parcial2TEORIA

7/26/2019 parcial2TEORIA

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Escola Politcnica Superior de la UIB

Xarxes de comunicacions industrials

Especificacin formal de protocolos

Specification and Description Language(SDL)

Apuntes 2015 / 2016. Professor: Manuel Barranco

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1 Introduccin

Hasta ahora hemos descrito los diferentes protocolos utilizando las siguientes herramientas:

Lenguaje naturaly figuraspara especificar el funcionamientoy los mecanismosdel protocolo

Diagramaspara especificar escenariosque muestran el comportamientodel protocolo

Sin embargo, ya nos hemos empezado a dar cuenta de que esta forma de trabajar tiene una serie de limitaciones:

El lenguaje naturales ineficiente, pues se necesitamos mucho texto

El lenguaje naturaltiende a ser ambiguo, por lo que es fcil cometer errores de especificacin/interpretacin

En cuanto el protocolo empieza a ser complejo, la cantidad de escenarios posibles que tiene que solventar el

protocolo puede ser muy grande. Por tanto:

o es ineficienteespecificar todos los escenarios

o puede ser imposibleen la prctica verificarque se han identificado y cubiertotodoslos escenarios

o puede ser imposibleen la prctica verificarsi el protocolo cumpletodas las propiedadesque se le atribuyen

Para solventarestas limitaciones se recurre a:

Especificarel funcionamientoy las propiedadesdel protocolo mediante lenguajes formaleso semi-formales y

a verificar formalmentelas propiedadesdel protocolo:

o o bien demostrando matemticamentesus propiedades como si fuesen teoremas

o o bien utilizando herramientas semiautomticasmediante las cuales:

! se especifica/modela el funcionamiento del protocolo

! se especifican sus propiedades! se generan exhaustivamentede forma automtica todas las trazasde ejecucin del protocolo para verificar

si cadapropiedadse cumple o no, p.e. UPAAL formal model checker

En este punto es necesario aclarar qu entendemos por un lenguaje natural, un lenguaje formaly un lenguaje semi-formal.

Un lenguaje naturaltiene las siguientes caractersticas:

Incluye los siguientes niveles

o Lxico: conjunto finitode smboloscorrectos o (alfabeto)

o Sintctico: conjunto finito de reglas para combinar esos smbolos de manera que se obtengan un nmeroinfinitode expresiones bien formadas (sintaxis)

o

Semntico: modelo interpretativocoherenteque da significadoa las expresiones, p.e. Empezar la casa por lospilares

o Pragmtico: modelo interpretativo de base cultural que da un sentido figurado o simblico a expresiones quesemnticamente no tienen sentido, p.e. Empezar la casa por el tejado

Su complejidad y la forma en que estn especificados (a veces de forma incompleta) dan lugar a que la

interpretacin semnticapueda ser ambigua

Los seres humanos utilizan comnmente este tipo de lenguaje

Es difcil de procesar mediante mquinas debido a su complejidad y ambigedad, p.e. para un buscador es muy

complicado procesar una bsqueda expresada en los siguientes trminos Encuentra canciones de rock que me gustenms o menos


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Un lenguaje formaltiene las siguientes caractersticas:


o Lxico

o Sintctico

o Semntico, p.e. 1 > 0

Sus niveles se especifican de forma quese consigue que la interpretacinsemntica sea siempre NO ambigua

Los seres humanos utilizan este tipo de lenguaje en las matemticas, lgica y ciencias de la computacin

Las mquinas pueden procesar estos lenguajes, aunque a veces con dificultades debido al nivel semntico, p.e.compilador, procesador de texto, robots de redes sociales, etc.

Por ltimo, un lenguaje semi-formaltiene las siguientes caractersticas:


o Lxico

o Sintctico

Estos niveles son siempre NO ambiguos

Los seres humanos utilizan este tipo de lenguaje en las matemticas, lgica y ciencias de la computacin

Las mquinas pueden procesar estos lenguajes fcilmente, p.e. contar el nmero de veces que la palabra holaaparece en un fichero.

En este cursovamos a ver cmo utilizar un lenguaje formalpara especificar protocolosde comunicaciones y programas

sencillos. De esta manera conseguiremos especificar protocolos y programas de una forma: ms eficiente (compacta)

NO ambigua

menos propensa a incluir errores

con ms garantas de cubrir todos los escenarios que haya que tratar

Sin embargo noveremos ningn lenguaje o herramienta para:

especificar las propiedades del protocolo o el programa

verificar formalmente el protocolo o el programa


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2 Specification and Description Languaje(SDL)

SDL o Specification and Description Languagees un lenguajeformalorientado a objetosque est estandarizadopor laITU-T (International Telecommunications Union Telecommunications) para especificar formalmente sistemas industrialescon las siguientes caractersticas:

complejos

de tiempo real

formados por procesos paralelos interactivos

Un resumen de las principales ventajasde SDL son las siguientes:

estndar

formal

grfico (user-friendly)

testable, portable, escalable, abierto y reusable

se puede utilizar para generar cdigo automticamente

La estructurade un modelo SDL es jerrquica:

sistema "bloques "procesos "procedimientos

se pueden anidar tanto los bloques, como los procesos, como los procedimientos

Cada proceso y procedimiento se especifica mediante una MEF (Mquina de Estados Finitos) extendida. Las MEFs

extendidas del modelo se ejecutan en paralelo.

Un modelo SDL incluye tambin:

tipos abstractos de datos (se pueden usar en cualquier nivel de la jerarqua)

primitivas de comunicacin:

o seales discretas y llamadas a procedimientos remotos

! permiten intercomunicar procesos entre s

! las seales y llamadas se enrutan a travs de las interfaces de los diferentes bloques y procesos que atraviesan

o timers: generan seales internas dentro de los procesos

herencia: para extender o modificar bloques y procesos, p.e. aadir procesos a una clase de bloque, aadir transicionesa una clase de proceso, etc.

Para ms informacin sobre SDL, consultar los documentos disponibles en la pgina web de la asignatura.


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En esta asignatura vamos a utilizar un pequeosubconjuntode SDL modificadoa nuestra conveniencia. Concretamentevamos a especificar protocolos mediante procesos, donde cada unode los procesos ser una MEF extendidaformada porlos siguientes constructores:

Start

o indica el inicio del proceso

o representado mediante crculo.

State

o indica que el proceso est esperando (wait) en un determinado estado

o el proceso se queda en un estado determinado hasta que:

! se cumple la condicin booleana especificada en el propio estado (si es que sta est especificada)

! tiene lugar un timeoutconectado a dicho estado (ver ms abajo)

! se recibe un mensaje determinado (ver ms abajo)

o representado mediante rectngulo ovalado

Test

o especifica evaluacin de condicin booleana

o al contrario de lo que ocurren en un State (wait) el proceso ejecuta el test inmediatamente y contina con suejecucin hacia donde indica la salida correspondiente al resultado del test

o representado mediante rombo

Statement

o especifica asignacin o conjunto de asignaciones

o el proceso ejecuta el statementinmediatamente y contina con su ejecucin

o representado mediante rectngulo

Internal

o representa la ocurrencia de un evento interno

o representado mediante rectngulo con una banda en cada lateral

o diferenciaremos tres tipos de eventos internos

! timeout:

# se representa incluyendo la descripcin del timeoutdentro del constructor

# representa un timeoutque expira tarde o temprano

# si est conectado a la salida de un state, el proceso abandona ese state y contina su ejecucin haciadonde indica la salida del timeout

! lectura de fichero o base de datos:

# se representa incluyendo la descripcin dentro del constructor la descripcin next: a, b, c!

# indica que se leen los items a, b, c!

! escritura en fichero o base de datos:

# se representa incluyendo la descripcin dentro del constructor la descripcin accept: a, b, c!

# indica que se escriben los items a, b, c!


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Input

o representa la recepcin de un determinado mensaje por parte del proceso

o siempre ha de especificarse despus de un state

! despus de un statepuede haber tantos inputscomo se deseen

o representado mediante rectngulo con hendidura triangular en su lado izquierdo

o dentro del constructor se ha de especificar el tipo de mensaje que se recibe

o los mensajes se envan de forma unicast(slo hay un nico receptor de cada mensaje)

! por tanto, si existe ms de un proceso que puede recibir un tipo de mensaje, la especificacin del mensajedentro de Input debe incluir no slo el identificador del tipo de mensaje, sino tambin el identificador del procesoreceptor

Output

o representa en envo de un determinado mensaje por parte del proceso

o representado mediante rectngulo con saliente triangular en su lado derecho

o dentro del constructor se ha de especificar el tipo de mensaje que se enva

o los mensajes se envan de forma unicast(slo hay un nico receptor de cada mensaje)

! por tanto, si existe ms de un proceso que puede recibir un tipo de mensaje, la especificacin del mensajedentro de Input debe incluir no slo el identificador del tipo de mensaje, sino tambin el identificador del procesoreceptor

Directed Arc

o especifica el camino de ejecucin que el proceso ha de tomar al abandonar un constructor

o se representa mediante una flechas orientada convenientemente

Connector

o especifica la convergencia de diferentes arcos dirigidos en un punto

o se representa mediante un crculo pequeo

Por ltimo notar que los constructores state, test, statement, internaly outputpueden aparece en cualquier lugar de la MEF

despus de init. Sin embargo, los inputsslo pueden aparecer despus de un constructor de tipo state.

Para ms informacin sobre estos constructores consultar el documento anexoB disponible en la web de la asignatura.


