Unidad II: Enlaces
CARACTERÍSTICAS DEL ENLACE: RETARDO
Los enlaces por satélite tienen un promedio de RTT de alrededor de 520ms hasta el primer salto. TCP utiliza el mecanismo de comienzo lento al inicio de la conexión para encontrar los parámetros de TCP/IP apropiados para la misma. El tiempo perdido en la etapa de comienzo lento es proporcional al RTT, y para los enlaces por satélite significa que TCP se encuentra en el modo de comienzo lento por más tiempo de lo que debiera. Esto disminuye drásticamente el rendimiento de las conexiones TCP de corta duración. Esto puede verse cuando al descargar un sitio web pequeño sorprendentemente toma mucho tiempo, mientras que cuando se transfiere un archivo grande se obtienen velocidades de datos aceptables luego de un rato.
Además cuando se pierden paquetes, TCP entra en la fase de control de congestión y, debido al alto RTT permanece en esta fase por largo tiempo, reduciendo así el rendimiento de las conexiones TCP, sean de larga o corta duración.
La cantidad de datos en tránsito en un enlace en un momento dado es el producto del ancho de banda por el RTT. Debido a la gran latencia del enlace satelital, este producto es grande. TCP/IP le permite a los hosts remotos enviar cierta cantidad de datos previamente sin esperar la confirmación (acknowledgment). Normalmente en una conexión TCP/IP se requiere una confirmación (ACK) para cada transmisión. Sin embargo el host remoto siempre puede enviar cierta cantidad de datos sin confirmación, lo que es importante para lograr una buena tasa de transferencia en conexiones con productos anchos de banda-retardo de propagación elevados. Esta cantidad de datos es denominada tamaño de la ventana TCP. En las implementaciones TCP/IP modernas el tamaño de la ventana generalmente es de 64KB.
En las redes satelitales, el valor del producto ancho de banda-retardo es importante. Para utilizar el enlace en toda su capacidad, el tamaño de la ventana de la conexión debe ser igual al producto del ancho de banda/retardo. Si el tamaño de ventana máximo permitido es de 64KB, teóricamente el máximo rendimiento que se puede conseguir vía satélite es (tamaño de la ventana) / RTT, o 64KB / 520 ms. Esto da una tasa de transferencia de datos máxima de 123kB/s, correspondiente a 984 kbps, aunque la capacidad del enlace sea mucho mayor.
Cada encabezado de segmento TCP contiene un campo llamado ventana anunciada, que especifica cuantos bytes de datos adicionales está preparado para aceptar el receptor. La ventana anunciada es el tamaño actual de la memoria de almacenamiento intermedio del receptor. El emisor no está autorizado a enviar más bytes que la ventana anunciada. Para maximizar el rendimiento, las memorias de almacenamiento intermedio del emisor y el receptor deben ser al menos iguales al producto ancho de banda-retardo.
El tamaño de la memoria de almacenamiento intermedio en la mayoría de las implementaciones modernas de TCP/IP tiene un valor máximo de 64KB. Para soslayar el problema de versiones de TCP/IP que no exceden el tamaño de la ventana de 64KB, se puede utilizar una técnica conocida como suplantación de confirmación.
LA VARIACIÓN DEL RETARDO: CONTROL DE ERRORES
En las implementaciones de TCP/IP más viejas, siempre se consideraba que la pérdida de paquetes era causada por la congestión (en lugar de errores de enlace). Cuando esto sucede TCP adopta una defensiva contra la congestión, requiriendo tres confirmaciones duplicadas (ACK), o ejecutando un inicio lento (slow start) en el caso de que el tiempo de espera haya expirado.
Debido al alto valor de RTT, una vez que esta fase de control de la congestión ha comenzado, toma un largo rato para que el enlace satelital TCP/IP vuelva al nivel de rendimiento anterior. Por consiguiente, los errores en un enlace satelital tienen un efecto más serio en las prestaciones de TCP que sobre los enlaces de latencia baja. Para solucionar esta limitación, se han desarrollado mecanismos como la Confirmación Selectiva (SACK por su sigla en inglés). SACK especifica exactamente aquellos paquetes que se han recibido permitiendo que el emisor retransmita solamente aquellos segmentos que se perdieron debido a errores de enlace.
El artículo sobre detalles de implementación de TCP/IP en Windows 2000 afirma:
"Windows 2000 introduce soporte para una importante característica de desempeño conocida como Confirmación Selectiva (SACK). SACK es especialmente importante para conexiones que utilizan ventanas TCP de gran tamaño. SACK ha sido una característica estándar desde hace algún tiempo en Linux y BSD. Asegúrese de que tanto su enrutador Internet como el ISP del sitio remoto soporten SACK.
