redes de computadoresreinaldo/computer_networks_files/03...06/07/2017 1 parte iii: camada de enlace...
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Parte III Camada de Enlace
Professor Reinaldo Gomesreinaldocomputacaoufcgedubr
Redes de Computadoresbull Hospedeiros e roteadores satildeo
noacutesbull Canais de comunicaccedilatildeo que
conectam noacutes adjacentes aolongo do caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlacesbull Enlaces guiados (cabeado) bull Enlaces natildeo guiados (eg raacutedio)
bull Entidade de camada 2 quadro
Camada de enlace introduccedilatildeo
Camada de enlace tem a responsabilidade de transferir um datagrama de um noacute para o noacute adjacente sobre um enlace
bullDatagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlaces diferentesbull ex Ethernet no primeiro enlace frame relaynos enlaces intermediaacuterios 80211 no uacuteltimo enlace
bullCada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace
A camada de enlace contexto Serviccedilos da Camada de Enlace
uml Enquadramento e acesso ao enlace curren Encapsula datagramas em quadros acrescentando
cabeccedilalhos e trailercurren Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhado
lsquoendereccedilos fiacutesicosrsquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para Identificar a fonte e o destino dos quadros
curren Diferente do endereccedilo IP
Delimitaccedilatildeo dos Quadrosuml Contador de caracteres
Delimitaccedilatildeo dos Quadros
uml Caracteres de inicializaccedilatildeo e finalizaccedilatildeo com caracter de preenchimento
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Delimitaccedilatildeo dos Quadrosuml Flags de inicializaccedilatildeo e finalizaccedilatildeo com caracter de
enchimento
Serviccedilos da Camada de Enlace
uml Transferecircncia dados da camada de rede da maacutequina de origem para a camada de rede do destinocurren Natildeo orientados a conexotildees e sem reconhecimenton Quadros independentesn Indicado para taxa de erros muito baixa ou traacutefego em tempo real
curren Natildeo orientados a conexotildees e com reconhecimenton Quadros confirmados individualmenten Uacutetil em canais natildeo confiaacuteveis (ex sistemas sem fio)
curren Orientados a conexotildees e com reconhecimenton Estabelecimento de conexatildeo antes da transferecircncia de dadosn Quadros confirmados individualmenten Garante que cada quadro seraacute recebido uma uacutenica vez e na ordem
correta
Serviccedilos da Camada de Enlace
uml Controle de fluxo curren Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
uml Detecccedilatildeo de erros curren Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos curren O receptor detecta a presenccedila de erros n Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
uml Correccedilatildeo de erros curren O receptor identifica e corrige o(s) bit(s) errado(s) sem
recorrer agrave retransmissatildeo
Controle de Fluxo
Protocolo Simplex sem restriccedilotildees
l Transmissatildeo de dados em um uacutenico sentido
l Camada de redes sempre prontal Buffer infinitol Natildeo haacute perda de quadros
Protocolo Simplex sem restriccedilotildees
Transmissor ReceptorEnlace
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Protocolo Simplex Pare-e-Espere (Stop-and-wait)
uml Os buffers natildeo satildeo infinitos (controle de fluxo)
uml O tempo de processamento natildeo eacute ignorado
uml O transmissor natildeo envia outra mensagem ateacute que a anterior tenha sido aceita como correta pelo receptor
uml Embora o traacutefego de dados seja simplex haacute fluxo de quadros em ambos os sentidos
Protocolo Simplex Pare-e-Espere (Stop-and-wait)
Transmissor ReceptorEnlace
Protocolo Simplex para um Canal com Ruiacutedo
Transmissor ReceptorEnlace
X(erro) Detectado erro
Quadro ignorado
Liga timer
Estoura timer
Desliga timer
Religa timer
Protocolo Simplex para um Canal com Ruiacutedo
Transmissor ReceptorEnlace
Liga timer
Estoura timer
X(erro)
DUPLICATADesliga timer
Religa timer
SOLUCcedilAtildeO Nuacutemeros deSequecircncia
Protocolo Simplex para um Canal com Ruiacutedouml Os quadros satildeo numerados sequencialmente
uml O transmissor transmite um quadro
uml O receptor envia um quadro de reconhecimento se o quadro for recebido corretamente caso contraacuterio haacute um descarte e eacute aguardada uma retransmissatildeo
uml Quadros natildeo reconhecidos satildeo retransmitidos (timer)
Protocolos de Janela Deslizante
uml Transmissatildeo de dados bidirecional
uml Teacutecnica de carona (piggybacking)
uml Janelas para transmissatildeo e recepccedilatildeocurren Janela de transmissatildeonnuacutemeros de sequecircncia habilitados para transmissatildeo
curren Janela de recepccedilatildeonnuacutemeros de sequecircncia habilitados para recepccedilatildeo
uml Os quadros satildeo mantidos na memoacuteria para possiacutevel retransmissatildeo
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Janela Deslizante de tamanho 1
Inicialmente Apoacutes a tx do1o quadro
Apoacutes a rx do1o quadro
Apoacutes a rx do1o Reconhe-cimento
Protocolos com Pipelining
uml A janela de tamanho 1 compromete a eficiecircncia paracurren longo tempo de tracircnsito (ida e volta)curren alta largura de bandacurren comprimento de quadro curto
Protocolos com Pipelining
uml Soluccedilatildeocurren Deixar o transmissor transmitir ateacute w quadros (sem
receber o reconhecimento do primeiro) antes de ser bloqueado
curren w deve ser escolhido de modo que o transmissor possa transmitir quadros por um tempo igual ao de tracircnsito antes de encher a janela
Protocolos com Pipelining
uml O que fazer se um quadro no meio da janela for danificado ou perdido
uml Abordagenscurren Go-back ncurren Retransmissatildeo Seletiva (Selective Reject)
Protocolos com Pipelining
uml Com GBN o destino descarta qualquer quadro fora de ordem portanto natildeo necessita de um buffer
uml Destino confirma (ie ACK) um quadro recebidocorretamente com o nuacutemero de sequecircncia do uacuteltimoquadro recebido em ordem
uml A fonte inicializa um tempo de espera para cada quadrotransmitido Caso natildeo receba confirmaccedilatildeo dentro destetempo a fonte retransmite o quadro expirado e todos osquadros enviados apoacutes aquele quadro
