Controle de Acesso ao Meio

Controle de Acesso ao Meio

Protocolos de Acesso Baseados em Contenção Aloha Slotted Aloha Carrier Sense Multiple Access (CSMA) MAB-510 11

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-510 12

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-510 15

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-510 16

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-510 18

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-510 19

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-510 20

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-510 21

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-510 22

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-510 23

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-510 24

Padrão IEEE 802 para LANs e MANS IEEE 802.1 - Aspectos gerais e gerenciamento de rede IEEE 802.2 - Camada de Enlace Subcamada LLC (Logical Link Control) tipo 1 - sem conexão tipo 2 - com conexão tipo 3 - com reconhecimento IEEE 802.3 CSMA/CD (MAC) IEEE 802.4 IEEE 802.5 IEEE 802.6 Token-Bus Token-Ring MAN (MAC) (MAC) (MAC) Banda base Banda larga Banda larga Banda base (PHY) (PHY) (PHY) (PHY) (PHY) MAB-510 25

Ethernet e IEEE 802.3

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. 395-404 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 802.3 MAB-510 27

Ethernet e IEEE802.3 características Após a especificação IEEE802.3, Digital, Intel e Xerox desenvolveram versão 2.0 (Ethernet II), compatível com IEEE 802.3 Ethernet e IEEE 802.3 detêm maior fatia de mercado de todos protocolos LAN especificam tecnologias similares ambas são LANs baseadas em CSMA/CD MAB-510 28

Ethernet e IEEE802.3 características Ethernet e IEEE 802.3 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-510 29

Ethernet e IEEE802.3 formato do quadro Quadro Ethernet Preâmbulo Endereço Destino Endereço Origem Tipo Dados CRC 8 6 6 2 46-1500 4 Quadro IEEE 802.3 Preâmbulo Delimitador de Início Endereço Destino Endereço Origem Tamanho Dados CRC 7 1 6 6 2 46-1500 4 MAB-510 30

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 - 576 bits tamanho total máximo m : 1526 bytes MAB-510 31

Quadro da Informação quadro IEEE 802.3 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-510 32

IEEE 802.3 O padrão IEEE 802.3 é uma LAN CSMA-CD 1- persistente Porque o IEEE 802.3 escolheu o protocolo o CSMA/CD 1-persistente para o padrão? MAB-510 33

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-510 34

Ethernet Controle de Acesso ao Meio

Colisão A B C D distância D inicia transmissão colisão detectada: transmissão abortada reforço de colisão: 32 bits em 3,2 µs MAB-510 36

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-510 37

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-510 38

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-510 39

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-510 40

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-510 41

Desempenho Controle de Acesso ao Meio

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 1,44 15 0,97 0,75 0,24 1,63 100 0,97 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-510 43

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 100 28,75 0,69 0,81 0,49 0,37 2 0,51 0,0012 0,99 0,009 0,93 15 2,83 0,07 0,82 0,49 0,39 2 0,51 0,012 0,99 0,09 0,93 MAB-510 44

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-510 45

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-510 46