ALOHAnet

ALOHAnet

ALOHAnet (o simplement ALOHA) va ser un sistema de rets de computadores pioner desenrollat en l'Universitat de Hawái. Va ser desplegat per primera volta en 1970, i encara que la pròpia ret ya no s'usa, un dels conceptes essencials d'esta ret és la base per a la casi universal Ethernet.

Descripció

Abans de ALOHAnet, la majoria de les comunicacions entre computadores tendien a utilisar traces similars. Les senyes que anaven a ser enviats es convertien en una senyal analògica utilisant un mecanisme similar a un mòdem, que seria enviada sobre un método de conexió conegut, com podria ser una llínea telefònica. La conexió era punt a punt, i normalment s'establia de modo manual.

Pel contrari, ALOHAnet era una autèntica ret. Totes les computadores conectades a ALOHAnet podien enviar senyes en qualsevol moment sense necessitat d'intervenció per part d'un operador, i es podia vore envolt qualsevol número de computadores. Com la transmissió es realisava per radi, no hi havia costs fixos, per lo que el canal es deixava obert i es podia utilisar en qualsevol moment.

Usar una senyal compartida d'esta manera comporta un important problema: si dos sistemes en la ret (coneguts com nodos) enviaven al mateix temps, abdós senyals es estropejarien. Era necessari algun tipo de sistema per a evitar este problema. Existixen varis modos de fer-ho.

Un seria utilisar una freqüència de ràdio diferent per a cada nodo, sistema conegut com multiplexació en freqüència. Comoquiera que este sistema requerix que cada nodo que s'afigga siga capaç de sintonizarse en el restant de màquines, pronte es necessitarien centenars de freqüències distintes i ràdios capaces d'escoltar este número de freqüències al mateix temps, lo que seria massa costós.

Una atra solució és tindre recalats de temps assignades a cada nodo per a enviar, lo que es coneix com multiplexació per divisió de temps. Este sistema és més fàcil d'implementar, ya que els nodos poden seguir compartint una única freqüència de ràdio. L'inconvenient és que si un nodo en particular no té res que enviar, el seu recalat estaria sent desperdiciada. Açò nos du a situacions en les que el temps disponible està buit en gran part i un nodo en senyes que enviar lo tindria que fer molt despacio per si acàs algun dels atres 100 nodos decidira enviar alguna cosa.

En canvi, ALOHAnet va utilisar una nova solució al problema, que més vesprada es convertiria en l'estàndart, el Accés múltiple per detecció de portadora. En este sistema no hi ha multiplexaació fixa en absolut. En el seu lloc, cada nodo escolta per a saber si algú està utilisant el canal, i si no escolta a ningú comença a emetre.

Normalment açò significaria que el primer nodo que escomence a transmetre tindria la possessió del mig per tant temps com volguera, lo que supon que els atres nodos no podrien prendre part en la comunicació. Per a evitar este problema, ALOHAnet va fer que els nodos partiren els seus mensages en chicotets paquets, i que els enviaren d'un en un i deixant buits entre ells. Açò permetia als atres nodos enviar els seus paquets entremig, per lo que tot lo món podia compartir el mig al mateix temps.

Existix un últim problema a considerar: si dos nodos intenten escomençar la seua transmissió al mateix temps, tindran els mateixos problemes que tindrien en qualsevol atre sistema. En este cas, ALOHAnet va inventar una solució molt inteligent. Despuix d'enviar qualsevol paquet, els nodos escoltaven el mig per a saber si el seu propi mensage els havia segut tornat per un hub central. Si rebien de regrés el seu mensage, podien alvançar al següent paquet.

Si, en canvi, no rebien el seu paquet de regrés, això significaria que alguna cosa havia impedit que aplegara al hub (possiblement una colisió en un paquet d'un atre nodo). En eixe cas, simplement deuria esperar un temps aleatori i intentar-ho de nou. Com cada nodo esperaria un temps aleatori, algun deuria ser el primer en reintentarlo, i el restant de nodos podrien vore que el canal està en us en intentar emetre. En la majoria dels casos, açò serviria per a evitar les colisions.

Este tipo de sistema de prevenció de colisions té la ventaja de permetre a qualsevol nodo usar la capacitat total de la ret si cap atre nodo l'està usant. Ademés, no necessita inicialisació, qualsevol pot conectar-se i escomençar a emetre sense establir informació adicional com la freqüència o el recalat temporal a usar.

L'inconvenient és que, si la ret està saturada, el número de colisions pot créixer dràsticament fins al punt de que tots els paquets colisionen. Per a ALOHAnet l'us màxim del canal estava entorn al 18 %, i qualsevol intent d'aumentar la capacitat de la ret simplement incrementaria el número de colisions, i el rendiment total d'enviament de senyes es reduiria, fenomen conegut com colapse per congestió.

