Camada de Redes1 Arquitetura de Redes de Computadores Luiz Paulo Maia Camada de Redes.
UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC Redes de Computadores Camada MAC Antonio Alfredo...
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UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Redes de ComputadoresRedes de ComputadoresCamada MACCamada MAC
Antonio Alfredo Ferreira LoureiroAntonio Alfredo Ferreira [email protected]@dcc.ufmg.br
Departamento de Ciência da ComputaçãoDepartamento de Ciência da ComputaçãoUniversidade Federal de Minas GeraisUniversidade Federal de Minas Gerais
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2UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
ContextoContexto
Protocolos para Canais difusão, ou Canais de acesso múltiplo, ou Canais de acesso aleatório
Problema básico a ser resolvido: Como “gerenciar'' o acesso a canais difusão
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3UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
ContextoContexto
Protocolos responsáveis por fazer esse gerenciamento:
Protocolos de acesso ao meio MAC — Medium Access Protocol
Sub-camada MAC está presente em quase todas as LANs
Importante seu estudo
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4UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Problema de alocação de canalProblema de alocação de canal
Problema: Como alocar um único canal difusão entre vários
usuários?
Duas classes de algoritmos: Alocação estática Alocação dinâmica
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5UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Alocação estática de canalAlocação estática de canal
FDM é a forma tradicional quando: Existe um número pequeno e fixo de usuários Cada um possui um tráfego pesado
No entanto, o cenário típico é diferente: Número de estações varia ao longo do tempo Tráfego é em rajadas
Além disso, há um sistema de contenção: Sistema no qual vários usuários compartilham um
canal comum de tal forma que pode levar a conflitos
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6UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Alocação estática de canalAlocação estática de canal
Normalmente, FDM não é a solução: Sub-canais ficam ociosos quando não há nada a
transmitir Em sistemas de computação, o tráfego é tipicamente
em rajadas
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7UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Alocação dinâmica de canalAlocação dinâmica de canalPremissasPremissas
1. Estações: Existem n estações independentes que geram
quadros a serem transmitidos A estação fica bloqueada até o quadro ser totalmente
transmitido
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8UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Alocação dinâmica de canalAlocação dinâmica de canalPremissasPremissas
2. Único canal de comunicação: Todas estações compartilham um único canal de
comunicação para transmissão e recepção Do ponto de vista de hardware, as estações são
equivalentes Do ponto de vista de software, as estações podem ter
prioridades Aspecto fundamental do estudo
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9UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Alocação dinâmica de canalAlocação dinâmica de canalPremissasPremissas
3. Colisões: A transmissão “simultânea” de dois ou mais quadros
por estações diferentes causa uma colisão Estações são capazes de detectar colisões Quadros envolvidos em colisões devem ser
transmitidos posteriormente
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10UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Alocação dinâmica de canalAlocação dinâmica de canalPremissasPremissas
4. Política de transmissão de quadros ao longo do tempo: Qualquer instante (continuous time) Instantes pré-determinados (slotted time)
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11UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Alocação dinâmica de canalAlocação dinâmica de canalPremissasPremissas
5. Detecção de portadora para transmissão de quadro:
Com detecção (carrier sense) Sem detecção (no carrier sense)
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12UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolos de acesso múltiploProtocolos de acesso múltiplo
Aloha: Puro, Slotted
CSMA (Carrier Sense Multiple Access): Persistente, não-persistente Com detecção de colisão
Vários outros
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13UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
AlohaAloha
Princípio: Usuários transmitem
quando têm dados a serem enviados
Haverá colisões: Serão detectadas Deve-se esperar um
tempo aleatório antes de tentar transmitir novamente
In pure ALOHA, frames are transmitted at completely arbitrary times
Vulnerable period for the shaded frame
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14UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
SlottedSlotted Aloha Aloha
Princípio: Dividir o tempo em intervalos discretos, onde cada
intervalo corresponde a um quadro Usuários devem ser capazes de identificar os limites
desses intervalos: Uma estação especial poderia emitir um sinal no início
de cada intervalo
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15UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo CSMAProtocolo CSMA