uml A fonte pode ter ateacute W quadros esperando porconfirmaccedilatildeo
GBN ARQ Exemplo 1
tempoS
R
P
1
Timeout para o 1 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
Quadro 1 eacute recebidocorretamente destino envia ACK
ACK do 1 chegaantes do seutimeout origempode enviar o quadro 5
Origem podetransmitir 4 quadrosantes que o timeout do 1 expire
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5
GBN ARQ Exemplo 1
timeS
R
1
timeout para o 2 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
Quadros 2 a 4 chegam na ordemno receptor receptor envia osACKs para eles
ACK do 2 chegaantes do seutimeout expirar origem pode enviaro 6
ACK ACK ACK
2
6
GBN ARQ Exemplo 1
timeS
R
1
timeout para 3 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
ACK ACK ACK
2
6
3
7
ACK do 3 chegaantes do seutimeout expirar origem pode enviaro 7
GBN ARQ Exemplo 1
timeS
R
1
timeout para 4 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
ACK ACK ACK
2
6
3
7
4
8
ACK do 4 chegaantes do seutimeout expirar origem pode enviaro 8 etc
GBN ARQ Exemplo 2
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACKACK
X
Todos os quadros satildeoentregues para a
camada superior mas a origem natildeo sabe
1 2 3 4
Quadros 1 a n devemser retransmitidos
2 3 4
ACK do 2 chega depois do timeoutOrigem prepara os quadros de 1 a 4 para
retransmissatildeo
GBN ARQ Exemplo 2
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACK ACK
X
1 2 3 4
Quadros de 1 a n devemser retransmitidos
ACK ACK ACK ACK
Todos os quadros satildeodescartados
(fora da ordem)
4 4 4 4
5
Origem podefinalmente enviar osquadros seguintes
Note que o destinocontinua enviandoo 4 como o uacuteltimoquadro recebido
em sequecircncia
Todos os quadros satildeoentregues para a
camada superior mas a origem natildeo sabe
GBN ARQ Exemplo 3
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACK
X
Nenhum quadropodeser passado para a camada superior O
destino continua pedindo o 1
1 2 3 4
Quadros 1 a n devemser retransmitidos
0 0 0
ACK para o quadro 2 chega depois do timeoutOrigem jaacute preparou os quadros de 1 a 4
para retransmissatildeo
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GBN ARQ Exemplo 3
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACK
X
Nenhum quadro podeser passado para a camada superior O
destino continua pedindo o 1
1 2 3 4
Quadros 1 a n devemser retransmitidos
0 0 0
ACK ACK ACK ACK
Todos os quadros satildeorecebidos em ordem e
passados para a camada superior
1 2 3 4
Destino informa o uacuteltimo quadro
recebido em sequecircncia
5
Origem pode enviar o quadro 5
Protocolos com Pipelining
uml Retransmissatildeo seletivacurren O noacute armazena os quadros corretos que chegarem apoacutes o
com erro O tx retransmite apenas o quadro com errocurren Ao receber o quadro que faltava o noacute entrega os diversos
quadros jaacute recebidos rapidamente e envia um reconhecimento do quadro de ordem mais alta
curren Necessita de maior quantidade de memoacuteria no noacute
Janela de recepccedilatildeo rarr maior que 1
Repeticcedilatildeo Seletiva Repeticcedilatildeo Seletiva
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Detecccedilatildeo X CorreccedilatildeocurrenMeio confiaacutevel rarr detecccedilatildeo
(+ retransmissatildeo)
currenMeio com muito ruiacutedo rarr correccedilatildeo
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Verificaccedilatildeo de ParidadeParidade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Paridade bidimensionalDetecta e corrige erro de um uacutenico
bit
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Quadro = dados + bits de verificaccedilatildeo (checksum)
uml Coacutedigo de Hamminguml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)
n = m + r Palavra do Coacutedigo
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Distacircncia de Hamming
10001001XOR 10110001
00111000curren As propriedades de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros de um
coacutedigo dependem de sua distacircncia de HammingDetecccedilatildeo d erros rarr distacircncia d + 1Correccedilatildeo d erros rarr distacircncia 2d + 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren n = m + rcurren r ocupa os bits que satildeo potecircncia de 2curren m ocupa os outros bitscurren r forccedila paridade par
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Numere os bits
curren Preencha os bits da mensagem
curren Os bits de verificaccedilatildeo resultam de um XOR das posiccedilotildees que influecircncia
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Exemplom = 0 1 1 0
m1 m2 m3 m4T(x) = __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 21 22 23
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4 x4 m5 m6
1 10 0
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo m = 0 1 1 0
x1 = m1 + m2 + m4 = 0 + 1 + 0 = 1 x2 = m1 + m3 + m4 = 0 + 1 + 0 = 1x3 = m2 + m3 + m4 = 1 + 1 + 0 = 0
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Exemplom = 0 1 1 0
m1 m2 m3 m4T(x) = __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 21 22 23
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4 x4 m5 m6
1 0 1 10 01
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Hammingcurren ExemploT(x) = 1100110 T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
x1 x2
x3
m1
m2
m4
m3
111
0
0 11
rarr
0
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
m1(3) = 1 + 2 = 20 + 21 = x1 x2m2(5) = 1 + 4 = 20 + 22 = x1 x3m3(6) = 2 + 4 = 21 + 22 = x2 x3m4(7) = 1 + 2 + 4 = 20 + 21 + 22 = x1 x2 x3
x1 = m1 + m2 + m4x2 = m1 + m3 + m4x3 = m2 + m3 + m4
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m420 21 22
1 2 3 4 5 6 7
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m420 21 22
1 2 3 4 5 6 7
X1 X2 X3Sem ruiacutedo 1 1 0
Ruiacutedo em m1 0 0 0Ruiacutedo em m2 0 1 1Ruiacutedo em m3 1 0 1Ruiacutedo em m4 0 0 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo Polinomial ou Coacutedigo de Redundacircncia
Ciacuteclica (CRC)curren Polinocircmio 110001 rarr x5 + x4 + x0
(6 bits rarr grau 5)uml Procedimento no trasmissorcurren Seja G(x) o gerador polinomial de grau r Acrescente r
