Arquitecturas telematicas - EJERCICIOS.pdf

ARQUITECTURAS TELEMÁTICAS

Colección de ejercicios

Lluís Casals Enrica Zola

--- Septiembre 2006 ---

Primera versión: septiembre 2005. Segunda versión: septiembre 2006.

Arquitecturas Telemáticas

Índice

ÍNDICE 1 2

Introducción ........... ............ ........... ........... ........... ............ ........... ........... ....5 Propagación de tramas.............................................................................7 2.1 2.2

3

Redes de área local (LAN)......................................................................17 3.1 3.1.1 3.1.2

3.2

4

4.3.1

Evaluación de las prestaciones de un sistema de comunica ción .........25 Dispositivos de interconexión y retardo de propagación.......................30 Source Address Table de los puentes transparentes ............................ .40 Ejercicios relacionados con otros apartados .......................... ................44 Primitivas de servicio y redes LAN de alta velocidad ..................................... 44

Fundamentos del algoritmo STA...............................................................46 Cambio de topología .......................... ............................ ............................ 51 STP y aprendiz aje de las direccio nes MAC en las SAT de los puent es 54

Virtual Local Area Network.....................................................................63 6.1 6.2 6.2.1 6.2.2

7

Análisis de tramas Ethernet ............................................................................... 17 Primitivas de servicio.......................................................................................... 22

Spanning Tree Protocol..........................................................................45 5.1 5.2 5.3

6

Redes LAN IEEE802.3.................................................................................17

Interconexión de redes locales..............................................................29 4.1 4.2 4.3

5

Introducción al concepto de propagación en un medio compartido (sin considerar un protocolo MAC) ........................... ............................. ..........8 Diferencia entre protocolos de acceso (MAC) .............................. ...........10

VLAN .......................... ............................ ............................ .......................... 63 Ejercicios relacionados con otros apartados .......................... ................64 Primitivas de servicio y redes LAN de alta velocidad ..................................... 64 Interconexión de LAN y STP .............................................................................. 65

Mecanismos de acceso múltiple............................................................69 7.1 7.1.1 7.1.2

7.2 7.2.1 7.2.2

Protocolos de acceso determinista ............................ ............................ ..69 Asignación dedicada........................................................................................... 69 Por demanda controlada .................................................................................... 70

Protocolos de acceso aleatorio.................................................................72 ALOHA puro y ranurado ..................................................................................... 72 Familia CSMA....................................................................................................... 74

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Propagación de tramas

1 INTRODUCCIÓN Este documento recopila una variedad de ejercicios sobre los temas que se tratan en la asignatura de Arquitecturas Telemáticas impartido en el curso 2B de Ingeniería Técnica de Telecomunicación, especialidad Telemática, de la EPSC. Las secciones de esta colección de ejercicios se corresponden, a grandes rasgos, con los temas tratados a lo largo del curso. En general, la secuencia de las secciones es la misma en que se tratan los temas durante el curso, aunque no siempre coincidan. Además, el orden de los ejercicios dentro de cada sección está pensado, en general, para que el nivel de dificultad vaya creciendo a medida que el estudiante hace más ejercicios. En muchos casos, el texto del ejercicio está precedido por una frase que resume el/los concepto/os que se espera que el estudiante adquiera a través del desarrollo del mismo. A continuación se hace una breve descripción de las secciones del documento. La sección 2 recopila los ejercicios de propagación de las tramas (PDU de nivel 2) en un medio compartido: en el apartado 2.1 el estudiante se familiarizará con el concepto de colisión de tramas, por lo que no es necesario especificar el tipo de protocolo de acceso que se utiliza en la red. Por esta razón, estos ejercicios se pueden resolver desde principio de curso, cuando aún no se han estudiado los protocolos de acceso al medio. En la parte final del curso, en cambio, el estudiante podrá confrontar los efectos de la aplicación de diferentes mecanismos de acceso al medio sobre la propagación de varias tramas de usuario en un medio compartido, resolviendo los ejercicios del apartado 2.2. Los ejercicios de la sección 3 están pensados para que el estudiante se familiarice con las redes de área local en general y con la familia de LAN IEEE 802.3, en particular (apartado 3.1). El apartado 3.2 reúne una serie de ejercicios que ayudarán a entender mejor el concepto de eficiencia de un sistema. Una vez consolidados las redes área el estudiante podrá aproximarse al conceptolos de conocimientos interconexión dederedes que sede trata en local, los ejercicios de la sección 4. El objetivo principal del apartado 4.1 es definir las diferencias entre los dispositivos de interconexión: a través de estos ejercicios, se pretende que el estudiante reconozca las consecuencias de utilizar un dispositivo u otro y sepa analizar los efectos en términos de retardo de propagación. En el apartado 4.2 se proponen unos ejercicios para que el estudiante se familiarice con el concepto de aprendizaje de un puente transparente. La sección 5 reúne ejercicios sobre el algoritmo del Spanning Tree Protocol: se empieza con ejercicios sencillos para familiarizarse con el algoritmo y poder reconocer rápidamente como queda la topología de la LAN una vez se haya completado el cálculo del algoritmo. En el apartado 5.1 se proponen además unos problemas para que el estudiante tome conciencia de cómo un puente, o cualquier dispositivo que implemente el STP, calcula el algoritmo. El apartado 5.2 recopila unos ejercicios sobre el cambio de topología. Los ejercicios del apartado 5.3 están pensados para que el estudiante relacione la topología de árbol impuesta por el STP y el aprendizaje de las tramas de usuarios que llegan a los puertos no bloqueados de los puentes. La sección 6 está dedicada a las Virtual LAN (VLAN). La sección 7que reúne los protocolos de acceso al medio, organizados según la clasificación se veejercicios en clase sobre de teoría. Es importante remarcar a los usuarios de esta colección de ejercicios que en ningún momento se ha pensado que este documento substituyera las clases de aplicaciones: más bien, puede servir de soporte para el aprendizaje del estudiante durante el curso. Finalmente, queremos contar con la colaboración de los usuarios de la presente colección de ejercicios con el objetivo de mejorarla. Para ello agradeceríamos que cualquier comentario, aclaración o error que se pudiera detectar nos fuese comunicado (por ejemplo por e-mail) para tenerlo en cuenta en futuras ediciones. Muchas gracias.

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2 PROPAGACIÓN DE TRAMAS Este capitulo recoge varios ejercicios sobre la propagación de las tramas de datos en un medio compartido. El objetivo de estos ejercicios es familiarizarse con el concepto de colisión entre señales, evento que muchas veces se interpreta inadecuadamente como “choque entre tramas con consecuente pérdidas de los datos que llegan corruptos”. Una colisión entre dos (o más) señales se define como la superposición de las mismas en un punto del canal durante un determinado intervalo de tiempo. Un receptor que reciba dos señales superpuestas y que no las pueda separar no podrá interpretar correctamente los datos que estas señales llevan consigo y, por lo tanto, deberá descartarlas; pero, un receptor que se encuentre en otro punto de la red y que reciba las mismas señales pero en instantes de tiempos distintos (es decir, este receptor no recibe las dos señales superpuestas) podrá interpretar correctamente los datos (los mismos que otra estación tuvo que descartar). En definitiva: las colisiones ¡NO se propagan! Para convencerse de eso, basta pensar en las señales de radio que van interfiriéndose en el aire. El apartado 1 propone unos ejercicios sencillos sobre este tema: no es necesario haber estudiado los protocolos de acceso al medio para resolverlos. El apartado 2 propone una colección de ejercicios sobre la propagación de las tramas en los medios según diversos protocolos de acceso a los mismos. A menos que se indique lo contrario, consideraremos que los instantes de tiempo en los que hay algún evento (por ejemplo, la llegada de una trama, la transmisión de una trama, una colisión, etc.) son los mismos a nivel MAC y a nivel físico. Sólo en los ejercicios en los que se proporcionan valores de retardo adicionales, habrá que considerarlos. Además, en los ejercicios no tendremos en cuenta la presencia de relojes más o menos precisos en los receptores de los dispositivos, por lo tanto, a nivel físico, consideramos que en cuanto llega una señal el receptor la puede detectar. Esto nos permite simplificar los cálculos: pero no hay que olvidar que ¡estamos simplificando el proceso real!

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2.1 Introducción al concepto de propagación en un medio compartido (sin considerar un protocolo MAC)

Ejercicio 1 Introducción al concepto de propagación con presencia de colisión

Hay dos estaciones, A y B, en los extremos opuestos de un bus de 2 km de longitud. La tasa de transmisión del bus es de 10 Mbps. La longitud de las tramas que se envían es de 10 bytes. En el instante inicial t=0, ambas estaciones empiezan a transmitir una trama a la otra estación. Responder a las preguntas siguientes: 1. ¿Hay colisión entre las tramas? ¿Dónde? Justificar larespuesta completando eldibujo. Distancia (en metros o km)

T ie m p o (e n s e 0 g u n d o s )

2km A =

B

t

0

=

t

2. respuesta. ¿Hay alguna estación que reciba bien la trama que le envía la otra estación? Justificar la 3. Si entre las dos estaciones, A y B, hay una tercera estación, C, que comparte el bus, ¿C recibirá bien las tramas que se intercambian las otras estaciones? Razonar la respuesta en función de la posición de C con respecto a las otras estaciones.

Ejercicio 2 Considerar la red wireless de la figura inferior: hay 4 estaciones que tienen un alcance de 50 metros. El tiempo de transmisión es fijo e igual a 1 µs; la velocidad de propagación en el aire es igual a la velocidad de la luz (3x108 m/s). Para simplificar, suponer que las comunicaciones son half duplex y que las estaciones descartan las tramas cuando se produzca una colisión.

B

C

D 50 m

A

8



Suponiendo que en el mismo instante de tiempo (sea t=0) B envía una trama de broadcast a todas las estaciones de la red y D envía una trama a C, responder a las siguientes preguntas: 1. ¿Qué estaciones de la red reciben la trama de B? ¿Cuáles la descartan? Razonar la respuesta. 2. ¿C recibe correctamente la trama que D le envía? Razonar la respuesta.

Ejercicio 3 Una LAN con topología en bus tiene cuatro estaciones, A, B, C y D, distribuidas sobre el bus cada 500 m, con la estación A en un extremo y la estación D en el otro extremo. La velocidad de transmisión en el medio es de 10 Mbps. Si A y D transmiten una trama en el instante t = T1, ¿cuál es la mínima longitud permitida a la trama de A para que B “vea” colisión entre las dos tramas?

Ejercicio 4 ¿Cuál es la condición suficiente para que cualquier estación de una red half duplex detecte una posible colisión si el medio de transmisión es compartido? Demostrarlo.

Ejercicio 5 Considerar una red cualquiera en la que hayan 3 estaciones A, B y C. La distancia entre A y B es de 1500 metros, entre A y C 2000 metros y entre B y C 500 metros. La tasa del canal es de 100 Mbps. Si A transmite una trama “L(A_B)” con destino B, C transmite una trama “L(C_B)” con destino B en el mismo instante de tiempo t=0, ¿cuál puede ser la longitud máxima de la trama L(C_B) con tal que el destino reciba bien?

Ejercicio 6 Una LAN con topología en bus tiene cuatro estaciones, A, B, C y D, distribuidas en el bus cada 500m; la estación A está situada a un extremo y la estación D al otro extremo. La velocidad de transmisión en el medio es de 10 Mbps. Si A y D transmiten una trama en el instante t = T1, ¿cuál es la mínima longitud que puede tener la trama de A para que B “vea” colisión entre las dos tramas?

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2.2 Diferencia entre protocolos de acceso (MAC)

Ejercicio 1 Concepto de trama mínima para detectar colisión en CSMA/CD

Considerar una red half duplex a 100 Mbps que utiliza el mecanismo de acceso CSMA/CD. 1. ¿Cuál es la longitud de trama mínima permitida si lared tiene una longitud de 2 km? 2. Considerar dos estaciones A y B a los extremos opuestos de esta red. Si la estación A transmite una trama en el instante t=0 y la estación B una trama en t=x, ¿qué valor puede tener x si no queremos que haya colisión en todo el canal? Considerar una longitud 50 bytes.de trama de 1500 bytes; volver a resolverlo considerando ahora una trama de

Ejercicio 2 CSMA/CD – sin retransmisiones

Hay cuatro estaciones a lo largo de un bus; entre las dos estaciones más lejanas (A y D) hay un tiempo de propagación τ. Entre A y B hay (τ/5), entre A y C hay (3 τ/5). Cada estación transmite en un determinado instante una PDU de tamaño fijo y equivalente a (11 τ/5). Suponemos que la comunicación es half duplex. Los instantes en que cada estación tiene una PDU lista para transmitir son:A=t t B= ( τ/5), tC= 0, tD= (8τ/5). Se pide: 1. Determinar, según el acceso CSMA/CD, cuándo puede transmitir cada estación y qué pasa en el canal. 2. Suponiendo que no haya retransmisiones de las PDUs que han colisionado A t τ, anteriormente, puede hacerlo. decir si la estación A, al tener una nueva trama para transmitir en +

3. Suponiendo que A transmita en tA + τ, ¿cómo afecta a la transmisión de D? ¿En qué instante podrá transmitir B con éxito?

Ejercicio 3 CSMA/CD con efectos provocados por el uso de un tiempo de transmisión insuficiente

Una red half duplex que funciona con CSMA/CD está formada por 3 estaciones (A, B, C). Supongamos que el retardo de propagación entre las estaciones sea 1/3 τ entre A y B, y τ entre A y C, y que A está situada en uno de los extremos de la red. Supongamos que el tiempo de transmisión de las tramas sea, para todas las estaciones, de 2/3 τ. Las estaciones B y C transmiten en el mismo instante t=0. 1. ¿Las estaciones B y C detectan alguna colisión? Razonar adecuadamente la respuesta. 2. ¿Hay colisión entre las tramas transmitidas? Razonar la respuesta. 3. ¿Durante cuanto tiempo transmiten las estaciones B y C? Supongamos ahora que entre las estaciones B y C se añada una estación D. El retardo de propagación entre las estaciones A y D es de 5/6 τ. Supongamos además que el tiempo durante el cual se transmite sea, a partir de ahora, de 8/3τ. Supongamos que D empiece a transmitir en t=2τ mientras que A lo hace en t=7/3τ. Suponer que, si se detecta una colisión, el tiempo de backoff para volver a transmitir sea deτ.8 4. ¿Durante cuanto tiempo transmiten las estaciones A y D?

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5. Si la estación B se pone a la escucha del canal en t=3τ, ¿en qué instante detecta libre el canal?

Ejercicio 4 Concepto de distancia máxima entre estaciones para detectar colisión

Un segmento de LAN half duplex en bus que funciona a 10 Mbps tiene conectadas 3 estaciones (A, B y C). Las estaciones A y C están situadas cada una a un extremo del segmento y se sabe que la estación B está situada a mitad del camino entre A y C. Supongamos que las tramas, T, que transmiten las estaciones son de 512 bytes, como mínimo. 1. ¿Cuál es la distancia máxima que puedeseparar A y C para que cualquier estación que transmite pueda darse cuenta de las colisiones con cualquier trama de otra estación? 2. Si A tiene una trama a punto de transmitir en el instante At = 0, la estación B en tB= 50 µs, y la estación C en tC= 170 µs, ¿qué tramas se transmiten con éxito y cuáles con colisión? Utilizar la distancia entre A y C encontrada en el apartado anterior. Considerar que se utiliza el mecanismo CSMA/CD y, en caso de colisión, no considerar que hay retransmisión.

Ejercicio 5 Concepto de colisión (relacionado con la posición)

Un segmento de red LAN half duplex usa el protocolo MAC CSMA/CD 1-persistente y tiene conectadas 3 estaciones (A, B y C). Las estaciones A y C están situadas cada una a un extremo del segmento. Suponer que el retardo de propagación entre las estaciones A y B es igual a la mitad del tiempo de transmisión de una trama, T, de 512 bytes. Se sabe que la estación A tiene una trama, T, a punto de transmitir en el instanteA=t 0 y la estación C en tC= 102,5 µs. ¿A qué distancia de C debemos situar la estación B para que esta estación “vea” una colisión en t = 153,6 µs?

Ejercicio 6 Comparación entre distintos protocolos MAC: ALOHA, CSMA, CSMA/CD

Considerar el canal de la figura siguiente y contestar a las preguntas que se formulan a continuación (la zona con trama a rayas representa la transmisión de señal procedente de B).