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Arvind Thirunarayanan

SDL: Specification and Description

Language 1

SDL:Specificationand

DescriptionLanguage

EECS249

Nov2,1999

PerBjureus

ArvindThirunarayanan

Overview

HistoryofSDL

Bene fitsofaspecificationLanguage

Characteristics

SDLTheoreticalMode l

Time

SDLSystemExample


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Language 2

History

Objectoriented,formallanguage

DefinedbyInternationalTelecommunications

Union(ITU-T)

Designedtospecifycomplex,event-driven ,

rea l-time,andinteractiveapplications

Initialreleasein1976,newonesevery4

years.

BenefitsofaSpecification

Language We lldefinedsetofconcepts

Unambiguous,clear,precise,andconcise

specification

Basisforana lyzingspecificationsfor

completenessandcorrectness

Basis

fo

rdete

rm

iningconfo

rm

anceand

consistencyofspecifications

Computersupportforgeneratingapplications


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Language 3

Characteristics

Standard

Formal

Graphicalandsymbol-based

Object-oriented

Portable,scalable,andopen

Highlyreusableandefficient

SDLTheoretica lModel

ExtendedFiniteStatemachines

parallel

execution

independentFSMs

Structure- 4 hierarchicalleve ls

system

blocks

processes

procedures

Communication


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Language 4

Partitioning

Hideinformation

Follownaturalfunctionalsubdivisions

Crea temodulesofintellectuallymanageable

sizes

Crea teacorrespondencewithactua l

hardwareorsoftware

Reusealreadyexistingspecifications.

StructuralView


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Language 5

System

Systemname

Channel

descriptions

Signaldescriptions

Datatype

descriptions

Blockdescriptions

Block

Nesting

recursively

break

downasystem

importantforlargeteamdevelopmentefforts

Blocksandchannelsdefinethestatic

structureofasystem

perceivedasablackboxatitsleve l

Setofprocessescanbelogicallygrouped


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Language 6

Process

Nestedhierarchica lstatemachine

Separatememoryspace(dataislocal)

Processesandsignalroutesdefinethe

dynamicstructure

canbecrea tedatsystemstartor

crea ted/terminatedduringruntime

more

than

one

instance

can

exist(unique

PId) Processesworkautonomouslyand

concurrently

ProcessConstructs

5 basicconstructs

Start

State

Input

Output

NextState


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Language 7

Process

Process-Variable

Manipulation


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Language 8

Procedure

Substatemachine

Canberecursive

Localtoaprocessorgloballyava ilable

dependingonscope

Remoteprocedures

Communication


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Language 9

Communication

Time

Communicationmechanism

asynchronous

signals

eventsoccurinstantaneously

Importantaspectofrea l-timesystems

timermechanism

expiredtimergeneratesasignal

Definedabstractly

efficientmappingtotimeoftargetsystem

possibletosimulatebeforetargetavailability


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Language 10

Time

T

c

b

Process

e d

Timer aa

SDLSystemExample

Surprise

TheBeltController!


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tx initializations

frame, rx

wait ack

ack, txtimeout

wait tx request

next: frame

rx initializations

wait frame

frame, rx

init tx init rx

frame ok

ack, tx

accept: frame

yes no


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tx initializations

frame, rx

wait response

ack, txtimeout

wait tx request

next: frame

rx initializations

nack, tx

wait frame

frame, rx

init timeout

nack, tx

init tx

init rx

frame ok

ack, tx

accept: frame

noyes


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buffer1 = printInfoProducto(key)buffer2 = printInfoCosteTotal(key)

LCDprint(1st line, buffer1)LCDprint(2nd line,buffer2)

CADClearInterrupt()

init peripheralsCADstart(interrupt mode)

wait getKey

init main

key = getKey()

interrupt: CAD

init _ADCInterrupt

wait interrupt CAD

// Global Vars //key


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value = CADGetValue();weight = value * 0.004887585;

printValueOnLCD(weight);CADClearInterrupt()

interrupt: CAD

init _ADCInterrupt

init peripheralsCADstart(interrupt mode)

wait getKey

init main

key = getKey()

key ==11

Timer1Stop()CADReiInitialize(interrupt mode)

CAD_BY_TIMER = FALSEoffLED(1)

CADReiInitialize(polling mode)CADRequestValue()

Timer1ReInitialize(250 ms)CAD_BY_TIMER = TRUE

onLED(1)

CAD_BY_TIMER == FALSE

value = CADGetValue();weight = value * 0.004887585;

printValueOnLCD(weight);CADClearInterrupt()

interrupt: T1

init _T1Interrupt

CADReadyValue()

CADRequestValue()

toogleLED(0)

no

yes

noyes

yes

no

// Initialization of global vars //

CAD_BY_TIMER = FALSE


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Interconexin de redes LAN


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1 Introduccin

Muchas veces existe la necesidad de comunicar dispositivos que estn conectados en diferentes LAN.

A grandes rasgos, las razones por las cuales se necesita interconectar LANs son las siguientes:

Prestaciones. A medida que el nmero de estaciones crece, las prestaciones de una LAN disminuyen en trminos delatenciay, en algunos protocolos, en trminos de la eficiencia de la utilizacindel canal.

o Utilizar varias LAN permite agrupar los dispositivos para que el trficoen cada LAN nosea excesivo.

Jerarqua. En ocasiones, como es el caso de la redes industriales, se tienen diferentes LANen diferentes nivelesdela arquitectura CIM. Como vimos en el tema sobre la integracin vertical, es necesario interconectar las LAN de unafactora entre s y con el exterior.

Fiabilidad. Una nica LAN es un punto nico de avera; si la red falla, todas las estaciones quedan incomunicadas.

o Si se tienen varias LAN entonces cada una puede constituir una regin de contencin de errores

Seguridad. Puede haber diferentestipos de trfico con diferentes requisitosde seguridad.

o Dividir la red en varias LAN permite aislarms fcilmente unos trficos de otrosmediante mecanismos de controly supervisin.

Geografa. A veces las estaciones estn organizadas en grupos que ocupan puntos geogrficos diferentes.

Por su parte las LAN pueden estar conectadas de dos formas (ver ejemplos en las Figuras stallingsFig15.14.pdf ygarciaEtAl-Fig6.15.pdf):

Directamente las unas a la otras, p.e. las diferentes LAN del Campus.

Mediante una WAN, p.e. la LAN de un laboratorio del Campus con la LAN de nuestra casa.

En lneas generales, parapoder enviar informacinde una estacin, A, situada en una red Xa otra estacin, B, situadaen una red diferente,Y, se tienen que implementar las siguientes funciones:

Encaminamiento. El encaminamiento consiste en el conjunto de decisionesque deben tomarse a fin de establecerla ruta o rutasque la informacin (unidades de informacin) debe seguir a travsde las diferentes redes (LAN oWAN) para que dicha informacin se transmita desde la estacin A a la estacin B.

Fragmentaciny ensamblado.

o Puede que cada red que haya que atravesar sea capaz de tratar un tamao mximo diferente de unidad deinformacin(cada red puede tratar una Mximum Transfer Unit, MTU, distinta).

o Imaginemos el siguiente escenario

! una unidad de informacin tiene que transmitirse desde una red, F, a otra red H

! F y H tienen la misma MTU

! entre F y H hay otra red cuya MTU es menor que la MTU de F y H

! entonces se tomarn las siguientes acciones:

! (1) se fragmentala unidad que se transmite en F en unidades ms pequeas

! (2) se transmiten esas unidades ms pequeas a travs de G

! (3) una vez que estas unidades ms pequeas lleguen a H, habr que ensamblarlaspara obtener la unidadoriginal

! (4) transmitir la unidad original ensamblada a travs de H


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Para interconectar LANs (ya sea directamente o a travs e una WAN) se utilizan dispositivos de interconexin.Conceptualmente estos dispositivos de interconexin pueden trabajar en diferentes capasdel modelo OSI.

Dispositivos de interconexin a nivelde capa fsica:

o Repetidores y concentradores (hubs)

Dispositivos de interconexin a nivelde capa de enlace:

o Puentes (bridges) y conmutadores (switches)

*Notar que para ofrecer interconexin a nivel de capa de enlace, tienen que implementar tanto la capa fsica como lacapa de enlace (concretamente la subcapa MAC)

Dispositivos de interconexin a nivelde capa de red:

o Encaminadores (routers)

! realizan encaminamiento por software "velocidades del orden de Mbps

o Conmutadores de capa 3

! realizan encaminamiento por hardware"velocidades del orden de Gbps

*Notar que para ofrecer interconexin a nivel de capa de red, ambos tienen que implementar la capa fsica, la deenlace y la de red

Dispositivos de interconexin ms all del nivelde capa de red

o Pasarela (gateway)

*Notar que un gateway puede implementar todas las capas


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2 Dispositivos de interconexin a nivel de capa fsica

2.1 Repetidor

Tiene dos puertos, cada uno conectado a una LAN diferente.

La seal fsica que recibe en uno de los puertos la amplifica y la retransmite por el otro; y viceversa.

Permite incrementar el alcancede una LAN: la LAN se divide en sub LANs interconectadas mediante repetidores.

Todas las LAN interconectadas mediante repetidores forman un nico dominio fsico de comunicacin

2.2 Concentrador (hub)

Se puede ver como un repetidor mutipuerto, o como un repetidor que se utiliza en una topologa en estrella

o Cada estacin tiene un enlace(link) dedicadohacia el hub

o En ocasiones el enlace se divide en dos subenlaces(sublink), uno para transmitir y otro para recibir

o El hub acoplalas seales fsicas que provienen de cada estacin

o y hace un broadcastde la seal acoplada resultante (la enva a todas las estaciones)

Todas las LAN interconectadas mediante hubs forman un nico dominio fsico de comunicacin

2 tipos de hub:

o Pasivo: NO amplificala seal acoplada resultante

o Activo: S amplificala seal acoplada resultante

Ejemplos de longitud mxima de cada enlace segn el tipo de cableado:

o Par trenzado: 100 m

o

Fibra: 500 m Se pueden implementar topologas de estrellade varios niveles(FIGURA 15.12 Stallings)

o Header Hubse Intermediate Hubs

Ejemplo de aplicacin: cableado de edificios

o Armario en cada planta

o Se coloca un hub en cada armario para dar servicio a la estaciones de esa planta

o Todos los hubs se interconectan mediante un backbone(que puede ser un bus u otro hub)


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3 Dispositivos de interconexin a nivel de capa de enlace

3.1 Puente (bridge)

Un puente es un dispositivo que interconecta dos o ms LANs a nivel de capa de enlace; es decir encaminala informacina nivel de capa de enlace.

