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Control de enlace de datos - Monografía



 
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Transmisión de datos. Redes de comunicaciones. Protocolo, protocolos. Flujo, errores. WAN (Wide Area Network) y LAN (Local Area Network). Prestaciones



INTRODUCCIÓN



Es muy común hoy en día que muchas organizaciones cuenten con un numero considerable de ordenadores en operación y con frecuencia alejados unos de otros.En estas situaciones y en otras muchas,
se emplean sistemas de comunicaciones cuyo principal objetivo es intercambiar información entre dos entidades de forma fiable y efectiva .
Las redes de comunicaciones , que forman una parte muy importante de estos sistemas , son el aspecto sobre el que tratará este trabajo.
Para conseguir que la comunicación de datos sea efectiva se necesita controlar y gestionar el intercambio. Para ello se necesita una capa lógica adicional denominada protocolo de control del enlace de datos.
Este protocolo consta de tres procedimientos , el control del flujo , la detección de errores y el control de errores. En las siguientes páginas profundizaremos en el primero de ellos , comparando la eficiencia de algunos de los métodos de control del flujo en redes de área amplia (WAN) y redes de área local (LAN).
Analizaremos  situaciones en las que el ruido (probabilidad de error, P)  tendrá diferente influencia y en las que supondremos incorporado u procedimiento para el control de errores de solicitud de repetición automática(ARQ)

ANÁLISIS DE PRESTACIONES



La eficiencia (utilización) es una medida del aprovechamiento de un canal , es decir la relación entre el tiempo que emplea en transmitir datos y el tiempo total (que incluye además diferentes procedimientos).
Los métodos de control del flujo cuya eficiencia vamos a comparar son : ARQ con parada y espera , ARQ adelante-atrás N y ARQ  con rechazo selectivo.(Los dos últimos emplean ventana deslizante , siendo N el tamaño de la misma).
En los tres métodos definiremos el parámetro a

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y para los cuales emplearemos las siguientes expresiones para obtener la eficiencia en función del parámetro a :

- Parada y Espera :   



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 - Rechazo Selectivo :



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- Adelante-atrás-N :



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 Otra forma de definir el parámetro a :



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donde : 



-R=razón de datos
-d=distancia entre las entidades en comunicación(m)
-V=velocidad de transmisión
-L=longitud de la trama

Teniendo en cuenta esta expresión se puede deducir que para las redes LAN los valores del parámetro a serán pequeños (0.005 - 0.5)mientras que para redes WAN el valor será mayor.Esto se debe a que el parametro d , la distancia entre terminales es mayor en redes WAN , pudiendo tener los demás parámetros(R , V , L) pueden tener valores similares.

Compararemos a continuación una red WAN que utiliza ATM , cuyo tamaño normalizado de celda es de 424 bits , con una LAN cuya longitud de trama es de 1000bits.Consideraremos que para ambas redes se ha empleado fibra óptica por lo que la velocidad de propagación es de   m/s

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Para la comparación hemos tomado diferentes distancias tanto en WAN como en LAN. Como es lógico se puede observar que para cada  tipo de red según aumenta la distancia entre los terminales(y con ella el parámetro a) ,disminuye la eficiencia de los tres métodos.

En este caso hemos mantenido la misma razón de datos para redes WAN , mientras que la hemos ajustado en redes LAN , de forma que sea acorde con la distancia .

En todo caso se observa una considerable mayor eficiencia para redes LAN. Además de el ya mencionado factor de la distancia(menor en líneas LAN) ,la longitud de la trama (1000bits en LAN , frente a 424 b en WAN) tiene importancia en este hecho.

Observando los datos obtenidos y en cuanto a los métodos de control de flujo se puede considerar el método de parada y espera como el menos eficiente , mientras que los otros dos métodos proporcionan unos resultados muy similares.

Para profundizar más en este último aspecto es recomendable analizar los gráficos que presentamos a continuación.

GRÁFICOS ILUSTRATIVOS


El objetivo de estos gráficos es comparar la eficiencia de los distintos métodos de control del flujo , bajo diferentes condiciones de ruido.