A

2τ/3

B

τ/3

C

0

τ/3 2τ/3

2τ 7τ/3 8τ/3

1. Considerando el protocolo ALOHA puro,¿la estación A enviará una trama en t = τ/3? Razonar la respuesta. 2. Sin considerar la pregunta anterior, contestar a la siguiente: considerando el protocolo CSMA-1p, ¿la estación A enviará una trama en t =τ/3? Razonar la respuesta. 3. Sin considerar las preguntas anteriores, dibujar las tramas quese envían por el canal según el mecanismo CSMA/CD (indicando los instantes en que empieza y en que acaba

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de enviar y recibir; no considerar las retransmisiones). Considerar que la estación A tiene una trama a punto de transmitir en t =τ/3, B en t = 0 (tal y como se indica al dibujo) y C en t = 2τ/3. Considerar, también, que la longitud de la trama es el mínimo para asegurar la detección de colisión. Razonar la respuesta.


Un canal compartido por tres estaciones A, B y C tiene un retardo de propagación extremo a extremo de τ segundos. La distancia en tiempo entre la estación A y las otras dos estaciones (B y C) es τ. B y C están prácticamente en el mismo sitio. El tiempo de transmisión de una PDU es fijo e igual a P = 8/3 τ. A tiene una PDU lista para transmitir en tA = 0. B tiene una PDU lista para transmitir en tB = 2/3 τ. C tiene una PDU lista para transmitir en tC = 5/3 τ. Analizar, según los distintos protocolos de acceso (ALOHA, CSMA 1persistente, CSMA/CD), qué ocurre en el canal: 1. ¿Cuándo puede empezar a transmitir su PDU cada estación? 2. ¿En qué instantes de tiempo ve cada estación las colisiones? 3. ¿Cuando está libre el canal?

Ejercicio 8 CSMA/CA

Considerar una red WLAN 802.11b en modo infraestructura donde hay dos estaciones (A y B) y un Access Point (AP). El radio de cobertura (o alcance) de todos los dispositivos es de 100 metros. La estación A está a una distancia de 60 metros del AP; B a 90 metros del AP; A y B a 150 metros una de la otra. Considerar un retardo de propagación por el aire de 300 metros/µs. Teniendo en cuenta que se aplica el mecanismo CSMA/CA con RTS/CTS, considerar que en el instante t=0 la estación A quiere transmitir una trama al Access Point y que en el instante t=16 µs la estación B quiere transmitir una trama al Access Point. Suponer que las tramas que se envían son de 1045 bytes, el RTS de 20 bytes, el CTS y el ACK de 14 bytes. Considerar que todas las transmisiones se hacen a una tasa de 11 Mbps (sin hacer distinción entre la velocidad de transmisión de la cabecera MAC y los datos). Considerar los siguientes valores para los intervalos IFS (Inter Frame Space):

•

DIFS = 1,5 µs tiempo durante el cual se escucha el canal antes de transmitir un RTS

•

SIFS = 0,7 µs tiempo durante el cual se escucha el canal antes de transmitir un CTS, un ACK o la trama de datos

Considerar los siguientes valores para el backoff:

• •

Estación A = 150 µs Estación B = 180 µs

• AP = 140 µs Para calcular los tiempos, se aconseja usar valores con precisión de centésimas de µs. 1. ¿En qué instante la estación A recibe el CTS? ¿Qué dispositivo de la red lo envía? Razonar la respuesta.

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2. ¿En qué instante la estación A inicia la transmisión de su trama de datos? ¿Hay colisión? ¿Con qué trama? Razonar la respuesta. 3. ¿En que estado encuentra el canal la estación B en el instante en que ésta quiere transmitir? Razonar la respuesta.

Ejercicio 9 CSMA/CD con retransmisiones

Una red que utiliza el protocolo MAC CSMA/CD No Persistente está formada por 4 estaciones (A, B, C y D). Suponer que el retardo de propagación entre las estaciones conectadas a un medio con topología en bus es el siguiente:

•

τ/2 entre A y B,

•

2τ/3 entre A y C,

•

τ entre A y D (B y C están situadas entre Ay D).

Suponer que el tiempo de transmisión de las tramas es 8/3τ y es igual para todas las estaciones. Se sabe que las estaciones tienen una trama a punto para transmitir en los instantes de tiempo siguientes:

•

tB= 0

•

tD= τ/3

También sabemos que durante el tiempo de observación ninguna otra estación tiene tramas para transmitir. Por otra parte, el tiempo que esperará cada estación en volver a escuchar el canal después de encontrarlo ocupado en el primer intento de transmisión es Ta=τ.4 Si se produce una colisión, cada estación emite una señal de jamming de duración fija e igual a En el caso de detectar τ/3.calcula el de Tb(D)= τ/2. una colisión, la estación B calcula backoff Tb(B) = τ; y la estación D 1. Dibujar el diagrama de propagación de las tramas (nuevas y retransmisiones) en el canal, indicando los tiempos de cada evento. 2. ¿Durante cuánto tiempo transmiten PDUs las estaciones B y D, la primera vez que lo intenten? 3. ¿En qué instante y durante cuánto tiempo detectan la colisión las estaciones A y C? Razonar la respuesta. 4. ¿En qué instante de tiempo la estación D vuelve a transmitir la trama que no había enviado con éxito? Razonar la respuesta y enumerar las acciones que llevará a cabo la estación para poder transmitir con éxito.

Ejercicio 10 CSMA/CD con retardos entre nivel MAC y nivel físico. Ventaja del IFG

Tenemos tres estaciones A, B y C comunicándose sobre un bus compartido half duplex Gigabit Ethernet. Las distancias entre las estaciones son: AB = 25 metros; BC = 50 metros; AC = 75 metros. Considerar que, entre el instante en el que el nivel físico reporta al MAC el estado de canal libre y el instante en el que se realice la transmisión a nivel físico, transcurren 25 ns; considerar que hay un retardo de 50 ns entre el instante en que el nivel físico detecta colisión y el instante en el que deja de transmitir los datos para emitir la señal de jamming. En cambio, considerar que el retardo entre el momento en que el MAC pide el estado del canal y el instante en el que el nivel físico contesta es despreciable.

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Las tramas que se envían las estaciones son todas tramas de 617 bytes. Recordar que el formato de trama MAC incluye unos bits iniciales para la sincronización de los receptores y unos bits de inicio de trama que, a nivel de tiempo de transmisión de la señal, hay que tener en cuenta. Considerar los siguientes valores para el backoff: A: 10 µs; B: 20 µs; C: 30 µs Considerando que la estación B tiene lista una trama para enviar a C en t = 0 (suponer que es la referencia y que anteriormente no ha habido transmisiones) y una segunda trama lista en t = 4 µs. Además, la estación A tiene una trama lista para transmitir a C en t = µ 1s, y la estación C tiene una trama lista para transmitir a B en t = 3µs. 1. ¿Después de cuántos intentos la estación B consigue transmitir con éxito su primera trama? 2. ¿Cuándo empieza a transmitir A su trama? ¿Por qué? Justificar gráficamente y analíticamente la respuesta. 3. ¿Hasta qué instante está transmitiendo A? ¿por qué? Justificar gráficamente y/o analíticamente la respuesta. 4. ¿Qué hubiese pasado si no existiera el IFG (Inter Frame Gap)? ¿En qué instante hubiese podido transmitir A? Reflexionar sobre las ventajas y desventajas de este mecanismo: tener en cuenta que la bondad de un mecanismo de acceso se mide con respecto a todas las estaciones. 5. ¿En qué instante de tiempo la estación C consigue transmitir su trama con éxito?

Ejercicio 11 CSMA/CD con retransmisiones y con retardos entre nivel MAC y nivel físico

Tenemos tres estaciones A, B y C comunicándose sobre un bus compartido half duplex Gigabit Ethernet. Las distancias entre las estaciones son: AB = 100 metros; BC = 200 metros; AC = 300 metros. Considerar que, entre el instante en el que el nivel físico reporta al MAC el estado de canal libre y el instante en el que se realice la transmisión a nivel físico, transcurren 25 ns; considerar que hay un retardo de 50 ns entre el instante en que el nivel físico detecta colisión y el instante en el que deja de transmitir los datos para emitir la señal de jamming. En cambio, considerar que el retardo entre el momento en que el MAC pide el estado del canal y el instante en el que el nivel físico contesta es despreciable. Las tramas que se envían las estaciones son todas tramas de longitud mínima. Recordar que el formato de trama MAC incluye unos bits iniciales para la sincronización de los receptores y unos bits de inicio de trama que, a nivel de tiempo de transmisión de la señal, hay que tener en cuenta. Considerar los siguientes valores para el backoff:

• A: 30

µs

• B: 20

µs

• C: 40 µs La estacón A tiene, a nivel MAC, una trama lista para enviar a C en t = 0 (suponer que es el instante de referencia y que anteriormente no han habido transmisiones). La estación B tiene, a nivel MAC, una trama lista para transmitir a A en t = 1 µs y la estación C una trama para A en t = 4,5µs. 1. ¿Cuándo acabará la estación C de recibir la trama que le ha enviado A? Justificar gráficamente y/o analíticamente la respuesta.

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2. ¿Cuándo empezará la estación B a transmitir su trama? ¿Por qué? Justificar gráficamente y/o analíticamente la respuesta. 3. ¿Hasta qué instante está transmitiendo la estación B su trama? ¿Por qué? Justificar gráficamente y/o analíticamente la respuesta. 4. ¿En qué instante acabará de recibir correctamente la tramade B el usuario A? 5. Considerar que en el instante t = 15 µs la estación B tiene otra trama para transmitir. Razonar qué pasa en este caso. ¿En qué instante puede la estación B transmitir su segunda trama? 6. Considerar que en el instante t = 45 µs la estación A tiene otra trama para transmitir. Razonar qué pasa en este caso (¡recordar que hay estaciones en backoff!). ¿En qué instante, la estación A, puede transmitir su segunda trama? 7. ¿En qué instante consigue transmitir con éxito su primera trama la estación C? 8. Reflexionar sobre el retardo diferente que sufren las transmisiones con este mecanismo de acceso. ¿Cómo se podría evitar la primera colisión que hay entre la primera trama de B y la trama de C? ¿Implica algún empeoramiento de otro parámetro el cambio que se propone?


Las estaciones A, B, C, D y E de una red half duplex con topología en bus están distribuidas sobre el medio de transmisión de forma que B está aτ/2 segundos de A, C y D están a 2/3τ segundos de A, donde τ es el tiempo de propagación entre las estaciones más distantes, es decir entre E y A. Considerar que todas las estaciones envían tramas de longitud fija equivalente a 2,5 τ. Para los primeros tres apartados, supondremos que A, B, C y E transmiten una trama eno =t 0 y que ninguna estación reintenta la transmisión cuando haya colisión. 1. Si se utiliza el protocolo ALOHA puro como mecanismo de acceso, ¿cuál será la longitud del fragmento de trama que cada estación enviará al primer intento de transmisión? 2. Si se utiliza el protocolo CSMA/CD como mecanismo de acceso, ¿cuál será la longitud del fragmento de trama que cada estación enviará al primer intento de transmisión? 3. Suponiendo que se utiliza CSMA/CD y que la estación D quiere transmitir en el instante t = τ, ¿podrá empezar la transmisión en dicho instante? Considerar ahora que las estaciones A, B, C y E están escuchando el canal en t = 4τ y que la estación D ha empezado una transmisión en t = 3τ. 4. Suponiendo que solo transmite la estación D, ¿cuál será el instante en que cada estación detecta libre el canal?

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Redes de área local

3 REDES DE ÁREA LOCAL (LAN) 3.1 Redes LAN IEEE802.3

3.1.1 Análisis de tramas Ethernet Concepto de formato de trama (PDU de nivel 2, MAC con LLC)

A continuación se proponen algunas capturas de tramas Ethernet. Los campos están ordenados en grupos de cuatro octetos cada uno; cada octeto (o byte) está representado en hexadecimal. Se pide que se analice cada trama, identificando los campos relevantes a nivel MAC y a nivel LLC (cuando sea posible). Para eso es necesario haber aprendido la estructura de las diferentes tramas Ethernet. Tener en cuenta que, a pesar de que en el formato de trama MAC hay que tener en cuenta los campos de sincronización y SFD (Start Frame Delimiter), los analizadores de protocolo no suelen mostrar dichos campos, así que en las siguientes capturas NO aparecen. A continuación se ofrecen unas tablas con algunos valores de referencia: Lista SAP 04 08 42 98 E0 F0

IBM SNA Path Control SNA IEEE 802.1 Bridge STP ARPANET ARP Novell Netware IBM NetBIOS

ETHERTYPES 08-00 08-06 80-D5 81-37, 81-38 86-DD

IP Datagram ARP IBM SNA services over Ethernet NetWare data units IP v6 datagram

Ejercicio 1 01 00 0C DD

DD DD 00 04

4D E2 BD 09

03 00 00 0C

20 01 10 00

00 01 00 00

00 18 AA AA 00 00 00 00

00 04 4D E2

BD 09 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

01 80 C2 00

00 00 00 06

28 38 6A DC

00 26 42 42

03 00 00 00

00 00 00 64

00 06 28 77

43 70 00 00

00 08 80 00

00 06 28 38

6A C2 80 2B

02 00 14 00

02 00 0F 00

00 00 00 00

00 00 00 00

FF FF FF FF

FF FF 00 04

4D 71 DB 09

08 06 00 01

08 00 06 04

00 01 00 04

4D 71 DB 09

93 53 71 02

00 00 00 00 00 00 00 00

00 00 93 53 00 00 00 00

71 1A 00 00 00 00 00 00

00 00 00 00

Ejercicio 2

Ejercicio 3

17



Ejercicio 4 00 04 75 E8

3E 64 00 04

4D 71 DB 09

08 00 45 00

05 DC D3 26

40 00 3C 06

B9 BB 93 53

14 02 93 53

71 91 00 50

04 2D 3B 92

B8 3A E0 B9

F3 25 50 10

….

….

….

….

77 72 61 70

20 63 6C 61

73 73 3D 22

70 65 73 74

61 6E 79 61

22 20 77 69

64 74

Ejercicio 5

FF FF FF FF

FF FF 00 E0

18 0A 5A 12

00 AC 00 00

40 00 40 11

35 69 93 53

71 85 FF FF

FF FF 02 77

02 77 00 98

F9 79 31 30

31 65 20 33

20 69 70 70

3A 2F 2F 67

69 62 62 73

2E 75 70 63

2E 65 73 3A

36 33 31 2F

70 72 69 6E

74 65 72 73

2F 64 6A 39

32 30 63 20

22 44 65 73

6B 6A 65 74

20 39 32 30

43 20 6C 6F

63 61 6C 22

20 22 43 72

(90 Líneas)

08 00 45 00

65 61 74 65

64 20 62 79

20 72 65 64

68 61 74 2D

63 6F 6E 66

69 67 2D 70

72 69 6E 74

65 72 20 30

2E 36 2E 78

22 20 22 48

50 20 44 65

73 6B 4A 65

74 20 39 32

30 43 2C 20

46 6F 6F 6D

61 74 69 63

20 2B 20 68

70 69 6A 73

22 0A

FF FF FF FF

FF FF 00 04

4D E2 BD 09

08 06 00 01

08 00 06 04

00 01 00 04

4D E2 BD 09

93 53 71 03

00 00 00 00

00 00 93 53

71 64 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

Ejercicio 6

Ejercicio 7 FF FF FF FF

FF FF 00 04

75 FF F3 F8

08 00 45 00

00 CE CF 24

00 00 80 11

60 A9 93 53

71 AB 93 53

71 FF 00 8A

00 8A 00 BA

88 23 11 0E

A0 13 93 53

71 AB 00 8A

00 A4 00 00

20 46 41 44

45 46 43 45

….

….

….

….

45 00 02 00

50 34 52 45

43 32 30 00

FF FF FF FF

FF FF 02 0B

CD A9 AE 09

00 E4 E0 E0

03 FF FF 00

E1 00 14 00

00 00 00 FF

FF FF FF FF

….

….

….

….