bits 0 ao quadrocurren Divida o novo quadro pelo gerador G(x)curren Subtraia do quadro original o resto da divisatildeo (sem ldquovai
umrdquo)
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)curren Exemplo M(x) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0
G(x) = 1 0 0 1 1
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 11 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0
1 0 0 1 11 0 0 1 1
0 0 0 0 10 0 0 0 0
0 0 0 1 0
1 1 1 0 Resto
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 01 1 1 0
T(X) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0
Protocolos de acesso a meio compartilhado
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
bull Ponto-a-ponto fiouacutenico (eg PPP SLIP) bull Broadcast fio oumeio compartilhado
bull Ethernet tradicionalbull 80211 LAN sem fio
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo um noacute recebe dois ou mais sinais simultaneamente
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as entidadescompartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeopode transmitir
bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizaro proacutepro canal
bull Ou seja nenhumcanal fora-de-banda (ie out-of-band)paracoordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
Exemplo canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a
uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um
envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenartransmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos (ie slots) menores compartimentosde tempo frequumlecircncia etc
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull Necessita mecanismos para ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem nos seus turnos (mas com mais volume para
enviar podem usar turnos mais longos)
Protocolos MAC uma taxonomiaProtocolos MAC uma taxonomia
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos bull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo (tamanho = tempo de transmissatildeode quadro) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircmquadros compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMAProtocolos MAC com particionamento de canal TDMA
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm quadros as
bandas de frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias
band
as d
e fr
equumlecirc
ncia
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAProtocolos MAC com particionamento de canal FDMA
bull Quando o noacute tem um quadro a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas) bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
bull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterioProtocolos de acesso aleatoacuterio
Primeiro protocolo para canais de muacuteltiplo acesso Originalmente planejado para sistemas com base
stations centrais ou comunicaccedilatildeo via sateacutelite Usava duas frequecircncias Uplink em 413 MHz e Downlink em 407 MHz
trabalhando a 9600 bps
O noacute central retransmitetodos os quadros recebidos
Protocolo ALOHA
A rede eacute composta por um grande nuacutemero de estaccedilotildeesque transmitem dados em rajadas
Cadaestaccedilatildeo transmite um quadro assim que ele eacute recebido do usuaacuterio ndash natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeocom as outras estaccedilotildees para que apenas uma envie dados
O noacute central retransmite todos os quadros (tenham sidorecebidos corretamente ou natildeo) atraveacutes de seu canal de down link
As estaccedilotildees decidem se devem retransmitir baseado nasinformaccedilotildees que elas recebem do noacute central
Protocolo ALOHA
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Quadropronto
transmite
sim
Espera duranteround-trip time
Ackpositivosim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico knatildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Protocolo ALOHA
NOVO
NOVO
P
NOVO NOVO
colisatildeo
I B I B I B I B I
NOVO
NOVO
RET
RET
RET
RET
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
Protocolo ALOHA
O throughput do ALOHA pode ser melhorado se reduzirmoso periacuteodo em que o quadro se encontra ldquovuneraacutevelrdquo a interferecircncia de outros quadros
O Slotted ALOHA trabalha em um canal que eacute particionadoem slots de tempo
As estaccedilotildees soacute podem transmitir quadros no iniacutecio dos slots de tempo
Eacute necessaacuterio que seja realizada a sincronizaccedilatildeo das estaccedilotildees Essa sincronizaccedilatildeo eacute realizada atraveacutes da camada fiacutesica e controlada pela estaccedilatildeo central
Slotted ALOHA
Quadropronto
transmite
sim
wait for a round-trip time
considerando os slots
Ackpositivo
sim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico k
natildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Aguarda pelo proacuteximo slot
Slotted ALOHA
P τ
colisatildeo
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
time slot
I B I B B I B
NOVO
NEW
NOVO
NEW
NOVO
NOVO RET
RET
Slotted ALOHA
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o quadrobull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
bull Persistentebull Caso o meio estiver ocupado o noacute persiste escutando e quando o meio
ficar livre temos duas possibilidadesbull 1-Persistente transmite o quadro (ie p probabilidade igual a 1)bull P-Persistente com probabilidade P transmite e com probabilidade 1-P recua
bull Natildeo Persistentebull Calcula tempo de recuo (ie backoff) e permanece inativo pelo tempo
estipulado (tempo de recuo eacute decrementado somente enquanto o meioestiver LIVRE Caso o meio ficar ocupado congela contador ateacute o meioficar livre novamente Necessariamente o meio estaraacute livre quando o contador zerar)
CSMA Carrier Sense Multiple AccessCSMA Carrier Sense MultipleAccess
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes quaisquer podemnatildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do quadro eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMAColisotildees no CSMA