Concretamente, un bridge implementa la capa fsica y la capa MAC (ver Figura garciaEtAl-Fig6.17.pdf)

Por tanto:

Las LAN interconectadas mediante bridges constituyen un nico dominiode comunicacin a nivel de capa de enlace

o es decir, dos estaciones ubicadas en LANs diferentes interconectadas mediante puentes pueden direccionarsemutuamentehaciendo uso de sus direcciones MAC

Pero cada LANconstituye un dominio fsicode comunicacin independiente

o es decir una trama transmitida en una LAN no se observar en otra LAN a no ser que el bridge decidaretransmitirlahacia esa LAN, p.e. un bridge no retransmitir una trama de una LAN a otra si la estacin emisora yla estacin receptora estn en la misma LAN.

Normalmente los puentes conectan LAN del mismo tipo (p.e. Ethernet). Cuando no es as, hablamos de puentesheterogneos.

Las funcionesde un bridge variarndependiendo de las LAN que interconecte. Pero podemos destacarlas siguientes:

Direccionamiento de las estaciones

Conversin de seales fsicas (voltajes, tipo de codificacin, etc.)

Conversin entre formatos de trama

Clculo de Checksum/CRC

Fragmentacin en MTUs ms pequeas (y ensamblaje si es necesario) Almacenamiento temporal de las tramas para evitar congestin (si las LAN tienen diferentes velocidades)

Encaminamiento

La capacidad de interconexin de lo puentes heterogneos es limitada porque no siemprepueden resolver todos losproblemas de traduccin mencionados en la lista anterior. Por ejemplo, si un puente no tiene capacidad parafragmentar/reensamblar debido a incompatibilidades entre el formato de las tramas de dos redes, entonces descartar lastramas que sean demasiado grandes para la LAN destino.

Es IMPORTANTE notar de nuevo que los puentes realizan el encaminamiento basndose en las direcciones MAC deorigen y destino que hay en las tramas; es decir, encaminan a nivel de capa de enlace!!

Dependiendo de cmo se haga el encaminamiento, tenemos diferentes tipos de puentes:

Puentes transparentes

o Estticos

o Dinmicos estudiaremos slo este tipo de puentes

Puentes de encaminamiento desde el origen


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3.2 Puentes transparentes dinmicos

Los puentes transparentesson transparentes porque la complejidaddel proceso de encaminamientoest enla subred

(en los puentes en s) Es decir, las estaciones no tomanninguna decisinde encaminamiento.

Las ventajas son:

o Las estaciones se conectan como si fueranplug&play

o No hay que hacer ninguna modificacin en el software de las estaciones

El encaminamiento se realiza en base a tablas de encaminamiento ubicadas en cada puente. Para mayor claridad,llamaremos a estas tablas, tablas de reenvo

Cada puentedispone de una tabla de reenvocon dos columnas:

o Direccin MAC destino

o Puerto de Reenvo.

MAC destino Puerto reenvo

Cada vez que el puente recibeuna tramapor un puerto, accedea la tabla con la direccin MAC dedestinode la

trama.

o Si el puerto de reenvo es el mismo por el que se recibi la trama, entonces se descarta la trama

o En caso contrario se reenva la trama por el puerto de reenvo indicado

Por ejemplo, parte de la tabla de reenvo del puerto P2 en la Figura garciaEtAl-Fig6.19.pdf sera:


E puerto Z

G puerto Y

A puerto Y

Si las tablas de reenvo se configuranofflinede forma manualy son estticas(no cambian automticamente), hablamos

de puentes transparentes estticos.

Por el contrario, los puentes transparentes dinmicos reciben el calificativo de dinmico porque aprenden y recalculanautomticamentelas tablasde reenvo para lidiar con cambiosen la configuracinde la topologa, p.e. ubicacin de lasestaciones, o fallos de bridges/LAN

Ventajas respecto a la solucin esttica:

Es ms fcil escalar: las tablas se reconfiguran automticamente al aadir nuevas LAN o estaciones

Ms flexible: los puentes se adaptan automticamente a cambios en la configuracin de la topologa, ubicacin de las

estaciones, o fallos de bridges/LAN.

Desventajas respecto a la solucin esttica:

Ms complejo

Ms requerimientos de procesamiento en los bridges


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A continuacin vamos a explicar cules son los problemas asociadosa la gestin dinmicade las tablas de reenvo, ycmolos puentes transparentes dinmicos los solucionan.

1.- Cmo se puede asegurar que una trama llegue de la estacin origen a la destino si existen puentes que nosaben cmo reenviarla (la direccin destino no aparece en sus tablas)?

Para solucionar este problema los puentes utilizan el mecanismo de transmisin por inundacin (floodingo transmisin enmodo promscuo):

si el destino de una trama no aparece en su tabla, el puente la reenva por todos sus puertos menos por donde vino.

notar que, as, la trama llegar del origen al destino incluso si ningn puente saba como reenviar la trama

2.- Cmo aprende cada puente el puerto por el que se debe reenviar una trama?

Para aprender, cada puente utiliza un mecanismo denominado backward learning

cuando un puente recibe una trama:

o inspeccionala direccinde la estacin origende la trama, sourceDir, y el puertodel puentedesde donde vino,rxPort

o apuntala siguiente informacin en su tabla:


sourceDir rxPort

si en el futuroel puente recibe una trama con direccin sourceDir, sabr que tendr que reenviarla por rxPort

por ejemplo, considerar la Figura garciaEtAl-Fig6.19.pdf:

o P1 recibe desde red X (puerto X) trama con origen A

! P1 apunta que las tramas con destino A se han de reenviar hacia X


A puerto X

o P2 recibe desde red Y (puerto Y) trama con origen A

! P2 apunta que las tramas con destino A se han de reenviar hacia Y


A puerto Y

o Ahora, si la estacin H enva una trama con destino A, entonces:

! P2 reenviar la trama hacia Y

! P1 reenviar la trama hacia X

! A recibir la trama

El mecanismo backward learningasegura que las tablas se completan con el paso del tiempo a medida que las estacionesvan enviando tramas.


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3.- Una vez se han aprendido todas las rutas, cmo pueden los puentes reaprender las rutas cuando hay un cambioen la topologa?

Es decir, cmo se actualizan automticamente las tablas cuando hay cambios como: conexin/desconexin de una estacin,cambio de ubicacin de estacin, fallo de un bridge, conexin de un bridge con nuevas LAN, etc.

Para ello se sigue la siguiente estrategia:

Cada filade cada tabla tiene un tiempomximode validez

Cada vezque se recibeuna tramacon direccin de origen sourceDir por un puerto rxPort:

o se accede a la fila de la tabla donde la columna MAC destinosea sourceDir

o se comprueba que la columna Puerto reenvo de esa fila sea rxPort

! En caso afirmativo, se renueva el tiempo de validez

! En caso contrario, se modifica esa fila de la tabla para que Puerto reenvosea rxPort(y se inicializa su tiempode validez)

Si el tiempo de validez de una fila expira, se elimina la fila de la tabla

NOTAR: que este mecanismotiene las siguientes desventajas:

a veces hay que esperar a que expiren las filas correspondientes en diferentes tablas para darse cuenta de que ha

habido un cambio en la topologa

los puentes en los que hay filas que expiran:

o tienen que repetirel mecanismo de transmisin por inundacinpara las estacionesque aparecen en la columnaDestino MACde esas filas

o !concretamente hastaque vuelven a aprenderpor donde reenviar las tramas dirigidas a esasestaciones

el tiemponecesario para (re)aprenderafecta negativamentea la capacidad de la red para garantizar comunicaciones

de tiempo real


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4.- Cmo se pueden evitar bucles en la topologa?

Un bucle se dacuando existe ms de un caminoentre dos estaciones dadas. Ver ejemplo de la Figura stallingsFig15.10.pdf

En principioque existan caminos redundantes es deseable, ya que la topologa tiene rutas alternativas que permiten:

Tolerarel fallo de bridges, p.e. si el bridge 104 falla, an se puede utilizar el bridge 107 para comunicar la LAN E con el

resto de LANs.

Se podran disear soluciones de encaminamiento ms elaboradasen las que las decisiones de reenvo tuviesen en

cuentala velocidado la congestinde las diferentes LAN que hay que atravesar.

Por esta razn, cuando se interconectan LANs, los bucles no se eliminan fsicamente, sino que se deshabilitandesde elpunto de vista lgico: se deshabilitan los puertos necesarios en diferentes bridges.

Pero Por qu hay que eliminar los bucles desde el punto de vista lgico?