(9 Líneas)

Ejercicio 8

(13 Líneas)

6C 00

18




FF FF 00 01

E6 44 82 9E

81 37 FF FF

00 60 00 04

10 72 80 02

FF FF FF FF

FF FF 04 52

10 72 80 02

00 01 E6 44

82 9E 04 52

00 02 03 0C

30 30 30 31

45 36 34 34

38 32 39 45

38 32 44 47

4E 50 49 34

34 38 32 39

45 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

10 72 80 02

00 01 E6 44

82 9E 40 0C

00 00 00 00 00 01


FF FF 00 01

E6 A5 CD A6

00 63 E0 E0

03 FF FF 00

60 00 00 00

00 00 00 FF

FF FF FF FF

FF 04 52 00

00 00 00 00

01 E6 A5 CD

A6 04 52 00

02 03 0C 30

30 30 31 45

36 41 35 43

44 41 36 38

30 44 31 4E

50 49 41 35

43 44 41 36

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

01 E6 A5 CD

A6 40 0C 00

01

Ejercicio 11 01 80 C2 00

00 00 00 06

28 38 6A DC

00 52 42 42

03 00 00 00

00 00 00 64

00 06 28 77

43 70 00 00

71 91 00 50

04 2D 3B 92

B8 3A E0 B9

F3 25 50 10

00 08 80 00

00 06 28 38

6A C2 80 2B

02 00 14 00

77 72 61 70

20 63 6C 61

73 73 3D 22

70 65 73 74

FF FF 02 77

02 77 00 98

F9 79 31 30

31 65 20 33

01 80 C2 00

00 00 00 06

28 38 6A DC

00 52 AA AA

03 00 00 00

20 01 00 64

00 06 28 77

43 70 00 00

71 91 00 50

04 2D 3B 92

B8 3A E0 B9

F3 25 50 10

00 08 80 00

00 06 28 38

6A C2 80 2B

02 00 14 00

77 72 61 70

20 63 6C 61

73 73 3D 22

70 65 73 74

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

01 00 0C DD

DD DD 00 11

5D 4A C4 80

00 18 AA AA

03 00 00 0C

20 01 10 00

00 01 00 00

00 00 00 00

00 11 5D 4A

C4 80 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

Ejercicio 12

Ejercicio 13

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00


FF FF 00 01

E6 A5 CD A6

00 28 E0 E0

03 FF FF 00

60 00 00 00

00 00 00 FF

FF FF FF FF

FF 04 52 00

00 00 00 00

01 E6 A5 CD

A6 04 52 00

02 03 0C 30

00 00 00 00

00 00 00 00

19



Ejercicio 15 03 00 00 00

00 01 00 30

1b b6 04 db

00 d1 f0 f0

03 2c 00 ff

ef 08 00 00

00 00 00 00

00 49 4e 4e

4f 4d 45 44

49 41 20 20

20 20 20 20

1c 49 4e 4e

4f 4d 45 44

49 41 43 33

20 20 20 20

00 ff 53 4d

42 25 00 00

00 00 18 04

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 ff

fe 00 00 00

00 11 00 00

46 00 02 00

00 00 00 00

02 00 00 00

00 00 00 00

00 00 5c 00

46 00 5c 00

03 00 01 00

00 00 02 00

5d 00 5c 4d

41 49 4c 53

4c 4f 54 5c

4e 45 54 5c

4e 45 54 4c

4f 47 4f 4e

00 07 00 49

4e 4e 4f 4d

45 44 49 41

43 33 00 5c

4d 41 49 4c

53 4c 4f 54

5c 4e 45 54

5c 47 45 54

44 43 37 32

30 00 00 49

00 4e 00 4e

00 4f 00 4d

00 45 00 44

00 49 00 41

00 43 00 33

00 00 00 0b

00 00 10 ff

ff ff ff


FF FF 00 01

E6 44 72 F2

81 37 FF FF

00 60 00 04

10 72 80 02

FF FF FF FF

FF FF 04 52

10 72 80 02

00 01 E6 44

72 F2 04 52

00 02 03 0C

30 30 30 31

45 36 34 34

37 32 46 32

38 32 44 47

4E 50 49 34

34 37 32 46

32 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

10 72 80 02

00 01 E6 44

72 F2 40 0C

00 01

00 01 00 30

1b b6 04 db

00 d1 ff ff

Ejercicio 17

03 00 00 00 03 2c 00 ff

ef 08 00 00

00 00 00 00

00 49 4e 4e

4f 4d 45 44

49 41 20 20

20 20 20 20

1c 49 4e 4e

4f 4d 45 44

49 41 43 33

20 20 20 20

00 ff 53 4d

42 25 00 00

00 00 18 04

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 ff

fe 00 00 00

00 11 00 00

46 00 02 00

00 00 00 00

02 00 00 00

00 00 00 00

00 00 5c 00

46 00 5c 00

03 00 01 00

00 00 02 00

5d 00 5c 4d

41 49 4c 53

4c 4f 54 5c

4e 45 54 5c

4e 45 54 4c

4f 47 4f 4e

00 07 00 49

45 44 49 41

43 33 00 5c

5c 4e 45 54

5c 47 45 54

44 43 37 32

00 4e 00 4e

00 4f 00 4d

00 45 00 44

00 49 00 41

00 43 00 33

00 00 00 0b

00 00 10 ff

ff ff ff

Ejercicio 18

4d 41 49 4c

4e 4e 4f 4d 53 4c 4f 54 30 00 00 49

FF FF FF FF

FF FF 00 01

E6 A5 CD A6

00 63 E0 E0

03 FF FF 00

60 00 00 00

00 00 00 FF

FF FF FF FF

FF 04 52 00

00 00 00 00

01 E6 A5 CD

A6 04 52 00

02 03 0C 30

30 30 31 45

36 41 35 43

44 41 36 38

30 44 31 4E

50 49 41 35

43 44 41 36

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

00 00 00 00

01 E6 A5 CD

A6 40 0C 00

01

20



Ejercicio 19 Describir con todo detalle el formato de una trama MAC Ethernet 802.3 (en formato hexadecimal) especificando los campos que hemos visto en clase y rellenándolos con la siguiente información: -

La trama MAC proviene de una estación con ID OUI 15 del fabricante CISCO (id: X’00044D);

-

La trama MAC está dirigida a X’01-80-C2-00-00-00;

-

Los datos de esta trama MAC contienen información proveniente del protocol STP (Spanning Tree Protocol), en el específico una BPDU de configuración (recordar que tiene un tamaño de 35 bytes y que está dirigida a todos los puentes).

A qué tipo de trama corresponde? A qué tipo de destino está dirigida la trama MAC? Tendrá relleno y, si sí, cantos bytes? Tener en cuenta los valores que hay al principio de este apartado, si los necesitáis.

21



3.1.2 Primitivas de servicio Ejercicio 1 Concepto de primitiva de servicio combinado con eventos asociados con el intercambio de un paquete (PDU de nivel 3) entre dos sistemas

Tenemos dos sistemas, A y B, que van a intercambiar un paquete de nivel 3 (nivel de red). Estos sistemas implementan los siguientes protocolos a nivel de RED: IP, IBM NetBIOS. Ambos sistemas usan la tecnología Ethernet 10BaseT. El subnivel LLC dispone de las siguientes direcciones SAP (en hexadecimal):

• •

Dirección SAP (IP) = 06 Dirección SAP (IBM NetBIOS) = F0

En cuanto al subnivel MAC, cada sistema tiene asignadas la dirección MAC (OUI_dispositivo, en hexadecimal) siguiente:

•

Dirección MAC (sistemaA) = cisco_E2 BD 09

•

Dirección MAC (sistemaB) = 3com_FF F3 F8

El proceso de comunicación empieza cuando la entidad de protocolo IP del sistema A tiene lista una N_PDU (paquete IP) de 42 bytes (véase el dibujo) para enviar a la entidad de protocolo IP del sistema B. Cabecera IP

Datos

20 Bytes

22 Bytes

Describir, paso a paso, como se realiza esta transferencia de datos desde que la entidad de protocolo IP del sistema A la envía hasta que la entidad de protocolo IP del sistema B la recibe. (Hay que tener en cuenta los protocolos que interviene en cada nivel y el formato de PDU correspondiente, los servicios que pueden ofrecer cada entidad y las primitivas de servicio que se utilizan).

Ejercicio 2 Concepto de primitiva de servicio combinado con eventos asociados con el intercambio de un paquete (PDU de nivel 3) entre dos sistemas

Tenemos dos sistemas, A y B, que implementan los siguientes protocolos a nivel de RED: IP, IBM NetBIOS. Ambos sistemas usan la tecnología Gigabit Ethernet 1000baseT que usa Frame Bursting. Además, los dos sistemas están directamente conectados a un Switch. Sabemos que las direcciones SAP para IP y NetBIOS son (en hexadecimal):

•

Dirección SAP (IP) = 06

•

Dirección SAP (IBM NetBIOS) = F0

Y que las direcciones MAC (OUI_dispositivo en hexadecimal) son:

•


•


La entidad de protocolo de nivel 3 del sistema A tiene que enviar un bloque de datos de 3000 bytes al sistema B. Recordar que el nivel 3 es el encargado de fragmentar los datos para que se ajusten a los tamaños máximos permitidos en las capas inferiores. Recordar además que el protocolo IP añade una cabecera de 20 bytes sobre los datos que debe enviar.

22


Cabecera IP 20 Bytes


Datos

Describir paso a paso como se realiza esta transferencia de datos desde que la entidad de protocolo IP del sistema A los envía hasta que la entidad de protocolo IP del sistema B los recibe. Tener en cuenta los protocolos que se usan en cada nivel y el formato de PDU correspondiente, los servicios que cada entidad puede ofrecer y las primitivas de servicio que se utilizan.

Ejercicio 3 Concepto de primitiva de servicio combinado con eventos asociados con el intercambio de un paquete (PDU de nivel 3) entre dos sistemas

Consideramos la figura de la página siguiente donde se representa la arquitectura de una red Gigabit Ethernet Half-Duplex: responder a las preguntas que indicamos a continuación, suponer que el canal no introduzca error y que no hayan otras transmisiones en toda la red. 1. ¿Qué tipo de dispositivos pueden tener la arquitectura representada enel punto 1 de la figura? 2. Dibujar la MAC-PDU (punto 2 de la figura) con todos los detalles (donde sea posible, aplicar los valores que se indican como datos). 3. ¿A qué primitiva de servicio corresponde elpunto 3 de la figura? Indicar tanto elnombre como los parámetros relacionados con la primitiva y comentar qué indican. 4. Completar la parte del esquema correspondiente al punto 4con las dos primitivas que faltan, junto con sus parámetros. 5. Calcular la eficiencia del canal GigabitEthernet Half-Duplex desde el punto de vista del usuario del servicio de la capa MAC.

23

4 2

4 2

A X R A X

C L L

4

B ió cts a E

a 9 3 8 1 4 _ m o c 3 ): n e ig r o C A M (@ C A M S

C A M U D -P C A M la e d t n e m a iv n E

Y H P

ME D I

T R A N S MI S S I Ó

D E

Y H P C A M 1

t ne mai v neer ed aci gòL

C A M U D P C A M la e d t n e m a iv n E

Y H P

ME D I

T R A N S MI S S I Ó

D E

Y H P

A

C A M

. A T A D T I N U _ A M

ca ió st E C L L

A X R A X

U D -P D E R

s) tye b 0 0 (4

. A T A D IT N U _ L D

t s e u q e r

, C A M D i P A S D (

, C A M S i P A S S

) U D -S C L L

U D 2 P C A ) U M , D st C S e A -C u M q D A re ( M

3

: s te n u g e r p s le ra t e l p m o c r e p s e d a D

0 f 5 4 a 3 _ o cs i C :) ít s e d C A M @ ( C A M D 1 7 : P A S S 1 7 : P A S D



3.2 Evaluación de las prestaciones de un sistema de comunicación

Ejercicio 1 Concepto de eficiencia a nivel de usuario de un servicio

Suponer que tenemos un segmento de LAN Ethernet, del cual sabemos que utiliza 10Base-T y que el sub-nivel LLC está presente en los sistemas conectados a él. Calcular los siguientes parámetros relacionados con las prestaciones del segmento de LAN, desde el punto de vista del usuario del subnivel MAC, suponiendo siempre que sólo hay una estación activa:

•

capacidad;

• eficiencia de trama; • throughput máximo.


Sin tener en cuenta el mecanismo de acceso, queremos evaluar la eficiencia de canal desde el punto de vista del usuario del servicio MAC en las situaciones siguientes: 1. Ethernet 10Mbps 2. Fast Ethernet 3. Gigabit Ethernet con: a) Extensión de portadora b) Frame bursting c) Jumbo frame  trama máxima de 9000 bytes de datos Considerar una longitud de los datos útiles de 46 bytes y de 1500 bytes (evaluar los dos casos). Para el caso 3, también considerar los siguientes casos de longitud de datos útiles: 5000 bytes y 4600 bytes. Tener en cuenta los siguientes parámetros:

•

IFG = 96 tiempos de bit

• Trama de longitud mínima (desde el campo de dirección MAC hasta el CRC) = 64 bytes (puntos 1 y 2); 512 bytes (punto 3) •

Trama de longitud máxima (desde el campo de dirección MAC hasta el CRC) = 1518 bytes (puntos 1, 2, 3a y 3b); 9018 bytes (3c)

•

Preámbulo + SFD = 8 bytes

25



Ejercicio 3 Concepto de arquitectura de un sistema e intercambio de información entre las capas y eficiencia a nivel de capa de usuario

Desde una estación, A, se quiere transmitir un paquete IP de 512 bytes (tamaño total). La estación tiene una interficie de red (NIC) Ethernet que cumple el estándar IEEE 802.3 (10Base-T a nivel físico), también implementa el estándar IEEE 802.2. La transmisión de los paquetes IP se realiza a través de los servicios que proporciona la capa LLC. Estimar la eficiencia que tendrá la transmisión, suponiendo que ninguna otra estación transmite, y que A genera paquetes con una tasa de 100 paquetes por segundo. 1. ¿Qué tipos de trama Ethernet se pueden usar en este escenario? 2. Primero describir el proceso de envío del paquete IP detallando las primitivas deservicio que se usan en cada sub-nivel y las PDU que se intercambiarán éstos con los subniveles pares. 3. Calcular la eficiencia de la comunicación desde elpunto de vista de un usuario del servicio de la capa MAC y desde el punto de vista de un usuario del servicio de la capa LLC. 4. Calcular la eficiencia dela trama MAC y la eficiencia de la trama LLC.


Considerar un paquete IP de tamaño igual a 4800 bytes que se va a transmitir en un canal Gigabit Ethernet. Evaluar la eficiencia de la comunicación desde el punto de vista de: 1. Usuario del servicio LLC 2. Usuario del servicio MAC (no se aplica ninguna técnica para mejorar la eficiencia: ni frame bursting, ni jumbo frames) 3. Usuario del servicio físico

Ejercicio 5 Concepto de arquitectura de un sistema e intercambio de información entre las capas y eficiencia a nivel de usuario de un servicio

Una estación, A, tiene un paquete IP de 57 bytes (longitud total) para transmitir. La estación A tiene una interfaz de red (NIC) Fast Ethernet que cumple el estándar IEEE 802.3 (100Base-T4 a nivel físico), y el nivel MAC ofrece sus servicios a la capa LLC 802.2. Suponer que tan sólo la estación A transmite paquetes y que esta estación genera 10 paquetes cada segundo. 1. Describir todo el proceso de envío de un paquete IP, con todo el detalle de las primitivas de servicio que cada subnivel utiliza y las PDUs que cada capa intercambia con su nivel par. 2. Calcular la eficiencia de la comunicación desde elpunto de vista de un usuario del servicio de la capa MAC y desde el punto de vista de un usuario del servicio de la capa LLC. 3. Calcular la eficiencia dela trama MAC y la eficiencia de la trama LLC.

