Redes y Teleprocesos - Tecnología Token Ring

Enviado por miguel_correa

1. Protocolos ALOHA
2. CSMA
3. IEEE 802.3: Ethernet
4. Token Ring

• Protocolos ALOHA

• Este es el protocolo que dio origen a muchos en uso hoy en día. La idea es muy simple, cuando se desea transmitir se transmite.
• Habrán colisiones, y tanto los emisores como el resto detectarán eso. La colisión destruye los paquetes emitidos, los que deberán ser re-emitidos. Los protocolos entonces deben determinar cuándo hacerlo (por ejemplo, no sirve esperar un tiempo fijo, puesto que ambos transmitirán otra vez juntos).
• Una alternativa es esperar un tiempo aleatorio antes de retransmitir.
• Si suponemos paquetes de largo fijo a transmitir, y que cada estación transmite en cuanto tiene datos, la probabilidad de colisión en redes cargadas es muy alta puesto que basta con que el último bit de un paquete se transmita junto con el primer bit de otro para que ambos colisionen y se destruyan.
• Un dato importante en estas redes compartidas es el factor de utilización máximo que se puede lograr del medio. Es decir, si tengo un coaxial de capacidad total 10 Mbps, cuánto puedo ocupar realmente entre todos los participantes. Esto no es trivial, porque requiero que haya mucha carga de tráfico para utilizar más ancho de banda, pero al aumentar el tráfico aumentan las colisiones.
• En el caso del protocolo ALOHA puro, se obtiene que el máximo factor de utilización es 18%, lo que dista mucho de ser razonable.
• Una optimización al protocolo es dividir el tiempo en slots fijos sincronizados (slotted ALOHA). Una computadora sólo puede transmitir en un comienzo de slot (que dura justo el tamaño de un paquete). Esto disminuye la probabilidad de colisiones, permitiendo un factor de utilización máximo de 37%.

• CSMA

• Una optimización importante a ALOHA puro es no transmitir si el canal está ocupado, lo que implica escuchar antes de hablar (Carrier Sense). Si el canal está ocupado, puedo quedar escuchando hasta que se desocupe y ahí transmitir (CSMA1-persistente).
• Esto no es muy bueno, porque al aumentar la carga, aumenta la probabilidad de que más de un computador esté escuchando el canal ocupado, esperando transmitir, y por lo tanto habrá una colisión cuando ambos intenten. Para evitar esto, en vez de esperar que el canal se desocupe, esperamos un tiempo aleatorio antes de volver a intentar (CSMA no persistente).

• IEEE 802.3: Ethernet

• Es un algoritmo CSMA/CD 1-persistente, con una tasa de 10 Mbps (ahora está de moda una nueva versión a 100 Mbps: Fast Ethernet).
• Para poder escribir bytes en el cable, debemos codificarlos y encapsularlos. El encapsulamiento (framing) es típicamente tarea del MAC. En Ethernet, el paquete puede verse en la Figura.

• Token Ring

• El problema con Ethernet es que la distribución del acceso al medio e aleatoria, por lo que puede ser injusta, perjudicando a un computador durante un periodo de tiempo.
• En algunos casos es muy importante garantizar un acceso igualitario al medio, de modo de garantizar que siempre podremos transmitir, independientemente de la carga.
• Por razones de justicia en el acceso, típicamente estas redes se organizan en anillo, de modo de que el token pueda circular en forma natural.
• El token es un paquete físico especial, que no debe confundirse con un paquete de datos. Ninguna estación puede retener el token por más de un tiempo dado (10 ms).

• Intenta aprovechar el ancho de banda a un 100%.

• Redes Token Ring e IEEE 802.5 son básicamente compatibles, a pesar que las especificaciones difieran relativamente de menor manera.
• Las redes IBM's Token Ring se refiere a las terminales conectadas a un dispositivo llamado multistation access unit (MSAU), mientras que IEEE 802.5 no especifica un tipo de topología.
• Otras diferencias existentes son el tipo de medio, en IEEE 802.5 no se especifica un medio, mientras que en redes IBM Token Ring se utiliza par trenzado. En la siguiente figura se muestran algunas características y diferencias de ambos tipos de red:

• Las redes basadas en (token passing) basan el control de acceso al medio en la posesión de un token (paquete con un contenido especial que le permite transmitir a la estación que lo tiene). Cuando ninguna estación necesita transmitir, el token va circulando por la red de una a otra estación. Cuando una estación transmite una determinada cantidad de información debe pasar el token a la siguiente. Cada estación puede mantener el token por un periodo limitado de tiempo.
• Las redes de tipo token ring tienen una topología en anillo y están definidas en la especificación IEEE 802.5 para la velocidad de transmisión de 4 Mbits/s. Existen redes token ring de 16 Mbits/s, pero no están definidas en ninguna especificación de IEEE.
• Los grupos locales de dispositivos en una red Token Ring se conectan a través de una unidad de interfaz llamada MAU. La MAU contiene un pequeño transformador de aislamiento para cada dispositivo conectado, el cual brinda protección similar a la de Local Talk. El estándar IEEE 802.5 para las redes Token Ring no contiene ninguna referencia específica a los requisitos de aislamiento. Por lo tanto la susceptibilidad de las redes Token Ring a las interferencias puede variar significativamente entre diferentes fabricantes.

