En
el modelo OSI , sólo hay diferencias entre LAN , MAN y WAN en las
tres capas más bajas , que son la capa física , de control
de acceso al medio y de control de enlace lógico .
En
arquitecturas LAN , las tres primeras capas tienen las siguientes funciones
:
1.Capa
física
:
vCodificación
y decodificación de señales .
vGeneración
y eliminación de preámbulo .
vTransmisión
y recepción de bits .
2.Control
de acceso al medio ( MAC )
:
vEnsamblado
de datos en tramas con campos de direccionamiento y detección de
errores .
vDesensamblado
de tramas , reconocimiento de direcciones y detección de errores
.
vControl
de acceso al medio de transmisión LAN .
3.Control
de enlace lógico ( LLC ) :
vInterfaz
con las capas superiores y control de errores y de flujo .
Cada
capa toma las tramas y le añade una serie de datos de control antes
de pasarla a la siguiente capa .
/<---
segmento TCP ---->/
/<-----------
datagrama IP ---------------->/
/<---------
unidad de datos de protocolo LLC ------------->/
/<----------------------------------------------
trama MAC ----------------------------------------------------->/
1
.Topologías en bus y en árbol
:
En la topología en bus , todas las estaciones se encuentran conectadas
directamente a través de interfaces físicas llamadas tomas
de conexión a un medio de transmisión lineal o bus . Se permite
la transmisión full-duplex y ésta circula en todas direcciones
a lo largo del bus , pudiendo cada estación recibir o transmitir
. Hay terminales a cada extremo del bus para que las señales no
"reboten" y vuelvan al bus .
La
topología en árbol es similar a la de bus pero se permiten
ramificaciones a partir de un punto llamado raíz , aunque no se
permiten bucles .
Los
problemas asociados a estas dos topologías son que ya que los datos
son recibidos por todas las estaciones , hay que dotar a la red de un mecanismo
para saber hacia qué destinatario van los datos . Además
, ya que todas las estaciones pueden transmitir a la vez , hay que implantar
un mecanismo que evite que unos datos interfieran con otros .
Para
solucionar estos problemas , los datos se parten en tramas con una información
de control en la que figura el identificador de la estación de destino
. Cada estación de la LAN está unívocamente identificada
. Para evitar el segundo problema ( la superposición de señales
provenientes de varias estaciones ) , hay que mantener una cooperación
entre todas las estaciones , y para eso se utiliza información de
control en las tramas .
2
. Topología en anillo
:
La red consta de una serie de repetidores ( simples mecanismos que reciben
y retransmiten información sin almacenarla ) conectados unos a otros
en forma circular ( anillo ) . Cada estación está conectada
a un repetidor , que es el que pasa información de la red a la estación
y de la estación a la red . Los datos circulan en el anillo en una
sola dirección . La información también se desgaja
en tramas con identificadores sobre la estación de destino . Cuando
una trama llega a un repetidor , éste tiene la lógica suficiente
como para reenviarla a su estación ( si el identificador es el mismo
) o dejarla pasar si no es el mismo . Cuando la trama llega a la estación
origen , es eliminada de la red . Debe de haber una cooperación
entre las estaciones para no solapar tramas de varias estaciones a la vez
.
3
. Topología en estrella
:
En este caso , se trata de un nodo central del cuál salen los cableados
para cada estación . Las estaciones se comunican unas con otras
a través del nodo central . hay dos formas de funcionamiento de
este nodo : este nodo es un mero repetidor de las tramas que le llegan
( cuando le llega una trama de cualquier estación , la retransmite
a todas las demás ) , en cuyo caso , la red funciona igual que un
bus ; otra forma es de repetidor de las tramas pero sólo las repite
al destino ( usando la identificación de cada estación y
los datos de destino que contiene la trama )tras
haberlas almacenado .
El
MAC es el mecanismo encargado del control de acceso de cada estación
al medio . El MAC puede realizarse de forma distribuida cuando todas las
estaciones cooperan para determinar cuál es y cuándo debe
acceder a la red . También se puede realizar de forma centralizada
utilizando un controlador .
El
esquema centralizado tiene las siguientes ventajas :
1
. Puede proporcionar prioridades , rechazos y capacidad garantizada .
2
. La lógica de acceso es sencilla .
3
. Resuelve conflictos entre estaciones de igual prioridad .
Los
principales inconvenientes son :
1
. Si el nodo central falla , falla toda la red .
2
. El nodo central puede ser un cuello de botella .