La existencia de bucles puede ocasionar problema graves

Cuando se transmiten mensajes de difusin (broadcast), se puede producir una tormenta de broadcast: los paquetes

circulan de forma indefinida por toda la red congestionndola

Un bucle puede impedir el procedimiento de aprendizaje de caminos, p.e. ver Figura 15.11 Stallings:

o las tablas estn vacas

o t0: A transmite trama con destino B: tramaAB

o t1: puente "

! reenva tramaAB a LANY

! aprende por donde hay que reenviar tramas a A en el futuro

Puente "


A puerto X

o t2: puente #

! reenva tramaAB a LANY

! aprende por donde hay que reenviar tramas a A en el futuro

Puente #


A puerto X

o Estacin B recibe dos copias!

o Peor an, los puentes "y #reciben de nuevotramaAB, pero desde LAN Y!!!!

o puente "

! reenva tramaAB a LANX

! creeque tiene que reaprenderpor donde hay que reenviar tramas a A en el futuro

Puente "


A puerto Y


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o puente #

! reenva tramaAB a LANX

! creeque tiene que reaprenderpor donde hay que reenviar tramas a A en el futuro

Puente #


A puerto Y

o Los puentes "y #reciben de nuevotramaAB, pero desde LAN X!!!!

o Se crea un bucle infinito de reaprendizaje!

Para evitar que haya bucles se utiliza el algoritmo denominado spanning tree(rbol de expansin) desarrollado por el grupoIEEE 802.1

La red se puede ver como un grafo conectado; un grafo donde cada par de vrtices est conectado por un camino dearistas. Es decir, para cualquier parde vrtices(a, b), existe al menos un caminoposible entre ellos.

! Los vrtices son los puentes

! Las aristas son las LAN

Dado un grafo conectado existe un rbol de expansin (spanning tree) de vrtices tal que mantiene conectado algrafo, pero que no contiene bucles

Ejemplo Figura 6.21 P. Garca.

Mediante el algoritmo de spanning tree se puede calcular/actualizar automticamente el rbol de expansin de unconjunto de LANs interconectadas mediante puentes (y switches, como veremos ms adelante).

La idea es:

Asignar automticamente a cada puertounode los siguientes tres estados:

o Puerto raz (root port) #puerto habilitado

o Puerto designado (designated port) #puerto habilitado

o Puerto bloqueado (blocked port) #puerto deshabilitado

As, mediantela habilitacin/deshabilitacinde los puertos, se consigue el rbol de expansin

El algoritmo se puede esquematizar como sigue:

Cada puentetiene un identificador nicollamado Bridge Id(BID), formado por su direccin MACy su prioridad

Uno de los puentes, el que tiene el BID ms bajo, hace el papelde root bridge

El root bridgees el nodo razdel rbol de expansin

Cadapuerto de cada bridge tiene un coste de camino(cost of path) hasta el root bridge.

El costede un puertose calcula en funcin de:

o el nmero mnimo de LANsque una trama tieneque atravesarpara ir desdela LAN conectadaal puerto hastael root bridge

! NOTAR que el coste incluye la LAN conectada al puerto

o y la velocidadde cada una de esas LAN

o concretamente el coste es la sumade las penalizaciones por velocidadde cada una de esas LAN

! NOTAR que todos los puertos del root bridge tienen coste cero


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10

La generacindel rbol de expansin se realiza en cuatro fases

o Eleccin del root bridge

o Eleccin del puerto raz(root ports) en cada bridge

! el puerto raz es el puerto que conecta al bridge con coste mnimo al root bridge

! si ms de un puerto tiene el mismo coste, se desempata utilizando el nmero de puerto (+ bajo"+ prioridad)

o Eleccin del puerto designado(designaged port) en cada LAN entre dos o ms bridges.

! de todos los puertos a los que an no se le ha asignado estado, se tiene que escoger un nico puerto(perteneciente a uno de los bridges) como puerto designado

! el puerto designadoes aquelconectado al bridge que tiene un menor coste

! el coste de un bridge es el coste mnimodesde sus puertos hasta el root bridge

! en caso de empatese escoge el puertodel bridge con BID ms bajo

o NOTAR que todos los puertos del root bridge son puertos designados

o Asignacin de puertos bloqueados.! cada bridge marca como bloqueados los puertos que ni son root port ni designated port

! los puertos bloqueados:

o nose utilizan para reenviartramas de datos

o nipara aprenderdirecciones MAC de nuevas estaciones que se conecten a la LAN

NOTAR que los puentes consiguen formar un rbol en el que cada rutatiene el mnimo coste posible

Consultar ejemplomostrado en clase.

5.- Una vez se ha establecido un spanning tree, cmo pueden los puentes reconfigurarlo cuando hay un cambio en

la topologa?

Para mantener automticamente el spanning tree y reconfigurarlo de forma dinmica, se utiliza la siguiente estrategia.:

La configuracinde cada puentedentro del spanning tree tiene una validez temporal

Los puentes intercambian peridicamente con sus vecinos mensajes de configuracin llamados BPDU (Bridge

Protocol Data Unit). La BPDU bsicamente contiene:

o Bridge ID(BID): identificador del puente que genera la BDPU

o Root Id: identificador (BID) del puente que segn el puente que genera la BDPU es el root bridge

o Cost of path: el coste del camino con mnimo coste desde el puente que genera la BPDU hasta el root bridge

La recepcinde las BPDUen un puenterefresca la validez de la configuracin de dicho puente

Un cambioen la topologaocasiona una alteracinen el intercambiode las BPDUsde tal forma que la configuracin

de uno o mspuentes expira

Cuando esto ocurre, el algoritmode spanning treese ejecuta de nuevopara hallar una nueva estructura de rbol que

garantice que no hay bucles

Es IMPORTANTE notar que las conexionesentre puentes y LAN que se deshabilitan mediante los puertos bloqueados.Como hemos visto, esto quiere decir que NO se reenvan tramas de datospor los puertos bloqueados. PERO:

se intercambianBPDUsa travs de los puertos bloqueados

los puertos bloqueados pueden se rehabilitados (convertirse en root o designated ports) cuando se recalcula elspanning tree debido a cambios en la topologa

Finalmente, destacar:

la topologa puede cambiardebido al fallode algn puente, LAN o estacin. Por tanto, la adaptacin dinmicadel

rbol de expansin antecambiosen la topologa puede utilizarse para tolerar fallos

el tiemponecesario para (re)configurarel rbol de expansin afecta negativamentea la capacidad de la red para

garantizar comunicaciones de tiempo real


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3.3 Conmutador de capa 2 (switch)

Al igual que un bridge, un switch es un dispositivo de interconexin que realiza el encaminamiento a nivel de Capa deEnlace. De hecho, un switch se puede considerar como una clase de bridge.

En los ltimos aos han ido desplazandoa los hubs y a los bridges, sobretodo en LANs de alta velocidad, y estn teniendoun gran augeen las redes de comunicacin industrial.

Su funcionamiento bsico se puede resumir como:

Cada estacin se conecta al switch mediante un enlace(link) dedicado formando una topologa en estrella

o Si cada enlace se utiliza tanto para transmitir como para recibir, entonces el switch permite una comunicacin halfduplex

o Si cada enlace tiene dos subenlaces, uno para transmitir y otro para recibir, el switch permite comunicacin fullduplex

Cuando una estacin enva una trama al switch, ste la enva por el o los enlaces (puertos) que sean necesarios

o Unicast

o Multicast

o Broadcast

Cmo sabe el switch por qu puerto/s debe reenviar una trama?

o El switch contiene una tabla de reenvo (forwarding table), tambin llamada CAM (Content Addressable Memory)

o La CAM indica cul es la MAC conectada a cadaunode los puertosdel switch

o Cuando un paquete llega al switch, ste inspeccionala direccin MACde destinoy accedea la CAMpara saberpor cul o cules de los puertos tiene que reenviarla trama

! Si la direccin de destino es unicast"el switch reenva la trama por un solopuerto

! Si la direccin de destino es multicast"el switch reenva la trama por variospuertos

! Si la direccin de destino es broadcast"el switch reenva la trama por todoslos puertos

o Notar que la CAM es pues muy similar a la tabla de reenvo de un puente!

Normalmente los nodos de una red LAN se interconectan mediante mltiples switches. Es decir, la red consta de variosswitches interconetados entre s. Este tipo de redes se denominan redes multihop, ya que cada switch que hay queatravesar para enviar informacin de una estacin a otra es un salto o hop.

Es en las redes multihop en donde queda ms clara la similitud entre los switches y los bridges. Imaginar la siguiente

situacin:

una estacinY noest conectadaa un switch A

si una tramacon destino Yllega al switch A"el switch Anopodr reenviaresa trama directamentea la estacin Y

en lugar de ello el switch Adebe reenviarla trama a otro switch B

siYnoest conecta al switch B, el switch Btendr que reenviarla trama a otro switchC

y as sucesivamentepara encaminarla trama hastaque finalmente sea reenviada a la estacin Y

As pues, para poder encaminartramas en una red multihop, los switchesdeben implementar los mismos mecanismosque vimos en los bridges.

Inundacin

Backward learning

Reaprendizaje con tiempo mximo de validez de las entradas de las tablas de reenvo

Clculo y mantenimiento del spanning tree


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Existen dos variantes de switch dependiendo de cmo se haga el reenvo:

Store-and-forward.

o el switch recibe la trama

o la almacena temporalmente

o la reenva por el o los enlaces (puertos) que sean necesarios

Cut-through.

o normalmente la direccin MAC de destino est en los primeros campos de la trama

o el switch aprovechaesta caractersticapara empezar a reenviarla trama por los puertos correspondientes antesde haber terminado de recibirla completamente

o ventaja: mayor rendimiento

o desventaja: mayor riesgo de propagartramas errneas, al no comprobar el CRC antes de empezar a reenviarla

Principales ventajas de un switch:

Si el switch tiene la capacidad suficiente, puede gestionar varias envos y recepciones simultneamente.

o puede dar servicio en paralelo a mltiples caminos de comunicacin

! siempre y cuando stos sean disjuntos (no se solapen)

Figura 15.13.C Stallings

o aumenta el rendimiento, p.e:

! N estaciones

! cada enlaces de capacidad C y full dplex

! switch de capacidad N*C

! "el switch puede llegar a ofrecer simultneamente capacidad C para N enlaces lgicos (origen -> destino)

! notar que este rendimiento mximo slo se alcanza cuando cada host enva simultneamente una trama y loshost destino son disjuntos.