En Aloha ranurado, un rellonge centralisat envia chicotets paquets en la senyal de rellonge a les estacions perifèriques. Les estacions solament tenen permés enviar els seus paquets immediatament despuix de rebre la senyal de rellonge. Si hi ha una sola estació en intenció d'emetre un paquet, açò garantisa que mai hi haurà una colisió per a eixe paquet. Per una atra part, si hi ha dos estacions en paquets per a enviar, este algoritme garantisa que hi haurà una colisió i es malgastarà tot el recalat de temps fins a la següent senyal de rellonge. En algunes matemàtiques és possible demostrar que este protocol millora l'utilisació total del canal, reduint la provabilitat de colisions a la mitat.

La relativament baixa utilisació resulta ser un chicotet preu a pagar a canvi de les ventages. Una llaugera modificació d'este sistema per a rets conectades (en cables) realisada per Robert Metcalfe va millorar la prevenció de colisions en rets saturades, i es va convertir en l'estàndart per a Ethernet. Hui en dia la tècnica és coneguda com CSMA/CD, Accés Múltiple en Detecció de Portadora i Detecció de Colisions.

Els mecanismes de detecció de colisions són molt més difícils d'implementar en sistemes inalàmbrics en comparació als sistemes cablejats, i ALOHA no va intentar siquiera comprovar les colisions. En un sistema cablejat, és possible detindre la transmissió de paquets que colisionen, detectant primer la colisió i notificant-ho a continuació al remitent. En general, esta no és una opció viable en sistemes inalàmbrics, per lo que ni tan sols es va intentar en el protocol ALOHA.

ALOHAnet s'eixecutava usant mòdems de 9600 bauts d'un extrem a un atre d'Hawái. El sistema usava dos canals (seccions de freqüència) de 100 kHz: u conegut com a canal d'emissió a 413'475 MHz; i l'atre, canal d'accés aleatori a 407'350 MHz. La ret tenia una topología d'estrela, en un únic computador central (un HP 2100) en l'universitat que rebia tots els mensages en el canal d'accés aleatori, i reenviant-los llavors a tots els nodos pel canal d'emissió. Este montage reduïa el número possible de colisions, ya que no hi havia colisions en absolut en la freqüència d'emissió, per lo que mereixia la pena. Posteriors millores varen afegir repetidors que també actuaven com hubs, incrementant enormement l'àrea i la capacitat total de la ret.

Els paquets enviats i rebuts eren idèntics. Cada paquet tenia una capçalera de 32 bits en un test de paritat de 16 bits, seguits de fins a 80 bytes de senyes en atres 16 bits de test de paritat.

Els detalls històrics sobre la ret inalàmbrica original són ara prou difícils d'obtindre.

Visió general

Un dels primers dissenys de rets d'ordenadors, la ret ALOHA, va ser creada en l'Universitat de Hawái en 1970 baix la direcció de Norman Abramson. De la mateixa manera que el grup ARPANET, la ret ALOHA es va construir en fondos de DARPA.
De modo similar a ARPANET, la ret ALOHA es va construir per a permetre a persones de diferents localisacions accedir als principals sistemes informàtics.
Pero mentres ARPANET usava llínees telefòniques arrendades, ALOHA usava packet ràdio, açò es devia a que els diferents centres d'investigació estaven repartits en vàries illes, per lo que es buscava un sistema de transmissió de senyes inalàmbric, com les ones de ràdio.

L'importància de ALOHA es basa que usava un mig compartit per a la transmissió. Açò va revelar la necessitat de sistemes de gestió d'accés com CSMA/CD, usat per Ethernet. A diferència de ARPANET a on cada nodo únicament podia comunicar-se en un atre nodo, en ALOHA tots usaven la mateixa freqüència. Açò implicava la necessitat d'algun tipo de sistema per a controlar quí podien emetre i en quin moment. La situació de ALOHA era similar a les emissions orientades de la moderna Ethernet i les rets Wi-Fi.

Este sistema de transmissió en mig compartit va generar prou interés. L'esquema de ALOHA era molt simple. Ya que les senyes s'enviaven via teletipo, la taxa de transmissió normalment no anava més allà de 69 caràcters per segon. Quan dos estacions tractaven d'emetre al mateix temps, abdós transmissions es enrevesaban, i les senyes tenien que ser reenviats manualment. ALOHA va demostrar que és possible tindre una ret útil sense resoldre este problema, lo que va despertar interés en atres estudiosos del tema, especialment Robert Metcalfe i atres desenrolladors que treballaven en Xerox PARC. Este equip crearia més vesprada el protocol Ethernet.

Referències

• NCommunications, Proceedings of Fall Joint Computer Conference, AFIPS Conference, 1970. http://www.isoc.org/internet/history/brief.shtml