Las
técnicas de control de acceso al medio pueden ser síncronas
o asíncronas . Las síncronas hacen que la red se comporte
como de conmutación de circuitos , lo cuál no es recomendable
para LAN y WAN . Las asíncronas son más aceptables ya que
las LAN actúan de forma impredecible y por tanto no es conveniente
el mantenimiento de accesos fijos . Las asíncronas se subdividen
en 3 categorías : rotación circular , reserva y competición
.
vRotación
circular:
se va rotando la oportunidad de transmitir a cada estación , de
forma que si no tiene nada que transmitir , declina la oferta y deja paso
a la siguiente estación . La estación que quiere transmitir
, sólo se le permite una cierta cantidad de datos en cada turno
.Este sistema es eficiente cuando casi todas las estaciones quieren transmitir
algo , de forma que el tiempo de transmisión se reparte equitativamente
. Pero es ineficiente cuando sólo algunas estaciones son las que
desean transmitir , ya que se pierde mucho tiempo rotando sobre estaciones
que no desean transmitir .
vReserva:
esta técnica es adecuada cuando las estaciones quieren transmitir
un largo periodo de tiempo , de forma que reservan ranuras de tiempo para
repartirse entre todas las estaciones .
vCompetición
:
en este caso , todas las estaciones que quieren transmitir compiten para
poder hacerlo ( el control de acceso al medio se distribuyen entre todas
las estaciones ) . Son técnicas sencillas de implementar y eficientes
en bajas cargas pero muy ineficientes para cargas altas ( cuando hay muchas
estaciones que quieren el acceso y además transmiten muchos datos
) .
Esta
capa es la encargada de transmitir tramas entre dos estaciones sin tener
que pasar por ningún nodo intermedio . Esta capa debe permitir el
acceso múltiple . Esta capa debe identificar todos los posibles
accesos a ella , ya sean de una capa superior como estaciones destino u
otros .
vServicios
LLC :
el LLC debe controlar el intercambio de datos entre dos usuarios , y para
ello puede establecer una conexión permanente , una conexión
cuando se requiera el intercambio de datos o una mezcla de ambas ( sólo
se establece conexión permanente cuando sea necesaria ) .
vProtocolo
LLC :
hay varias formas de utilización de este protocolo que van desde
envíos de tramas con requerimiento de trama de confirmación
hasta conexiones lógicas entre dos estaciones previo intercambio
de tramas de petición de conexión .
Es
una configuración multipunto . Hay que tener en cuenta que cuando
dos estaciones intercambian datos , las señales que los portan deben
de tener la suficiente potencia para llegar en unos ciertos márgenes
al receptor . En esta configuración multipunto , las señales
deben de equilibrase para todas las estaciones conectadas , lo cuál
es mucho más complicado que para una conexión punto a punto
. Cuando las distancias se hacen muy elevadas y hay muchas estaciones ,
no hay más remedio que establecer repetidores o amplificadores intermedios
encargados del equilibrado de las señales .
Es
el medio más utilizado en LAN .
En
estas redes , las señales son digitales y se utiliza generalmente
codificación Manchester . El espectro en frecuencias está
totalmente utilizado , por lo que no es posible multiplexación en
frecuencias .
La
transmisión es bidireccional y la topología es en bus ya
que las señales digitales son difíciles de ramificar . Además
, la atenuación hace inviable la transmisión a larga distancia
.
La
longitud del cable es inversamente proporcional a la velocidad que pueden
alcanzar las señales .
Usando
repetidores se puede aumentar la longitud de la conexión . Estos
repetidores son diferentes a los que hay en topologías de anillo
, ya que deben retransmitir en ambas direcciones . Estos repetidores son
invisibles al resto de la red ya que no almacenan información ,
sólo la repiten conforme llega .
Sólo
se permite un camino entre dos estaciones para que no haya interferencias
( si el camino es muy largo , se intercalan repetidores ) .
En
estos cables se usa señalización analógica . Así
, es posible la multiplexación por división en frecuencias
, sirviendo el mismo cable para varias conexiones . Estos cables permiten
topología en árbol y en bus . La distancia permitida es muy
superior a banda base ( ya que las señales analógicas alcanzan
más espacio con menos interferencias y atenuación ) .
Este
cableado sólo permite conexión unidireccional , por lo que
para usar intercambios bidireccionales de información , es necesario
el doble cableado de la red , uno de ida y otro de vuelta ( ambos se juntan
enun extremo si es en bus o en
la raíz si es en árbol ) .
Hay
maneras de permitir el uso del mismo cable para señales en ambas
direcciones , para ello , las señales en una dirección se
envían en una gama de frecuencias y en la otra en otra gama de frecuencias
. En el extremo ( en bus ) o en la raíz ( en árbol ) hay
un circuito que intercambia las frecuencias y las devuelve por el otro
camino ( ya que le llegan en frecuencia de entrada y las tiene que devolver
en frecuencia de salida ) .
