PDF de programación - Tesis: Alejandro Hernandez - Protocolos de Comunicación para la Computación Distribuida

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CENTRO DE INVESTIGACION Y DE ESTUDIOS AVANZADOS DEL IPN

Departamento de Ingeniería Eléctrica.

Sección de Computación.

Protocolos de Comunicación
para la Computación Distribuida

Tesis que presenta el ING. ALEXANDRO HERNANDEZ LICEAGA

para obtener el grado de

MAESTRO EN CIENCIAS

INGENIERIA ELECTRICA CON OPCION EN COMPUTACION

en la especialidad de:

Trabajo dirigido por el Dr. Jan Janecek Hyan.

México, D.F., Junio de 1990.

"N o necesito ser perdonado p o r amarte tanto".
Silvia, este trabajo es para ti.

A mis padres, Salvador y Margarita,

por todo cuanto han hecho por mí.

Por darme amor y libertad, respeto y protección.

A mi hermana Marisol,

un ejem plo de dedicación al trabajo,

alguien que siempre ha creído en mí.

am igo de verdad y confidente en noches de insomnio.

A mi hermano Salvador,

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ESTUDIOS A VA NZAD9 S BEL

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¡v c f n IERIA ELECTRICA

Agradecimientos

Deseo hacer patente mi agradecim iento a las siguientes personas:
Al Dr. Jan Janecek, quien me ofreció realizar el presente trabajo. Su guia, consejos y observacio­
nes son invaluables. Mi deuda para con él excede con m ucho los aspectos meramente académicos.
Al Dr. Armando Maldonado Talamantes y al M. en C. Carlos E. Hirsch Gabievich, por su pacien­

cia en la revisión del presente trabajo y sus valiosas observaciones.

A todos los profesores que ha contribuido a mi form ación. En particular, a la planta docente del

CINVESTAV.

A m is com pañeros de este Centro de Estudios. Conocer a tantas personas con visiones tan dife­

rentes ha sido una experiencia sumamente enriquecedora.

Al personal del Departamento de

la Universidad Autónom a
M etropolitana-lzlapalapa, en particular al Ing. Francisco J. Olvera Hernández, por ofrecerm e la opor­
tunidad de colaborar con ellos.

Ingeniería Eléctrica de

A la Lic. Graciela Román Alonso, por sus palabras de apoyo en mom entos de desaliento.
Para con todos ellos no tengo sino una infinita gratitud.

Alexandro Hernández Liceaga.

Indice

I.

Introducción.
1.1 Objetivos.
1.2 A rquitecluia OSI de ISO.
1.3 Nivel de enlace de datos en redes locales.
1.4 Descripción operativa de protocolos de nivel 2.

1.4.1 CSMA/CD.
1.4.2 Protocolos por sondeo.
1.4.3 Anillos Lógicos.

I 5 Justificación del proyecto.
I.6 Descripción opoiativa de los protocolos propuestos.

1.6 1 CSMA/CDR.
1.6.2 Sondeo descentralizado.

II. Ambiente de Trabajo.

II 1 La red.
II.2 El núcleo de concurrencia.

III.

Implantación de los Protocolos.
III. 1 Generalidades.

3

12

17

111.1.1 D efiniciones comunes a ambos protocolos.
111.1.2 Programación del 8250.
111.1.3 Estructura de la trama.
III. 1.4 Descripción de los Interfaces.
III.1.5 Programas de usuario.

111.2 Sondeo descentralizado.

III. 2.1 Descripción
111.2.2 E sliuclura de los procesos.
111.2.3 Descripción del programa.

111.2.3 1 Definiciones.
111.2.3 2 Variables globales.
111.2.3 3 Semáforos.
111.2.3.4 Temporizadores.
111.2.3.5 Procesos.

Ill 3 CSMA/CDR.

Ill 3 I D escripción
III 3 2 E s ln iclu iíi do los procesos.
111.3.3 Descripción del programa.

1113.3 1 Definicionos.
Ill 3 3 2 Variables globales
III 3.3.3 Semáforos.
III.3.3.4 Procesos.

Ill 2.3.5.1 Proceso main.
Ill 2.3 5.2 Proceso TxN2.
Ill 2.3 5.3 Proceso RxN2.
1112 3.5 4 Proceso MasterProc.
III.2.3.5.5 n ulina de atención a las interrupciones del 8250.

111.3.3.4.1 Proceso maln.
111.3.3.4.2 Proceso TxN2.
III 3.3.4.3 Proceso RxN2.
111.3.3.4.4 Proceso MasterProc.
111.3.3.4.5 Rutina de atención a las Interrupciones del 8250.

IV. Pruebas de los protocolos.
IV. Evaluaciones teóricas.

IV.1.1 Evaluación leórlca del prolocolo por sondeo descentralizado.
IV. 12 Evaluación teórica del protocolo CSMA/CDR.

IV.2 Evaluaciones experimentales.

IV.2.1 Resullados experimentales del prolocolo por sondeo descentralizado.
IV.2.2 Resultados experimentales del protocolo CSMA/CDR.

V . Conclusiones.

Bibliografía.

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I- p. N.

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5 4

5 5

2

I.