Control de errores
Proporciona detección y corrección de errores en el envío de tramas entre computadores, y provee el control de la capa física. Sus funciones, en general, son:
•Identificar Tramas de datos
•Códigos detectores y correctores de error
•Control de flujo
•Gestión y coordinación de la comunicación.
Correctores de error : Es opcional en esta capa, la encargada de realizar esta función es la capa de transporte , en una WAN es muy problable que la verificación, la realiza la capa de enlace
Para la Identificación de tramas puede usar distintas técnicas como:
•Contador de caracteres
•Caracteres de inicio y final con caracteres de relleno
•Secuencia de bits indicadora de inicio y final, con bits de relleno
El control de flujo es necesario para no 'agobiar' al receptor. Se realiza normalmente en la capa de transporte, también a veces en la capa de enlace. Utiliza mecanismos de retroalimentación. Suele ir unido a la corrección de errores y no debe limitar la eficiencia del canal.
Los métodos de control de errores son básicamente 2:
•FEC o corrección de errores por anticipado y no tiene control de flujo.
•ARQ: Posee control de flujo mediante parada y espera, o/y ventana deslizante.
Las posibles implementaciones son:
•Parada y espera simple: Emisor envía trama y espera una señal del receptor para enviar la siguiente o la que acaba de enviar en caso de error.
•Envío continuo y rechazo simple: Emisor envía continuamente tramas y el receptor las va validando. Si encuentra una errónea, elimina todas las posteriores y pide al emisor que envíe a partir de la trama errónea.
•Envío continuo y rechazo selectivo: transmisión continua salvo que sólo retransmite la trama defectuosa.
La detección de errores la realiza mediante diversos tipos de códigos del que hay que resaltar:
•CRC (control de redundancia cíclica):
Es un código de detección de errores usado frecuentemente en redes digitales y en dispositivos de almacenamiento para detectar cambios accidentales en los datos.[1] Los bloques de datos ingresados en estos sistemas contiene un valor de verificación adjunto, basado en el residuo de una división de polinomios; el cálculo es repetido, y la acción de corrección puede tomarse en contra de los datos presuntamente corruptos en caso de que el valor de verificación no concuerde. Este código es un tipo de función que recibe un flujo de datos de cualquier longitud como entrada y devuelve un valor de longitud fija como salida. El término suele ser usado para designar tanto a la función como a su resultado. Pueden ser usadas como suma de verificación para detectar la alteración de datos durante su transmisión o almacenamiento. Las CRC son populares porque su implementación en hardware binario es simple, son fáciles de analizar matemáticamente y son particularmente efectivas para detectar errores ocasionados por ruido en los canales de transmisión. La CRC fue inventada y propuesta por W. Wesley Peterson en un artículo publicado en 1961.[
•Simple paridad.
es un dígito binario que indica si el número de bits con un valor de 1 en un conjunto de bits es par o impar. Los bits de paridad conforman el método de detección de errores más simple.
La paridad par es un caso especial del control de redundancia cíclica (CRC), donde el bit de CRC se genera por el polinomio x+1.
Nótese que este método detecta los errores, pero no los corrige (salvo en el caso de que la palabra transmitida sea de tamaño 1 bit (lo cual no es habitual)). Existen dos variantes de este método, bit de paridad par y bit de paridad impar:
En el caso de la paridad par, se cuentan el número de unos. Si el total es impar, el bit de paridad se establece en uno y por tanto la suma del total anterior con este bit de paridad, daría par. Si el conteo de bits uno es par, entonces el bit de paridad(par) se deja en 0, pues ya es par.
En el caso de la paridad impar, la situación es la contraria. Se suman los bits cuyo valor es uno, si da un número impar de bits, entonces el bit de paridad(impar) es cero. Y si la suma de los bits cuyo valor es uno es par, entonces el bit de paridad(impar) se establece en uno, haciendo impar la cuenta total de bits uno.
•Paridad cruzada (Paridad horizontal y vertical)
Para mejorar un poco el método anterior, se realiza una paridad que afecte tanto a los bits de cada cadena o palabra como a un conjunto de todos ellos. Siempre se utilizan cadenas relativamente cortas para evitar que se cuelen muchos errores.
Para ver más claro este método, se suelen agrupar los bits en una matriz de N filas por K columnas, luego se realizan todas las paridades horizontales por el método anterior, y por último, se hace las misma operación de calcular el número de unos, pero ahora de cada columna.