En un switch half-duplex cada enlace es un dominio fsico de comunicacin diferente!

o cada enlace es un dominio de colisinindependiente

o que haya una colisin en un enlace no significa que lo haya en otro/s enlaces

o "menos probabilidad de colisiones

o "mayor rendimiento

En un switch full-duplexNOhay colisiones

o puede usarse para evitar colisiones en protocolos basados en contencin

! p.e. switched Ethernet "los nodos usan CSMA-CD, pero nunca hay colisiones

! al no haber colisiones "el peor tiempo de respuestade cada mensaje es determinista"se puede utilizarpara hacer Ethernet apropiado para Tiempo Real

o notar que aunque no haya colisiones, s, puede puede haber overrunde los buffers internos del switch

La red se puede escalar ms fcilmenteque con bridges

o un aumento en el nmero de estaciones tiene un impacto menor en el aumento de la probabilidad de sufrir colisiones(fe hecho, si el switch es full-duplex, no se van a producir colisiones por el hecho de escalar)

o sin embargo cuando se utilizan briges escalar significa aumentar la probabilidad de colisiones

! "requiere un anlisis ms complejo de cmo escalar para determinar qu bridges y segementos LAN hay que

aadir


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Principales diferencias con bridges

un bridgegestiona tramas por software; mientras que un switchnormalmente lo hace por hardware

o switch es normalmente ms rpido

un bridgeslo puede analizar y reenviartramas de una en una; mientras que el switchpuede reenviarvariastramas

en paralelo

un bridgees siemprestore-and-forward; un switchpuede sercut-through


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bridge 1

port 1

port 2

LAN 1

bridge 4

port 1

port 2

bridge 5

port 1

port 2

bridge 3

port 1

port 2port 3

bridge 2

port 1

port 2

LAN 2

LAN 3

LAN 4

bridge 1

port 1

port 2

LAN 1

bridge 4port 1

port 2

bridge 5

port 1

port 2

bridge 3

port 1

port 2

port 3

bridge 2

port 1

port 2

LAN 2

LAN 3

LAN 4

O

X

c0

c0

c1

c1

c1

c1

c2

c2

c2

c2

c2

O

O

X

X

O

O designated port

X blocked port

root port


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bridge 1

port 1

port 2

LAN A

bridge 3

port 2

port 1

bridge 4

port 1

port 2

bridge 2

port 2

port 1

bridge 5

port 1

port 2port 3

LAN B

LAN C

LAN D

LAN E


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bridge 1

port 1

port 2

LAN A

bridge 3

port 2

port 1

bridge 4

port 1

port 2

bridge 2

port 2

port 1

bridge 5

port 1

port 2port 3

c1

c2

c1

c2

c0

X

O

c0

c1

c2

c2

c2

c2

O

O

O

X

O

O designated port

X blocked port

root port

LAN B

LAN C

LAN D

LAN E


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port 3

port 2

bridge 5

LAN A

bridge 3 bridge 4

bridge 1

bridge 2

port 1

bridge 6

port 1

port 2 port 2

port 2 port 2

port 3

port 1port 1

LAN B

LAN CLAN D

LAN E

LAN Fport 1

port 2port 3

port 1


37/73

c2

port 2

c0

bridge 5

LAN A

bridge 3 bridge 4

bridge 1

bridge 2

port 1 c1

O

X

bridge 6

c1

c2c2c1

c1 c2

c2c2

c2

c2O

O

port 1

port 2 port 2

port 2 port 2

port 3

port 1port 1

O

OX X

X

O

LAN B

LAN CLAN D

LAN E

LAN F

port 3port 1

port 2port 3

port 1

O designated port

X blocked port

root port

c0

c0


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port 3

port 2

bridge 5

LAN A

bridge 3 bridge 4

bridge 1

bridge 2

port 1

bridge 6

port 1

port 2 port 2

port 2 port 2

port 3

port 1port 1

LAN B

LAN CLAN D

LAN E

LAN Fport 1

port 2port 3

port 1


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c2

port 2

c0

bridge 5

LAN A

bridge 3 bridge 4

bridge 1

bridge 2

port 1 c1

O

X

bridge 6

c1

c2c2c1

c1 c2

c2c2

c2

c2O

O

port 1

port 2 port 2

port 2 port 2

port 3

port 1port 1

O

OX X

X

O

LAN B

LAN CLAN D

LAN E

LAN F

port 3port 1

port 2port 3

port 1

O designated port

X blocked port

root port

c0

c0


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La capa de Red


1

1 Introduccin

Interconectar redesmediante dispositivos que realizan el encaminamiento a nivel de capa de enlacepresenta una seriede limitaciones. Algunas de las limitaciones ms importantes son:

Restriccioneso imposibilidad de transferirinformacin de una red a otrasi ambas redes implementan protocolos decapade enlacecon incompatibilidadesentre ellos

o p.e. Cmo conseguir que a nivel de capa de enlace que una trama enviada por una estacin A en una red CAN searecibida por una estacin B ubicada en una red Ethernet?

! Si la estacin B recibe incorrectamente la trama, cmo se puede globalizar dicho error en la red CAN?

! Cmo conseguimos direccionar la estacin B como destino, si CAN utiliza direccionamiento indirecto basadoen la fuente y Ethernet direccionamiento directo?

Cuando hay que interconectar millones de dispositivos, las estrategias de encaminamientode capa de enlace:

o NOson escalables

! p.e. no es plausible utilizar backward learning para que los dispositivos de encaminamiento aprendan comoreenviar las tramas entre millones de dispositivos

o NOson suficientementeflexibles, ya que para encaminar a nivel de capa de enlace no se permiten bucles; portanto:

! existiran menoscaminos alternativospotenciales

! el establecimiento de caminos alternativos sera muy lento (p.e. no es plausible ejecutar spanning tree enmillones de encaminadores)

estos dos puntos limitan el rendimiento y la dependability; al no poder establecer (o no poder hacerlorpidamente) un camino alternativo cuando el actual est sobrecargado o est daado respectivamente

Para solventarestas limitacionesse aade la capa de redencima de la de enlace. Bsicamente la idea es (ver Figura 1.5):

1. la informacinque se desea intercambiar NOse encapsula directamenteen una PDUde capa de enlace2. sinoque se encapsula en una PDUde capa de reda la que llamaremos paquete

o el paquete tiene una direccinde origeny una direccinde destinode capade red

3. para transmitir y encaminar un paquete dentro de una red X:

o el paquete se encapsula en una PDU de capa de enlace (trama) de la red X

o la trama se transmite y encamina a travs de la red X utilizando para ello encaminamiento a nivel de capa deenlace de la red X

! notar que la trama tiene sus propias direcciones de origen y destino de capa de enlace de la red X

4. si la estacin de destino estenla red X, esa estacin de destino:

o recibe la trama

o desencapsula el paquete que hay en la trama

o desencapsula la informacin que hay en el paquete

5. si la estacin de destino NO est enla red X, un dispositivo encaminador de capa de red:

o recibe la trama

o desencapsula el paquete que hay en la trama

o en base a las direcciones de origen y destino del paquete (direcciones de capa de red) decide encaminar elpaquetepor la red Y

o el dispositivo encaminador procede de forma anloga a lo indicado en el punto 3

! encapsula el paquete en una PDU de capa de enlace (trama) de la red Y

! la trama se transmite y encamina a travs de la red Y utilizando para ello encaminamientoa nivel de capa deenlace de la red Y

o los puntos 3 y 5 se repiten de forma anlogauna y otra vez hasta que la tramaque contiene el paquete se envaen la red donde estla estacin de destino


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La capa de Red


2

Es importante notar las siguientes implicaciones:

Un paquete a nivel de redse disea independientemente del protocolo de capa de enlaceque utiliza cada una delas diferentes redesque ese paquete va a atravesarpara llegar del origen al destino

Si bien necesitamos un protocolo de capa de red para encaminar mensajes a travs de diferentes redes, elencaminamiento dentro de cada redse realiza utilizando la capa de enlace.

o por ello, en realidad, el encaminamiento se realiza de forma cooperativa entre la capa de red y la de enlace!!!!

Para ilustrar la idea bsica de la capa de red y sus implicaciones, vamos a ver un ejemplo que muestra esta cooperacin. Eseejemplo lo encontraris en formato PDF en al web de la asignatura.

En ese ejemplo vamos a suponer que utilizamos IP como protocolo de red.

Para entender el ejemplo, basta con tener algunas nociones bsicas sobre encaminamiento:

El encaminamientose realiza cooperativamenteentre dos tipos de mquinas:

o Las estacionespropiamente dichas (workstationsy serversen el ejemplo)

o Los encaminadores de capa de red (rooters, conmutadores de capa 3, etc). A veces encontrareis que a estosdispositivos se les llaman gateways. Sin embargo, conceptualmente y en esta asignatura un gateway es undispositivo de encaminamiento que opera en todas las capas del modelo OSI (ver apuntes sobre Interconexin derede LAN).

Despus de ver el ejemplo podemos hacer nfasis en los siguientes aspectos:

La estacin de origen encapsula un paquete de capa de red en el tipo de trama de capa de enlace propio de la red a laque est conectada

Un paquete de red que sale de una red se desencapsula de la trama de enlace de esa red que lo contiene y se vuelve a

encapsular en el tipo de trama propia de la siguiente red en la que ingresa

Cuando el paquete llega a la red destino, la estacin destinataria desencapsula el paquete de red de la trama de enlace

de esa red

Para entender un poco mejor el papel de la capa de red, en el resto de este documento vamos a ver los aspectos msrelevantes de IP, que es la familia de protocolos de red ms utilizada en la actualidad.