Introducción

1.1 Objetivos.

1. Proponer alternativas para protocolos de com unicación orientados al control autom ático de
procesos industriales que permitan una mayor seguridad y eficiencia en sistemas distribui­
dos de este tipo.

2. Evaluar los protocolos propuestos.

1.2 Arquitectura OSI de ISO.

Al hablar de una arquitectura, nos referimos a la apariencia que presenta un sistema hacia el ex­
terior. Al hablar de una arquitectura de redes de computadoras aludim os a la forma en que se organi­
zan las diferentes tareas que se realizan en un sistem a de este tipo.

A medida que la com plejidad de un sistem a aumenta, se hace necesario dividir un problema
com plejo en partes manejables. Es por eso (y por otras razones que veremos más adelante) que un
m odelo m onolítico de una red de computadoras se vuelve Inoperante, y se hace necesario presentar
un m odelo manejable.

La arquitectura OSI (Open System Interconneclion: Interconexión de Sistemas Abiertos) fue
propuesta por la ISO (International Standards Organization: Organización Internacional de Normas).
En esta arquitectura nos encontram os con una estructura jerarquizada de niveles (figura 1.1).

Las principales razones que llevaron al establecim iento de las 7 capas son (TAN82]:

1. Una capa representa un cierto nivel de abstracción.
2. Una capa realiza una función bien definida.
3. La intención es crear normas Internacionales para cada capa.
4. Las Interferencias entre las capas deben m inim izar el flujo de inform ación entre ellas,
5. El núm ero de capas será suficientem ente grande para distinguir entre funciones y suficiente­

mente pequeño para que sea manejable.

De esta manera, se propuso esta arquitectura, que actualmente es de uso ampliamente extendido.
Dentro de esta arquitectura, los 3 niveles más bajos corresponden a funciones directam ente re­

lacionados con la red, m ientras los niveles superiores corresponden a funciones de aplicación.

Las funciones de los 7 diferentes niveles son las siguientes:

Nivel 1. (Nivel Fisico). Encargado de la transmisión de bits sobre el canal de com unicación.
Nivel 2. (Nivel de Enlace de Datos). Mostrar a las capas superiores de la arquitectura un canal

de com unicación libre de errores.

Nivel 3. (Nivel de Red). Enrutamiento de paquetes de inform ación dentro de la red.
Nivel 4. (Nivel de Transporte). Proporcionar a los niveles superiores un servicio independiente

de red.

ción.

Nivel 5. (Nivel de Sesión). Establecer una sesión de com unicación entre 2 procesos de aplica­

Nivel 6. (Nivel de Presentación). Permite el intercambio de información con diferentes formatos.
Nivel 7. (Nivel de Aplicación). Nivel reservado al desarrollo de aplicaciones para satisfacer ne­

cesidades especificas del usuario.

3

Canal flr Comunicación

Figura 1.1 Arquitectura OSI de ISO.

4

Para una discusión am plia sobre los dilerentes niveles de esta arquitectura puede consultarse

[TAN82J. [YAK83J, [HUT8 8 ).

1.3 Nivel de enlace de dalos en redes locales.

En el caso de las redes locales la división de niveles no corresponde exactamente a la de la ar­
quitectura OSI. La figura 1.2 muestra la lorma en que se organiza una red local. Las funciones que
corresponden al nivel de enlace de datos en este m odelo corresponden a funciones de los niveles 1,
2 y 3 de la arquitectura OSI.

El nivel de enlace de datos tiene dos funciones. Debido a esto, este nivel a su vez se divide en 2
subcapas. La subcapa de control de acceso al medio (MAC, por Médium Access C ontrol), permite
que diferentes estaciones puedan com partir el m ism o m edio de com unicación. Esta subcapa es de­
pendiente del medio utilizado, y sus funciones corresponderían a las que define el nivel 3 de OSI. Por
otra parte, tenemos la subcapa de control de enlace lógico (LLC, por LógicaI Link Control), que defi­
ne los tipos de servicio que proporciona la capa de enlace de datos. En particular, se refiere a tener
un servicio para com unicación sin conexión virtual (por datagramas) o un servicio orientado a com u­
nicaciones punto a punto. Esta subcapa es independiente del medio. Las funciones de esta capa
corresponden a las del nivel 2 y parte del nivel 1 de la arquitectura OSI.

Nivel de Enlace

Figura 1.2 Arquitectura para redes locales.

Los protocolos de nivel 2 que se describen en la siguiente sección corresponden a la subcapa
MAC. Un protocolo de la subcapa LLC orientado a conexiones punto a punto es HDLC. D escripcio­
nes de HDLC y protocolos sim ilares se pueden encontrar en [YAC83J, [INT85].

I.4 Descripción operativa de protocolos de nivel 2.

Los protocolos que se mencionarán a continuación son utilizados en redes locales. Las redes
locales tienen com o característica principal estar lim itadas a, cuando más, algunos m iles de metros.
Pensando en una red local ubicada en un am biente industrial, es más o menos evidente que el núme­
ro de estaciones que se encuentran en una red de este tipo también es lim itado.

Otra consideración que es necesario hacer es acerca de la topología de la red que se usa para

estos protocolos. En lo que sigue, considerarem os que la t