MÉTODOS DE ACCESO AL MEDIO

Token ring (802.5)

Las redes Token ring (paso de testigo en anillo) fueron utilizadas ampliamente en entornos IBM desde su lanzamiento en el año 1985. En la actualidad es difícil encontrarlas salvo en instalaciones antiguas de grandes empresas.
El cableado se establece según una topología de anillo. En lugar de utilizar difusiones, se utilizan enlaces punto a punto entre cada puesto y el siguiente del anillo. Por el anillo Token ring circula un mensaje conocido como token o ficha. Cuando una estación desea transmitir espera a recibir el token. En ese momento, lo retira de circulación y envía su mensaje. Este mensaje circula por el anillo hasta que lo recibe íntegramente el destinatario. Entonces se genera un token nuevo.
Las redes Token ring utilizan una estación monitor para supervisar el funcionamiento del anillo. Se trata de un protocolo complejo que debe monitorizar en todo momento el buen funcionamiento del token (que exista exactamente uno cuando no se transmiten datos) y sacar del anillo las tramas defectuosas que no tengan destinatario, entre otras funciones.
Las redes Token ring de IBM pueden funcionar a 4 Mbps o a 16 Mbps utilizando cable par trenzado o cable coaxial.

Ethernet (802.3)

Las redes Ethernet son actualmente las únicas que tienen interés para entornos LAN. El estándar 802.3 fue diseñado originalmente para funcionar a 10 Mbps, aunque posteriormente ha sido perfeccionado para trabajar a 100 Mbps (802.3u) o 1 Gbps.

Una red Ethernet tiene las siguientes características:

• Canal único. Todas las estaciones comparten el mismo canal de comunicación por lo que sólo una puede utilizarlo en cada momento.
• Es de difusión debido a que todas las transmisiones llegan a todas las estaciones (aunque sólo su destinatario aceptará el mensaje, el resto lo descartarán).  
• Tiene un control de acceso distribuido porque no existe una autoridad central que garantice los accesos. Es decir, no hay ninguna estación que supervise y asigne los turnos al resto de estaciones. Todas las estaciones tienen la misma prioridad para transmitir.

Comparación de Ethernet y Token ring.-- En Ethernet cualquier estación puede transmitir siempre que el cable se encuentre libre; en Token ring cada estación tiene que esperar su turno. Ethernet utiliza un canal único de difusión; Token ring utiliza enlaces punto a punto entre cada estación y la siguiente. Token ring tiene siempre una estación monitor que supervisa el buen funcionamiento de la red; en Ethernet ninguna estación tiene mayor autoridad que otra. Según esta comparación, la conclusión más evidente es que, a iguales velocidades de transmisión, Token ring se comportará mejor en entornos de alta carga y Ethernet, en redes con poco tráfico.

En las redes Ethernet, cuando una estación envía un mensaje a otra, no recibe ninguna confirmación de que la estación destino haya recibido su mensaje. Una estación puede estar enviando paquetes Ethernet a otra que está desconectada y no advertirá que los paquetes se están perdiendo. Las capas superiores (y más concretamente, TCP) son las encargadas de asegurarse que la transmisión se ha realizado de forma correcta.

El protocolo de comunicación que utilizan estas redes es el CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect, acceso múltiple con detección de portadora y detección de colisiones). Esta técnica de control de acceso a la red ha sido normalizada constituyendo el estándar IEEE 802.3. Veamos brevemente el funcionamiento de CSMA/CD:

Cuando una estación quiere transmitir, primero escucha el canal (detección de portadora). Si está libre, transmite; pero si está ocupado, espera un tiempo y vuelve a intentarlo.