26



Ejercicio 6 Concepto de arquitectura de un sistema e intercambio de información entre las capas y eficiencia a nivel de usuario de un servicio

Un equipo terminal de usuario (PC) se comunica con una impresora a través d’Ethernet 10Base-T. Los dos equipos disponen de una pila de protocolos con los estándares de LAN IEEE 802.3 y IEEE 802.2 para los niveles físico y de enlace, y de la familia de protocolos TCP/IP para los niveles de red y superiores. Consideremos una de las unidades de datos del nivel IP que en el instante t = 0 seg. el PC quiere transmitir a la impresora. Datos: 147.83.115.20 Dirección IP del de PC: la impresora: 147.83.115.10 Dirección MAC del PC: 00E018-0A5A12 Dirección MAC de la impresora: 000628-386ADC Longitud del paquete IP (total): 580 bytes 1. ¿Qué primitiva de servicio usará el subnivel LLC para pedir al subnivel MAC el servicio de transmisión de la L-PDU relacionada con la transmisión del paquete IP? Indicar detalladamente el contenido de la L-PDU y de la MAC-PDU. 2. ¿Cómo se garantiza que la impresora reciba correctamente los datosenviados por el PC? Indicar las diferentes soluciones que podemos aplicar según los diferentes protocolos de la arquitectura. 3. ¿Cuál es la eficiencia del canal desde el punto de vista del usuario del servicio de la capa MAC? (tener en cuenta los datos indicados en el enunciado)

27


Interconexión de LAN

4 INTERCONEXIÓN DE REDES LOCALES En esta sección se presentan ejercicios que ayudarán al estudiante a familiarizarse con los diferentes dispositivos de interconexión y le permitirán predecir los efectos de utilizar uno u otro dispositivo para interconectar diferentes tramos de redes. El uso de dispositivos de interconexión puede afectar sobre el retardo de propagación: los primeros ejercicios del apartado 4.1 acompañan al estudiante en el descubrimiento de las consecuencias de utilizar diferentes tipos de dispositivos. A partir del ejercicio 5 es necesario haber entendido el mecanismo de aprendizaje de un puente transparente para poder resolver los problemas siguientes ejercicios del apartado 4.2. de este apartado: para ello, se aconseja primero resolver los Finalmente, el ejercicio del apartado 4.3 es un ejemplo de ejercicio final para comprobar la capacidad del estudiante de relacionar diferentes temas tratados a lo largo del curso. En general, si no están indicados otros valores, se usarán los siguientes valores para los retardos.

• Retardo de propagación (genérico):

2 3

c

= 2 * 108 m/s

• Retardo de propagación en UTP: 0,556 µs / 100m •

Retardo de propagación en fibra óptica: 0,5 µs / 100m

• Retardo repetidor/hub Ethernet: 2 µs •

Retardo conmutador/puente Ethernet: depende del mecanismo de reenvío que aplica

• Retardo NIC Ethernet: 1 µs • Retardo NIC Ethernet del dispositivo de interconexión: 0,5 µs

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4.1 Dispositivos de interconexión y retardo de propagación

Ejercicio 1 Ethernet, regla 5-4-3-2-1

Calcular el retardo extremo a extremo en las siguientes redes. Averiguar si las configuraciones dadas son implementables en una red Ethernet half duplex (10 Mbps). Considerar los siguientes retardos:

•

Retardo de propagación en cable coaxial o UTP: 0,556 µs/ 100 m

• Retardo de propagación en fibra óptica: 0,5 µs / 100m • Retardo HUB o repeater: 2 µs • Retardo NIC Ethernet: 1 µs

100 m UTP

Repeater 1

Estación A

500 m cable coaxial Estación A

500 m cable coaxial Estación A

Repeater 1

Repeater 1

500 m cable coaxial

100 m UTP

Estación B

500 m cable coaxial

Repeater 2

500 m cable coaxial

Estación B

Estación B

Calcular el retardo en la configuración límite que cumple la regla 5-4-3-2-1 definida por el IEEE 802.3. ¿Por qué no se puede hacer un dominio de colisión mayor? Pensad qué varía y cual es la configuración máxima aceptada en el caso que la red fuese Fast Ethernet (half-duplex) a 100 Mbps.

30



Ejercicio 5 Concepto de dominio de colisión relacionado con reenvío de tramas que llegan al puente al mismo instante sobre puertos distintos

Para la red mostrada en la figura inferior, supongamos que la velocidad de transmisión del canal sea de 10 Mbps y que la velocidad de propagación en el medio sea de 2/3 la velocidad de la luz. A D

F

50 m 150mm

B

100 m

HUB

1

m50

PUENTE 100 2 m

150 150 mm

HUB

150 m

REPETIDOR

200 m 50 m

E

300 m

C

G

1. Suponiendo que se usa el protocolo de acceso CSMA/CD, ¿cuál puedeser el tamaño mínimo de trama en la red? Razonar el porqué. Considerar ahora que la red de la figura superior es una Ethernet 10Base5. Suponer en cada caso que no se transmiten otras tramas a parte de las indicadas especificadamente en el ejercicio. Considerar además que, en caso de colisión, no se va a retransmitir la trama (hipótesis para simplificar nuestro análisis). Suponer que la Source Address Table (SAT) del puente está inicialmente vacía. 2. La estación D transmite una trama de 1000 bytes a la estación F en el instante t = 0 segundos (¡y ninguna otra estación transmite!). ¿A partir de qué instante y durante cuánto tiempo las otras estaciones no pueden transmitir? ¿Por qué? 3. ¿Qué ocurre si la estación A transmite una trama de 1000 bytes a la estación F en t = 5 µs? ¿Hay colisión? ¿Con la transmisión de quién? 4. Considerando los resultados del apartado 2y 3, ¿en qué instante ven libre elcanal las estaciones A, B y C? Razonar la respuesta. 5. Describir las funciones que realiza el puente transparente sobre las tramas que se envían, especificando como queda modificada la SAT.

La latencia de cada dispositivo es la siguiente: • PUENTE TRANSPARENTE: store & forward

• HUB y REPETIDOR: 2 µs • NIC Ethernet: 0,5

µs

33



Ejercicio 6 Concepto de dominio de colisión relacionado con reenvío de tramas que llegan al mismo instante sobre puertos distintos

Considerar la red que se presenta en la figura inferior y responder las preguntas siguientes: 1. Determinar los dominios de colisión, sabiendo quetodos los segmentos son half-duplex. 2. Si la estación D envía una trama destinada a A, describir el recorrido que sigue esta trama. ¿Qué pasa en los dispositivos de interconexión y cuáles equipos la reciben? 3. Determinar el instante de tiempoen que A recibe la trama: para ello considerar quela trama está lista para ser enviada desde D en el instante t = 0, y que en todo el canal no hay otra transmisión. Tener en cuenta que se trata de una red Ethernet a 10 Mbps y que la trama tiene el tamaño mínimo. C iMac

A

Retardo NIC Ethernet: 1 µs Retardo repetidor/hub Ethernet: 2 µs Retardo UTP: 0,556 µs / 100 m Retardo fibra óptica: 0,5 µs / 100 m Puentes y switch hacen Store&Forward

B

iMac

iMac

30m UTP

40m UTP 20m UTP

#2

#4

#3

Hub1

3C o m

#1 50m UTP #1

Puente1

MAC_address

PORT

TIMER

A B E G H M

1 1 2 2 2 2

5 5 3 4 5 2

#2

500m FO

MAC_address

PORT

TIMER

B E G L M

1 2 3 3 3

5 3 3 4 2

H iMac

G iMac

75m UTP 50m UTP

#1

#2

Puente2

500m FO

CISCO

S Y STEMS

#1

#3

60m UTP 100m UTP

#3

Switch1 #6

#2

I

#4 #5

100m UTP

iMac

75m UTP

M iMac

L iMac

#1

Hub 2 #3

#2 30m UTP

40m UTP

3C o m

#4 10m UTP

F iMac

E

MAC_address A, B, CG,D ,E ,F H I L M

PORT

TIMER

12 3 4 5 6

10 10 10 10 10 10

iMac

D iMac

34



Ejercicio 7 Concepto de dominio de colisión relacionado con reenvío de tramas que llegan al mismo instante sobre puertos distintos

Considerar la red Ethernet que se muestra en la figura inferior. Los segmentos de red entre una estación y el dispositivo de interconexión son en par trenzado y tienen un retardo de propagación de 0,556 µs/100m; el segmento entre el hub y el switch es en fibra óptica y tiene un retardo de propagación de 0,5 µs /100m. Las longitudes de los cables están indicadas en la figura. Sabemos que el switch conmuta en el modo store-and-forward. Además, los dispositivos de interconexión introducen un retardo de 2 µs y las tarjetas de las estaciones (NIC) introducen un retardo de 1 µs.

80 m

50 m

HUB 100 m

300 m (FO)

SWITCH 100 m

50 m

80 m 80 m

Si las tramas que se envían son de longitud mínima: 1. ¿Cuándo puede transmitir la estación B a A sin que se produzca colisión si en el instante t = 0 segundos la estación A tiene una trama lista para enviar a la estación C? Razonar la respuesta. 2. Suponiendo que la estación D tiene una trama a punto de transmitir a C en t = 50 µs, ¿cuándo transmitirá D? ¿Y en qué instante acabará de recibir la trama la estación C?

35



Ejercicio 8 Analizar la red Ethernet de la figura inferior y responder a las siguientes preguntas: 1. Dibujar los dominios de colisión. 2. Suponer que la estación E transmite una trama delongitud máxima a la estación C en el instante t = 10 µs y que la estación H transmite una trama de longitud máxima a la estación C en el instante t = 0 µs. Calcular el instante de tiempo en que la estación C empezará a recibir la trama procedente de H. e

h

g

f

i l

UTP 100 m

UTP 100 m

2

1

HUB

PUENTE

COAX 500 m

SW2 FO 500 m UTP 100 m m

0 O 0 F 5 m

o

m

n

REPETIDOR Retardo NIC Ethernet: 1 µs O 0 0 F 5 m

Retardo repetidor/hub Ethernet: 2 µs Retardo Switch Ethernet: 1,2 µs Retardo UTP y COAX: 0,556 µs / 100 m

SW1

Retardo fibra óptica: 0,5 µs / 100 m El puente hace Store&Forward

UTP 100 m

a

b

c

d

La tabla SAT (Source Address Table) del puente tiene el contenido siguiente: Dirección MAC A, B, C, D, E, F, G H, I, L M, N, O

No. Puerto 1 2

Edad 3 4

La tabla de conmutación del switch1 tiene el siguiente contenido: Dirección MAC

No. Puerto

Edad

Dirección MAC

No. Puerto

Edad

A B C

1 2 3

3 3 4

D E, F, G, H, I, L, M, N, O

4

3

5

2

La tabla de conmutación del switch2 tiene el siguiente contenido: Dirección MAC

No. Puerto

Edad

Dirección MAC

A, B, C, D, E, F, G H I L

1 2 3 4

3 3 4 2

M N O

No. Puerto

Edad

5 6 7

3 2 2

* Para simplificar la notación la dirección MAC se representa con el ID del dispositivo

36



Ejercicio 9 Analizar la red FastEthernet de la figura inferior y responder a las siguientes preguntas: 1. Dibujar los dominios de colisión. 2. Dibujar el recorrido de la trama de longitud mínima que la estación E transmite en broadcast y describir lo que hace el puente suponiendo que, inicialmente, su tabla SAT esté vacía. 3. Suponer que la estación B contesta a la estación E enviándole una trama de longitud mínima en t = 3 µs. ¿En qué instante la estación F puede transmitir una trama de longitud mínima a G sin que se produzca colisión con la trama de B? Calcular el instante de tiempo en que la trama de B llega a la estación E.

h

Retardo NIC Ethernet: 1 µs Retardo repetidor/hub Ethernet: 2 µs

FO 500 m

Retardo Switch Ethernet: 1,2 µs Retardo UTP y COAX: 0,556 µs / 100 m

REPETIDOR

Retardo fibra óptica: 0,5 µs / 100 m El puente hace Store&Forward

e

f

m 0 0 5 O F

g 3

UTP 100 m

HUB 1

FO 500 m

1

PUENTE 2 UTP 100 m

HUB 2 UTP 100 m

a

b

c

d

37



Ejercicio 10 Analizar la red Ethernet de la figura inferior y responder a las siguientes preguntas: 1. Dibujar los dominios de colisión. 2. Dibujar el recorrido de la trama de longitud mínima que la estación E transmite en broadcast y describir lo que hace el puente suponiendo que, inicialmente, su tabla SAT esté vacía. 3. Suponer que esta trama solicita una respuesta porparte de dos estaciones de la red: la estación B contesta, con una trama de longitud máxima, a la estación E en t = 0; ¿cuál será el primer instante en que la estación F puede responder, enviando una trama de longitud máxima, a E sin que se produzca colisión con la trama de B? Calcular el instante de tiempo en que la trama de B llega a la estación E. h FO 500 m Retardo NIC Ethernet: 1 µs

HUB 3

Retardo repetidor/hub Ethernet: 2 µs Retardo Switch Ethernet: 1,2 µs Retardo UTP y COAX: 0,556 µs / 100 m

m 0 0 5 O F

Retardo fibra óptica: 0,5 µs / 100 m El puente hace Store&Forward 3

PUENTE 1

2 UTP 100 m

FO 500 m

HUB 2 e

f

g

UTP 100 m

UTP 100 m

HUB 1

a

b

c

d

38



Ejercicio 11 Analizar la red Ethernet de la figura inferior y responder a las siguientes preguntas: 1. Dibujar los dominios de colisión. e

f

h

g

i UTP 100 m

UTP 100 m 1

HUB2

PUENTE

FO 500 m

2

l

SWITCH

FO 500 m UTP 100 m

0 O0 F 5 m

o

m

n

REPETIDOR Retardo NIC Ethernet: 1 µs Retardo repetidor/hub Ethernet: 2 µs

0 O0 F 5 m

Retardo Switch Ethernet: 1,2 µs Retardo UTP y COAX: 0,556 µs / 100 m Retardo fibra óptica: 0,5 µs / 100 m

HUB1

El puente hace Store&Forward UTP 100 m

a

b

c

d

2. Suponer que la estación A transmite una trama delongitud mínima a la estación G en el instante de tiempo t = 0 µs y que la estación H transmite una trama de longitud mínima a la estación F en el instante de tiempo t =enviada 0 µs. Calcular estación F comenzará a recibir la trama por H. el instante de tiempo en que la La tabla SAT del puente tiene el contenido siguiente: Dirección MAC

No. puerto

Edad

A, B, C, D, E, F, G

1

3

H, I, L M, N, O

2

4

La tabla de conmutación del switch tiene el contenido siguiente: Dirección MAC

No. puerto

Edad

Dirección MAC

No. puerto

Edad

A, B, C, D, E, F, G

1

3

M

5

3

N

6

2

O

7

2

H

2

3

I

3

4

L

4

2

39



4.2 Source Address Table de los puentes transparentes

Ejercicio 1 Aprendizaje SAT

E2 E3

E1 E7

1

P1

2

E5 3

1

P2

2

E8 E4

E6

En la red que se presenta en la figura anterior, supongamos que todos los dispositivos están reinicializados (por tanto, las tablas SAT de P1 y P2 están vacías). Analizar, para los casos que se presentan a continuación, el recorrido que hacen las tramas, qué estaciones las reciben, qué hacen con ellas, qué hacen los puentes (aprendizaje y renvío) y como quedan las SAT de cada puente al recibir estas tramas. 1. E1 envía una trama a E5

5. E2 envía una trama a E1

2. E5 contesta a E1 con una trama





8. E8 envía una trama con destino “FFFFFF”

Ejercicio 2 Aprendizaje SAT

Teniendo en cuenta la porción de red que se muestra en la figura inferior, explicar que pasa en el puente (qué decisiones toma y qué acciones realiza), cuando recibe por uno de sus puertos las siguientes tramas: 1. Trama con Destination Address (DA) = X, Source Address (SA) = U; 2. Trama con DA = V; SA = U; 3. Trama con DA = T; SA = X; 4. Trama con DA = FF-FF-FF-FF-FF-FF; SA = X; 5. Trama con DA = Z; SA = T.