CSMA — Carrier Sense Multiple Access: Protocolos de acesso múltiplo com detecção de
portadora
Três tipos básicos: 1-persistent Não persistente (nonpersistent) p-persistent
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16UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo CSMA Protocolo CSMA 1-persistent1-persistentPrincípioPrincípio
Uma estação ao desejar transmitir escuta o canal
Se estiver ocupado espera até ficar livre
Transmite o quadro quando o canal fica livre
Se ocorre uma colisão, a estação espera um tempo aleatório e começa o processo todo novamente
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17UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo CSMA Protocolo CSMA 1-persistent1-persistent
É chamado 1-persistent porque sempre transmite ao verificar que o canal está desocupado, ou seja,
Probabilidade = 1 de transmitir, se canal está livre
O tempo de propagação tem um efeito importante no desempenho do protocolo
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18UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo CSMA não persistenteProtocolo CSMA não persistente
Similar ao 1-persistent
Diferença: Ao verificar que o canal está ocupado espera um
período de tempo aleatório e começa o processo novamente
Método menos guloso que tem um desempenho melhor que o 1-persistent
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19UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo CSMA Protocolo CSMA p-persistentp-persistent
É usado em canais com slots (períodos de tempo)
Princípio do p-persistent: Estação escuta o canal Se livre, transmite com probabilidade p Senão, espera até o próximo slot (q = 1 – p) Repete o processo novamente no próximo slot Se ocorre colisão, a estação espera um tempo
aleatório e repete o processo
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20UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo CSMA Protocolo CSMA p-persistentp-persistent
Comparison of the channel utilization versus load for various random access protocols
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21UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo CSMA/CDProtocolo CSMA/CD
CD — Collision Detection
Melhoria introduzida: Uma estação ao detectar colisão pára de transmitir
imediatamente o quadro Economiza tempo e BW
CSMA/CD consiste em alternar períodos de contenção e transmissão
Foi padronizado como IEEE 802.3 (Ethernet)
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22UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo CSMA/CDProtocolo CSMA/CD
CSMA/CD can be in one of three states: contention, transmission, or idle
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23UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo CSMA/CDProtocolo CSMA/CD
Questão importante: quanto tempo uma estação deve esperar para saber se houve uma colisão ou não?
2x o tempo de propagação no cabo de ponta-a-ponta
Conclusão importante: Uma colisão não ocorre após esse período de tempo
Colisões afetam o desempenho do sistema principalmente em cabos longos e quadros curtos
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24UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Padrão IEEE 802 para LANs e MANsPadrão IEEE 802 para LANs e MANs
http://www.ieee802.org/dots.htmlOutubro 2009
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25UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Padrão IEEE 802 para LANs e MANsPadrão IEEE 802 para LANs e MANs
Conjunto de normas para LANs e MANs
Padrão adotado pelas seguintes organizações: ANSI, NIST e ISO
É dividido em partes que são publicados como livros separadamente
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26UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Padrão IEEE 802 para LANs e MANsPadrão IEEE 802 para LANs e MANs
Padrões importantes:
IEEE 802.3: Ethernet (LANs)
IEEE 802.11: WLANs (WiFi)
IEEE 802.16: (WiMax)
http://www.wi-fi.org/
http://www.wimaxforum.org/
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27UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
IEEE 802.3: FuncionamentoIEEE 802.3: Funcionamento
Estação escuta o canal antes de transmitir
Se estiver ocupado espera até ficar livre
Transmite o quadro se o canal estiver livre
Se ocorre uma colisão, a estação espera um tempo aleatório e começa o processo todo novamente
![Page 28: UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC Redes de Computadores Camada MAC Antonio Alfredo Ferreira Loureiro loureiro@dcc.ufmg.br Departamento de Ciência.](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022042517/570638511a28abb8238f8c03/html5/thumbnails/28.jpg)
28UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
IEEE 802.3IEEE 802.3
Baseado no padrão Ethernet de 10 Mbps proposto pela Xerox, DEC e Intel
This diagram was hand drawn by Robert M. Metcalfe and photographed by Dave R. Boggs in 1976 to produce a 35mm slide used to present Ethernet to the National Computer Conference in June of that year. On the drawing are the original terms for describing Ethernet.
Further information about the origins of Ethernet can be found in the reprinted from "Communications of the ACM" of Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks by Robert M. Metcalfe and David R. Boggs.
