Controle de Acesso ao Meio

Transcrição

1 Controle de Acesso ao Meio

2 Protocolos de Acesso Baseados em Contenção Aloha Slotted Aloha Carrier Sense Multiple Access (CSMA) MAB

3 Aloha Método de Acesso para uma rede de radiodifusão via satélite Possui dois canais de freqüência de rádio canal para difusão de msg do computador-terminal canal para difusão de msg do terminal-computador computador central terminais MAB

4 Funcionamento Aloha Receptor detecta um quadro em colisão pelo campo de redundância (CRC) A Aloha B C Desvantagem: Tempo de ocupação do canal com informações violadas é grande MAB

5 Eficiência do Aloha puro P(successo de uma tx) = N.P(nó transmitir). P(nenhum outro nó transmitir em [t 0-1,t 0 ]. P(nenhum outro nó transmitir em [t 0,t 0 +1] = Np. (1-p) N-1. (1-p) N-1 = Np. (1-p) 2(N-1) = f(p) Determinando p* (valor ótimo) a partir de f (p) = 0, obtemos p* = 1/(2N-1) e fazendo N... = 1/(2e) =.18 MAB

6 Funcionamento Slotted-Aloha Existe um retardo no início da transmissão do quadro (desvantagem) Antes de transmitir um quadro, a estação tem que esperar o início do próximo slot mesmo que o canal esteja disponível A B C Slotted-Aloha MAB

7 Eficiência do slotted Aloha Eficiência é a fração de slots bem-sucedidos quando há muitos nós, cada um com muitos quadros para enviar Suponha N nós com muitos quadros para enviar, cada um transmite no slot com probabilidade p Prob. do nó 1 obter successo num slot = p(1-p) N-1 Prob. de qualquer nó obter um successo = Np(1-p) N-1 Para máxima eficiência com N nós, encontre p* que maximiza Np(1-p) N-1 Para muitos nós, o limite de Np*(1-p*) N-1,com N, resulta 1/e =.37 No máximo: uso do canal para envio de dados úteis: 37% do tempo! MAB

8 Protocolos CSMA CSMA = Carrier Sense Multiple Access (Acesso Múltiplo por Detecção de Portadora) Estação quando deseja transmitir escuta antes o meio de transmissão e não transmite se existe alguma transmissão em progresso CSMA/CD (CSMA com detecção de colisão) Quando a colisão é detectada, transmissão é interrompida imediatamente CSMA/CD não-persistente CSMA/CD 1-persistente MAB

9 CSMA/CD (1-persistente) Antes de transmitir, sente o meio Se estiver livre, transmite Se estiver ocupado, espera ficar livre e tx Se duas ou mais estações sentirem o meio ocupado, elas colidirão com certeza ao final da atual transmissão Se houver colisão, espera um tempo aleatório e repete o processo Binary Backoff Algorithm Um novo quadro só pode ser transmitido após o quadro atual ser transmitido com sucesso ou descartado devido a colisões excessivas MAB

10 CSMA/CD (não-persistente) Se o meio estiver livre, transmite Se estiver ocupado, espera um tempo aleatório e repete o processo Se houver colisão, espera um tempo aleatório e repete o processo MAB

11 Padrões para LANS e MANS IEEE produziu vários padrões para LANs e MANs Esse padrões são coletivamente conhecidos como IEEE 802 Vários padrões diferem na camada física e na subcamada MAC, mas são compatíveis na camada de enlace MAB

12 Padrão IEEE 802 camadas superiores pontos de acesso ao serviço o LLC (LSAP) enlace de dados CONTROLE DE ENLACE LÓGICO (LLC) CONTROLE DE ACESSO AO MEIO (MAC) FÍSICA (PHY) meio físicof MAB

13 Padrão IEEE 802 para LANs e MANS IEEE Aspectos gerais e gerenciamento de rede IEEE Camada de Enlace Subcamada LLC (Logical Link Control) tipo 1 - sem conexão tipo 2 - com conexão tipo 3 - com reconhecimento IEEE CSMA/CD (MAC) IEEE IEEE IEEE Token-Bus Token-Ring MAN (MAC) (MAC) (MAC) Banda base Banda larga Banda larga Banda base (PHY) (PHY) (PHY) (PHY) (PHY) MAB

14 Ethernet e IEEE 802.3

15 Ethernet e IEEE802.3 Xerox criou um sistema CSMA_CD de 2.94 Mbps a ser conectada a 100 estações de trabalho em cabo de 1 km Communications of ACM, vol.19, no.7, julho/1976, pg Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks, de Metcalfe e Boggs Xerox, DEC e a Intel criaram um padrão para um sistema Ethernet de 10 Mbps Esse padrão formou a base do MAB

16 Ethernet e IEEE802.3 características Após a especificação IEEE802.3, Digital, Intel e Xerox desenvolveram versão 2.0 (Ethernet II), compatível com IEEE Ethernet e IEEE detêm maior fatia de mercado de todos protocolos LAN especificam tecnologias similares ambas são LANs baseadas em CSMA/CD MAB

17 Ethernet e IEEE802.3 características Ethernet e IEEE são redes de difusão (broadcast) todas estações podem ver todos os quadros, independentemente de serem ou não o destino daqueles dados cada estação examina quadros recebidos para determinar se ela é o destino se for, quadro é passado para camada mais alto dentro da estação MAB

18 Ethernet e IEEE802.3 formato do quadro Quadro Ethernet Preâmbulo Endereço Destino Endereço Origem Tipo Dados CRC Quadro IEEE Preâmbulo Delimitador de Início Endereço Destino Endereço Origem Tamanho Dados CRC MAB