CSMACD detecccedilatildeo de portadora como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto (proporcional aotempo de propagaccedilatildeo)bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeodos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo (e aleacutem do mais colisatildeo acontece no receptor natildeo no transmissor)bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoCSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
Ethernetbull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
bull Ethernet se baseia no mecanismo do CSMACDbull Sem slots de tempobull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptadortransmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo
10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do
receptor
Quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 Bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Quadro Ethernet
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se
ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da EthernetCSMACD do Ethernet
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute
K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACDCSMACD do Ethernet
bull 80211bbull 24 GHz faixa de raacutedio sem licenccedilabull Ateacute 11 Mbpsbull Direct sequence spread spectrum (DSSS) na camada fiacutesica
bull Todos os hospedeiros usam a mesma sequumlecircncia de coacutedigobull Largamente empregado usando estaccedilotildees-base (pontos de acesso)
bull 80211a bull Faixa 5 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull 80211g bull Faixa 24 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull Todos usam CSMACA para acesso muacuteltiplobull Todos tecircm estaccedilotildees-base e versatildeo para redes ad hoc
IEEE 80211 LAN sem fio
bull Hospedeiro sem fio se comunica com a estaccedilatildeo-basebull Estaccedilatildeo-base = ponto de
acesso (AP)bull Basic Service Set (BSS) (ou
ldquoceacutelulardquo) no modo infra-estrutura conteacutembull Hospedeiros sem fiobull Ponto de acesso (AP)
estaccedilatildeo- basebull Modo ad hoc somente
hospedeiros
80211 arquitetura de LAN 80211 Canais associaccedilatildeo
bull 80211b o espectro de 24 GHz-2485 GHz eacute dividido em 11 canaisde diferentes frequumlecircncias
bull O administrador escolhe a frequumlecircncia para o AP
bull Possiacutevel interferecircncia canal pode ser o mesmo que aqueleescolhido por um AP vizinho
bull Hospedeiro deve associar-se com um AP
bull Percorre (scanning) canais buscando quadros beacon que contecircm o nome do AP (SSID) e o endereccedilo MAC
bull Escolhe um AP para se associarbull Pode realizar autenticaccedilatildeo
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14
bull Evita colisotildees 2 ou mais noacutes transmitindo ao mesmo tempobull 80211 CSMA ndash escuta antes de transmitir
bull Natildeo colide com transmissotildees em curso de outros noacutesbull 80211 natildeo faz detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Difiacutecil de receber (sentir as colisotildees) quando transmitindo devido aosinal recebido ser muito fraco (desvanecimento)
bull Pode natildeo perceber as colisotildees colisatildeo acontece no receptorhbull Meta evitar colisotildees CSMAC(collision)A(voidance)
IEEE 80211 acesso muacuteltiplo
Transmissor 802111 Se o canal eacute percebido quieto (idle) por
DIFS entatildeobull Transmite o quadro inteiro (sem CD)2 Se o canal eacute percebido ocupado entatildeobull Inicia um tempo de backoff aleatoacuteriobull Temporizador decrementa contador
enquanto o canal estiver ociosobull Transmite quando temporizador expira
Se natildeo recebe ACK aumenta o intervalode recuo (backoff) aleatoacuterio repete passo2
Receptor 80211 bull Se o quadro eacute recebido corretamente
retorna ACK depois de SIFS (ACK eacute necessaacuterio devido ao problema do terminal oculto)
IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA
Ideacuteia permite o transmissor ldquoreservarrdquo o canal em vez de acessaraleatoriamente ao enviar quadros de dados evita colisotildees de quadrosgrandes
bull Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) agrave estaccedilatildeo-base usando CSMA
bull RTSs podem ainda colidir uns com os outros mas satildeo pequenos
bull BS envia em broadcast clear to send CTS em resposta ao RTS
CTS eacute ouvido por todos os noacutesbullTransmissor envia o quadro de dados
bullOutras estaccedilotildees deferem suas transmissotildees
bullApoacutes recepccedilatildeo do quadro destinataacuterio envia confirmaccedilatildeo (ie ACK)
Evitando colisotildees Quadro 80211 endereccedilamento
Endereccedilo 2 endereccedilo MACdo hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro
Endereccedilo 1 endereccedilo MAC doHospedeiro ou Access Point (AP) que deve receber o quadro
Endereccedilo 3 endereccedilo MACda interface do roteador agrave qual o AP eacute ligado
Endereccedilo 4 usado apenas no modo ad hoc
Duraccedilatildeo do tempo detransmissatildeo reservada (RTSCTS)
seg do quadro(para ARQ confiaacutevel)
Tipo de quadro(RTS CTS ACK dados)
Quadro 80211
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo
consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou porcoacutedigobull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA Slotted-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(eg cabos) e difiacutecil em outros (eg wireless) bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA (Collision Avoidance) usado em 80211
mode ad hocbull Passagem de permissatildeo
bull Polling a partir de um noacute central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MACSumaacuterio dos protocolos MAC
Endereccedilamento da camada de enlace
Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra
fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARPEndereccedilos de LAN e ARP
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para
assegurar a unicidade)
bull Analogia(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem
reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais) Endereccedilos de LAN e ARP
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabelaARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute natabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabelaARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network) ARP na mesma rede local
objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cadarede IP (LAN)
Roteamento para outra LANRoteamento e ARP
bull A cria o pacote IP com origem A destino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadroEthernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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2
Delimitaccedilatildeo dos Quadrosuml Flags de inicializaccedilatildeo e finalizaccedilatildeo com caracter de
enchimento
Serviccedilos da Camada de Enlace
uml Transferecircncia dados da camada de rede da maacutequina de origem para a camada de rede do destinocurren Natildeo orientados a conexotildees e sem reconhecimenton Quadros independentesn Indicado para taxa de erros muito baixa ou traacutefego em tempo real
curren Natildeo orientados a conexotildees e com reconhecimenton Quadros confirmados individualmenten Uacutetil em canais natildeo confiaacuteveis (ex sistemas sem fio)
curren Orientados a conexotildees e com reconhecimenton Estabelecimento de conexatildeo antes da transferecircncia de dadosn Quadros confirmados individualmenten Garante que cada quadro seraacute recebido uma uacutenica vez e na ordem
correta
Serviccedilos da Camada de Enlace
uml Controle de fluxo curren Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
uml Detecccedilatildeo de erros curren Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos curren O receptor detecta a presenccedila de erros n Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
uml Correccedilatildeo de erros curren O receptor identifica e corrige o(s) bit(s) errado(s) sem
recorrer agrave retransmissatildeo
Controle de Fluxo
Protocolo Simplex sem restriccedilotildees
l Transmissatildeo de dados em um uacutenico sentido
l Camada de redes sempre prontal Buffer infinitol Natildeo haacute perda de quadros
Protocolo Simplex sem restriccedilotildees
Transmissor ReceptorEnlace
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Protocolo Simplex Pare-e-Espere (Stop-and-wait)
uml Os buffers natildeo satildeo infinitos (controle de fluxo)
uml O tempo de processamento natildeo eacute ignorado
uml O transmissor natildeo envia outra mensagem ateacute que a anterior tenha sido aceita como correta pelo receptor
uml Embora o traacutefego de dados seja simplex haacute fluxo de quadros em ambos os sentidos
Protocolo Simplex Pare-e-Espere (Stop-and-wait)
Transmissor ReceptorEnlace
Protocolo Simplex para um Canal com Ruiacutedo
Transmissor ReceptorEnlace
X(erro) Detectado erro
Quadro ignorado
Liga timer
Estoura timer
Desliga timer
Religa timer
Protocolo Simplex para um Canal com Ruiacutedo
Transmissor ReceptorEnlace
Liga timer
Estoura timer
X(erro)
DUPLICATADesliga timer
Religa timer
SOLUCcedilAtildeO Nuacutemeros deSequecircncia
Protocolo Simplex para um Canal com Ruiacutedouml Os quadros satildeo numerados sequencialmente
uml O transmissor transmite um quadro
uml O receptor envia um quadro de reconhecimento se o quadro for recebido corretamente caso contraacuterio haacute um descarte e eacute aguardada uma retransmissatildeo
uml Quadros natildeo reconhecidos satildeo retransmitidos (timer)
Protocolos de Janela Deslizante
uml Transmissatildeo de dados bidirecional
uml Teacutecnica de carona (piggybacking)
uml Janelas para transmissatildeo e recepccedilatildeocurren Janela de transmissatildeonnuacutemeros de sequecircncia habilitados para transmissatildeo
curren Janela de recepccedilatildeonnuacutemeros de sequecircncia habilitados para recepccedilatildeo
uml Os quadros satildeo mantidos na memoacuteria para possiacutevel retransmissatildeo
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4
Janela Deslizante de tamanho 1
Inicialmente Apoacutes a tx do1o quadro
Apoacutes a rx do1o quadro
Apoacutes a rx do1o Reconhe-cimento
Protocolos com Pipelining
uml A janela de tamanho 1 compromete a eficiecircncia paracurren longo tempo de tracircnsito (ida e volta)curren alta largura de bandacurren comprimento de quadro curto
Protocolos com Pipelining
uml Soluccedilatildeocurren Deixar o transmissor transmitir ateacute w quadros (sem
receber o reconhecimento do primeiro) antes de ser bloqueado
curren w deve ser escolhido de modo que o transmissor possa transmitir quadros por um tempo igual ao de tracircnsito antes de encher a janela
Protocolos com Pipelining
uml O que fazer se um quadro no meio da janela for danificado ou perdido
uml Abordagenscurren Go-back ncurren Retransmissatildeo Seletiva (Selective Reject)
Protocolos com Pipelining
uml Com GBN o destino descarta qualquer quadro fora de ordem portanto natildeo necessita de um buffer
uml Destino confirma (ie ACK) um quadro recebidocorretamente com o nuacutemero de sequecircncia do uacuteltimoquadro recebido em ordem
uml A fonte inicializa um tempo de espera para cada quadrotransmitido Caso natildeo receba confirmaccedilatildeo dentro destetempo a fonte retransmite o quadro expirado e todos osquadros enviados apoacutes aquele quadro
uml A fonte pode ter ateacute W quadros esperando porconfirmaccedilatildeo
GBN ARQ Exemplo 1
tempoS
R
P
1
Timeout para o 1 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
Quadro 1 eacute recebidocorretamente destino envia ACK
ACK do 1 chegaantes do seutimeout origempode enviar o quadro 5
Origem podetransmitir 4 quadrosantes que o timeout do 1 expire
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5
GBN ARQ Exemplo 1
timeS
R
1
timeout para o 2 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
Quadros 2 a 4 chegam na ordemno receptor receptor envia osACKs para eles
ACK do 2 chegaantes do seutimeout expirar origem pode enviaro 6
ACK ACK ACK
2
6
GBN ARQ Exemplo 1
timeS
R
1
timeout para 3 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
ACK ACK ACK
2
6
3
7
ACK do 3 chegaantes do seutimeout expirar origem pode enviaro 7
GBN ARQ Exemplo 1
timeS
R
1
timeout para 4 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
ACK ACK ACK
2
6
3
7
4
8
ACK do 4 chegaantes do seutimeout expirar origem pode enviaro 8 etc
GBN ARQ Exemplo 2
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACKACK
X
Todos os quadros satildeoentregues para a