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La capa de Red


3

2 Protocolo IP

2.1 Contexto

Cuando se habla de IP en trminos generales, en realidad se habla de un conjunto de protocolos llamado InternetProtocol Suite(IP Suite).

La IP Suitees un conjunto de protocolos de capa de reddentro de la arquitecturade comunicaciones TCP/IP, la culincluye una familia de protocolos que cubren las capas de aplicacin, transporte y red.

Algunos ejemplos de protocolos de la arquitectura TCP/IPse pueden ver en la Figura 8.6 P. Garca et al.

Protocolos de aplicacin

o p.e. HTTP, FTP, TELNET, SSH, etc

Protocolos de transporte (control de flujo extremo a extremo, segmentacin, mutliplexacin en base a puertos)

o TCP

! Orientado a conexin con confirmacin

! Control de conexin, flujo y errores

! Fiable

! La mayora de protocolos de aplicacin de la arquitectura TCP/IP se basan en TCP

o UDP

! No orientado a conexin sin confirmacin

! No fiable

Protocolos de red (IP Suite). Algunos de los ms populares son:

o IP

! No orientado a conexin sinconfirmacin! Objetivo: interconexin de subredes y encaminamiento sobre ellas

o ICMP (Internet Control Message Protocol)

! Complemento para IP

! Codificado como un datagrama IP ms

! Los datagramas ICMP (los cuales son IP) llevan informacin sobre el buen funcionamiento global del sistema,p.e. inaccesibilidad destino, redireccionamiento (para indicar al host que es mejor que enve a otra direccin IP),sello de tiempo, expiracin tiempo de vida datagrama IP, etc

Mostrar Figura 8.5 de Garcia et.al muestra el encapsulado de PDUs en la arquitectura TCP/IP.

Notar que la PDU IP se encapsula en una trama de capa inferior (normalmente capa de enlace). Aunque generalmente esEthernet, TCP/IP est diseado para ser independientede la tecnologa subyacente. De esta forma, TCP/IP se usa tanto enWAN como en LAN.


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La capa de Red


5

En generaltodas las direcciones IPson pblicas:

Son visiblesy globalmente reconocidasen el mbito de Internet

Cuando un dispositivo tiene una IP pblica, cualquier otros dispositivo conectado a Internet puede acceder a esa

direccin

Una IP pblica es unvocaen todo el mundo

Administradas por la IANA (Internet Assigned Number Authority) y entidades administrativas locales

Pero existen IP privadas:

No son visibles en Internet

Se usan en redes corporativas (intranets)

No son nicas! Un dispositivo en la intranet X puede tener la misma IP que un dispositivo en la intranet Y

Se reservan IPs privadas en las diferentes clases IP

o 10.0.0.0 10.255.255.255 (clase A)

o 172.16.0.0 172.31.255.255 (clase B)

o 192.168.0.0 192.168.255.255 (clase C)

Ejemplode asignacin de direcciones en una LAN conectada a Internet: Figura 8.8 P.Garca

Cada host tiene asignada una IP privadade clase B

Cada router tiene una IP privadapara identificar cada una de sus conexiones LAN

El router 2, adems, tiene una IP pblicade clase B que identifica su conexin a Internet

Adems existen direcciones IP que no se puedenasignar a ninguna interfaz de red.

127.0.0.1 es la direccin de interfaz loopback(la interfaz se enva el paquete IP a s misma)

direccin IP en donde la parte del hostsea todo ceros: se usa para identificar a una red, no a una interfaz

o p.e. 192.168.123.0

o si 192.168.123 es la red

o entonces no puede haber una interfaz de red que tenga direccin 192.168.123.0

o esto es porque 192.168.123.0 se usa para direccionar a la red en s

direccin IP en donde la parte del hostsea todo unos: se usa como direccin de broadcastde una red

o p.e. 192.168.123.255

o si 192.168.123 es la red

o entonces no puede haber una interfaz de red que tenga direccin 192.168.123.255

o esto es porque 192.168.123.255 se usa como direccin broadcast en la red 192.168.123

En este punto, veamos algunas caractersticas ms sobre direccionamiento IP.


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La capa de Red


6

Primera caracterstica direccionamiento IP

Su divisin en claseshace que sea rgidoasignar direcciones IP lgicasque se adecuena la ubicacin fsicade lasmquinas.

Para entender en qu consiste este problema vamos a considerar el ejemplo de la Figura 8.8 P. Garca

Ejemplo (ver Figura 8.8 P. Garca):

supongamos que se tienen 6 hosts ubicados en tres redesfsicasdistintas de 2 hosts cada una.

se asigna una direccinde red de clase Ba esta red: 172.16.0.0

IP hostsen intervalo= [172.16.0.1, 172.16.255.254] "IPs para 256 x 254 hostsdiferentes

desde un punto de vista lgicohay IPs suficientespara los 6 hosts

imaginad ahora que:

o para ahorrarespacioen las tablas de encaminamiento, queremos configurar el router R2de la siguiente forma:

! NOtiene en su tabla de encaminamiento las direcciones IPde los hosts

! Stiene la direccinde la red172.16.0.0

! y su tablade encaminamiento le especifica que tiene que encaminarhacia R1los paquetescuya direccin deredsea 172.16.0.0

o para ahorrar espacio, queremos configurar el router R1de la siguiente forma:

! NOtiene en su tabla de encaminamiento las direcciones IPde los hosts

! queremosque cada paqueteque reciba hacia un hostlo encaminehaciala red fsicaque corresponda

imaginad ahora, que el R2 recibeun paquete con la direccin IP172.16.1.5 (host C)

o el router R2recibe el paquete con direccin IP 172.16.1.5 y NO tiene en su tablade encaminamiento esa direccin

o el router R2 utiliza la direccin de red de esa IP, es decir 172.16.0.0, para enviar el paquete al router R1 sinproblemas

o el router R1recibe el paquete con direccin IP 172.16.1.5 y NO tiene en su tablade encaminamiento esa direccin

o Cmo podemos utilizar la direccin de red de 172.16.1.5, es decir 172.16.0.0, para que R1 encamineadecuadamente el paquetea la red fsicadonde est el host C?

"ES IMPOSIBLE: todaslas redes fsicastienen la mismadireccin de red 172.16.0.0 !!!!!

El problemaest en que desde el punto de vistafsicolos hosts pertenecen a diferentes redes"no se puede asignar lamisma direccin lgicade red 172.16.0.0 a todos los hosts!

Cul es la solucin? Cmo reconciliarla asignacinde IPs de redlgicasa redes fsicas??

Solucin:

tomar prestadosbitsde la partede la IP dedicada a los hostspara dividirla red lgica en subredes lgicas

asignaruna IPde subred lgicaa cadared fsica

Volviendo al ejemplo anterior, podramos tener una solucin como la que se muestra en la Figura 8.13 P. Garca

dividimosel espacio de direcciones 172.16.x.y en 254 subredes diferentes

tomamos prestadoel octeto x para codificarla subred

es decir, direcciones de subred posibles: 172.16.1.0, 172.16.2.0,", 172.16.254.0

o notar que 172.16.0.0 NO se puede utilizar como direccin de subred, porque es la direccin de la red donde estnubicadas las subredes

o notar que 172.16.255.0 NO se puede utilizar como direccin de subred; porque en caso contrario la direccin172.16.255.255 sera la direccin de difusin de esa subred, en lugar de ser la direccin de difusin de la red dondeestn ubicadas las subredes

o visto de otra forma, 254 subredes con x = [1, 254]; y en cada subred hay hosts en intervalo [172.16.x.1, 172.16.x.254]


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La capa de Red


7

a cada red fsicase le asigna una de estas direcciones de subred

a cada interfaz de red (p.e. de cada host) se le asigna una IP cuya parte de red se corresponda con la subred de su LAN

p.e. las interfaces en LAN con IP 172.16.2.0 toman valores: 172.16.2.1, 172.16.2.2,", 172.16.2.254

Ahora bien Cmose implementaesta ideaa la hora de encaminar?

se define una mscara de red:

o secuencia de 32 bits, como direccin IP

o se representa mediante 4 octetos separados por puntos, como direccin IP

o se aplica sobredireccin IPpara diferenciar:

! qu bitsde la IP forman parte de la direccin de red

! qu bitsde la IP forman parte de la direccin de interfaz (hostpor simplicidad)

o significadode cada bitde la mscara

! 1"el bit IP correspondiente forma parte de la direccin de red

! 0"el bit IP correspondiente forma parte de la direccin de host

! por ejemplo: 255.0.0.0 " los bits del primer octeto IP constituyen la direccin de red, los bits del resto deoctetos son la direccin de host

cuando un dispositivoque desea encaminarrecibeun paquete:

o chequeasi la direccin IPde destino est ensu tablade encaminamiento

o en caso afirmativo"reenvael paquete por la interfaz de red que le indica dicha tabla

o en caso negativo"aplica mscarasobre direccin IP del destino

! es decir, realiza IP ANDmscara

! como resultado, fuerza a 0 los bits de direccin de host!! " el resultado es la direccin de subred deldestino

! chequeasi la direccin de subreddel destino est en su tablade encaminamiento

en caso afirmativo"reenvael paquete por la interfazde red que le indicadicha tabla

en caso negativo"reenvael paquete a su encaminador por defecto

En el ejemplo anterior:

hemos divididoel espaciode direcciones 172.16.x.yen 254subredes con x = [1, 254]

hemos tomado prestadoel octeto xpara red"los routersde la intranet utilizan mscara de red255.255.255.0

p.e.

! R1 recibeun paqueteIP con direccin destino172.16.2.2 (host C)

! aplicala mscarade red 255.255.255.0 "172.16.2.2 AND 255.255.255.0 = 172.16.2.0

! sabeque lo tiene que enviara la subredde la derecha arriba !