• Si una estación que posee el token y tiene información por transmitir, esta divide el token, alterando un bit de éste (el cuál cambia a una secuencia de start-of-frame), abre la información que se desea transmitir y finalmente manda la información hacia la siguiente estación en el anillo.
• Mientras la información del frame es circulada alrededor del anillo, no existe otro token en la red (a menos que el anillo soporte uno nuevo), por lo tanto otras estaciones que deseen transmitir deberán esperar. Es difícil que se presenten colisiones.
• La información del frame circula en el anillo hasta que localiza la estación destino, la cuál copia la información para poderla procesar.
• La información del frame continúa circulando en el anillo y finalmente es borrada cuando regresa a la estación desde la cuál e envió.
• La estación que mandó puede checar en el frame que regresó si encontró a la estación destino y si entregó la información correspondiente (Acuse de recibo)
• A diferencia de las redes que utilizan CSMA/CD (como Ethernet), las redes token-passing están caracterizadas por la posibilidad de calcular el máximo tiempo que pueden permanecer en una terminal esperando que estas transmitan.

• La MAU es el circuito usado en un nodo de red para acoplar el nodo al medio de transmisión. Este aislamiento es la clave para la inmunidad de los sistemas en red ante las interferencias. La implementación y la calidad del aislamiento proporcionado varía entre diferentes topologías de red. Estas diferencias son descritas a continuación:

• Las redes Token Ring utilizan un sofisticado sistema de prioridad que permite designarles a los usuarios un tipo de prioridad en base a su uso de la red. Los frames en redes Token Ring tienen dos campos que controlan la prioridad: el campo de prioridad y un campo reservado.
• Solo las estaciones que posean un valor de prioridad igual o mayor al contenido en el token pueden seccionar éste.
• Una vez que el token está seccionado y la información del frame cambiada, sólo las estaciones con una prioridad mayor a la que transmitió el token puede reservar el token para la siguiente pasada a través de la red.
• Cuando el siguiente token es generado, este incluye la prioridad más grande anteriormente reservada por la estación.
• Después de que se efectuó su entrega la estación que mandó debe regresar la prioridad del token a como lo había encontrado.

• Las redes Token Ring emplean varios mecanismos para detectar y corregir las fallas en la red. Por ejemplo: se selecciona una estación en una red Token Ring para que trabaje como monitor de la red.
• Esta estación que puede ser cualquiera de la red, centraliza los recursos en base a tiempos y sistemas de mantenimiento para las estaciones. Una de estas funciones es remover los constantes frames que circulan en el anillo. Cuando un dispositivo que envía falla, este frame puede continuar circulando en el anillo, esto previene a otras estaciones de transmitir en ese momento. El monitor detecta dichos frames y los remueve del anillo generando uno nuevo.
• Un algoritmo de token llamado beaconing detecta y trata de reparar ciertos errores en la red. A veces, una estación detecta un problema serio con la red (como un cable dañado o desconectado), esta envía un frame de reemplazo. El frame de reemplazo define una falla en el dominio donde reside la estación que detectó el problema, y enseguida viene un proceso de autoreconfiguración donde intervienen los nodos cercanos al problema y automáticamente lo soluciona.

• Las redes Token Ring definen dos tipos de frames: tokens y data/command frames. Ambos formatos se muestran en la figura siguiente:

• Los Data/command frames varían en tamaño, dependiendo del tamaño del campo de datos. Los Data/command frames llevan información hacia protocolos de otro nivel.; Los frames de command contienen información de control y no contienen datos para llevar a otros protocolos.
• En los Data/command frames, hay un byte de frame control después del byte de control de acceso. El byte de frame control indica cuando el frame contiene datos o información de control.
• Seguido del byte de frame control hay dos campos de direcciones los cuáles identifican las estaciones destino y fuente.
• El campo de datos see encuentra después de los campos de direcciones. La longitud de este campo está limitado por el ring token holding time, el cuál define el máximo tiempo que una estación puede tener el token.
• Seguido del campo de datos está el campo de frame check sequence (FCS). Este campo es llenado por la terminal fuente con un valor calculado dependiendo del contenido del frame. La estación de destino recalcula este valor para determinar si el frame tuvo algún daño durante el tiempo que se movió, si sí, el frame es descartado
• Como en el token, el delimitador completa el data/command frame.