19 Quadro da Informação quadro Ethernet XEROX (Ethernet II) preâmbulo 8 bytes DA 6 SA 6 Tipo 2 DADOS 46 a 1500 PAD FCS 4 tipo do protocolo start of frame delimiter Ethernet nativo não usa LLC preâmbulo : sincronização do hardware tamanho total mínimo m : 72 bytes bits tamanho total máximo m : 1526 bytes MAB

20 Quadro da Informação quadro IEEE PDU LLC DSAP SSAP CONTROL INFO preâmbulo 7 bytes SFD 1 DA 6 SA 6 LEN 2 INFO LLC 46 a 1500 PAD FCS 4 PAD = complemento para tamanho mínimom 48 bits END MAC I/G U/L 46 bits I/G = 0/1 individual/grupo U/L = 1/0 universal/local broadcast = todos os bits em 1 MAB

21 IEEE O padrão IEEE é uma LAN CSMA-CD 1- persistente Porque o IEEE escolheu o protocolo o CSMA/CD 1-persistente para o padrão? MAB

22 Fatos Relevantes no Ethernet Ethernet foi idealizado para operar com utilização baixa (menor que 50%), quando a probabilidade de duas ou mais estações estarem sentindo o meio ocupado é baixa CSMA/CD 1-persistente tenta minimizar o retardo para transmissão quando o meio é sentido ocupado Colisões fazem parte do protocolo e não devem ser vistas como erro A transmissão se propaga com velocidade finita no meio físico, de modo que uma estação só detectará outra transmissão após certo retardo MAB

23 Ethernet Controle de Acesso ao Meio

24 Colisão A B C D distância D inicia transmissão colisão detectada: transmissão abortada reforço de colisão: 32 bits em 3,2 µs MAB

25 Quadro de tamanho mínimo Quadros válidos devem ter pelo menos 64 bytes de extensão Se a parte de dados for menor do que 46 bytes, o campo de enchimento será usado MAB

26 Atraso Máximo de Propagação A B C D A inicia tx de 64 bits de preâmbulo no máximo m 511 bits do quadro são enviados antes de abortar tx colisão detectada: tx abortada após s 575 bits ou 57,5 µs s do início da tx, no pior caso D inicia tx, colisão, aborta tx, tx reforço o de colisão reforço o de colisão de A Objetivo:Detectar a colisão antes de acabar a transmissão Atraso máximo m ida e volta = quadro mínimo m + preâmbulo - 1 = 57,5 µs s (eq. a 575 bits) Atraso máximo m fim a fim = 28,75 µs MAB

27 Princípio do Ethernet Se até o final da transmissão de um quadro não foi detectada colisão, então este quadro certamente não sofreu colisão até ser recebido no destino MAB

28 Limitação da Topologia em CSMA/CD Tamanho mínimo do quadro (64 bytes + 8 preâmbulo = 576 bits) dá o tempo mínimo de uma transmissão Para operação com colisão, este tempo mínimo deve ser maior que o tempo de propagação ida e volta entre as estações mais distantes no Ethernet Evita que uma estação conclua transmissão de um quadro curto antes do primeiro bit ter atingido a extremidade do cabo Uma transmissão poderia corromper o quadro e não ser detectada pelo transmissor Outros fatores podem limitar a extensão da topologia Atrasos elétricos nos repetidores e nas interfaces Atenuação e distorção do sinal nos meios físicos MAB

29 Binary Backoff Algorithm Tempo dividido em intervalos de 51,2 µs Após N colisões, a interface escolhe um atraso aleatório entre 0 e 2 N - 1 intervalos para retx Para mais de 10 colisões, usa-se N=10 Exemplo com N = 2 colisões instantes de retx (µs) 0 51,2 102,4 153,6 probabilidade 1/4 1/4 1/4 1/4 Após 16 colisões consecutivas, o quadro é descartado pela interface de rede e um erro é retornado Não existe a garantia de um tempo máximo para transmissão com sucesso e o Ethernet é considerado não-determinístico MAB

30 Desempenho Controle de Acesso ao Meio

31 Vazão do CSMA/CD Modelo simplificado S( N) = 1, onde a = τ = atrasode propagação fima fim 1+ 2af ( N) T p tempo detransmissão do quadro N 1 ( ) = 1 A, = 1 1 f N com A A N a=0,01 a=0,1 a=1 N S(N) S(N) S(N) f(n) 5 0,97 0,78 0,26 1, ,97 0,75 0,24 1, ,97 0,75 0,23 1,70 >>100 0,97 0,75 0,23 1,71 Conclusão: devemos ter a<1 Usar pacotes longos Distância limitada MAB

32 Exemplos de Desempenho do Ethernet Topologia Quadros 512 bytes Quadros 64 bytes N τ (µs) a S(N) a S(N) 10 Mbps distância máxima 10 Mbps dedicado 10Base-T 100 Mbps distância máxima 100 Mbps dedicado 100Base-T ,75 0,69 0,81 0,49 0,37 2 0,51 0,0012 0,99 0,009 0, ,83 0,07 0,82 0,49 0,39 2 0,51 0,012 0,99 0,09 0,93 MAB

33 Intervalo entre Quadros após final de transmissão esperar o tempo de 96 bits (9,6 µs a 10 Mbps) antes de transmitir novo quadro tenta evitar a monopolização do meio por uma estação ou grupo de estações tempo entre quadros pode diminuir quando quadros são retransmitidos por repetidores repetidores sempre regeneram um preâmbulo completo 9,6µs < 9,6µs repetidor MAB

34 Codificação Manchester Codificação Manchester Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transição Permite que os relógios nos nós de transmissão e de recepção possam sincronizar um com o outro Não é necessário relógio global centralizado entre os nós! Ei, isso é coisa de camada física! MAB