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La capa de Red


8

Segunda caracterstica direccionamiento IP

Necesidad de resolucinentre direcciones IP y MAC.

Supongamos que un dispositivo desea enviarle un paquete a otro dispositivo

dispositivo origen conoce direccin IP del destino

pero NO conoce la direccin MAC del destino !

Solucin: protocolo ARP(Address Resolution Protocol). Figura 8.8. Garca-Leon (pag 487)

H1 conocela direccin IPde la interfazde red de H3, 150.100.76.22, pero NO la MACde esta interfaz

H1 encapsulapaquete de peticinARP en trama de capa de enlace.

o el paquete ARP contiene la pregunta: Cul es la MAC de la interfaz con IP = 150.100.76.22?

H1 hace broadcastde la trama

sloel dispositivoconIP = 150.100.76.22, H3,contestaal origen con un mensaje ARP de respuesta:o tengo IP 150.100.76.22 y la MAC de esa interfaz de red es 08-00-5A-C5-3B-94

H1 apunta en su tabla ARP que el dispositivo con IP 150.100.76.22 tiene la MAC 08-00-5A-C5-3B-94

Ahora supongamos el caso anlogo: un dispositivo NOconoce la direccin IPde su interfazde red

Solucin: protocolo RARP (Reverse Address Resolution Protocol).

dispositivo encapsulaun paquetede peticin RARPen trama de capa de enlace.

o el paquete RARPcontiene la pregunta: la MACde mi interfazesYCul es la IPde esta interfaz?

hace broadcast de la trama

un dispositivo autorizadopara asignar IPsen la red (p.e. un servidor de IPs de la intranet) le contesta con un mensajeRARP de respuesta:

o la direccin IP de tu interfaz es W


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La capa de Red


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Tercera caracterstica direccionamiento IP

Cmo direccionar desde el exterior dispositivos que estn en una intranet (tienen IP privada)??

Utilizar la tcnica llamada Traduccin de Direcciones de Redo Network Address Translation(NAT)

En realidad NAT se utiliza para conseguir tambin otros dos objetivos

Permitir que varios hosts dentro de una red privada accedan a una red externa (Internet) compartiendo una direccin IPpblica

Aumentar la seguridad de la red ya que los hosts externos no tienen acceso a las direcciones IP reales internas

Ver Figura NAT de Xataka (http://www.xatakaon.com/tecnologia-de-redes/nat-network-address-translation-que-es-y-como-funciona)

Existen varios tipos de NAT

esttica: 1 IP privada#"1 IP pblica

dinmica: N IPs privadas #"N IPs pblicas

sobrecarga o Port Address Translation(PAT): M IPs privadas #"N IPs pblicas; donde M > N

Ejemplo PAT de la Figura PAT (Xataka):

host cliente en intranet quiere acceder a host servidor a travs de Internet:

o IP privada del cliente = 192.168.1.20

o IP pblica del router = 65.87.5.33

o IP pblica del servidor = 67.54.3.67

idea: utilizar los puertos de conexin de la capa de transporte TCP / UDP como nexo de traduccin

o existen 65.536 puertos TCP/UDP diferentes

en el paqueteIP que el hostde la intranet envaal router se especificanlas direccionesde la forma habitual

o informacin del origen

! IP origen = IP privadadel cliente (en la cabecera del datagrama IP)

! puerto de origen TCP/UDP = port origen cliente (en la cabecera de PDU de transporte dentro del paquete IP)

o informacin del destino

! IP destino = IP pblicadel servidor (en la cabecera del datagrama IP)

! puerto destino TCP/UDP = port destino servidor (en la cabecera de PDU de transporte dentro del paquete IP)

el router:

o modificala direccin origendel paquete IP

! IP privada del cliente "IP pblicadel router

! port origen cliente "port temporal (un puerto TCP/UDP libre del router)

o apuntaesta traduccinen la Tabla de reenvo

! (IP privada del cliente, port origen cliente) #"(IP pblica del router + port temporal)

en adelante el router:

o cuando recibapaquete con direccin destino(IP pblica del router + port temporal)

o modificaresa direccin destino

! IP pblica del router "IP privada del cliente

! port temporal "port origen cliente)

o encaminar el paquete modificado hacia la intranet


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La capa de Red


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3 Ethernet

Ethernet es el protocolo de capa enlace (Data Link Layer) ms utilizado para encapsular paquetes IP.

Incluye:

Capa fsica

Capa MAC

Parte de la subcapa LLC (sincronizacin y delimitacin de tramas, deteccin de errores)

Cuando hablamos de Ethernet, nos referimos a dos estndares diferentes:

Ethernet DIX:

o Se complet en los 80 por parte de DEC, Intel y Xerox

o 10Base5: cable coaxial grueso, 500 m, bus

o 10 Mbps

LAN IEEE 802.3

o Significado diferente para un campo de la cabecera

o Multiples versiones de capa fsica. Por ejemplo:

! 10Base2: cable coaxial fino, 200 m, bus, 10 Mbps

! 10BaseT: par trenzado, 100 m, estrella, 10 Mbps

! 10BaseF: fibra ptica, 2km, enlace punto a punto, 10 Mbps

! 100BaseT4 (incluido en Fast Ethernet, 802.3u): par trenzado, 100 m, estrella, 100 Mbps

! 1000BaseT (incluido en Gigabit Ethernet, 802.3z): par trenzado, 100 m, estrella, 1 Gbps

Para acceder al medio utiliza el protocolo MAC CSMA-CD.

La estructura de la trama IEEE 802.3 y Ethernet DiX se pueden ver en las Figuras 6.52 y 6.53 de Leon-Garcia-et-al.

Formato IEEE 802.3

Prembulo: 7 octetos 10101010"para que el receptor se pueda sincronizar

SD (Start Delimiter): 1 octeto 10101011

Direcciones MAC destino y origen:

o 6 octetos cada una

o Primer bit:

! 0: direccin individual "direccin unicast

! 1: direccin de grupo "direccin multicast, p.e. en paquetes BPDU en spanning tree.

! (1111 1111 es la de difusin o broadcast)

o Segundo bit

! 0: direccin local "3 primeros bytes identifican al vendedor "224

direcciones por vendedor

! 1: direccin global "no se identifica al vendedor "246

direcciones globales

Longitud del campo de informacin

o 2 octetos

o tamao mximo campo de informacin = 1500 bytes = 05DC hex bytes

Relleno:

o tantos octetos como sean necesarios para conseguir tamaa trama al menos de 64 bytes


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La capa de Red


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o 2 tprop = 51.2 us en bus de 2.5 km a 10 Mbps con hasta 4 repetidores "51.2 us = 64 bytes a 10 Mbps "tramadebe ser al menos de 64 bytes para poder detectar colisiones

FCS: CRC de 32 bits

Formato Ethernet DIX es igual que el de 802.3. Pero:

en DIX el campo de longitud especifica el protocolo de capa superior que encapsula sus datos dentro del campo de

Informacin de la trama Ethernet

o p.e. tipo IP, tipo ARP, tipo ARP inverso, etc

o en 802.3 el valor del campo de longitud < 0600 hex "para poder distinguir cul de los dos estndares se utiliza, elcampo tipo en DIX >= 0600 hex

Entonces, si en 802.3 no existe el campo tipo Cmo se puede saber a qu protocolo de capa superior pertenece el paquete

encapsulado en el campo Informacin de la trama?

La respuesta es que en 802.3 se supone que el protocolo de capa superior es el Logical Link Control(LLC).**** Notar que este protocolo tiene el mismo nombre que la subcapa LLC del modelo OSI

Es decir:

el campo Informacin de la trama 802.3 encapsula en su interior una trama LLC "a su vez la trama LLC encapsula una

trama de un protocolo de capa superior

(ver figura 6.15 Leon-Garcia-et-al)

Qu nos proporciona el protocolo LLC?

hemos dicho que ethernet incluye: capa fsica, capa MAC, y parte de la subcapa LLC

pero ethernet no incluye otras funcionalidades de la subcapa LLC tales como la gestin de la conexin ni el control deflujo

el protocolo LLC incluye los servicios que faltan

cabe destacar que ofrece:

o servicio no orientado a conexin sin confirmacin (el ms utilizado en LAN)

o servicio no orientado a conexin con confirmacin

o servicio orientado a conexin sin confirmacin

o soporte para simultanear varios intercambios de datos procedentes de diferente protocolos de capas superiores

! ver esquema del formato trama LLC en figura 6.14 Leon-Garcia-et-al

! la trama LLC incluye dos campos de direccin en donde especificar el SAP (Servicie Access Point) del origen ydestino "cada SAP identifica al protocolo de capa superior del origen y destino respectivamente


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ESCOLA POLITCNICA SUPERIOR UIB

Exmen Parcial II Xarxes de comunicacions industrials

Curs 2013 / 2014. Professor: Manuel Barranco

4. A continuacin se muestra como un Host A ubicado en una red privada accede a Internet utilizando una IPpblica proporcionada por un router que implementa el protocolo PAT. Las tablas de la izquierda presentanlas IPs y puertos de los paquetes enviados y recibidos por el Host A a un Servidor B; mientras que las tablasde la derecha presentan las IPs y puertos de los paquetes recibidos y enviados por el Servidor B hacia elHost A. Se pide completar los datos que faltan en dichas tablas, as como especificar cul es la IP pblicadel router y la IP pblica del Servidor B (1.5 puntos)

Host A

Paquetes enviados

IP origen 172.16.20.1

Puerto origen 9000

IP destino 128.34.2.5

Puerto destino 80

Paquetes recibidos

IP origen

Puerto origen

IP destino

Puerto destino

router

Servidor B

Paquetes recibidos

IP origen

Puerto origen 5674

IP destino

Puerto destino

Paquetes enviados

IP origen

Puerto origen

IP destino 134.89.0.1

Puerto destino


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La capa fsica


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1 Introduccin al anlisis de seales

Una seal electromagntica se puede estudiar desde el punto de vista del dominio del tiempo o del dominio de lafrecuencia.