Source: http://grouper.ieee.org/groups/802/3/ethernet_diag.htmlhttp://www.acm.org/classics/apr96
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29UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
IEEE 802.3IEEE 802.3
Padrão define uma família de redes CSMA/CD 1-persistent com velocidades de
10 Mbps – IEEE 802.3 (Ethernet) 100 Mbps – IEEE 802.3u (Fast Ethernet) 1 Gbps – IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet) 10 Gbps – IEEE 802.3a{knp} (10G Ethernet)
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30UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
IEEE 802.3: CabeamentoIEEE 802.3: Cabeamento
Three kinds of Ethernet cabling. (a) 10Base5, (b) 10Base2, (c) 10Base-T
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31UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
IEEE 802.3:IEEE 802.3:Codificação ManchesterCodificação Manchester
Baseado em métodos que não fazem referência a um clock externo
Cada período de transmissão de um bit é dividido em dois intervalos idênticos
Princípio: sempre ocorre uma transição entre os intervalos
Requer o dobro de BW comparado com codificação direta em binário
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32UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
IEEE 802.3:IEEE 802.3:Codificação ManchesterCodificação Manchester
Codificação Manchester: Formato fixo
Codificação Manchester Diferencial: Bit 0: transição no início de um bit Bit 1: não há transição
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33UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
IEEE 802.3:IEEE 802.3:Codificação ManchesterCodificação Manchester
(a) Binary encoding, (b) Manchester encoding, (c) Differential Manchester encoding
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34UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
IEEE 802.3: QuadroIEEE 802.3: Quadro
Frame formats. (a) DIX (DEC, Intel & Xerox) Ethernet, (b) IEEE 802.3
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35UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo IEEE 802.3Protocolo IEEE 802.3
Preâmbulo (10101010) usado para sincronização entre RX e TX
Início de quadro: 10101011
Endereço: bit 47 = 0: para outra estação bit 47 = 1: multicast todos bits = 1: broadcast bit 46 = endereço local ou global
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36UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo IEEE 802.3Protocolo IEEE 802.3
Endereço: Camada de rede responsável por localizar estação no
caso endereço global
Comprimento do campo de dados 1500 bytes
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37UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo IEEE 802.3Protocolo IEEE 802.3
Pad: Campo de dados deve ser 46 Caso contrário, pad = 46 – esse valor Prevenir que uma estação termine de transmitir um
quadro antes do primeiro bit chegar no extremo do cabo e ocorra uma colisão
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38UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo IEEE 802.3Protocolo IEEE 802.3
Collision detection can take as long as 2
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39UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo IEEE 802.3Protocolo IEEE 802.3
Por que 64 bytes?
Para uma rede a 10 Mbps, comprimento máximo de 2500 metros, e quatro repetidores Tempo mínimo de transmissão = 51 s Tamanho mínimo do quadro = 64 bytes
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40UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo IEEE 802.3:Protocolo IEEE 802.3:Algoritmo de esperaAlgoritmo de espera
Ao ocorrer uma colisão, as estações devem esperar (sortear) um intervalo de tempo de espera
Modelo: Tempo é dividido em intervalos (slots) = 51.2 s
Algoritmo (binary exponential backoff)
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41UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo IEEE 802.3:Protocolo IEEE 802.3:Algoritmo de esperaAlgoritmo de espera
Slots de espera: Número inteiro no intervalo [0 .. 2c – 1], onde c é o
número de colisões consecutivas Para c de 10 a 16 o no máximo de slots é 1023 Valor máximo de c é 16, quando a tentativa de
transmitir é encerrada
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42UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Protocolo IEEE 802.3:Protocolo IEEE 802.3:Algoritmo de esperaAlgoritmo de espera
Ausência de colisão não garante recepção correta
Pode ocorrer erro de checksum
CSMA/CD não provê confirmação
Forma simples e rápida de permitir confirmação: Reservar o primeiro slot, após uma transmissão com
sucesso, para o destinatário
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43UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Observações sobre o desempenho Observações sobre o desempenho do padrão 802.3do padrão 802.3
Muito estudo analítico foi feito considerando que o tráfego segue uma distribuição de Poisson
Tráfego real é auto-similar (self-similar)
Auto-similaridade significa, por exemplo, que: Variância do número médio de pacotes transmitidos
em cada minuto de uma hora é similar ao número médio de pacotes transmitidos em cada segundo de um minuto
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44UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
LANs 802.3 comutadasLANs 802.3 comutadas
Solução quando o tráfego cresce a um ponto que a rede satura
Comutador (switch) típico: Backplane de alta velocidade (> 1 Gbps) 4 a 32 cartões de linha Cada cartão com 1 a 8 conectores Conexão 10Base-T
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45UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
LANs 802.3 comutadasLANs 802.3 comutadas
A simple example of switched Ethernet
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46UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