Sin embargo, una vez que una estación ha decidido comenzar la transmisión puede darse el caso de que otra estación haya tomado la misma decisión, basándose en que el canal estaba libre cuando ambas lo comprobaron. Debido a los retardos de propagación en el cable, ambas señales colisionarán y no se podrá completar la transmisión de ninguna de las dos estaciones. Las estaciones que están transmitiendo lo advertirán (detección de colisiones) e interrumpirán inmediatamente la transmisión. Después esperarán un tiempo aleatorio y volverán a intentarlo. Si se produce una nueva colisión, esperarán el doble del tiempo anterior y lo intentarán de nuevo. De esta manera, se va reduciendo la probabilidad de nuevas colisiones.

Debemos recordar que el canal es único y por lo tanto todas las estaciones tienen que compartirlo. Sólo puede estar una estación transmitiendo en cada momento, sin embargo pueden estar recibiendo el mensaje más de una.

DETECCIÓN DE ERRORES

¿Cómo puede saber el receptor que ha recibido el mismo mensaje que envió el emisor? ¿Cómo puede saber que no se ha producido ningún error que haya alterado los datos durante la transmisión? 
Se necesitan mecanismos de detección de errores para garantizar transmisiones libres de errores. Si el receptor detecta algún error, puede actuar de diversas maneras según los protocolos que esté utilizando. La solución más sencilla es enviarle un mensaje al emisor pidiéndole que le reenvíe de nuevo la información que llegó defectuosa.

Los mecanismos de detección se basan en añadir a las transmisiones una serie de bits adicionales, denominados bits de redundancia. La redundancia es aquella parte del mensaje que sería innecesaria en ausencia de errores (es decir, no aporta información nueva: sólo permite detectar errores). Algunos métodos incorporan una redundancia capaz de corregir errores. Estos son los mecanismos de detección y corrección de errores.
Como ejemplos de mecanismos de detección de errores vamos a estudiar a continuación la paridad y los códigos CRC.

Paridad

Las transmisiones se dividen en palabras de cierto número de bits (por ejemplo, 8 bits) y se envían secuencialmente. A cada una de estas palabras se le añade un único bit de redundancia (bit de paridad) de tal forma que la suma de todos los bits de la palabra sea siempre un número par (paridad par) o impar (paridad impar).
El emisor envía las palabras añadiendo los correspondientes bits de paridad. El receptor comprobará a su llegada que la suma de los bits de la palabra incluyendo la redundancia es un número par (si la codificación convenida entre emisor-receptor es de paridad par) o un número impar (paridad impar). Si el receptor encuentra alguna palabra que no se ajuste a la codificación establecida, le solicitará al emisor que le reenvíe de nuevo la información.
La paridad únicamente permite detectar errores simples, esto es, que varíe un único bit en cada palabra. Si varían 2 bits, este mecanismo no es capaz de detectar el error.
Veamos un ejemplo de paridad par:
 

Datos(8 bits)	Datos + redundacia(9 bits)	Suma de bits
10110110	101101101	6
00101001	001010011	4
11001001	110010010	4
11111010	111110100	6
00010000	000100001	2

El receptor realizará la suma de bits a la llegada del mensaje. Si alguna palabra no suma un número par, significará que se ha producido un error durante la transmisión.

CRC

Los códigos de paridad tienen el inconveniente de que se requiere demasiada redundancia para detectar únicamente errores simples. En el ejemplo que hemos visto, sólo un 8/9 de la información transmitida contenían datos, el resto era redundancia. Los códigos de redundancia cíclica (CRC) son muy utilizados en la práctica para la detección de errores en largas secuencias de datos. Se basan en representar las cadenas de datos como polinomios. El emisor realiza ciertas operaciones matemáticas antes de enviar los datos. El receptor realizará,  a la llegada de la transmisión, una división entre un polinomio convenido (polinomio generador). Si el resto es cero, la transmisión ha sido correcta. Si el resto es distinto significará que se han producido errores y solicitará la retransmisión al emisor.

TIPOS DE COMUNICACIÓN

En los canales de comunicación existen tres tipos de transmisión.