E

E

Dir MAC U

Dir MAC V

Dir MAC T HUB

#1

E Dir MAC X

#2

PUENTE #3

E

S A T P U E N T E

MAC@

Puerto

Age

U

1

1

V

1

2

X

2

2

Z

3

1

DirMAC Z E

40



Ejercicio 3 Retardo de propagación y aprendizaje SAT

Consideremos una LAN Ethernet que tiene conectadas 5 estaciones, tal como se muestra en la figura. Consideremos una distancia entre equipos de 100 m, excepto si se indica explícitamente. Suponemos que todas las tramas que se intercambian las estaciones tienen una longitud igual a la longitud mínima establecida por el estándar IEEE 802.3 para el modo half-duplex (10 Mbps). 1. Suponiendo que la estación A tiene una trama lista para transmitir a la estación B en el instante t = 0 y que la estación B tiene una trama lista para transmitir a la estación C en el instante t = 1 µs, indicar ¿en qué instante la estación C recibirá la trama de B, si es que la recibe? 2. Suponemos que las tablas de aprendizaje (SAT) de los puentes/switches están vacías excepto la del switch 1, en la que hay una entrada con la dirección MAC de C. Por otra parte, la estación E tiene una trama para transmitir a la estación B en el instante t =µs. 0 Sabemos que en el instante t = 65µs la estación C está recibiendo una trama procedente de la estación A. Teniendo en cuenta este escenario, hacer una lista de todos los pasos que realizará el Switch 1 en relación a la transmisión de estas dos tramas. ¿Hay colisión en algún momento? Justificar la respuesta.

A

E

D

B

HUB HUB 22

HUB HUB 11

Sw Sw 11

Pont Pont 11

C

<1m

UTP CAT3

UTP CAT3

<1m Repetidor Repetidor 11

Repetidor Repetidor 22

Coaxial 500 m

Retard de NIC d’Ethernet: 1 µs Retardo tarjetas NIC(targeta Ethernet:de 1 µxarxa) s Retardo repetidor/concentrador Ethernet: Retard repetidor/hub Ethernet: 2 µs2 µs Retardo switch Ethernet: 1,2 µs1,2 µs Retard switch Ethernet: Retardo en 1de metro de cable cable UTP: 0,00556 µs Retard propagació UTP i COAX: 0,00556 µs/m Retardo en 1de metro de fibra óptica/cable oaxial: µ0,005 Retard propagació fibra óptica:c0,005 s/m µs Retardo puente Ethernet: el puente trabajo con Store&Forward

Retard pont Ethernet: el pont treballa amb Store&Forward

41



Ejercicio 4 Retardo de propagación y aprendizaje SAT

Consideremos una LAN Ethernet que tiene conectadas 5 estaciones, tal como se muestra en la figura. 1. Suponiendo que la estación A tiene una trama de longitud mínima lista paratransmitir a la estación B en el instante t = 0 y que no hay ninguna otra transmisión en el canal, indicar ¿cuál es el primer instante en el que la estación C puede transmitir sin que se produzca colisión? 2. Suponemos que la tabla de aprendizaje (SAT) del puente está vacía. Por otra parte, la estación E, que está a 500 metros de distancia desde el puente, tiene una trama de longitud mínima para transmitir a la estación B en el instante t = 100 µs. Hacer una lista de todos los pasos que hará la estación E para transmitir la trama, indicando el instante en que empieza la transmisión. ¿Hay colisión en algún momento? Justificar la respuesta teniendo en cuenta el mecanismo de acceso al medio.

A

B

100 m

Retardo tarjetas NIC Ethernet: 1 µs Retardo repetidor/concentrador Ethernet: 2 µs Retardo en 1 metro de cable UTP: 0,00 556 µs Retardo en 1 metro de fibra óptica/cabl e coaxial: 0,005 µs

100 m

HUB

50 m

C

10BASET 100 m

PONT

10BASE5

D

E

42



4.3 Ejercicios relacionados con otros apartados

4.3.1 Primitivas de servicio y redes LAN de alta velocidad Ejercicio 1 Concepto de primitiva de servicio combinado con intercambio de un paquete (PDU de nivel 3) entre dos sistemas que se comunican a través de un switch

Una estación A está conectada al puerto 1 de un switch; la estación B está conectada al puerto 2 del mismo switch (ver figura inferior). Este switch tiene otros 4 puertos que, para este ejercicio, no nos interesan. La tarjeta de red Ethernet IEEE 802.3 de la estación A puede trabajar hasta 1 Gbps en modo half duplex. La estación B tiene una tarjeta de red Ethernet IEEE 802.3 y puede trabajar hasta 100 Mbps en modo full duplex. El switch tiene interfaces de red Ethernet IEEE 802.3 en todos sus puertos, los cuales pueden trabajar hasta 1 Gbps en modo full duplex. 1. ¿Cuántos dominios de colisión hay entoda la red? ¿En qué modo de transmisión y a qué velocidad se trabaja sobre cada enlace (A Switch y BSwitch)? SWITCH #1

#2

#3

#4

#5

#6

100m UTP 100m UTP

A

B

Supongamos que el nivel de red de la estación A tenga listo un paquete de 400 bytes para transmitir a la estación B. Si sabemos que estos dispositivos tienen una arquitectura según los estándares IEEE 802.3 con 802.2, se pide: 2. Describir las primitivas de servicio que se usan en cada nivel relacionadas con la transferencia del paquete hasta B, suponiendo que el puerto 2 del switch está recibiendo tramas PAUSE procedentes de la estación B continuamente. ¿El nivel de red de la estación A se dará cuenta si sus datos han sido transmitidos y si se han recibido en el destino? ¿Cómo? Donde pueda ser útil considerar: dirección SAP = 46, dirección MAC_A =A1, dirección MAC_B = B2. 3. Detallar las tramas MAC IEEE802.3 que se generan y que se reciben en cada dispositivo. Supongamos ahora que el paquete que el nivel de red de A quiere transmitir a B es de 7520 bytes y que A usa el mecanismo de frame bursting. También consideramos que, en caso necesario, la función de fragmentación se realiza en el nivel de red. Se pide: 4. ¿Cuál es la eficiencia de la transmisión desde el punto de vista del usuario del servicio MAC de la estación A? Suponiendo que el nivel MAC de la estación A hace el primer intento de transmisión en el instante t = 0 y que el switch tiene una trama lista para enviar hacia A en el instante t = 13,8 µs. 5. ¿En qué instante el nivel MAC de la estación A recibe la trama que le envía el switch? Considerar un retardo de propagación de 0,556 µs cada 100 metros para el cable UTP y un retardo de NIC de 0,5 µs.

44


Spanning Tree Protocol

5 SPANNING TREE PROTOCOL En este capítulo se utilizará la siguiente terminología:

• El ID (identificador) del puente o switch aparece en el interior del cuadro que lo representa. Este identificador, a menos que no se diga lo contrario, consta de una/s letra/s (por ejemplo, P, B, BRIDGE, SW, etc.) que indica el tipo de dispositivo y de un identificador numérico que sirve como “BRIDGE_ID” para el STP. •

En la mayoría de las redes aquí presentadas, los dominios de colisión se representan con un único segmento que tiene un identificador (por ejemplo, S1) y un coste asociado (por ejemplo C=1). Este coste también se referencia en el texto como “salto” entre dos dispositivos que implementan el STP.

•

RPC = Root Path Cost; es el coste que un puente tiene asociado para llegar al puente raíz a través del puerto de raíz.

•

DPC = Designated Path Cost; es el coste que un puente ofrece hacia los puentes de nivel inferior (en la jerarquía del STP) para llegar al puente raíz a través de él (que será el puente designado sobre el segmento).

• El formato de las BPDU de configuración se trata en clase de teoría. Para los siguientes ejercicios los campos que nos interesa evidenciar serán siempre los siguientes: o o

ID raíz, RPC,

o

ID puente que transmite,

o

ID puerto por el que se envía la BPDU,

que representaremos con una notación basada en separación por puntos: ID_raíz.RPC.ID_puente-que-transmite.ID_puerto_por_el_que_se_envía_la_BPDU

•

Los otros tipos de BPDU se tratan en clase de teoría y aquí se representan indicando solo el nombre (por ejemplo, BPDU de notificación de cambio de topología) y, puntualmente los campos de interés para el ejercicio (por ejemplo, los flags TC y TCA).

Esta sección se compone de tres apartados: en el primero se proponen unos ejercicios sencillos para que el estudiante se familiarice con el algoritmo y adquiera rapidez a la hora de calcular la topología de árbol de cualquier red (sencilla o compleja). Además, algunos ejercicios de este apartado ayudan al estudiante a entender cómo un puente, o cualquier dispositivo que implemente el STP, interpretan las BPDUs que le llegan para calcular el algoritmo. El apartado dos de esta sección está dedicado al proceso de cambio de topología: se pretende que el alumno intuya la necesidad de difundir en toda la red la información de cambio y de tomar ciertas medidas frente a este cambio (por ejemplo, la rápida actualización de las tablas SAT de los puentes implicados). Con estos ejercicios se quiere además evidenciar que el algoritmo induce a la creación de diferentes tipos de Bridge-PDUs, tal y como se ha comentado antes. En elcon apartado 3 se reúnen ejercicios la topología árbol impuesta con por la el STP el recorrido que lasunos tramas siguen que pararelacionan alcanzar sus destinos: de esto, relacionado forma en la que los puentes transparentes aprenden sus tablas SAT, ayudará al estudiante a relacionar estos temas que, a primera vista, pueden parecer no relacionados.

45



5.1 Fundamentos del algoritmo STA

Ejercicio 1 Aprender la denominación y función de los puertos en la topología del STP

Leyenda: El segmento entre un puerto y un segmento de LAN indica si el puerto correspondiente está activo:

→ puerto activo → puerto bloqueado El nombre que aparece dentro de los dispositivos está compuesto por dos indicadores:

•

El número indica el nivel jerárquico del dispositivo una vez construido el árbol STP

•

La letra distingue entre dispositivos del mismo nivel jerárquico

Se pide: 1. Determinar la denominación (el“nombre”) de cada puerto de cada puente de la LAN. 2. ¿Cuántos puertos DESIGNADOS hay? 3. ¿Cuántos puertos DE RAÍZ hay? 4. ¿Cuál es el puerto de raíz del puente raíz? 5. ¿Cuál es el puerto designado del segmento S2?

46



Ejercicio 2 Primeros casos sencillos para aprender a calcular la topología

S1

C=3

1

1

B ID=2

B ID=1

2

2

S2 S3

C=1

B ID=0

C=1

2

1 3

S4 1

C=3

B ID=3

1

2

B ID=4

3

2

S5 C=1

Con respecto a la red de la figura superior, encontrar (considerar que todos los puentes tienen la misma prioridad): 1. Puente raíz, puertos de raíz, puertos designados, puentes designados. 2. Para cada “elección” detallar cómoy entre quiénes se han escogido. 3. En la figura superior, indicar los costes (RPC y DPC) asociados a cada puerto y evidenciar los caminos que se deshabilitan debido a la topología de árbol virtual que se define.

Ejercicio 3 Primeros casos sencillos para aprender a calcular la topología

Con respecto a la red de la figura inferior, encontrar (considerando que todos los puentes tienen la misma prioridad): 1. Puente raíz, puertos de raíz, puertos designados, puentes designados 2. Por cada “elección” detallar cómoy entre quiénes se han escogido. 3. En la figura inferior, indicar los costes (RPC y DPC) asociados a cada puerto y evidenciar los caminos que se deshabilitan debido a la topología de árbol virtual que se define. S1

C=1

1

1

B ID=2

B ID=1

2

2

S2 S3

C=1

B ID=0

C=3

2

1 3

S4 1

C=3 1

B ID=4

B ID=3 2 3

2

S5 C=2

47



Ejercicio 4 Muy sencillo para que se tengan en cuenta todos los dispositivos implicados

Considerar el puente P1, con ID=1, que tiene la misma prioridad que el resto de puentes de la LAN. En un determinado instante del funcionamiento del algoritmo del STP, suponer que este puente recibe las BPDUs que se muestran en la figura siguiente:

41.10.110

1 40.11.210 2

P1 3

41.7.89

1. ¿Cuál es el camino hacia el puente raíz que escogerá P1? 2. ¿Cuál será la BPDU que construirá y anunciará por sus puertos? 3. ¿Cuál será su puerto raíz? ¿Y los puertos designados?

Ejercicio 5 Cómo el puente calcula el algoritmo.

Un puente, A, que tiene el identificador BRIDGE_ID = 30 dispone de 8 puertos. En la tabla inferior se pueden ver las BPDU que recibe sobre cada puerto. Suponiendo que todos los puentes tienen la misma prioridad y que cada puerto tiene asociado un coste 1, responder a las siguientes preguntas: 1. ¿Cuál es el puerto raíz del puente A? ¿Por qué? 2. ¿Cuál es el puente raíz según el puente con BRIDGE_ID = 30? ¿Por qué? 3. ¿Cuál o cuáles son los puertos designados delpuente A? ¿Por qué? 4. ¿Hay algún puerto del puente A que se haya puesto en el estado de bloqueo? ¿Por qué? 5. Qué está indicando la BPDU quese recibe a través del puerto 3? ¿Y la que se recibe por el puerto 6? No. Puerto 1 2 3 4

BPDU 28.10.80 41.5.49 32.0.32 28.2.56

No. Puerto 5 6 7 8

BPDU 28.0.28 41.12.60 41.10.54 28.1.29

48



Ejercicio 6 De una red LAN conocemos el estado actual de los puentes, A y B, que tienen el identificador BRIDGE_ID = 12 y 18, respectivamente. Del estado de estos puentes conocemos las BPDUs que cada uno ha recibido recientemente por alguno de sus puertos, como se muestra en las tablas inferiores. PUENTE A Puerto n.

PUENTE B

BPDU

Puerto n.

BPDU

1

15.15.40

1

12.0.12

2

23.2.30

2

23.2.30

3

25.0.25

3

Suponiendo que todos los puentes tienen la misma prioridad y que cada puerto tiene asociado un coste 1, responder a las siguientes preguntas: 1. Dibujar la topología parcial de la red que se puede deducir a partir de la información anterior. 2. ¿Cuál es el puerto raíz del puente con BRIDGE_ID = 18? ¿Por qué? 3. ¿Cuál es el puente raíz según las BPDUs que los puentes han recibido hasta ahora? ¿Por qué? 4. Para los puentes A y B, determinar cuáles son los puertos designados y los puertos en estado de bloqueo. Razonar la respuesta.

Ejercicio 7 Considerar el puente con identificador 14 que se muestra en la figura inferior. Las BPDUs que se especifican en la figura son las que el puente recibe por sus puertos antes de definir su topología STP. Suponiendo que todos los puentes de la red tienen la misma prioridad y que el coste asociado a cada segmento es 1, indicar la topología de STP que se define en el puente 14 y a su alrededor, indicando las BPDUs que el puente envía por sus puertos una vez finalizado el cálculo del algoritmo. 15.0.15

6.2.16

#1 #2

6.3.8 #5

Bridge ID=14 #3 #4

6.2.13

6.1.10

49



Ejercicio 8 Considerar un switch con ID=60 que tiene activado el STP. Indicar las BPDUs de configuración que el switch recibe y/o envía por sus puertos (indicar con una flecha si salen o si llegan). Suponer que ya se ha establecido la topología de árbol y que el switch 60 dispone de la siguiente información:

• Puente raíz: ID=30; •

RPC=1;

• Coste asociado a cada enlace: 1; • Puerto raíz: puerto 2; •

Puertos en estado de bloqueo: puerto 3 y puerto 4.

En el caso que falte información para especificar las BPDUs, poner la sigla (por ejemplo, “ID puente que envía”, o “No. puerto”, o “RPC”, etc.), dejando claro que es un valor que no se puede deducir.

Ejercicio 9 Considerar el puente con identificador 14 que se muestra en la figura. Las BPDUs que se especifican en la figura son las que el puente 14 recibe por sus puertos antes de definir su topología STP. Suponiendo que todos los puentes de la red tienen la misma prioridad y que el coste asociado a cualquier enlace es 1, indicar cuáles son los puertos raíz, designados, bloqueados, etc. en el puente 14; además, indicar las BPDUs que el puente 14 enviará por sus puertos una vez finalizado el cálculo del STP.

15.0.15

6.3.16

#1 #2

6.3.8 #5

Bridge ID=14 #3 #4

6.2.13

6.2.10

50



5.2 Cambio de topología

Ejercicio 1 Fácil ejemplo de topología combinado con el concepto de cambio de topología (guías para ver las BPDUs que se generan)

En la LAN representada en la figura inferior, considerar que los puentes con identificador B1, B2, B3, B4 tienen la misma prioridad, mientras que el puente B5 tiene la prioridad mas alta. S1

C=3

1

1

B ID=2

B ID=1

2

2

S2 S3

C=1

B ID=3

C=1

2

1 3

S4 1

C=3 1

B ID=4

B ID=5 2 3

2

S5 C=1

Se pide: Apartado A: 1. Después de haber implementado elSTP, ¿cuál es el puente raíz? ¿Por qué? 2. ¿Cuáles son los puertos raíz? Para todos los puertos de todos los puentes, indicar el RPC y, del puerto raíz, decir porqué se ha escogido como tal. 3. ¿Cuáles son los puertos designados? Indicar qué puertos compiten para serlo y porque se han escogido como tales. 4. Una vez implementado el STP, indicar las BPDUs que cada puente envía. Indicar los campos de la BPDU de configuración y por qué puerto/s se envía; además indicar por qué puerto de cada puente se recibe. Apartado B: 5. Suponer que el timer del puerto 1 de B3 expira: indicar quién activa el proceso de cambio de topología, cómo lo hace y cual es la nueva topología que se crea. 6. Suponer que el timer del puerto 1 de B1 expira: indicar quién activa el proceso de cambio de topología, cómo lo hace y cual es la nueva topología que se crea.

51



Ejercicio 2 Introducción al concepto de cambio de topología

Apartado A: Considerar la red descrita en la figura siguiente: C=1 S6

C=1 S4 2

B 2

ID=5

B ID=4

1 1

S5 C=2

C=1

S1

2

2

4 3

B

ID=1

B

ID=2

B

ID=3

3

2

S8 1

1

1

2

S2

C=1

B

C=5

ID=6 1

C=1

S7

S3

C=4

2 1

B9

1

B

B

ID=8

ID=7 1

2

2

S9 S4

C=2

Se pide: 1. Describir la topología deSTP que los puentes eligen para esta red. Tener en cuenta que todos los puentes tienen la misma prioridad. En particular: a. Indicar los puertos de raíz de cada puente y sus RPC. b. Indicar los puertos designados especificando, en los casos menos evidentes, los costes ofrecidos. 2. ¿Cómo escoge B7 su puerto de raíz? Apartado B: Supongamos que ocurra un fallo en el enlace entre S3 y B2. 3. ¿Cómo y quién (o quiénes) se da cuenta del fallo? 4. ¿Cómo y quién (o quiénes) empieza el proceso de cambio de topología? Describir el intercambio de BPDU que se genera (si se quiere, se puede omitir la descripción para aquellos puentes que no intervienen directamente en el cambio de topología cómo, por ejemplo, B5).

52



Ejercicio 3 Diferentes tipos de BPDU durante la fase de cálculo del STP y durante el cambio de topología

La red mostrada en la figura inferior es una Ethernet half duplex a 10Mbps, en la que hay dispositivos de interconexión de todo tipo (SW=switch, P=puente, REP= repetidor, HUB). 1. Suponiendo que todos los dispositivos tienen lamisma prioridad y que el coste asociado a cada salto es 1, determinar la topología que se definirá cuando se acabe de resolver el algoritmo de Spanning Tree. Indicar cuál es el dispositivo raíz y cuáles son los puertos raíz y/o designados y/o en estado de bloqueo de cada dispositivo. Indicar el RPC de cada dispositivo. 2. Usando la topología STP encontrada, indicar las BPDUs que el SW60 recibe o envía por sus puertos. 3. En relación con la topología encontrada antes,suponer ahora que el enlace entre SW60 y P30 se rompe. Describir cómo y qué dispositivos recalculan el STP, dibujar la nueva topología e indicar qué mensajes se envían y quién los envía.

SW Id=40 500m FO 1

SW Id=50 2

3

4

A

6

500m FO 1

23

2

FO 500m

5

5 C 0 O 0 m A X

D

3

4

E

P Id=10

5

G

H

F

2

L

FO 100m

3

1 1

HUB Id=11

4 2

3

4

5

O 2

3

A2

4

5

C2

1

REP Id=15

2

8

M K

FO 100m

HUB Id=3 1

J

I

2

C

HUB Id=1

7

N 1

2

SW Id=20 3 4 5 6

1

HUB Id=7

5 C 0 O 0 m A X

B

1

4

Q

FO 500m COAX 500m

P

D2

2 1

R

SW Id=60

FO 500m

3456

B2

FO 100m 1

U 1

V

2

HUB Id=13

2 3 4 5

Z

P Id=30

Y

W X

53



5.3 STP y aprendizaje de las direcciones MAC en las SAT de los puentes

Ejercicio 1 Ejemplo sencillo para relacionar el aprendizaje de la SAT con la topología STP que se ha encontrado

4

HUB 1 S1

1

coste = 5 1

BRIDGE 2

BRIDGE 1 3

1

S4

coste=1 1

SWITCH 1

1 4

HUB 3

HUB 2 3

4

S2 coste = 7 BRIDGE 3

S5 coste = 5

S3

BRIDGE 4 1

coste=1

1

S6

coste=5

SWITCH 2

1

3

4

SWITCH 3 4

En la red de la figura superior, los puentes usan el algoritmo del STP. El identificador del puente es el nombre del mismo puente. El BRIDGE 1 tiene la menor prioridad de todos los puentes, mientras que los demás puentes tienen la misma prioridad. Suponemos que los SWITCHES no implementan el STP. Se pide: 1. Indicar cuál es el puente raíz. Indicar directamente en el dibujo los costes RPC sobre cada puerto e indicar qué puerto quedará como puerto raíz. Hacer lo mismo para los puertos designados. 2. Suponiendo que todas las estaciones envían unatrama, completar las tablas SAT de los puentes. Para eso hay que tener en cuenta que los puertos que están en el estado de bloqueo no procesan las tramas de usuario. ¿En qué afecta el estado de los puertos de un puente sobre el aprendizaje de las tablas SAT de los puentes? ¿Y sobre el reenvío de las tramas de usuario? 3. Si la estación R transmite una trama a la estación, B, describir esquemáticamente los pasos que seguirá la trama y las acciones que realiza cada dispositivo.

54



Ejercicio 2 Ejemplo de red compleja que se puede simplificar a los dominios de colisión para el cálculo del S TP

Tenemos la red Ethernet half duplex de 10Mbps de la figura inferior, en la que hay dispositivos de interconexión de todo tipo (SW=switch, P=puente, REP= repetidor, HUB).

SW Id=5 500m FO

SW Id=8 2

3

4

A

6

500m FO 1

1

23

4

1

FO 500m

2

5

B 5 C 0 O 0 A m X

D

C

3

4

E

5

P Id=6

6

G

H

J

I

2

2

3

4

F

1

1

5 1

A2

C2

REP Id=2

2

M K

FO 500m 1

HUB Id=1

8

N 1

2

7

1

HUB Id=7

5 C 0 O 0 m A X

SW Id=9 3 4 5 6

P Id=11

2

2

L

HUB Id=4 3

4

5

O

FO 500m

Q

COAX 500m

P

D2

2 1

SW Id=10

3 4 5 6

B2

COAX 200m

U 1

V R

HUB Id=3

2 3 4 5

Z

Y

S

T

W X

1. Dibujar los dominios de colisión. 2. Suponiendo que todos los dispositivos tienen lamisma prioridad y que el coste asociado a cada salto es 1, determinar la topología que se definirá cuando se acabe de resolver el algoritmo de Spanning Tree. Indicar cuál es el dispositivo raíz y cuáles son los puertos raíz y/o designados y/o en estado de bloqueo de cada dispositivo. Indicar el RPC de cada dispositivo. 3. Una vez acabado el cálculo del STP en toda la red, la estación X transmite una trama a la estación P. Suponer que las tablas de reenvió de cada dispositivo estén completas y que ninguna otra estación de la red transmita. Describir el recorrido de esta trama hacia el destino, especificando lo que hará cada dispositivo con la trama y cuáles estaciones la reciben. Considerar ahora que el Hello Time del STP sea de 2 segundos y que la primera BPDU de configuración (cuyo tamaño es conocido) se envió en t=0 segundos, y que la transmisión indicada en el apartado anterior se inició en t=10µs. 4. ¿En qué instante la estación destino empezaráa recibir la trama? Considerar trama mínima Ethernet. en Enlos el que dibujonoseaparezca han indicado el tipo considerar de segmento su longitud. Para aquellos segmentos información, queyson segmentos UTP de 100 m. Los retardos de los dispositivos y de los segmentos se detallan a continuación:

• Latencia de un repetidor/hub: 2 µs

• Retardo UTP y COAX: 0,556 µs/100m

• Retardo FO: 0,5 µs/100m

•

Puente y switch hacen store and forward

•

•

Generación de una nueva BPDU: 1 µs

Latencia de la NIC Ethernet: 1 µs

55



Ejercicio 3 Ejemplo de red compleja que se puede simplificar a los dominios de colisión para el cálculo del S TP

Tenemos la red Ethernet half duplex de 10Mbps de la figura, en la que hay dispositivos de interconexión de todo tipo (SW = switch, P = puente, REP= repetidor, HUB). SW Id=10 500m FO

500m FO 4

1

SW Id=14

32

1

1

FO 500m

2

FO 500m 2

A

3

4

5 5 C 0 O 0 A m X

B

HUB Id=7 4

3

5

N P Id=9

2

2

I

FO 100m FO 500m

2

M FO 100m

HUB Id=3

E

1 1

REP Id=15 2

HUB Id=11

3 2

1

4

1

D

C

SW Id=8 33

1

3

4

5

Q

FO 500m COAX 500m

P 2 1

R

SW Id=13 3

U

4

5

V

1. Suponiendo que todos los dispositivos tienen lamisma prioridad y que el coste asociado a cada salto es 1, determinar la topología que se definirá cuando se acabe de resolver el algoritmo de Spanning Tree. Indicar cuál es el dispositivo raíz y cuáles son los puertos raíz y/o designados y/o en estado de bloqueo de cada dispositivo. Indicar el RPC de cada dispositivo. Una vez acabado el cálculo del STP en toda la red, la estación E transmite una trama a la estación C. 2. Describir el recorrido de esta trama hacia el destino, especificando lo que hará cada dispositivo con la trama y qué estaciones la reciben. Suponer que las tablas de reenvió de cada dispositivo estén completas y que ninguna otra estación de la red transmita.

Ejercicio 4 SAT y cambio de topología

Tenemos una red Ethernet half duplex a 100 Mbps, como la mostrada en la figura siguiente, en la que hay dispositivos de interconexión de todo tipo (SW=switch, P=puente, REP= repetidor, HUB). 1. Suponiendo que todos los dispositivos tienen lamisma prioridad y que el coste asociado a cada salto es 1, determinar la topología que se establecerá cuando se acabe de resolver el algoritmo de Spanning Tree. Indicar cuál es el dispositivo raíz y cuáles son los puertos raíz y/o designados y/o en estado de bloqueo de cada dispositivo. Indicar el RPC de cada dispositivo. 2. Una vez acabado el cálculo del STP en toda la red, el HUB con ID = 5 queda fuera de servicio: indicar el proceso de cambio de topología que se activa y la nueva topología que se establece. 3. Suponiendo que se use el STP, ¿hay colisión entre la transmisión de una trama de datos de longitud mínima que la estación A envía en el instante t = 0 y una trama de datos de longitud mínima que la estación N envía en t = 3 µs? Suponer que los dispositivos que tengan tablas SAT, las tienen actualizadas con todas las direcciones MAC.

56



Considerar los siguientes valores para los retardos:

• Retardo FO: 0,5 µs/100m

•

•

• Retardo UTP y COAX: 0,556 µs/100m

Latencia de la NIC Ethernet: 1 µs

Puente y switch hacen store and forward

•

• Latencia de un repetidor/hub: 2 µs

Generación de una nueva BPDU: 1 µs O

C

1

A 3 4

3

2

P id=9

1 4

1

HUB id=2

P

2

5

2

3

HUB id =6 6

5

Q

D 2 3

HUB id=5

4

5

2

1

G 1

P id=8

1

3

P id=3

A 3

2

2

1

Sw id=7

4

3

R

L

M

N


En la LAN que se muestra en la figura siguiente los puentes tienen la misma prioridad. Se pide: 1. Encontrar la topología de árbol que resulta si todos los puentes tienen el STP activado. Indicar cual es el puente raíz y los puentes designados, y los puertos de raíz y designados de cada puente. Indicar además el RPC de cada dispositivo. C=1

C=3 #1

ID_bridge = 1

#2

#3

Estac. B C=2

#1

ID_bridge = 2

#1 #2

C=1

#4

#3

#2

ID_bridge = 5

#2

C=2

#1

ID_bridge = 3

#3

#3

C=1

Estac. A

C=1

#1

C=1 #3

ID_bridge = 4

#2

2. Con respecto a las estaciones A y B, indicar como se actualizan las SAT (Source Adress Table) de cada puente una vez que la topología encontrada en el apartado 1 se ha estabilizado. 3. Teniendo en cuenta el resultado del apartado 1, supongamos que el enlace entre el puente 3 y 4 queda fuera de servicio. ¿Qué puentes se dan cuenta de esta situación y cómo reaccionan? ¿Cuál será la nueva topología de árbol? Indicar las BPDUs que se envían por todo el árbol.

57




En la LAN Ethernet de 10Mbps que se muestra en la figura siguiente los puentes tienen la misma prioridad. C=1

C=1 #1

ID_bridge= 2

#2

#3

Estac. B C=1

#1

ID_bridge = 5

#1 #2

C=1

#4

#3

#1 #2

ID_bridge= 1

#2

C=1

ID_bridge= 3

#3

#3

C=2

Estac. A

#1

C=1 #3

C=1 #2

ID_bridge= 4

Se pide: 1. Encontrar la topología de árbol que resulta si todos los puentes tienen el STP activado. Indicar cual es el puente raíz y los puentes designados, y los puertos de raíz y designados de cada puente. Indicar además el RPC de cada dispositivo. 2. Con respecto a las estaciones A y B, indicar como se actualizan las SAT (Source Adress Table) de cada puente una vez que la topología encontrada en el apartado 1 se ha estabilizado. 3. puente Teniendo cuenta fuera el resultado del apartado 1, supongamos que el entre el y 1 yen 2 queda de servicio. ¿Qué puentes se dan cuenta deenlace esta situación cómo reaccionan? ¿Cuál será la nueva topología de árbol? Indicar las BPDUs que se envían por todo el árbol.


Supongamos tener la LAN Ethernet de 10Mbps que se muestra en la figura siguiente, en donde los puentes tienen la misma prioridad. 1. Encontrar la topología de árbol que resulta si todos los puentes tienen el STP activado. Indicar quién es el puente raíz y los puentes designados, y los puertos de raíz y designados de cada puente. Indicar además el RPC de cada dispositivo. 2. Con respecto a las estaciones A y B, indicar como se actualizan las SAT (Source Adress Table) de cada puente una vez que la topología encontrada en el apartado 1 se ha estabilizado. 3. Teniendo en cuenta el resultado del apartado 1, supongamos que el enlace entre el puente 1 y 2 queda¿Cuál fuera será de servicio. puentes dan Indicar cuenta las de esta situación cómo reaccionan? la nueva¿Qué topología de se árbol? BPDUs que sey envían por todo el árbol.

58



C=1

C=1 #1

ID_bridge= 2

#2

#3

Estac. B C=1

#1

ID_bridge = 5

#1 #2

#4

C=1

#2

#3

#2

C=2

ID_bridge= 1

#1

ID_bridge= 3

#3

#3

C=1

Estac. A

#1

C=1 #3

C=1

#2

ID_bridge= 4

Ejercicio 8 STP y aprendizaje de los dispositivos de interconexión

Considerar la red Ethernet half duplex del dibujo, donde la tasa de transmisión es de 10 Mbps. L

1 2

N O

HUB ID=2

3

Pont ID=10

M

P Q

F G HUB ID=20

1

1

2

Pont ID=14

H I

3

Pont ID=12

C B

2 3

E HUB ID=15

D

A R S 2

1

Pont ID=13

HUB ID=6

3

T V

U

1. ¿Cuántos dominios de colisión hay? Indicarlos en el dibujo, incluyendo los dispositivos que forman parte de cada dominio. Considerar que los dispositivos disponen de la información siguiente: Dispositivo Puerto Coste asociado

Puente ID=10 1 2 3 1 5 1

Puente ID=12 1 2 3 5 1 1

Puente ID=13 1 2 3 1 1 1

Puente ID=14 1 2 3 5 5 1

2. Suponer que todos los dispositivos tienen la misma prioridad. Especificar la topología en árbol que se forma después que todos los dispositivos implicados hayan calculado el algoritmo del Spanning Tree Protocol. Completar la tabla con la información adecuada para cada dispositivo, tal como se indica en la primera fila de ejemplo (se deben añadir tantas filas como dispositivos sean necesarios). Dispositivo Puente ID=1

Root Path Cost 15

Número de puerto y tipo Puerto 1: ...; Puerto 2: ...; Puerto 3: ...; Puerto 4: ...; Puerto 5: ....

59



3. Suponer que la estación A envía una trama a la estación R. Describir el recorrido que hace la trama, a qué dispositivos de la red llega y todas las acciones que desarrolla cada dispositivo. Suponer que la dirección de la estación destino ya esté correctamente aprendida por los puentes. 4. Suponer que el nivel de red (IP) de la estación A tiene un paquete de datos con una longitud de 2000 bytes para enviar al nivel par de la estación B. Detallar todo lo que se sabe relacionado con esta comunicación entre niveles pares de los dos sistemas remotos. Suponer que el medio no introduzca errores de transmisión y que ninguna otra estación esté enviando.

Ejercicio 9 Red compleja, con enlaces inalámbricos; evaluación del t hroughput.

E12 E11

E14 E13

E15

E10 E9

100BaseTX 10 m

10 m

E4

E5

10 m

E1

Hub Hub ID ID == 77

E2

SwB SwB ID ID == 33

10 m

SwC SwC ID ID == 55

5m

10BaseT

E7

10BaseT, FD

20 m

100BaseTX

E6

802.11b / S-ALOHA (*)

E3

20 m 10 m

AP AP ID ID == 6

10BaseT

(A)

100BaseTX, FD 10Base2

20 m

SwA SwA ID ID == 44

100 m 100 m

(B)

500 m

Rep Rep ID ID == 11

10Base5

E8

100BaseTX, FD

Pont Pont ID ID == 22

10BaseT

Srv1 2m

Notación: Ex: Estaciones x (equipo de usuario), SwA, SwB y SwC: Conmutadores, Rep: Repetidor Ethernet, AP: Punto de acceso WLAN, Srv1: Equipo servidor.

Datos: Lm = 512 bytes (longitud media de las tramas enviadas por las estaciones y por el Svr1) FAe = 12 % (factor de actividad delas estaciones, en transmisión) FAs = 45 % (factor actividad del servidor Srv1, en transmisión) Distribución del tráfico: Estaciones  Srv1: 80 % del tráfico de salida medio de todas las estaciones Srv1  Estaciones: 98 % del tráfico de salida medio del servidor. Backoff E4: Reintento: Backoff (slots)

1 1

2 3

3 10

4 2

Siguientes …

Reintento: Backoff (slots)

1 1

2 5

3 6

4 25

Siguientes …

Backoff E6:

60



Latencia de los dispositivos: Todas las NIC: 0,2 microseg; SwA, SwB y SwC: 1 microseg (Cut-Through), AP: 2 microseg + transmisión de la trama. 1. Suponemos que la estación E4 intenta transmitir la trama T1 (queindicamos a continuación) en el instante TX1 = 10 microsegundos, y que la estación E6 intenta transmitir la trama T2 en el instante TX2 = 36,3 microsegundos. ¿Podemos asegurar que la E5 recibirá las tramas T1 y T2 correctamente en el primer intent de transmisión? ¿Por qué? Trama 1, T1: Pream. - SFD

E5

E4

512

Datos

4 bytes - CRC

Pream. - SFD

E5

E6

512

Datos

4 bytes - CRC

Trama 2, T2:

2. Teniendo en cuenta la transmisión de las estaciones E4 y E6 de la pregunta A1, ¿cuando podrá transmitir la estación E2 sin que se produzca colisión? ¿Por qué? 3. Teniendo en cuenta los ID de cada dispositivo de la figura y las prioridades asignadas según la tabla 1, dibujar el árbol que se forma después de que se haya estabilizado el STP. ¿Cuál es la BPDU de configuración (completa, con todos los campos) enviada por el dispositivo con ID=3? 4. Si en el instante T = 405 ms el conmutador SwA envía una BPDU de Notificación de Cambio de Topología por su puerto raíz, ¿qué podemos deducir? Taula 1. Assignació de prioritats (valors) ID del dispositivo 2 3 4 5

Valor de prioridad 3 1 3 2

5. Teniendo en cuenta que el enlace entre el AP y las estaciones utiliza S-ALOHA, ¿cuál es el throughput máximo teórico que se puede conseguir entre el AP y E7? ¿En qué condiciones se puede conseguir este throughput? Y entre E7 y E5? Justificar vuestras respuestas.

61


Virtual LAN

6 VIRTUAL LOCAL AREA NETWORK 6.1 VLAN

Ejercicio 1 Considerar los siguientes escenarios y contestar a las preguntas que se plantean a continuación: e

g

f

h

i

UTP 100 m

UTP 100 m 1

HUB COAX 500 m

l

2

PONT

SW2 FO 500 m UTP 100 m

O0 0 F 5 m

o

m

n

REPETIDOR r O0 0 F 5 m

SW3 s p

SW1

q

UTP 100 m

a

b

c

d

1. Suponiendo que las estaciones desde Ahasta a I pertenecen a la VLAN 2 y el resto de las estaciones a la VLAN 3, ¿qué tipo de enlace hay entre SW2 y el puente, y qué tipo entre SW2 y SW3? ¿Por qué enlaces es necesario que las tramas estén etiquetadas? 2. Supongamos ahora que las estaciones A, B, C, D, E, F, G, H, I, R y S deben formar parte de la VLAN2 y que el resto forman parte de la VLAN 3. ¿Qué enlaces deben estar conectados a switches que cumplan el estándar IEEE 802.1Q? 3. En el caso anterior, si la estación P esun servidor web que debe ser accesible por las estaciones A, H y O, ¿Qué soluciones existen para hacer posible este acceso? Describir el proceso de transmisión de las tramas/paquetes por la red en cada caso.

63


Virtual LAN

6.2 Ejercicios relacionados con otros apartados

6.2.1 Primitivas de servicio y redes LAN de alta velocidad Ejercicio 1 Concepto de primitiva de servicio combinado con eventos asociados con el intercambio de un paquete (PDU de nivel 3) entre dos sistemas

Tenemos dos sistemas (equipos de usuario), A y B, que implementan los siguientes protocolos a nivel de RED: IP, IBM NetBIOS. Ambos sistemas usan la tecnología Gigabit Ethernet 1000baseT que usa Jumbo Frames. Los dos sistemas están directamente conectados a un Switch VLAN-aware. Se han configurado las VLAN de manera que el sistema A pertenece a las VLAN 2 y 3, mientras que el sistema B pertenece a las VLAN 2 y 5. La entidad de protocolo IP del sistema A tiene lista una IP_PDU de 2000 bytes (véase el dibujo) para enviar a la entidad de protocolo IP del sistema B.

Cabecera IP

Datos

20 Bytes

1980 Bytes

1. Describir, paso a paso, como se realiza esta transferencia de datos desde quela entidad de protocolo IP del sistema A la envía hasta que la entidad de protocolo IP del sistema B la recibe. Tener en cuenta los protocolos que intervienen en cada nivel y el formato de trama correspondiente, los servicios que puede ofrecer cada entidad y las primitivas de servicio que están relacionadas. Datos adicionales Direcciones SAP (en hexadecimal):

•

Dirección SAP (IP) = 06

•

Dirección SAP (IBM NetBIOS) = 04

Direcciones MAC (OUI_dispositivo en hexadecimal):

•


•


64


Virtual LAN

6.2.2 Interconexión de LAN y STP Ejercicio 1 Red Ethernet con STP y VLANs

Consideramos la red que se muestra en la figura inferior, donde hay 4 conmutadores (SW) y 19 estaciones. FG

H

#1

I

L

QRSTU

#2

SW1

#2

#2

#2 #3

SW4

A

B

SW3 #1

#1 #3

C

D

E

#3

SW2

#1

M

N

O

P

1. Aplicar el algoritmo del SpanningTree e indicar el resultado. Considerar que todos los dispositivos tienen la misma prioridad y que todos los “saltos” entre dispositivos tienen un coste asociado igual a 1.

• Puente raíz • Puertos raíz/dispositivo y RPC • Puertos designados/dispositivo 2. Indicar cuál es el formato de la trama BPDU de Configuración que envía el puente raíz una vez se ha finalizado el cálculo del STP en toda la red. Consideramos ahora que, con la topología encontrada en el punto 1 se quieren definir las VLANs siguientes:

•

VLAN 2: estaciones D, E; F, G, H, I, L

•

VLAN 3: estaciones A, B, C, M, N, O

•

VLAN 4: estaciones A, P, Q, R, S, T, U, V

3. ¿Cómo se pueden configurar los dispositivos (finales y/o de interconexión) para que las VLANs funcionen? 4. ¿Qué tipos de enlaces hay entre los conmutadores?

65


Virtual LAN

Ejercicio 2 Red Ethernet con STP y VLANs

Consideramos la red que se muestra en la figura inferior, donde hay 4 conmutadores (SW) y 19 estaciones. F

G

H

SW4

I

L

M

#2

N

#1

O

P

Q

#3

SW2

#2

R

S

U

SW3

#2

#1

T

#1

#2 #1

A

#3

SW1

B

C

D

E

1. Aplicar el algoritmo del SpanningTree e indicar el resultado. Considerar que todos los dispositivos tienen la misma prioridad y que todos los “saltos” entre dispositivos tienen un coste asociado igual a 1.

• Puente raíz • Puertos raíz/dispositivo y RPC • Puertos designados/dispositivo 2. Indicar cuál es el formato de la trama BPDU de Configuración que envía el puente raíz una vez se ha finalizado el cálculo del STP en toda la red. Consideramos ahora que, con la topología encontrada en el punto 1 se quieren definir las VLANs siguientes: • VLAN 2: estaciones D, E; F, G, H, I, L

•

VLAN 3: estaciones A, B, C, M, N, O

•

VLAN 4: estaciones A, P, Q, R, S, T, U, V

3. ¿Cómo se pueden configurar los dispositivos (finales o de interconexión) para que las VLANs funcionen? 4. ¿Qué tipos de enlaces hay entre los conmutadores?

Ejercicio 3 Red Ethernet con STP y VLANs

Consideramos la red Ethernet representada en la figura 1, con 7 conmutadores (SW) con identificador numérico indicado dentro del cuadro. Se ha aplicado el algoritmo del Spanning Tree y se ha formado el árbol que se describe a continuación:

• Puente raíz: SW 60 • Puertos raíces (representadosen la figura 1 con un círculo gris): o

Puerto 2 del SW 53

- Puerto 2 del SW 50


o

Puerto 1 del SW 80



•

Puertos bloqueados (representados en la figura 1 con un símbolo de prohibido):

•

Todos los demás puertos de los conmutadores son designados.

o

Puertos 1 y 3 del SW 50

- Puertos 1 y 2 del SW 38

- Puertos 2 y 3 SW 80

66


Virtual LAN

1. ¿Qué parámetros debeajustar el administrador dered para que se forme la topología de árbol que se ha indicado? Justificad vuestra respuesta.

s7

SW 53

3

HUB 1

3

SW 50

2

1

1 2

s8

HUB 2 HUB 4

HUB 3

s2 s1

s12 2 3 2

SW 80

2

3

1

4

s6

1

SW 60

s5

5

3

s3

HUB 9

6

SW 42

1

s9

s4

HUB 7

s11

HUB 5 HUB 8

3

SW 66

11

s10

3

HUB 6

2

2

SW 38

1

Estacions usuari Port arrel Port bloquejat

Figura 1

2. Suponemos ahora que,con la topología de árbol STP indicada inicialmente (punto 1),se produzca un fallo en el segmento s4. Describir, con todo el detalle necesario y con el orden correcto, los pasos que siguen el/los dispositivo/s para recuperar una topología en árbol después del fallo. También se debe indicar el nuevo árbol que se formará.

s7

3

SW 53

HUB 1

3

2

SW 50

1

1 2

s8

HUB 2 HUB 4

HUB 3

s2 s1

s12 2

3 2

SW 80

1

3

s6

4

1

SW 60

5

6

HUB 9

s3

3

SW 42

2 1

s4

s5

s9

HUB 7

s11

HUB 5 HUB 8

3

SW 66

11

s10 2

3

HUB 6

2

SW 38

1

Estacions usuari Port arrel Port bloquejat

Figura 2

67


Virtual LAN

3. Considerar nuevamente lared Ethernet y la topología STP dada al principio del ejercicio. Suponer que hayan las VLANs dibujadas (VLAN 2: estaciones connectadas a los HUBs 1, 2, 3, 5, 9; VLAN 3: estaciones conectadas a los HUBs 1, 2, 6, 7; VLAN 4: estaciones conectadas a los HUBs 3, 4, 7, 8, 9). Si la estación C tiene una trama para enviar en broadcast en el instante t=0, describir todo el recorrido que hace la trama hasta llegar a destino y todas las acciones que hacen los dispositivos por los que pasa. Suponer que el canal esté libre en este instante y que las tablas de reenvío de los conmutadores estén llenas. Estació C s7

HUB 1 3

SW 53

2

3

2

SW 50

1

1

HUB 4

s8

HUB 2

Estació A

HUB 3

s2

Estació B

s1 s12 2

3 2

SW 80

1

3

4

SW 60

1 5

HUB 9

6

s3

3

SW 42

2 1

s6 s5

s9

s4

HUB 7

s11

HUB 5 HUB 8

3

SW 66

1

s10 2

3

HUB 6

2

SW 38

1

Estacions de VLAN 2 Estacions de VLAN 3 Estacions de VLAN 4 Port arrel Port bloquejat

Figura 3.

4. Teniendo en cuenta los datos del apartado 3, ¿cuando puede enviar la estación A una trama hacia la estación B (dentro de la VLAN3) sin que haya colisión con la trama de l estación C? Tan sólo indicar las fórmulas con los parámetros necesarios y con los comentarios oportunos.

68


Mecanismos de acceso múltiple

7 MECANISMOS DE ACCESO MÚLTIPLE 7.1 Protocolos de acceso determinista

7.1.1 Asignación dedicada Ejercicio 1 Tenemos un canal de tasa R=16Mbps y N usuarios compartiendo el canal según la técnica de multiplexación estática TDMA. Supongamos que los bloques de datos (PDU) tengan una longitud fija de 1 kbyte. 1. Evaluar el retardo de transferencia de las PDU en los siguientes casos (λ representa la tasa de generación de PDU de cada usuario): o

λ = 1000 PDU/s y N = 5

o

λ = 80 PDU/s y N = 10

o

λ = 80 PDU/s y N = 100

2. Suponiendo que los bits útiles en cada PDU sean 6,5 kbits y que el factor de actividad de las N estaciones sea del 85%, evaluar la eficiencia del canal TDMA. 3. Volver a evaluar el retardo para el caso FDMA.

Ejercicio 2 Tenemos un sistema TDMA del cual queremos conocer algunas prestaciones. El sistema tiene una tasa de transmisión de 10 Mbps y 16 canales de usuario. Cada usuario dispone de 248 bits útiles en cada PDU que envía. Las PDU tienen un tamaño fijo de 256 bits. Cada usuario está activo en su canal durante un 70% del tiempo útil. 1. Evaluar la eficiencia de este canal TDMA. 2. ¿Cuál puede ser la máxima tasa de transmisión efectiva de las estaciones? 3. Considerar que la tasa media de llegada (según la distribución de Poisson) de las PDU de usuario para ser transmitidas es de 1500 PDU al segundo. Evaluar el retardo medio de transmisión de una PDU con éxito (intervalo de tiempo entre que se genera la PDU hasta que se acaba de transmitir).