1.1 Dominio del tiempo

Tipos de seal:

Seal analgica: su intensidad NO presenta discontinuidades.

Seal digital: su intensidad S presenta discontinuidades o saltos

o Su intensidad es constante durante intrvalos de tiempo y cambia abruptamente de un valor constante a otro.

Seal peridica: patrn repetitivo

o s (t + T) = s (t) -!< t < +!

o donde T es el periodo de la seal

Seal aperidica: no tiene patrn repetitivo

Parmetrosde la seal:

Amplitud (A)

o medida en voltios

o amplitud de pico (mxima amplitud)

Frecuencia (f): razn a la que la seal se repite (ciclos por segundo o Herzios, Hz)

o f = 1/ T

Fase (): posicin relativa de la seal dentro de un periodo de la mismao = t / T (parte fraccionaria de T) en el que la seal se ha desplazado respeto a un origen arbitrario (p.e. el ltimo

cruce por cero desde un valor negativo a uno positivo)

La expresin genricade una seal peridicaen el dominio del tiempo es:

s (t) = A sen (2 "f t + )

ver ejemplo en Figura 3.4 la Stallings (seal de arriba), que se corresponde con:

o s (t) = 1 * sen (2 "f t + 0)


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La capa fsica


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1.2 Dominio de la frecuencia

Joseph Fourier(1768-1830) demostrque cualquiersealest constituidapor una o ms componentessinusoidales

de distintas frecuencias, amplitudes y fases.

Ver Figura 3.4 de Stallings, en la que se muestra una seal s(t) y suscomponentesen el dominio del tiempo.

s (t) = (4/pi) [sen (2 "f t) + (1/3) sen (2 "(3f) t) )

con f = 1/ T

Observaciones:

Cuando todas las componentesde una seal tienen una frecuencia mltiplode una dada, a esta ltima se le conocecomo Frecuencia Fundamental

o el periodo de la seal total es igual al periodo de la Frecuencia Fundamental

Normalmente, cuanto mayor es la frecuencia de una seal componente, menor es su amplitud pico

As como podemos describir una seal mediante una expresin cuyo dominio es el tiempo, i.e. s(t), tambin podemosdescribiruna sealmediante una funcin cuyo dominioes la frecuencia, i.e. S (f).

s(t)especifica cul es el valorde la amplitudde la seal en cadainstantedel tiempo

S(f)especifica cul es el valorde la amplitud picopara cadavalor de frecuencia

Ver Figura 3.5 de Stallings

arriba muestra S(f)dela seal s(t) anterior

Observaciones:

Como era de esperar, la funcin S(f)para la seal s(t) = (4/pi) [sen (2 "f t) + (1/3) sen (2 "(3f) t) ) es mayorque ceroslopara las dos componentesde frecuencia que constituyen s(t)

Sin embargo, en general, una sealpuede estar constituidapor infinitas componentesde frecuenciay, por tanto,S(f) tendr valores diferentes de cero para un infinito nmero de componentes

o ver seal de abajo en la Figura 3.5 de Stallings

o de todas formas, como ya se ha dicho, cuanto mayor es la frecuencia de la componente, menor es su magnitud(amplitud pico)

Hechas estas consideraciones, podemos definir los siguientes conceptosreferidos a una seal:

Espectro: conjunto de frecuencias que la componen.

Ancho de banda absoluto: anchura del espectro, p.e. (3f f) para s(t) del ejemplo.

Frecuencias de corte: rango de frecuencias [wcInf, wcSup] donde se concentra la mayor parte de la energa espectral.

Ancho de banda efectivo, o ancho de banda (W): W = | wcSup wcInf |

Componente de corriente continua (dc): componente de frecuencia con f = 0.

o la amplitud media de una seal sin dc es igual a cero


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La capa fsica


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2 Teorema del muestreo (teorema de Nyquist)

Como se ver ms adelante, a veceshace falta digitalizaruna seal analgica.

Para que pueda ser entendiday representadapor un computador

Para que pueda ser transmitidapor un mediode transmisin.

Para ello, lo que se hace es muestreary cuantificar en instantes de tiempo discretosel valor de la seal.

Ver Figura 2.5 de Garca et al.

x(t) se muestrea segnla seal de muestreo o sealpeinep(t) para obtenerm(t)

En este punto surge la siguiente preguntaCul debe ser el periodo de muestreopara no perder informacinrelevantede la seal original??

Nyquistencontr la respuestaa esta pregunta y la formalizmediante el conocido como Teorema de Nyquist. notar que por seal originalnos referimos a una seal que proviene directamente de la fuente

o a un seal original tambin se le conoce como seal en banda base

o no se ha alterado ninguna de sus propiedades, p.e. no se ha modulado (ver seccin 6)

o su ancho de banda es limitado

o su ancho de banda coincide con la frecuencia de su componente de mxima frecuencia

Para deducir el teorema veamos la Figura 2.5 de Garca et al.

(b) !espectro de frecuencias de x(t) !Wm = frecuenciade la componente de frecuencia mximade x(t)

o x(t) es la seal a muestrear (c) !seal de muestreo o seal peine !Ws = 1/Ts = frecuencia de muestreo

(d) !espectro de frecuencias de la seal peine

(f) !espectrode la seal resultante de muestrear o seal muestreada,seal m(t), segn la funcin peine p(t)

o se repiteel espectrode la seal originalen cadacomponentede frecuencia de la seal peine

o el espectrode la seal originalse puede extraerdel espectro de la seal muestreada

" eliminandotodas las repeticionesdel espectro menos una, mediante un filtro

o al hacer este filtrado tenemos tres posibles escenarios.

" Ws < 2 Wm ! se da solapamiento (aliasing) entre dos repeticiones contiguas ! no se puede extraer elespectro original

" Ws > 2 Wm !no hay solapamiento !podemos extraer el espectro original.

" Ws = 2 Wm !caso lmite.

Por tanto, el teorema de Nyquist estableceque:

Para que NOse produzca prdidade informacinen el proceso de muestreode una seal s(t), debe cumplirseque lafrecuencia de muestreo, Ws, sea al menos el dobleque la frecuenciade la componente de frecuencia mxima, Wm, dela seal original s(t)

Ws >= 2 Wm

Donde Ws se mide en (muestras / segundo) y Wm en Herzios.

P.e: si Wm = 4 KHz entonces Ws >= 8 KHz = 8000 muestras/segundo

* Es importante notar que cuando se transmiteuna seal porun medio, se pierdeinformacinde la seal original porqueel medio en s NOes capaz de transportar todaslas componentesde frecuencia de la seal muestreada. Esta prdida, sinembargo, no tiene nada que vercon el muestreo.


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La capa fsica


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3 Capacidad de canal

Una cuestin fundamental respecto a un canal de comunicaciones es determinarcul es la capacidado velocidad mxima

con que podemos realizar una transmisinde datos sobre el mismo.Claude Elwood Shannonen 1948 dio respuestaa esta pregunta.

Pero vayamos por pasos.

introdujo el concepto de Velocidad de Modulacin

Vmodulacin = Mximo nmero de cambios de estado de una seal (transmitida) por unidad de tiempo

determin:

o Vmodulacin = 2 W

o siendo Wel ancho de banda del canalen Hz.

Una explicacininformal de este resultadoes la siguiente: el ancho de bandadel canal, W, es la seal de mxima frecuenciaque puede transmitirel canal

!la duracin mnima, Dmin,de un estado de la sealser:

Dmin = (1/2) periodo de seal de mxima frecuencia que admite el canal

= (1/2) (1/W) = 1/2W unidades de tiempo.

! Vmodulacin = 1 / Dmin = 2 W

Es importante darse cuenta de que Vmodulacin:

est expresadaen trminos de estados de sealizacin(o pulsos, o smbolos) por segundo

o su unidad de medida es el baudio

o 1 baudio = 1 estado de sealizacin / segundo

un estado de sealizacinrepresenta un valor que transmitimos por el canal

Dmin

1/W

1/W


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La capa fsica


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Es importante notar que undeterminado pulso o estado de sealizacinNO tiene por qurepresentar nicamente o un 0o un 1; sino que el pulso puede tomar Nvaloresdiferentes.

en la seal de la izquierda cada pulso puede adquirir un valor entre dos (la seal puede transmitir 2 estados desealizacin diferentes).

o la seal transmite el estado de 1 bit

en la seal de la derecha, cada pulso puede adquirir un valor entre cuatro posibles (la seal puede transmitir 4estados de sealizacin diferentes).

o la seal transmite el estado de 2 bits.

Por tanto, Vmodulacin NO esla velocidad de transmisin!!!!!!

En realidad, la velocidad mxima de transmisin terica, VtransmisinMaxTeo, hace referenciaal nmero mximo debits que en teora se pueden transmitir por segundo(bps)

La relacin entre VtransmisinMaxTeo y Vmodulacin es la siguiente:

VtransmisinMaxTeo = Vmodulacin * log2N = 2W * log2N

Siendo N el nmero de valores que puede tomar un estado de sealizacin.

#.. y por tanto log2N el nmero de bits que se transmite en cada estado de sealizacin.

En el ejemplo anterior, suponiendo que Vmodulacin = 1 baudio = 1 estado sealizacin / seg:

seal de la izquierda:

=> VtransmisinMaxTeo = 1 estado de sealizacin / seg * (log22) bits / estado de sealizacin

=> VtransmisinMaxTeo = 1 bps

seal de la derecha

parcial2TEORIA

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