Simplex

En este caso el transmisor y el receptor están perfectamente definidos y la comunicación es unidireccional. Este tipo de comunicaciones se emplean usualmente en redes de radiodifusión, donde los receptores no necesitan enviar ningún tipo de dato al transmisor.

Duplex o Semi-duplex

En este caso ambos extremos del sistema de comunicación cumplen funciones de transmisor y receptor y los datos se desplazan en ambos sentidos pero no simultáneamente. Este tipo de comunicación se utiliza habitualmente en la interacción entre terminales y un computador central.

Full Duplex

El sistema es similar al duplex, pero los datos se desplazan en ambos sentidos simultáneamente. Para ello ambos transmisores poseen diferentes frecuencias de transmisión o dos caminos de comunicación separados, mientras que la comunicación semi-duplex necesita normalmente uno solo.

Para el intercambio de datos entre computadores este tipo de comunicaciones son más eficientes que las transmisiones semi-duplex.

TRANSMISIÓN SINCRONA

En este tipo de transmisión es necesario que el transmisor y el receptor utilicen la misma frecuencia de clock en ese caso la transmisión se efectúa en bloques, debiéndose definir dos grupos de bits denominados delimitadores, mediante los cuales se indica el inicio y el fin de cada bloque.

Este método es más efectivo por que el flujo de información ocurre en forma uniforme, con lo cual es posible lograr velocidades de transmisión más altas.

Para lograr el sincronismo, el transmisor envía una señal de inicioi de transmisión mediante la cual se activa el clock del receptor. A partir de dicho instante transmisor y receptor se encuentran sincronizados.

Otra forma de lograr el sincronismo es mediante la utilización de códigos auto sincronizantes los cuales permiten identificar el inicio y el fin de cada bit.

TRANSMISIÓN ASINCRONA

Es también conocida como Stara/stop. Requiere de una señal que identifique el inicio del carácter y a la misma se la denomina bit de arranque. También se requiere de otra señal denominada señal de parada que indica la finalización del carácter o bloque.

Formato de un carácter

Generalmente cuando no hay transmisión, una línea se encuentra en un nivel alto. Tanto el transmisor como el receptor, saben cual es la cantidad de bits que componen el carácter (en el ejemplo son 7).

Los bits de parada son una manera de fijar qué delimita la cantidad de bits del carácter y cuando e transmite un conjunto de caracteres, luego de los bits de parada existe un bit de arranque entre los distintos caracteres.

A pesar de ser una forma comúnmente utilizada, la desventaja de la transmisión asincrónica es su bajo rendimiento, puesto que como en el caso del ejemplo, el carácter tiene 7 bits pero para efectuar la transmisión se requieren 10. O sea que del total de bits transmitidos solo el 70% pertenecen a datos.

SINCRONISMO

Cualquiera que sea la forma en que se transfieren los datos, es absolutamente preciso que la fuente y el destino de los mismos, en su más amplia acepción, posean una base de tiempos común a fin de otorgar el mismo valor al 1 y 0 de cada instante. Esto es lo que se entiende por sincronización del transmisor y el receptor y que, en toda transmisión de datos, debe hacerse, al menos, en tres ámbitos:

Sincronismo de bit, con objeto de determinar el instante en que, teóricamente, debe comenzar a contarse un bit.

Sincronismo de carácter, mediante el cual el dispositivo receptor reconoce los n bits constituyentes de un carácter o, lo que es lo mismo, cuál es el primer bit de un carácter.

Sincronismo de mensaje o de bloque, con el que define el conjunto de caracteres que van a constituir la unidad base para el tratamiento de errores, etc. y que forman parte del protocolo de comunicaciones.