camada superior mas a origem natildeo sabe
1 2 3 4
Quadros 1 a n devemser retransmitidos
2 3 4
ACK do 2 chega depois do timeoutOrigem prepara os quadros de 1 a 4 para
retransmissatildeo
GBN ARQ Exemplo 2
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACK ACK
X
1 2 3 4
Quadros de 1 a n devemser retransmitidos
ACK ACK ACK ACK
Todos os quadros satildeodescartados
(fora da ordem)
4 4 4 4
5
Origem podefinalmente enviar osquadros seguintes
Note que o destinocontinua enviandoo 4 como o uacuteltimoquadro recebido
em sequecircncia
Todos os quadros satildeoentregues para a
camada superior mas a origem natildeo sabe
GBN ARQ Exemplo 3
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACK
X
Nenhum quadropodeser passado para a camada superior O
destino continua pedindo o 1
1 2 3 4
Quadros 1 a n devemser retransmitidos
0 0 0
ACK para o quadro 2 chega depois do timeoutOrigem jaacute preparou os quadros de 1 a 4
para retransmissatildeo
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6
GBN ARQ Exemplo 3
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACK
X
Nenhum quadro podeser passado para a camada superior O
destino continua pedindo o 1
1 2 3 4
Quadros 1 a n devemser retransmitidos
0 0 0
ACK ACK ACK ACK
Todos os quadros satildeorecebidos em ordem e
passados para a camada superior
1 2 3 4
Destino informa o uacuteltimo quadro
recebido em sequecircncia
5
Origem pode enviar o quadro 5
Protocolos com Pipelining
uml Retransmissatildeo seletivacurren O noacute armazena os quadros corretos que chegarem apoacutes o
com erro O tx retransmite apenas o quadro com errocurren Ao receber o quadro que faltava o noacute entrega os diversos
quadros jaacute recebidos rapidamente e envia um reconhecimento do quadro de ordem mais alta
curren Necessita de maior quantidade de memoacuteria no noacute
Janela de recepccedilatildeo rarr maior que 1
Repeticcedilatildeo Seletiva Repeticcedilatildeo Seletiva
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Detecccedilatildeo X CorreccedilatildeocurrenMeio confiaacutevel rarr detecccedilatildeo
(+ retransmissatildeo)
currenMeio com muito ruiacutedo rarr correccedilatildeo
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7
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Verificaccedilatildeo de ParidadeParidade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Paridade bidimensionalDetecta e corrige erro de um uacutenico
bit
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Quadro = dados + bits de verificaccedilatildeo (checksum)
uml Coacutedigo de Hamminguml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)
n = m + r Palavra do Coacutedigo
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Distacircncia de Hamming
10001001XOR 10110001
00111000curren As propriedades de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros de um
coacutedigo dependem de sua distacircncia de HammingDetecccedilatildeo d erros rarr distacircncia d + 1Correccedilatildeo d erros rarr distacircncia 2d + 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren n = m + rcurren r ocupa os bits que satildeo potecircncia de 2curren m ocupa os outros bitscurren r forccedila paridade par
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Numere os bits
curren Preencha os bits da mensagem
curren Os bits de verificaccedilatildeo resultam de um XOR das posiccedilotildees que influecircncia
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Exemplom = 0 1 1 0
m1 m2 m3 m4T(x) = __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 21 22 23
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4 x4 m5 m6
1 10 0
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo m = 0 1 1 0
x1 = m1 + m2 + m4 = 0 + 1 + 0 = 1 x2 = m1 + m3 + m4 = 0 + 1 + 0 = 1x3 = m2 + m3 + m4 = 1 + 1 + 0 = 0
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Exemplom = 0 1 1 0
m1 m2 m3 m4T(x) = __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 21 22 23
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4 x4 m5 m6
1 0 1 10 01
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Hammingcurren ExemploT(x) = 1100110 T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
x1 x2
x3
m1
m2
m4
m3
111
0
0 11
rarr
0
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
m1(3) = 1 + 2 = 20 + 21 = x1 x2m2(5) = 1 + 4 = 20 + 22 = x1 x3m3(6) = 2 + 4 = 21 + 22 = x2 x3m4(7) = 1 + 2 + 4 = 20 + 21 + 22 = x1 x2 x3
x1 = m1 + m2 + m4x2 = m1 + m3 + m4x3 = m2 + m3 + m4
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m420 21 22
1 2 3 4 5 6 7
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m420 21 22
1 2 3 4 5 6 7
X1 X2 X3Sem ruiacutedo 1 1 0
Ruiacutedo em m1 0 0 0Ruiacutedo em m2 0 1 1Ruiacutedo em m3 1 0 1Ruiacutedo em m4 0 0 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo Polinomial ou Coacutedigo de Redundacircncia
Ciacuteclica (CRC)curren Polinocircmio 110001 rarr x5 + x4 + x0
(6 bits rarr grau 5)uml Procedimento no trasmissorcurren Seja G(x) o gerador polinomial de grau r Acrescente r
bits 0 ao quadrocurren Divida o novo quadro pelo gerador G(x)curren Subtraia do quadro original o resto da divisatildeo (sem ldquovai
umrdquo)
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)curren Exemplo M(x) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0
G(x) = 1 0 0 1 1
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 11 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0
1 0 0 1 11 0 0 1 1
0 0 0 0 10 0 0 0 0
0 0 0 1 0
1 1 1 0 Resto
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 01 1 1 0
T(X) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0
Protocolos de acesso a meio compartilhado
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
bull Ponto-a-ponto fiouacutenico (eg PPP SLIP) bull Broadcast fio oumeio compartilhado
bull Ethernet tradicionalbull 80211 LAN sem fio
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo um noacute recebe dois ou mais sinais simultaneamente
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as entidadescompartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeopode transmitir
bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizaro proacutepro canal