La probabilidad de encontrar un solo error es la misma, pero en cambio, la probabilidad de encontrar un número par errores ya no es cero, como en el caso anterior. Aun así, existen todavía una gran cantidad de errores no detectables
Un ejemplo de paridad cruzada (o de código geométrico)
1º Tenemos este código para transmitir: 1100101111010110010111010110
2º Agrupamos el código en cada una de las palabras, formando una matriz de N x K:
1100101
1110101
1001011
1010110
3º Añadimos los bits de paridad horizontal:
1100101 0
1110101 1
1001011 0
1010110 0
4º Añadimos los bits de paridad vertical:
1100101 0
1110101 1
1001011 0
1010110 0
0001101 1
Una vez creada la matriz, podemos enviar ésta por filas, o por columnas. Enviando las palabras por columnas aumentamos la posibilidad de corregir una palabra que haya sufrido un error de ráfaga (errores que afectan a varios bits consecutivos, debidos a causas generalmente electrónicas, como chispazos, y que harían que se perdiera toda una palabra completa).
•Suma de vreificación.
( también llamada suma de chequeo o checksum), en telecomunicación e informática, es una función hash que tiene como propósito principal detectar cambios accidentales en una secuencia de datos para proteger la integridad de estos, verificando que no haya discrepancias entre los valores obtenidos al hacer una comprobación inicial y otra final tras la transmisión. La idea es que se transmita el dato junto con su valor hash, de esta forma el receptor puede calcular dicho valor y compararlo así con el valor hash recibido. Si hay una discrepancia se pueden rechazar los datos o pedir una retransmisión.
Esto es empleado para comunicaciones (Internet, comunicación de dispositivos, etc.) y almacenamiento de datos (archivos comprimidos, discos portátiles, etc.).
Normalmente aumentar la capacidad de detectar más tipos de error aumenta la complejidad del algoritmo y el coste, pues aumenta las necesidades de proceso de éste. Sin embargo, proporciona medios de detectar errores en el código de forma fiable.
La corrección de errores están basados en Código Hamming, por repetición, verificación de paridad cruzada, Reed-Solomon y de goyle.
CARACTERÍSTICAS DEL ENLACE: RETARDO
Los enlaces por satélite tienen un promedio de RTT de alrededor de 520 ms hasta el primer salto. TCP utiliza el mecanismo de comienzo lento al inicio de la conexión para encontrar los parámetros de TCP/IP apropiados para la misma. El tiempo perdido en la etapa de comienzo lento es proporcional al RTT, y para los enlaces por satélite significa que TCP se encuentra en el modo de comienzo lento por más tiempo de lo que debiera. Esto disminuye drásticamente el rendimiento de las conexiones TCP de corta duración. Esto puede verse cuando al descargar un sitio web pequeño sorprendentemente toma mucho tiempo, mientras que cuando se transfiere un archivo grande se obtienen velocidades de datos aceptables luego de un rato.
Además cuando se pierden paquetes, TCP entra en la fase de control de congestión y, debido al alto RTT permanece en esta fase por largo tiempo, reduciendo así el rendimiento de las conexiones TCP, sean de larga o corta duración.
La cantidad de datos en tránsito en un enlace en un momento dado es el producto del ancho de banda por el RTT. Debido a la gran latencia del enlace satelital, este producto es grande. TCP/IP le permite a los hosts remotos enviar cierta cantidad de datos previamente sin esperar la confirmación (acknowledgment). Normalmente en una conexión TCP/IP se requiere una confirmación (ACK) para cada transmisión. Sin embargo el host remoto siempre puede enviar cierta cantidad de datos sin confirmación, lo que es importante para lograr una buena tasa de transferencia en conexiones con productos anchos de banda-retardo de propagación elevados. Esta cantidad de datos es denominada tamaño de la ventana TCP. En las implementaciones TCP/IP modernas el tamaño de la ventana generalmente es de 64KB.
En las redes satelitales, el valor del producto ancho de banda-retardo es importante. Para utilizar el enlace en toda su capacidad, el tamaño de la ventana de la conexión debe ser igual al producto del ancho de banda/retardo. Si el tamaño de ventana máximo permitido es de 64KB, teóricamente el máximo rendimiento que se puede conseguir vía satélite es (tamaño de la ventana) / RTT, o 64KB / 520 ms. Esto da una tasa de transferencia de datos máxima de 123kB/s, correspondiente a 984 kbps, aunque la capacidad del enlace sea mucho mayor.
Cada encabezado de segmento TCP contiene un campo llamado ventana anunciada, que especifica cuantos bytes de datos adicionales está preparado para aceptar el receptor. La ventana anunciada es el tamaño actual de la memoria de almacenamiento intermedio del receptor. El emisor no está autorizado a enviar más bytes que la ventana anunciada. Para maximizar el rendimiento, las memorias de almacenamiento intermedio del emisor y el receptor deben ser al menos iguales al producto ancho de banda-retardo.
