d’una retroacció (feedback), de manera que puguin ajustar la seva càrrega dinàmicament. Aquest és el mètode utilitzat per ABR. El trànsit ABR: Utilitza la capacitat inutilitzada pels serveis CBR i VBR. La capacitat assignada a una connexió ABR varia entre un PCR i un MCR (encara que la font pot transmetre a manco que el MCR, la xarxa mai no forçarà la font a disminuir per sota d’aquest límit). La xarxa proveeix les fonts d’una retroacció (feedback) que,com a conseqüència, ajustaran la seva taxa. Com a resultat es garanteix un CLR baix (principal diferència entre UBR i ABR). La retroacció (feedback) es proveeix de manera periòdica a traves d’unes cel·les especials de gestió de recursos.Aquestes cel·les tenen tres camps de retroacció (feedback):CI: bit indicador de congestió, NI: bit de no incrementar, ER: camp de taxa de cel·les explícita La font s’adapta seguint l’algorisme següent on:ACR= Taxa de transmissio permesa (la font pot transmetre a qualsevol velocitat entre 0 i ACR). RIF = factor d’increment. RDF = factor de decrement

Estàndards 802.16: • L’IEEE creà el juliol de 1999 el comitè 802.16 per a l’estandardització de xarxes metropolitanes sense fils • El primer estàndard s’aprovà a finals de 2001 • Com en la resta d’estàndards 802, sols s’especifica la capa física i la subcapa MAC • La tecnologia és més complexa que en altres estàndards 802. La seguretat, qualitat de servei i un sofisticat protocol MAC formen part integral del disseny. S’ha potenciat la complexitat per tal de millorar l’eficiència. • Es tracta d’una tecnologia que pretén competir amb ADSL i CATV per a l’accés a la ’last mile’.

El WiMAX Forum és una associació, formada per més d’un centenar de fabricants, creada amb la finalitat d’accelerar el desenvolupament dels estàndards IEEE 802.16 i garantir la interoprebilitat mitjançant un procés de certificació. És l’equivalent a la WiFi Alliance, però amb l’estàndard 802.16. • A diferència de la WiFi Alliance, sorgida quan els estàndards i productes 802.11 ja estaven consolidats, el WiMAX Forum desenvolupa la seva activitat en paral·lel al procés d’estandardització i abans que apareguin els productes en el mercat.

Connexions punt a punt. Equivalen als ponts sense fils de 802.11. Normalment són equips fixes amb antenes exteriors direccionals. Servei d’operador o d’usuari final.

Connexions punt a multipunt. Xarxa d’estacions base amb antenes sectorials que donen cobertura a àrees àmplies, amb arquitectura cel·lular. Normalment pensat per a servei d’operador. Necessitat d’un protocol MAC per el sentit ascendent.

Estructura cel·lular de WiMAX: • En una arquitectura típica de zones rurals cada estació base tendria tres antenes sectorials de 120º que cobririen un radi de 8 Km y abastarien una àrea d’uns 200 Km2 • En zones suburbanes el radi seria d’uns 3 Km, per augmentar el rendiment i millorar la cobertura • En zones urbanes les estaciones tendrien antenes amb sectors de 60º i hi hauria fins a tres antenes per sector (18 en total) per augmentar encara més la capacitat • Si la densitat de població és alta i hi ha dificultat per ubicar les antenes en punts elevats s’utilitzen micro-cèl·lules com antenes omnidireccionals a poca alçada (en postes d’enllumenat per exemple) i un radi d’acció d’1 Km. Existeix una correlació geogràfica que permet esquematitzar les cel·les, encara que existeixen usuaris ‘singulars’ que pertanyen a una estació base atípica per a la zona on es troben. Això pot deure’s a que en aquest cas es produeixen condicions de LOS amb una altra estació base. A WiMAX es contempla l’ús de freqüències con llicència i sense llicència (banda ISM): – Las freqüències amb llicència (principalment 3,5 GHz) són per a ús exclusiu d’operadores. – Las freqüències sense llicència (2,5 i 5 GHz) són per a l’ús de particulars, o d’operadores en experiències pilot o àrees rurals. • L’operador pot començar usant freqüències sense llicència per tantejar el negoci i quan ho estimi convenient passar a usar freqüències con llicència . Les freqüències amb llicència són més cares però més fiables al tenir menor risc d’interferències. • A WiMAX tot està pensat per obtenir el màxim rendiment de l’espectre radioelèctric disponible.

Avantatges de WiMAX vs CATV i ADSL: • Desplegament ràpid • Baix cost de les infraestructures. • La inversió se desplaça a l’equip de l’usuari final (CPE, Customer Premises Equipment); menor risc inicial per operadores en el desplegament inicial de la xarxa • Opció especialment interesant en zones rurals (2- 150 viv./Km2) o suburbanes (150-300 viv./Km2) on CATV, i a vegades ADSL no estan disponibles.

Comparació WiMAX mòbil(802.16e) vs WiFi: • Les tècniques de transmissió utilitzades per WiMAX (especialment en 802.16e) són més avançades i eficients que la de WiFi . WiMAX ofereix majors abasts i rendiments, normalment amb menor interferència, amb o sense visió directa • El protocol MAC de WiMAX (similar al de xarxes CATV) es més eficient i ordenat que el de WiFi. El servici és orientat a connexió. Hi ha una capacitat mínima garantida per a cada estació. • Actualment WiMAX mòbil (802.16e) està poc estès i el seu preu és major que el de WiFi, però això pot canviar quan es popularitzi i entri en joc l’economia d’escala. • Es pot combinar WiMAX per a l’accés a l’ISP i WiFi per a la xarxa domèstica. També, per exemple, poden usar-se enllaços sense fils 802.16d per connectar APs 802.11.• A WiMAX no hi ha xarxes ad hoc. Els equips sempre parlen a través de l’estació base.

Entradas relacionadas:

Etiquetas: