Acceso al medio

En cuanto un medio de transmisión lo comparten varias estaciones aparece el mismo problema que en una conversación entre varias personas: si hablan dos a la vez no se entiende ninguna. Las técnicas de acceso al medio son el conjunto de reglas que definen cómo una estación pone datos en la red y cómo los toma, y viven en el subnivel MAC del nivel de enlace, que es de donde toma su nombre.

Las tres familias se distinguen por cómo evitan el choque. El acceso controlado lo evita antes de que ocurra, dando permiso; el acceso aleatorio deja que ocurra y lo resuelve después; y la canalización lo evita repartiendo el medio en trozos, de forma que cada estación tenga el suyo.

El acceso controlado es determinista: se puede calcular el tiempo máximo de espera. El aleatorio no lo es, pero aprovecha mejor el medio cuando la red va poco cargada, que es la situación normal, y por eso ganó.

En el acceso por reserva el tiempo se organiza en intervalos precedidos de un periodo de reserva: la estación que quiera transmitir lo anuncia en ese periodo, y después transmite en el turno que le corresponda. Es eficiente cuando hay pocas estaciones, porque el periodo de reserva es corto; con muchas, la reserva se come el canal.

En el acceso por sondeo, o polling, hay una estación central que manda. Va preguntando una por una al resto si tienen algo que enviar y, a quien dice que sí, le concede un tiempo de emisión. Es un esquema centralizado, con la ventaja de que el reparto es totalmente controlable y el inconveniente evidente de que si cae la estación central se para la red.

Reserva y sondeo se distinguen por quién toma la iniciativa: en la reserva la toma la estación que quiere emitir, y en el sondeo la toma la estación central preguntando.

En el paso de testigo circula por la red una trama especial, el testigo o token. Solo puede transmitir la estación que lo tiene; cuando termina, lo pasa a la siguiente. Es acceso controlado y descentralizado: no hay ninguna estación que mande, pero tampoco hay colisiones posibles, porque el permiso es único y va rotando.

Token Bus nació para entornos industriales, donde interesaba el cableado sencillo del bus pero no se podían tolerar los retardos impredecibles de las colisiones. Token Ring fue la apuesta de IBM frente a Ethernet, y su gran aportación fue el soporte de prioridades: el testigo lleva un campo que permite que el tráfico urgente adelante al ordinario.

Las dos tecnologías tienen topología lógica en anillo. Lo que las diferencia es la física: bus en 802.4 y estrella en 802.5.

Aloha es el primer protocolo de acceso aleatorio y el antepasado de todos los demás. Su regla es la más simple posible: la estación que quiere transmitir transmite, y después escucha para ver si ha habido colisión. Si la ha habido, espera un tiempo aleatorio y lo vuelve a intentar. Ese tiempo tiene que ser aleatorio precisamente para que las dos estaciones que chocaron no vuelvan a chocar.

Aloha ranurado mejora la idea dividiendo el tiempo en ranuras y obligando a que las transmisiones empiecen justo al comienzo de una ranura. Con eso, dos tramas o coinciden por completo o no se tocan, en lugar de solaparse parcialmente, y el aprovechamiento del canal se duplica respecto al Aloha puro.

En Aloha se transmite sin escuchar antes. Ese es el salto que da CSMA: escuchar el canal antes de hablar, que es lo que reduce drásticamente las colisiones.

CSMA, acceso múltiple con detección de portadora, es la familia que se impuso. La regla base es escuchar antes de hablar: la estación comprueba si hay portadora en el canal; si está libre, transmite, y si está ocupado, espera. Sigue habiendo colisiones, porque dos estaciones pueden encontrar el canal libre a la vez o porque la señal tarda un tiempo en propagarse, pero son muchas menos que en Aloha.

1. 1La estación escucha el canal. Si hay portadora, espera a que quede libre.
2. 2Transmite y sigue escuchando lo que hay en el cable, comparándolo con lo que está emitiendo.
3. 3Si lo que oye no coincide con lo que emite, hay colisión: interrumpe el envío y manda una señal de atasco para que todos los demás se enteren cuanto antes.
4. 4Espera un tiempo aleatorio calculado por retroceso exponencial binario, es decir, dentro de un margen que se duplica en cada colisión sucesiva, y vuelve a intentarlo. Tras dieciséis intentos fallidos abandona la trama.

Ese mecanismo explica el tamaño mínimo de la trama Ethernet. Para poder detectar una colisión, la estación tiene que seguir transmitiendo el tiempo suficiente para que la señal llegue al extremo más lejano de la red y vuelva. De ahí sale el tiempo de ranura, y de él, los 64 bytes mínimos de una trama.

Una radio no puede oír mientras habla, porque su propia emisión tapa cualquier otra: por eso el Wi-Fi no puede usar detección de colisión y tiene que evitarlas. Es la razón técnica de que CSMA/CD sea de Ethernet y CSMA/CA de 802.11.

La tercera familia no reparte turnos: reparte el medio. En vez de decidir quién habla ahora, divide el canal en trozos y le da uno a cada estación, de manera que todas pueden emitir sin estorbarse. Es el enfoque propio de las redes de radio y de telefonía móvil.

CDMA es la única de las tres en la que todo el mundo emite al mismo tiempo y en la misma frecuencia. Lo que separa las transmisiones no es un hueco en el espectro ni un turno de reloj, sino la matemática del código.