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En este primer gráfico se presenta una situación muy ruidosa (P=.1)
Se puede apreciar que para redes LAN(valores de a desde .005 hasta.5) el método de rechazo selectivo es el más eficiente , siendo indiferente el tamaño de la ventana. Esto se debe a que al ser la distancia entre terminales corta , aunque el tamaño de la ventana sea grande no se aprovecha.

En cambio para redes WAN(valores de a mayores) el tamaño de la ventana tiene mucha importancia , porque el tiempo de propagación es mayor y permite aprovechar ventanas de mayor tamaño . De esta forma el rechazo selectivo con N=127 es el método más eficiente para este tipo de redes.

Se puede observar que para el método Adelante-atrás-N y líneas LAN ocurre lo mismo en cuanto al tamaño de la ventana. Este método es , en general , menos eficiente que el de Rechazo selectivo porque ante cualquier error debe retransmitir varias tramas , mientras que empleando rechazo selectivo , sólo se retransmite la trama errónea. Este aspecto se acentúa mucho en un medio tan ruidoso como este , en el que habrá muchos errores.

Como era de esperar el método de Parada y Espera es el menos efectivo porque sólo permite que haya  una trama en el canal.Esta desventaja se acentúa al aumentar la distancia entre los terminales.

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Ahora presentamos un medio menos ruidoso (P=.001).
En este caso y tal como indicamos anteriormente , como el ruido  ha disminuido , los métodos de Rechazo selectivo y Adelante-Atrás N tienden a igualarse porque los errores son mucho menores.

Más aún , serán más parecidos cuanto menor sea la ventana. De este modo si existe un error el método de Adelante-Atrás N tendrá que retransmitir menos tramas . Este hecho se puede apreciar en el gráfico , donde las eficiencias de ambos método para N=7 se solapan. En cambio para N= 127 tienden a solaparse sólo para valores de a muy grandes.

El método de parada y espera sigue siendo el menos eficiente.
Comparando este último gráfico con el anterior , se ve claramente que la eficiencia para los tres métodos aumenta. Esto es una consecuencia lógica de reducir la probabilidad de error , porque con ello se reduce el número de retransmisiones.

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En el último gráfico de la página anterior se presenta un medio que se puede considerar poco ruidoso (P= )
En este caso los métodos de Rechazo selectivo y Adelante-Atrás-N tienen la misma eficiencia para los dos tamaños de ventana , por la razón ya comentada . Para redes tipo LAN , estos dos métodos presentan una eficiencia , que roza la máxima (en el gráfico parece =1 , pero en la tabla se puede ver que noe exactamente 1)

En cambio según aumenta el parámetro a (aumento íntimamente ligado con el descenso del número de bits por trama y con el aumento de la distancia) y pasamos a considerar redes WAN la eficiencia disminuye.

Comparando los tres gráficos se observa que según disminuye el ruido la eficiencia de los métodos aumenta(porque disminuyen las retransmisiones).

Otra conclusión que se puede extraer y que queda muy  claro en el último gráfico es un parámetro que determina completamente la eficiencia es el tamaño de ventana N. Así como Parada-y-Espera tiene un tamaño de ventana N=1 , es en todos los casos el menos eficiente.

A pesar de que para aumentar la eficiencia sea provechoso aumentar el tamaño de la ventana , a la hora de la práctica puede que esto no sea muy conveniente pues requiere que tanto transmisor  como receptor dispongan de la suficiente memoria.

En definitiva , cabe destacar que tanto Adelante-Atrás-N como Rechazo selectivo con N= 127 son métodos muy efectivos para redes LAN, y son los que mejor rendimiento presentan para redes WAN. Rendimiento (Eficiencia) que disminuye según se aumenta la distancia entre terminales y se decrementa la tasa de bits por trama, y que aumenta al incrementar el tamaño de ventana N.

El método de Parada-y-Espera , es el más sencillo , pero tambien el menos eficiente.
A la hora de elegir entre cualquiera de los métodos de control del flujo analizados en este trabajo , un ingeniero debe mantener un compromiso entre eficiencia , complejidad y costo.

Autor:

Manuel Murillo





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