LAN 802.3 comutadas: TransmissãoLAN 802.3 comutadas: Transmissão
Algoritmo: Estação transmite o quadro para o switch HW da placa de rede verifica se o quadro é para
alguma estação conectada a placa Se for, transmite o quadro na linha correspondente Caso contrário, é enviado para a placa de rede da
estação destino através do backplane
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47UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
LAN 802.3 comutadas: TransmissãoLAN 802.3 comutadas: Transmissão
Colisão depende da implementação do comutador:
Todas as linhas de uma placa de rede estão conectadas entre si formando uma LAN
Cada placa forma sua própria rede CSMA/CD As redes podem transmitir em paralelo definindo um
domínio de colisão independente
Cada porto possui um buffer para armazenar quadros Quadros podem ser transmitidos e recebidos ao mesmo
tempo permitindo operação em paralelo e full-duplex Cada porto é um domínio de colisão independente
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48UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Características do padrãoCaracterísticas do padrãoIEEE 802.3IEEE 802.3
Possui um comportamento não determinístico o que faz com que o pior caso não seja conhecido a priori
Na prática depende de como o padrão é implementado
Quadros não possuem prioridades
Não é adequado para aplicações de tempo real como o padrão foi proposto
Na prática depende de como o padrão é implementado
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49UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Gigabit EthernetGigabit Ethernet
(a) A two-station Ethernet. (b) A multistation Ethernet
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50UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Gigabit EthernetGigabit EthernetCabeamentoCabeamento
Gigabit Ethernet cabling
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51UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
IEEE 802.2: Logical Link ControlIEEE 802.2: Logical Link Control
(a) Position of LLC. (b) Protocol formats.
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52UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Redes sem fioRedes sem fio
Infraestruturada: Backbone fixo, com fio Dispositivos móveis
comunicam diretamente com os pontos de acesso (AP)
Adequado para locais onde APs podem ser instalados
Sem infraestrutura (ad hoc):
Backbone sem fio Dispositivos móveis
comunicam diretamente entre si:
Elementos são móveis e servem como roteadores
Fácil instalação
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53UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
APAP
APAP: Access Point
Redes sem fioRedes sem fio
Infraestruturada
Ad hoc
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54UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
CélulaCélula
Organização básica de redes sem fio infraestruturadas
Célula: Área coberta por uma estação base responsável pela
comunicação sem fio com um elemento móvel (telefone celular, PDA, laptop, etc)
Possui um conjunto de freqüências alocadas, que são reutilizadas mas não em células vizinhas devido a interferências
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55UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Formato da célulaFormato da célula
Formato ideal Formato fictício Formato real
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56UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Características da célulaCaracterísticas da célula
Implementa multiplexação por divisão de espaço Estação base cobre uma certa área de transmissão
(célula)
Toda comunicação do/para elemento móvel é feita por meio da estação base
Tamanho da célula pode variar de poucas dezenas de metros a dezenas de quilômetros
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57UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Características da célulaCaracterísticas da célula
Vantagens: Maior capacidade de transmissão de dados, maior
número de usuários Menor potência de transmissão Solução robusta, descentralizada Estação base responsável por tratar interferência,
potência de transmissão, etc Desvantagens:
É necessária uma rede fixa para interconectar as estações base
Tratamento do handover Interferência de outras células
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58UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Diferentes tipos de célulaDiferentes tipos de célula
Macro célula Micro célulaPico célula
Cidade
Edificação
Global
Região metropolitana
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59UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Alguns padrões IEEE deAlguns padrões IEEE decomunicação sem fiocomunicação sem fio
WPAN (rede pessoal): IEEE 802.15
WLAN (rede local): IEEE 802.11
WMAN (rede metropolitana): IEEE 802.16
WPAN
WLAN
WMAN
http://www.wi-fi.org/
http://www.wimaxforum.org/
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60UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Padrão IEEE 802.11Padrão IEEE 802.11Conjunto de serviços básicosConjunto de serviços básicos
BSS (Basic Service Set) com um AP é camada de rede infraestruturada
BSS sem um AP é chamado de rede ad hoc
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61UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Conjunto de serviços básicosConjunto de serviços básicos
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62UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Conjunto de serviços estendidosConjunto de serviços estendidos
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63UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
IEEE 802.11IEEE 802.11Problema da estação escondidaProblema da estação escondida
B transmite para A C deseja transmitir para A C não escuta transmissão de B Colisão
B A C