bull Ou seja nenhumcanal fora-de-banda (ie out-of-band)paracoordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
Exemplo canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a
uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um
envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenartransmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos (ie slots) menores compartimentosde tempo frequumlecircncia etc
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull Necessita mecanismos para ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem nos seus turnos (mas com mais volume para
enviar podem usar turnos mais longos)
Protocolos MAC uma taxonomiaProtocolos MAC uma taxonomia
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos bull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo (tamanho = tempo de transmissatildeode quadro) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircmquadros compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMAProtocolos MAC com particionamento de canal TDMA
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm quadros as
bandas de frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias
band
as d
e fr
equumlecirc
ncia
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAProtocolos MAC com particionamento de canal FDMA
bull Quando o noacute tem um quadro a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas) bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
bull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterioProtocolos de acesso aleatoacuterio
Primeiro protocolo para canais de muacuteltiplo acesso Originalmente planejado para sistemas com base
stations centrais ou comunicaccedilatildeo via sateacutelite Usava duas frequecircncias Uplink em 413 MHz e Downlink em 407 MHz
trabalhando a 9600 bps
O noacute central retransmitetodos os quadros recebidos
Protocolo ALOHA
A rede eacute composta por um grande nuacutemero de estaccedilotildeesque transmitem dados em rajadas
Cadaestaccedilatildeo transmite um quadro assim que ele eacute recebido do usuaacuterio ndash natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeocom as outras estaccedilotildees para que apenas uma envie dados
O noacute central retransmite todos os quadros (tenham sidorecebidos corretamente ou natildeo) atraveacutes de seu canal de down link
As estaccedilotildees decidem se devem retransmitir baseado nasinformaccedilotildees que elas recebem do noacute central
Protocolo ALOHA
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Quadropronto
transmite
sim
Espera duranteround-trip time
Ackpositivosim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico knatildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Protocolo ALOHA
NOVO
NOVO
P
NOVO NOVO
colisatildeo
I B I B I B I B I
NOVO
NOVO
RET
RET
RET
RET
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
Protocolo ALOHA
O throughput do ALOHA pode ser melhorado se reduzirmoso periacuteodo em que o quadro se encontra ldquovuneraacutevelrdquo a interferecircncia de outros quadros
O Slotted ALOHA trabalha em um canal que eacute particionadoem slots de tempo
As estaccedilotildees soacute podem transmitir quadros no iniacutecio dos slots de tempo
Eacute necessaacuterio que seja realizada a sincronizaccedilatildeo das estaccedilotildees Essa sincronizaccedilatildeo eacute realizada atraveacutes da camada fiacutesica e controlada pela estaccedilatildeo central
Slotted ALOHA
Quadropronto
transmite
sim
wait for a round-trip time
considerando os slots
Ackpositivo
sim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico k
natildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Aguarda pelo proacuteximo slot
Slotted ALOHA
P τ
colisatildeo
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
time slot
I B I B B I B
NOVO
NEW
NOVO
NEW
NOVO
NOVO RET
RET
Slotted ALOHA
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o quadrobull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
bull Persistentebull Caso o meio estiver ocupado o noacute persiste escutando e quando o meio
ficar livre temos duas possibilidadesbull 1-Persistente transmite o quadro (ie p probabilidade igual a 1)bull P-Persistente com probabilidade P transmite e com probabilidade 1-P recua
bull Natildeo Persistentebull Calcula tempo de recuo (ie backoff) e permanece inativo pelo tempo
estipulado (tempo de recuo eacute decrementado somente enquanto o meioestiver LIVRE Caso o meio ficar ocupado congela contador ateacute o meioficar livre novamente Necessariamente o meio estaraacute livre quando o contador zerar)
CSMA Carrier Sense Multiple AccessCSMA Carrier Sense MultipleAccess
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes quaisquer podemnatildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do quadro eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMAColisotildees no CSMA
CSMACD detecccedilatildeo de portadora como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto (proporcional aotempo de propagaccedilatildeo)bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeodos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo (e aleacutem do mais colisatildeo acontece no receptor natildeo no transmissor)bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoCSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
Ethernetbull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
bull Ethernet se baseia no mecanismo do CSMACDbull Sem slots de tempobull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptadortransmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo
10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do
receptor
Quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 Bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Quadro Ethernet
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se
ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da EthernetCSMACD do Ethernet
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute
K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACDCSMACD do Ethernet
bull 80211bbull 24 GHz faixa de raacutedio sem licenccedilabull Ateacute 11 Mbpsbull Direct sequence spread spectrum (DSSS) na camada fiacutesica