• Los usuarios de las redes Ethernet a 10Mbps y Token Ring a 4 o 16 Mbps se encuentran, básicamente con dos problemas:

1. Saturación de red, provocada por el aumento de nodos y el uso intensivo de aplicaciones de red (servidores de ficheros, correo electrónico, acceso a bases de datos remotas, etc.).
2. Conectividad de las diferentes redes y aplicaciones.

• El objetivo de la red FDDI no es sustituir a las redes anteriores; más bien las complementa, intentando solucionar estos problemas. Además se han añadido recursos para la integración de nuevos servicios telemáticos de voz e imagen. La red está estandarizada por el comité X3T9.5 de ANSI (American National Standards Institute ).
• En la norma FDDI se define un nivel físico y un nivel de enlace de datos, usándose fibra óptica como medio de transmisión a una velocidad de 100 Mbps. La norma establece un límite máximo de 500 estaciones, 2 Km. entre estaciones y una distancia máxima total de 100 Km. FDDI se caracteriza por su topología de doble anillo:

1. PMD (Physical Media Department). Define la frecuencia y los niveles de los pulsos ópticos que componen la señal. También especifica la topología y los tipos de fibras y conectores que pueden ser empleados.
2. PHY (Physical Layer Protocol). Aquí se definen los tipos de codificación (4b/5b) y sincronización.
3. MAC (Media Acces Control). Comprende los protocolos necesarios para la generación del token, la transmisión de la trama y el reconocimiento de direcciones. También se define aquí la estructura o formato de las tramas y el método de corrección de errores. El protocolo de acceso es, básicamente, el mismo que en el caso de Token Ring, aunque con algunas diferencias. La estación que quiere transmitir tiene que esperar a recibir el token, una vez en su poder puede transmitir tramas durante un cierto tiempo, transcurrido el cual debe devolver el token a la red.
4. SMT (Station Management). Su misión es la monitorización y gestión de la red. Se divide en tres partes: Frame Services que genera tramas de diagnóstico; CMT (Connection Management), que controla el acceso a la red; y Ring Management que determina los problemas que aparecen en la red física. SMT monitoriza y gestiona la red mediante una completísima lista de funciones que ningún otro protocolo ofrece. Gracias a esto, FDDI es la tecnología de red más sólida y robusta de las que hay actualmente disponibles.

• Si la EASY Box recibe del usuario el mismo resultado, que el calculado por la misma EASY Box, el usuario será autorizado a acceder al sistema.
• Cada usuario definido en la Tabla de Usuarios tendrá una fórmula de cálculo diferente, por lo que se aseguran los accesos ilegales.
• Este control de acceso no es obligatorio en la EASY Box.

1. Identificación de usuario, usado en la entrada de cada usuario en el sistema.
2. Contraseña que tiene el usuario.
3. Fórmula del Token que será usada para la comprobación de acceso por Token.
4. Días de la Semana que el usuario puede acceder a la EASY Box.
5. Sistema que el usuario puede acceder una vez entrado en el centro corporativo.

• Además de los campos arriba mencionados, se incluyen datos como los accesos fallidos por cada usuario, caducidad de la identificación del usuario, etc.
• Esta Tabla de Usuario se crea y modifica en una aplicación PC llamada DNUTEDIT. Esta aplicación tiene utilidades para copiar usuarios desde una plantilla, y sistemas de búsquedas de identificaciones de usuario.
• Aunque se cree y modifique en el PC, esta Tabla de Usuario se almacena en la EASY Box (por defecto) o bien en un Mainframe. En este último caso, nos provee la base de datos de los usuarios centralizada, una opción muy útil en el caso de tener más de una EASY Box en la empresa.

Los estándares para sistemas de cableado de red sí tratan el tema de los transitorios, especialmente al brindar requisitos de aislamiento. Los diferentes sistemas de cableado de redes varían con respecto a la susceptibilidad a los transitorios, y los usuarios pueden estar interesados en conocer estas diferencias cuando escojan un sistema de cableado, especialmente si la instalación estará en un entorno que se sabe que está sujeto a transitorios. Tales ambientes podrían ser:

• Edificios viejos con un mal sistema de tierra o un cableado viejo.
• Ambientes sometidos a frecuentes caídas de rayos en la cercanía.
• Locaciones donde hay actividades de construcción cercanas.
• Areas rurales distantes de las subestaciones locales de distribución de potencia.
• Edificios que contienen equipo industrial pesado.

Además, los instaladores de cableado de red deben estar familiarizados con los requisitos de seguridad para LAN de modo que no creen accidentalmente situaciones de peligro potencial:

BIBLIOGRAFIA:

Trabajo realizado por:

Miguel Angel Correa Garduño