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64UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
IEEE 802.11IEEE 802.11Problema da estação expostaProblema da estação exposta
A transmite para B C deseja transmitir para D C escuta transmissão de A C espera
B A C D
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65UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Modos de operação do IEEE 802.11Modos de operação do IEEE 802.11
DCF – Distributed Coordination Function Não usa qualquer tipo de controle centralizado Similar ao Ethernet Usa o CSMA/CA (CSMA with Collision Avoidance)
PCF – Point Coordination Function Usa a estação base para controlar toda a atividade em
sua célula Modo de operação opcional
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66UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Camada MAC noCamada MAC nopadrão IEEE 802.11padrão IEEE 802.11
![Page 67: UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC Redes de Computadores Camada MAC Antonio Alfredo Ferreira Loureiro loureiro@dcc.ufmg.br Departamento de Ciência.](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022042517/570638511a28abb8238f8c03/html5/thumbnails/67.jpg)
67UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Detecção de transmissão no Detecção de transmissão no CSMA/CACSMA/CA
Duas formas: Detecção de canal físico (physical channel sensing)
Detecção de canal virtual (virtual channel sensing)
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68UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Detecção de canal físicoDetecção de canal físico
Estação escuta canal físico
Se estiver ocioso, transmite e não escuta o canal durante toda a transmissão
Se estiver ocupado, espera ficar livre
Se uma colisão ocorre, as estações esperam um tempo aleatório usando o algoritmo “Binary Exponential Backoff”
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69UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
B A
C
D
Detecção de canal virtualDetecção de canal virtual
Baseado no MACAW (Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless)
Neste exemplo, A deseja transmitir para B. C é a estação dentro do alcance de A (e possivelmente de B, mas não importa). D é a estação dentro do alcance de B mas não no alcance de A.
– A envia RTS para B.– B responde com um CTS.– Ao receber o CTS, A envia seu quadro e dispara um temporizador por um ACK.– Ao receber corretamente o quadro, B responde com um ACK, finalizando a
comunicação.– Se o temporizador de A expirar, o procedimento é repetido.
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70UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Detecção de canal virtualDetecção de canal virtual Análise considerando Análise considerando CC e e DD
– C está dentro do alcance de A, e pode receber o RTS.– Se recebe, C sabe que alguma estação vai transmitir e
desiste de enviar qualquer dado até o término da transmissão.
– Na informação passada no RTS, C pode estimar quanto tempo irá gastar toda a transmissão, incluindo o envio do ACK. Assim, C seta como ocupado um canal virtual, indicado por NAV (Network Allocation Vector).
– D não escuta o RTS, mas escuta o CTS, e também seta o NAV como ocupado. Observe que o NAV não é uma mensagem e sim uma condição interna à estação que é setada
para indicar que ela não deve transmitir por um período de tempo.
B A
C
D
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71UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
ISM – Industrial, Scientific and Medical Industrial, Científica e Médica
Banda ISMBanda ISM
Não é necessário lincenciamento para sua utlização! Usada nos padrões IEEE 802.11, IEEE 802.15, Bluetooth,
microondas, telefone sem fio, etc Problema: caso diferentes redes e/ou dispositivos estejam
operando na mesma área, pode haver interferência
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72UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
IEEE 802.15 e BluetoothIEEE 802.15 e Bluetooth
Padrão Bluetooth: Projetado para substituir cabos usados para conectar
diferentes dispositivos como telefone, computador, câmera, impressora, máquinas de café, etc
Propõe uma solução (pilha) completa, i.e., da camada física à camada de aplicação
Bluetooth é uma rede ad hoc
Padrão IEEE 802.15: Similar ao Bluetooth, exceto que trata apenas das
camadas física e MAC
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73UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
História do “Bluetooth”História do “Bluetooth”
Harald I Bluetooth (Harald Blåtand, em dinarmaquês) foi o rei da Dinamarca entre 940 e 985 AD. O nome “Blåtand” é provavelmente derivado de duas palavras do dinarmaquês antigo, “blå” significando pele escura e “tan” grande homem. Ele nasceu em 910 e era filho do rei Grom, o velho (rei de Jutland, a principal península da Dinamarca) e sua esposa Thyre Danebold (filha do rei Ethelred da Inglaterra). Como muitos vikings, Harald considerava uma honra lutar por tesouros em terras estrangeiras. Quando a irmã de Harald, Gunhild, ficou viúva após a morte do rei norueguês Erik Blood Axe, ela procurou a ajuda de Harald para que lhe fosse assegurado o controle da Noruega. Ao invés, Harald conquistou a Noruega para si. Em 960, ele estava no auge de seu poder governando a Dinamarca e a Noruega. Ele foi batizado por um pastor chamado Poppo, enviado pelo imperador alemão. Ele então criou um um monumento onde se lê: “Rei Harald ergueu este monumento em memória de Grom seu pai e Thyre sua mãe. Harald conquistou toda a Dinamarca e Noruega e fez os dinarmaqueses cristãos”. Estas palavras também foram esculpidas em “pedras mágicas”. Harald foi morto em uma batalha em 985. Harald completou a unificação iniciada por seu pai, converteu os dinamarqueses ao cristianismo, e conquistou a Noruega.