Por lo que respecta al circuito de datos (ED), puede hablarse básicamente de dos tipos de transmisión:

• Asíncrona o Start/Stop

• Transmisión síncrona
  
  
  

TRANSMISIÓN EN PARALELO

Las conexiones paralelas consisten en transmisiones simultáneas de N cantidad de bits. Estos bits se envían simultáneamente a través de diferentes canales N (un canal puede ser, por ejemplo, un alambre, un cable o cualquier otro medio físico). La conexión paralela en equipos del tipo PC generalmente requiere 10 alambres.

                                              

CONSIDERACIONES A LA TRANSMISIÓN EN SERIE

Cuando se transmite información a través de una línea serie es necesario utilizar un sistema de codificación que permita resolver los siguientes problemas :

• Sincronización de bits: El receptor necesita saber donde comienza y donde termina cada bit en la señal recibida para efectuar el muestreo de la misma en el centro del intervalo de cada símbolo (bit para señales binarias).

• Sincronización del carácter: La información serie se transmite por definición bit a bit, pero la misma tiene sentido en palabras o bytes.

• Sincronización del mensaje: Es necesario conocer el inicio y fin de una cadena de caracteres por parte del receptor para, por ejemplo, detectar algún error en la comunicación de un mensaje.

TRANSMISIÓN SERIE

Los nº bits que componen un mensaje se transmiten uno detrás de otro por la misma línea.

A la salida de una maquina los datos en paralelo se convierten los datos en serie, los mismos se transmiten y luego en el receptor tiene lugar el proceso inverso, volviéndose a obtener los datos en paralelo. La secuencia de bits transmitidos es por orden de peso creciente y generalmente el último bit es de paridad.

Las ventajas de la transmisión serie son:

1. Se necesita un menor cableado (muy importante al aumentar la distancia)
2. Se simplifica el control de la transmisión

Inconvenientes:

1. Un bus o puerto serie debe funcionar a una velocidad mayor que el bus o puerto paralelo equivalente que logra la misma velocidad efectiva

Tradicionalmente se utilizó la tecnología serie para dispositivos lentos (como teclados y ratones) o bien para aquellas ocasiones en las que la distancia a cubrir es significativa. Sin embargo, los nuevos desarrollos en las tecnologias serie han conseguido un aumento espectacular de las velocidades de transmisión manteniendo muchas de sus ventajas iniciales. Estos nuevos buses serie en muchas ocasiones reemplazan a los antiguos buses paralelo.

INTRODUCCIÓN

Cuando hablamos con alguien, en primer lugar llamamos su atención y entonces se transmite el mensaje, una palabra cada vez. Cuando terminamos, realizamos una pausa para indicar que hemos concluido. Lo mismo se cumple con la lectura o la escritura, se comienza una oración con la letra mayúscula, y lee o escribe una palabra cada vez, con intervalos de cierto período. Estas formas de comunicación humanas son serie, no paralelas.

Los sistemas microprogramables basados en CPU internamente están diseñados para la transferencia de datos en buses o líneas de 8 bits o múltiplos de 8. Así el bus de datos está optimizado para el tratamiento de datos en paralelo lo cual es mucho más rápido que el tratamiento serie.

Si la velocidad de transferencia de datos en paralelo es mucho más rápida, ¿por qué se utiliza la transmisión de datos serie?. Algunas respuestas se dan a continuación:

• Para realizar la comunicación de datos en paralelo se requiere gran cantidad de hilos conductores, pues debe ser establecido un hilo para cada bit de datos, además de las señales de control. Esto encarece notablemente la comunicación en función de la distancia. La comunicación serie requiere 2, 3 ó 4 hilos.

• Una entrada salida/serie puede ser transmitida a través de pares de cobre, cable coaxial, fibra óptica, vía rádio o vía satélite, lo que proporciona comunicación con equipos remotos (redes locales) o muy remotos (Internet a través de las redes telefónicas y de datos).

• La comunicación paralelo no posee el alto grado de estandarización que ha alcanzado la comunicación serie, lo que permite la intercominicación entre equipos, por ejemplo mediante RS232, USB o FireWire