Ejercicio 3 Tenemos un sistema TDMA del cual queremos conocer algunas prestaciones. El sistema tiene una tasa de transmisión de 10 Mbps; la trama de multiplexación es de N canales. Cada canal dispone de Nbu bits útiles por cada PDU que se envía, y de 8 bits de control. Las PDU tienen un tamaño fijo. Cada usuario que utilice el canal está activo durante un 80% del tiempo útil. 1. ¿Cuál debe ser la longitud de datos de usuario en cada PDU (Nbu) para que la eficiencia de este canal TDMA sea del 78,75%? 2. ¿Cuál debe ser el número máximo de canales dela trama TDMA (N) para que la tasa de transmisión efectiva de las estaciones sea de 258 kbps como máximo? 3. ¿Cuál es la tasa media efectiva decada usuario si el número de canales es 21? 4. Evaluar el retardo medio de transmisión de una PDU con éxito (intervalo de tiempoentre que se genera la PDU hasta que se acaba de transmitir). Suponer que la longitud de datos útiles Nbu es de 248 bits, que el número de canales en la trama TDMA sea 21 y que el factor de actividad de los usuarios es del 80% (lo que equivale a una tasa media λ de llegada de las PDU al usuario según la distribución de Poisson que se ha de evaluar).

69



7.1.2 Por demanda controlada Ejercicio 1 Una red que utiliza el protocolo Token Ring está formada por 20 estaciones colocadas a la misma distancia una de otra sobre un anillo de 1 km de largo. La tasa de transmisión del canal es de 4Mbps. Las PDU que se envían son de 8000 bytes. Supongamos que el retardo introducido por la interficie de cada estación sea un tiempo de bit y que la velocidad de 8 propagación del medio sea de dos tercios la velocidad de la luz (2 * 10 m/s). 1. Evaluar la eficiencia delanillo y la tasa de transmisión efectiva (Ref), primeroen el caso de una sóla estación activa y, luego, con las 20 estaciones activas. 2. ¿cuál es la máxima eficiencia que se puede esperar en este sistema?

Ejercicio 2 Considar una red Token Ring con 8 estaciones activas. La tasa de transmisión del canal es de 4 Mbps. Las tramas que se envían tienen una longitud total de 4000 bytes. El anillo tiene una longitud de 1 km. Se suponga que, una vez acabada su transmisión, la estación antes de liberar el token, espera a recibir el principio de la trama. 1. ¿Cómo influye esta característica sobre el tiempo del mensaje? Primero escribir la fórmula para Tms (sin sustituir valores) y, luego, sustituir los valores datos en el problema. 2. Suponiendo que la estación 5 tenga el token, ¿cuánto tarda la estación 1 en acceder al canal? También aquí, escribir la fórmula antes de

Estación 1 Estación 2

Estación 8

Token Ring Estación 3

Estación 7

encontrar numérico (paraeleste último paso, en el casoeldevalor no haber resuelto punto 1, utilizar un Tms de 10 ms). Estación 4

Estación 6 Estación 5

Ejercicio 3 Supongamos una red Token Ring con 40 estaciones activas donde cada estación tiene una PDU a punto de transmitir. La longitud del anillo es de 10 km y la velocidad de transmisión es de 10 Mbps (considerar que el retardo de interficie, iTf, es de un tiempo de bit). Utilizando la expresión que relaciona la eficiencia y el parámetroa, responder a las preguntas siguientes: 1. Para a < 1, es posible encontrar una longitud de PDU que de una eficiencia del 99% para esta red? 2. Para a > 1, ¿cuál es la longitud máxima de PDU que se puede utilizar en este sistema y cuál es el valor de la eficiencia en este caso?

Ejercicio 4 que utiliza un mecanismo Token Bus para acceder al medio, ¿cuál será el tiempo Para una red que debe esperar cada estación entre dos transmisiones consecutivas suponiendo que todas las estaciones están activas (es decir, tienen datos para transmitir)? ¿Qué tasa de transmisión media (o eficaz) podrán mantener las estaciones conectadas al Bus? Datos: Longitud del bus: 4 km, Velocidad de transmisión: 5 Mbps, 40 estaciones, longitud del token: 20 bytes, longitud de la trama de datos: 4000 bytes.

70



Ejercicio 5 Supongamos una red Token Ring con 20 estaciones activas. Cada estación tiene una PDU a punto de transmitir. Si la longitud del anillo es de 10 km, la longitud de las PDU es de 5000 bytes y la velocidad de transmisión es de 10 Mbps, ¿cuál será la máxima eficiencia alcanzable?

Ejercicio 6 100 estaciones forman parte de una LAN Token Ring con tasa de canal de 10 Mbps. La red envía PDU de tamaño fijo de 100 bytes. La generación de las PDU en cada estación siguen un proceso de Poisson de mediaλ. Determinar es una el valor que puedela tolerar esta red, suponiendo que cada estación sólocuál envía PDUmáximo a la vezdey,λ al acabar transmisión, pasan el token (multiple token). El token consta de 1 byte y cada estación, al recibir algo, tarda un tiempo de bit para procesar los datos (tiempo de interficie).

Ejercicio 7 Sea una red de área local compuesta por 500 estaciones conectadas a un cable coaxial de 50 kilómetros de longitud, de forma que entre dos estaciones adyacentes hay 100 metros de cable coaxial. El retardo de propagación de una señal en el cable es de 0.5 milisegundos por cada 100 metros de cable recorrido. La tasa de transmisión en el cable es de 100 Mbps. Evaluar, justificadamente, lo adecuado o inadecuado de cada uno de los siguientes mecanismos de acceso a ese medio:

•

CSMA/CD

• Token Bus

Ejercicio 8 Tenemos una red Token Ring con 50 estaciones activas. Cada estación tiene una PDU a punto de transmitir. La estación que tiene el token lo puede pasar a la siguiente estación una vez haya transmitido sus datos y haya empezado a recibir la trama que había enviado. Si la longitud del anillo es de 5 km y la velocidad de transmisión es de 10 Mbps, ¿cuál debe ser la longitud de la PDU para obtener una eficiencia del 90%? (indicar la dependencia respecto al parámetro a)

Ejercicio 9 Un anillo de 20 km de longitud tiene conectadas 1000 estaciones. La velocidad de propagación es de 200000 km/s. Sabemos que la capacidad del canal es de 10 Mbps y que las PDUs que cada estación transmiten tienen una longitud de 10 kbits. La trama de control que da permiso para transmitir ocupa 8 bits. Una estación puede pasar el permiso para transmitir cuando haya recibido toda la MAC-PDU que la misma había transmitido. El paso por cada estación del anillo implica un retardo igual a un tiempo de bit y cada estación genera, según un proceso de Poisson, una media de 8 PDUs cada 10 segundos. 1. Calcular el tiempo medio de ciclo. 2. Si en lugar de usar el mecanismo anterior se utiliza elprotocolo ALOHA puro, ¿cuáles la máxima tasa de generación de PDUs que tolera el sistema?

71



7.2 Protocolos de acceso aleatorio

7.2.1 ALOHA puro y ranurado Ejercicio 1 Un grupo de usuarios utilizan el protocolo Aloha puro. Todas las PDUs que se envían son de 64 bytes y la tasa del canal es de 10 Mbps. Cada usuario genera en media 15 nuevas PDUs cada segundo (según un proceso de Poisson). 1. ¿Cuántos usuarios soporta el sistema? 2. ¿Cuántos, si la longitud de las PDUs es de 1500 bytes? 3. ¿Qué pasa en este sistema si hay 10 usuarios, el tamaño de la PDU es de 1500 bytes y la tasa media de nuevas llegadas es de 50 PDU/s?

Ejercicio 2 Dos sistemas de comunicación, A y B, utilizan los mecanismos ALOHA puro y ALOHA ranurado, respectivamente. Sabiendo que en un instante determinado de su funcionamiento el parámetro G tiene un valor de 0,75 [PDUs por intervalo de transmisión], ¿cuál será el estado del sistema? Justificar la respuesta

Ejercicio 3 Para un sistema de comunicación que funciona con ALOHA puro, ¿cuál es la característica del retardo que experimentan las PDUs que deben ser transmitidas? Se puede responder relacionando el retardo con el throughput (S). ¿Qué influencia tiene el mecanismo de backoff?

Ejercicio 4 Para los dos mecanismos de Aloha (puro y ranurado), encontrar el punto de trabajo y la intensidad de tráfico G para Smax, considerando una tasa de transmisión del canal de 10 kbps, una longitud de PDU fija a 2 kbits y una tasa de llegada de las PDU al sistema que sigue la distribución de Poisson con media 10 PDU/s (nuevas más retransmisiones). Si el tiempo de backoff medio es de 100µs, ¿cuál es el retardo de transmisión medio de una PDU?

Ejercicio 5 Una gran población de usuarios de Aloha genera 50 PDU/s, incluidas tanto srcinales como retransmitidas y el tiempo se divide en ranuras de 40 ms. 1. ¿Cuál es la probabilidad deéxito en el primer intento de transmisión? 2. ¿Cuál es la probabilidad de que la PDU se tenga que retransmitir k veces antes de conseguir el éxito? 3. con ¿Cuál es una el número éxito PDU? medio de intentos de transmisión necesarios paralograr transmitir

Ejercicio 6 Un sistema que utiliza Aloha ranurado consta de un número infinito de usuarios. La cantidad media de ranuras que espera un usuario entre una colisión y la retransmisión de la misma PDU es de 4. Hacer la gráfica de la curva del retardo en función del rendimiento de este sistema.

72



Ejercicio 7 Un grupo de usuarios utilizan el protocolo ALOHA ranurado. Todas las PDUs que se envían son de 100 bytes y la tasa de transmisión del canal es 1 Mbps. Sabemos que cada usuario genera una media de 15 PDU nuevas por segundo. 1. ¿Cuántos usuarios puede soportar este sistema si queremos que funcione correctamente? 2. ¿Cuál es la probabilidad que cualquier usuario transmita con éxito al primer intento de transmisión? 3. ¿Qué pasa si el sistema tiene 20 usuarios ycada uno genera 25 PDU/s?

73



7.2.2 Familia CSMA Ejercicio 1 Un conjunto de N estaciones comparten un medio de transmisión. El subnivel de control de acceso al medio para cada estación se basa en el mecanismo CSMA 1-persistente y se caracteriza por la siguiente relación entre throughput (S, transmisiones con éxito respecto al tiempo de transmisión de MAC-PDU), tráfico ofrecido (G, intentos de transmisión, nuevas + retransmisiones, por tiempo de transmisión de MAC-PDU) y tiempo de propagación normalizado (a): S

=

G

a

+ aG(1 + G + aG / 2)]e − (1+ 2 ) − ) + (1 + aG )e − (1+ ) G (1 + 2a ) − (1 − e

[

G 1+ G

aG

G

a

Sabemos que para Smáx: a = 0.001

a = 0.0100

a= 0.1

Gmax

1.0366

1.0182

0.9140

0.4068

a = 2.0 0.2414

Smax

0.5372

0.5288

0.4535

0.1640

0.0916

a = 1.0

Las estaciones transmiten a una tasa de 1000 kbps. Sabemos que el nivel 3 de las estaciones está basado en el protocolo IP y que el tráfico a este nivel se puede caracterizar por la transmisión, en media, de un paquete IP cada segundo, con una longitud fija de paquete de 1000 bytes. El subnivel MAC transmite una trama por cada paquete individual y no transmite el paquete siguiente hasta que no haya transmitido el anterior con éxito. Cada trama introduce un overhead de 18 bytes. Hay que tener en cuenta que la distancia que separa las estaciones más lejanas de la red es de 162,88 km. 1. ¿Cuál es el número máximo de estaciones que puede soportar el sistema para que funcione sin saturarse? 2. Suponiendo que en lugar de N estaciones ahora tenemos unasola estación que genera el mismo tráfico total de antes, ¿cuál es el throughput en esta situación? ¿el sistema es estable?

Ejercicio 2 Cien estaciones comparten un canal de 4 km de longitud que usa el protocolo CSMA/CD. Recordar que el throughput, S, de este protocolo está relacionado con el tráfico ofrecido G según la siguiente expresión: S

=

Ge

− aG

G (1 + 2a ) + e

− aG

donde a es el tiempo de propagación normalizado. Sabemos que el valor de mSax para diferentes valores dea es: a

0

0,01

0,05

0,1

0,2

0,4

0,5

0,8

1

Smax

1

0,8151

0.6276

0,5153

Gmax

Infinit

9,44

3.9242

2,54

0.3917

0.2714

0.2362

0.1708

0,1444

1.5963

0.9647

0.8058

0.5623

0,46

74



Si la velocidad de transmisión es de 5 Mbps y la longitud de las PDUs es de 1000 bits: 1. ¿Cuál es la tasa máxima de generación de las PDUs de cada estación? 2. ¿Cuál es la tasa máxima de generación de las PDUs si la longitud de las PDUs aumenta un factor igual a 10?

Ejercicio 3 Considerar una red con N estaciones que transmiten tramas usando el mecanismo de acceso múltiple CSMA No Persistente. Sabemos que la velocidad de transmisión del canal, R, es 10 Mbps, la longitud de las tramas, Lm, es fija e igual a 1000 bits, y la distancia máxima entre estaciones es de 2 km. Todas las estaciones generan una media de 72 tramas cada segundo. El throughput normalizado, S, del protocolo CSMA No Persistente se puede calcular con la siguiente relación: S

=

Ge

− aG

G (1 + 2a ) + e

− aG

donde a es la relación entre el tiempo de propagación y el tiempo de transmisión, y G es el tráfico ofrecido. A continuación se dan los valores del throughput máximo, max S , en función de a: a

Smax

Gmax

0

1

Infinit

0,01

0,8151

9,44

0,1

0,5153

2,54

1

0,1444

0,46

1. ¿Cuántas estaciones pueden estar activas en el sistema sin que este se sature? 2. ¿Qué porción del canal (en términos de espacio) ocupa una trama que se transmita con éxito? 3. ¿Qué efecto tiene el valor del parámetro a en el comportamiento de la red? Razonar la respuesta en términos de funcionamiento del mecanismo. 4. Si se cambia el protocolo por un S-ALOHA, ¿cuál sería la mejorao el empeoramiento de S respecto al CSMA No Persistente si N = 50?

Ejercicio 4 Considerar una red LAN IEEE 802.3 10Base-5 formada por 5 segmentos y 4 repetidores, en la cual hay 1024 estaciones activas (con una trama a punto de transmitir en cada momento). Sabemos que la eficiéncia (o throughtput normalizado) para este tipo de redes en las condiciones planteadas se puede aproximar con la siguiente expresión: ε

=

1 1 + 2a (1 − A) / A

 

; donde el valor óptimo de A es 1 −

  N 1

N −1

, si N es el número de estaciones activas .

Supongamos que el retardo de propagación en esta red es el máximo permitido en 10Base-5. ¿Cuál será la tasa máxima de transmisión (bps) de las estaciones activas para el buen funcionamiento de la red, si la longitud de las tramas es la máxima permitida en 10Base-5?

75



Ejercicio 5 Consideramos un sistema CSMA/CD con 20 estaciones activas. Cada estación tiene una trama a punto de transmitir con probabilidad P = 0,15 durante una ranura disponible. Supongamos que todas las tramas que viajan en el medio tengan la misma longitud y que esa sea la mínima posible. 1. ¿Cuál es la probabilidad de quesólo una estación intente a transmitir enuna ranura? 2. ¿Cuál es la eficiencia en estas condiciones? 3. en ¿Cuál tienedeque tamañomáxima mínimode de lalared trama para eficiencia 90%, el caso queser la el distancia es de 1,5que km lay la tasa del sea canaldel1Gbps?

Ejercicio 6 Considerar una red a 11 Mbps que usa el mecanismo de acceso CSMA/CA. La velocidad de 8 propagación del medio es igual a la velocidad de la luz (3*10 m/s); la máxima distancia entre las estaciones de la red es de 100 metros y la longitud de las tramas que se envían es de 458 bytes. Suponiendo que el throughput máximo que podemos esperar de esta red sigue los valores que hay en la tabla siguiente, contestar a las preguntas que planteamos. a

Smax

Gmax

0

1

Infinit

0,01

0,8151

9,44

0,1

0,5153

2,54

1

0,1444

0,46

1. ¿Cuál es el tráfico máximo total que los usuariospueden ofrecer a la red sin que esta sature? 2. Si ahora el mismo tráfico calculado en elapartado anterior lo produce el mismo número de usuarios pero en un sistema ALOHA puro, donde la longitud de la trama es de 200 bytes, podemos decir que ¿el sistema es estable? Nota: La tabla que se proporciona en este ejercicio no corresponde realmente a un sistema CSMA/CA. Solo la utilizamos con fines académicos.

76

Arquitecturas telematicas - EJERCICIOS.pdf

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