Em 1994, a Ericsson começou a investigar a viabilidade e usar uma interface de rádio de baixa potência e baixo custo para conectar telefones celulares e seus acessórios. Em fevereiro de 1998, as empresas Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba e Intel formaram um Grupo de Interesse Especial (SIG – Special Interest Group) para desenvolverem um padrão de comunicação sem fio de pequeno alcance, que na versão 2.0 permite comunicação até 100 metros e 3 Mbps.
Em Setembro de 2009, o SIG Bluetooth tinha aproximadamente 12000 membros.
“PedraMágica”
www.bluetooth.com
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74UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Piconet BluetoothPiconet Bluetooth
PiconetScatternet
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75UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Topologia de redeTopologia de rede
Exemplo de uma piconet onde os círculos M (master), S (slave), P (park) e Sb (standby) representam um rádio Bluetooth
Rádios estão conectados entre si numa piconet
Piconet formada por um rádio mestre e até sete escravos
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76UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Formação de uma redeFormação de uma rede
Rádios Bluetooth são simétricos Qualquer rádio Bluetooth pode ser um mestre ou um
escravo
A configuração da Piconet é determinada no momento de sua formação
Tipicamente, o rádio que estabelece a conexão é o mestre
A função de troca “mestre/escravo” permite que os papéis sejam trocados
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77UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Formação de uma redeFormação de uma rede
Um dispositivo só pode ser o mestre em uma dada piconet
Rádio Bluetooth precisa entender dois parâmetros para formar uma piconet:
“Padrão de pulo” (hopping pattern) do rádio que se deseja conectar
Fase dentro desse padrão
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78UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Formação de uma redeFormação de uma rede
Rádio Bluetooth possui um identificador global único que é usado para criar um padrão de pulo
Ao se formar uma piconet, o rádio mestre compartilha o identificador global com outros rádios,
que passam a ter o papel de escravos provê a todos os rádios o padrão correto de pulo
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79UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Formação de uma redeFormação de uma rede
Uma estação é mestre somente durante uma conexão
Mecanismos de gerenciamento de enlace permitem a unidades de rádio usar TDM e agir como pontes entre piconets, formando uma scatternet
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80UFMG/DCC Redes de Computadores ― Camada MAC
Formação de uma redeFormação de uma rede
Também existem mecanismos que permitem às estações (mestre e escravo) requisitarem e aceitarem novas conexões
Objetivo é permitir a criação de múltiplos “cabos virtuais” ao invés de uma substituição de um único cabo
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Arquitetura BluetoothArquitetura Bluetooth
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Lista de Exercícios 4Lista de Exercícios 4
20. (Tanenbaum, Cap 4, #16). What is the baud rate of the standard 10-Mbps Ethernet?
21. (Tanenbaum, Cap 4, #17). Sketch the Manchester encoding for the bit stream: 0001110101.
22. (Tanenbaum, Cap 4, #18). Sketch the differential Manchester encoding for the bit stream of the previous problem. Assume the line is initially in the low state.
23. (Tanenbaum, Cap 4, #19). A 1-km-long, 10-Mbps CSMA/CD LAN (not 802.3) has a propagation speed of 200 m/μsec. Repeaters are not allowed in this system. Data frames are 256 bits long, including 32 bits of header, checksum, and other overhead. The first bit slot after a successful transmission is reserved for the receiver to capture the channel in order to send a 32-bit acknowledgement frame. What is the effective data rate, excluding overhead, assuming that there are no collisions?
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Lista de Exercícios 4Lista de Exercícios 4
24. (Tanenbaum, Cap 4, #22.) An IP packet to be transmitted by Ethernet is 60 bytes long, including all its headers. If LLC is not in use, is padding needed in the Ethernet frame, and if so, how many bytes?
25. (Tanenbaum, Cap 4, #23. Ethernet frames must be at least 64 bytes long to ensure that the transmitter is still going in the event of a collision at the far end of the cable. Fast Ethernet has the same 64-byte minimum frame size but can get the bits out ten times faster. How is it possible to maintain the same minimum frame size?