El tamaño de la memoria de almacenamiento intermedio en la mayoría de las implementaciones modernas de TCP/IP tiene un valor máximo de 64KB. Para soslayar el problema de versiones de TCP/IP que no exceden el tamaño de la ventana de 64KB, se puede utilizar una técnica conocida como suplantación de confirmación (TCP acknowledgment spoofing).
Servicios de satélite: Telefonía móvil por satélite, redes VSAT: acceso múltiple, aplicaciones.
Telefonía móvil por satélite: Un teléfono satelital es un tipo de teléfono móvil que se conecta directamente a un satélite de telecomunicaciones. En general, los teléfonos móviles satelitales proporcionan una funcionalidad similar a la de un teléfono móvil terrestre con servicios de voz, SMS y conexión a internet de banda ancha (2.4 - 9.6 kbps).
Establecer un sistema de cobertura global no es, una tarea fácil. Así pues, dependiendo del modo de funcionamiento que elija, el utilizador puede hacer las llamadas por satélite; por GSM (cuando disponible) o dejar el aparato escoger la mejor solución. Cuando hace una llamada con base en la red por satélite, el móvil contacta con el artefacto espacial más próximo que orienta la llamada, en función del caso, directa o indirectamente por intermedio de uno o más satélites de la misma constelación, para un Gateway(estación de rastreo) en el suelo. El Gateway se encarga de inserirla en la red por cables convencionales.
Redes VSAT
VSAT significa Terminal de Apertura Muy Pequeña. Se trata de pequeños terminales que se pueden instalar en sitios dispersos y conectarse a un Hub central gracias a un satélite. Utilizan platos de antena que varían de 0.75 hasta 3.8 metros y son capaces de recibir y transmitir.
La tecnología VSAT representa una solución rentable para usuarios que quieren tener una red de comunicación independiente y la vez conectar muchos sitios dispersos geográficamente.
Las redes VSAT ofrecen servicios vía satélite capaces de soportar Internet, LAN, comunicaciones Voz IP, video, datos y permite crear potentes redes públicas y privadas de comunicación fiable. Este sistema opera en frecuencias banda C, banda Ku y otras frecuencias.
La red VSAT opera en distintas formas y tamaños: Red en Estrella (Hub privado), Punto-a-Punto Hub privado personalizado capaz de soportar muchísimos sitios. Sistemas Mesh son normalmente más pequeños que los sistemas en estrella (entre 5 y 30 sitios generalmente).
REDES VSAT Vsat “very small aperture terminal” Terminal de apertura muy pequeña que brinda servicios fijos por satélite(geoestacionario), utilizada para la comunicación de datos interactivos y por lotes en diversos protocolos, operación de redes con conmutación de paquetes, servicios de voz, transmisión de datos y videos y operación en red en una vasta área.
Acceso múltiple:
El acceso múltiple por división de frecuencia , también conocido como FDMA (acrónimo en inglés de Frequency Division Multiple Access) es una técnica de multiplexación usada en múltiples protocolos de comunicaciones, tanto digitales como analógicos, principalmente de radiofrecuencia, y entre ellos en los teléfonos móviles de redes GSM.
En FDMA, el acceso al medio se realiza dividiendo el espectro disponible en canales, que corresponden a distintos rangos de frecuencia, asignando estos canales a los distintos usuarios y comunicaciones a realizar, sin interferirse entre sí. Los usuarios pueden compartir el acceso a estos distintos canales por diferentes métodos como TDMA, CDMA o SDMA, siendo estos protocolos usados indistintamente en los diferentes niveles del modelo OSI.
Las estaciones VSAT se comunican a través del satélite utilizando portadoras moduladas. Distinguiremos tres protocolos: Acceso múltiple por división en frecuencia (FDMA): El ancho de banda disponible se divide en sub bandas, cada una de las cuales es usada por una portadora. Acceso múltiple por división en tiempo (TDMA): Cada portadora hace uso de todo el ancho de banda del transponedor durante el espacio temporal que le corresponda. Así, fragmentos de las señales correspondientes a las distintas portadoras se van transmitiendo de modo secuencial. Acceso múltiple por división en código (CDMA): Con este método, el ancho de banda asociado a cada portadora puede ser el ancho de banda total ofrecido por el transponedor.
Aplicaciones que se utiliza para usar esos servicios:
APLICACIONES DE REDESVSAT
• Civiles Unidireccionales:
Transmisión de datos de la Bolsa de Valores.
Difusión de noticias.
Hilo musical.
Educación a distancia.
Distribución de tendencias financieras y análisis.
Transmisión de datos de una red de comercios
Teledetección de incendios y prevención de catástrofes Naturales