En
la configuración de cable
dual los caminos de entrada y salida son cables separados. En la configuración
dividida los caminos de entrada son bandas de frecuencia en el mismo
cable.
En
la señalización analógica de banda
portadora se utiliza todo el espectro de frecuencias para una sola
transmisión bidireccional, con topología de Bus. En éste
tipo de transmisión es posible prescindir de amplificadores ya que
las frecuencias de utilización son bajas, menos sensibles a ala
atenuación. La electrónica asociada es sencilla y barata.
Hay
dos formas de tratar las señales ópticas que provienen del
bus por un nodo : una es tomando la señal óptica , convirtiéndola
a señal eléctrica ( para que sea tratada por el nodo ) extrayendo
la información de control y luego pasándola otra vez a señal
óptica para reenviarla al bus ; la otra forma es quitando un poco
de energía óptica y luego reinyectándola de nuevo
. Ambas opciones tienen sus ventajas e inconvenientes ; la primera tiene
las ventajas de la complejidad electrónica y los retardos y la segunda
las pérdidas de energía .
Lo
mismo que ocurría con el cable coaxial de banda ancha , como las
señales son unidireccionales , es necesario utilizar dos buses (
uno de ida y otro de vuelta ) o un sólo bus con una terminación
que se encarga de recibir por un lado y transmitir por el otro .
El
anillo consta de varios repetidores que regeneran y transmiten unidireccionalmente
de bit en bit . Cada repetidor sirve de punto de conexión de una
estación al anillo . La información circula en paquetes que
contienen información de control de la estación de destino
. Cuando un paquete llega a un repetidor , éste lo copia y lo retransmite
al siguiente repetidor , y si va dirigido a su estación de enlace
lo envía allí y si no , lo elimina . Para impedir que un
paquete de vueltas continuamente por el anillo se puede o bien eliminar
por el repetidor de destino o por el repetidor de origen al llegar otra
vez a él ( esto permite el envío a varias estaciones a la
vez ) . Los repetidores pueden estar en tres estados posibles : escucha
( cuando recibe del anillo bits , comprueba si pertenecen a un paquete
de su estación , y si lo son los envía por la línea
de su estación y si no , los reenvía otra vez al anillo )
, transmisión ( el enlace tiene permiso para transmitir datos de
su estación , entonces los pasa al anillo ) y cortocircuito ( el
repetidor pasa sin demoras - sin comprobar la información de control
- los bits otra vez al anillo ) .
Los
repetidores no pueden evitar los errores de temporización , por
lo que cuando hay muchos repetidores , estos errores se pueden agrandar
y dar lugar a errores en los datos . Una forma de paliar esta situación
es que los repetidores tengan circuitos de control de temporización
.
El
problema principal es la rotura de un enlace o el fallo de un repetidor
, lo que implica que el resto del anillo quedará inservible . Además
, cada vez que se introduzca un nuevo repetidor , habrá que adaptar
a sus vecinos .
Para
solucionar los errores propios de la topología de anillo , se pueden
utilizar híbridos de estrella-anillo , de forma que los posibles
errores se pueden localizar . Además , se facilita la incorporación
de nuevos repetidores .
Para
grandes LAN , lo mejor es usar banda ancha en bus o árbol .
El
método más barato para LAN pequeñas es la banda base
, pero en anillo se pueden cubrir mayores distancias con menores errores
.
En
anillo , la fibra óptica es más efectiva que en busy
además , los enlaces punto a puntoen
anillo son más sencillos que los multipunto en las demás
.
El
par trenzado es más barato que el cable coaxial , pero esto es aparente
ya que la mayor parte del costo es de instalación , que es similar
para los dos tipos de cable . Por lo que se tiende a utilizar coaxial ya
que tiene mejores prestaciones .
Pero
la gran difusión de los cables para teléfonos , que son pares
trenzados , ha provocado que para pequeñas LAN , sea el tipo de
cable más utilizado . Y estas LAN son generalmente topologías
en estrella ( oficinas con terminales y un repetidor central ) . Cada estación
tiene un cable de salida hacia el repetidor central y otro de entrada desde
éste . Este esquema se comporta como una topología en bus
, y por tanto puede haber colisiones de mensajes , para lo cuál
se divide el sistema en subsistemas a los cuáles sólo algunas
estaciones tienen acceso .
Hay conectores en los cuáles , la fibra óptica se comporta igual que los pares trenzados , lo cuál reporta los mismos problemas de colisiones de mensajes que el sistema anterior