bull Todos os hospedeiros usam a mesma sequumlecircncia de coacutedigobull Largamente empregado usando estaccedilotildees-base (pontos de acesso)
bull 80211a bull Faixa 5 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull 80211g bull Faixa 24 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull Todos usam CSMACA para acesso muacuteltiplobull Todos tecircm estaccedilotildees-base e versatildeo para redes ad hoc
IEEE 80211 LAN sem fio
bull Hospedeiro sem fio se comunica com a estaccedilatildeo-basebull Estaccedilatildeo-base = ponto de
acesso (AP)bull Basic Service Set (BSS) (ou
ldquoceacutelulardquo) no modo infra-estrutura conteacutembull Hospedeiros sem fiobull Ponto de acesso (AP)
estaccedilatildeo- basebull Modo ad hoc somente
hospedeiros
80211 arquitetura de LAN 80211 Canais associaccedilatildeo
bull 80211b o espectro de 24 GHz-2485 GHz eacute dividido em 11 canaisde diferentes frequumlecircncias
bull O administrador escolhe a frequumlecircncia para o AP
bull Possiacutevel interferecircncia canal pode ser o mesmo que aqueleescolhido por um AP vizinho
bull Hospedeiro deve associar-se com um AP
bull Percorre (scanning) canais buscando quadros beacon que contecircm o nome do AP (SSID) e o endereccedilo MAC
bull Escolhe um AP para se associarbull Pode realizar autenticaccedilatildeo
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bull Evita colisotildees 2 ou mais noacutes transmitindo ao mesmo tempobull 80211 CSMA ndash escuta antes de transmitir
bull Natildeo colide com transmissotildees em curso de outros noacutesbull 80211 natildeo faz detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Difiacutecil de receber (sentir as colisotildees) quando transmitindo devido aosinal recebido ser muito fraco (desvanecimento)
bull Pode natildeo perceber as colisotildees colisatildeo acontece no receptorhbull Meta evitar colisotildees CSMAC(collision)A(voidance)
IEEE 80211 acesso muacuteltiplo
Transmissor 802111 Se o canal eacute percebido quieto (idle) por
DIFS entatildeobull Transmite o quadro inteiro (sem CD)2 Se o canal eacute percebido ocupado entatildeobull Inicia um tempo de backoff aleatoacuteriobull Temporizador decrementa contador
enquanto o canal estiver ociosobull Transmite quando temporizador expira
Se natildeo recebe ACK aumenta o intervalode recuo (backoff) aleatoacuterio repete passo2
Receptor 80211 bull Se o quadro eacute recebido corretamente
retorna ACK depois de SIFS (ACK eacute necessaacuterio devido ao problema do terminal oculto)
IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA
Ideacuteia permite o transmissor ldquoreservarrdquo o canal em vez de acessaraleatoriamente ao enviar quadros de dados evita colisotildees de quadrosgrandes
bull Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) agrave estaccedilatildeo-base usando CSMA
bull RTSs podem ainda colidir uns com os outros mas satildeo pequenos
bull BS envia em broadcast clear to send CTS em resposta ao RTS
CTS eacute ouvido por todos os noacutesbullTransmissor envia o quadro de dados
bullOutras estaccedilotildees deferem suas transmissotildees
bullApoacutes recepccedilatildeo do quadro destinataacuterio envia confirmaccedilatildeo (ie ACK)
Evitando colisotildees Quadro 80211 endereccedilamento
Endereccedilo 2 endereccedilo MACdo hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro
Endereccedilo 1 endereccedilo MAC doHospedeiro ou Access Point (AP) que deve receber o quadro
Endereccedilo 3 endereccedilo MACda interface do roteador agrave qual o AP eacute ligado
Endereccedilo 4 usado apenas no modo ad hoc
Duraccedilatildeo do tempo detransmissatildeo reservada (RTSCTS)
seg do quadro(para ARQ confiaacutevel)
Tipo de quadro(RTS CTS ACK dados)
Quadro 80211
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo
consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou porcoacutedigobull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA Slotted-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(eg cabos) e difiacutecil em outros (eg wireless) bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA (Collision Avoidance) usado em 80211
mode ad hocbull Passagem de permissatildeo
bull Polling a partir de um noacute central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MACSumaacuterio dos protocolos MAC
Endereccedilamento da camada de enlace
Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra
fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARPEndereccedilos de LAN e ARP
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para
assegurar a unicidade)
bull Analogia(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem
reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais) Endereccedilos de LAN e ARP
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabelaARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute natabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabelaARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network) ARP na mesma rede local
objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cadarede IP (LAN)
Roteamento para outra LANRoteamento e ARP
bull A cria o pacote IP com origem A destino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadroEthernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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Protocolo Simplex Pare-e-Espere (Stop-and-wait)
uml Os buffers natildeo satildeo infinitos (controle de fluxo)
uml O tempo de processamento natildeo eacute ignorado
uml O transmissor natildeo envia outra mensagem ateacute que a anterior tenha sido aceita como correta pelo receptor
uml Embora o traacutefego de dados seja simplex haacute fluxo de quadros em ambos os sentidos
Protocolo Simplex Pare-e-Espere (Stop-and-wait)
Transmissor ReceptorEnlace
Protocolo Simplex para um Canal com Ruiacutedo
Transmissor ReceptorEnlace
X(erro) Detectado erro
Quadro ignorado
Liga timer
Estoura timer
Desliga timer
Religa timer
Protocolo Simplex para um Canal com Ruiacutedo
Transmissor ReceptorEnlace
Liga timer
Estoura timer
X(erro)
DUPLICATADesliga timer
Religa timer
SOLUCcedilAtildeO Nuacutemeros deSequecircncia
Protocolo Simplex para um Canal com Ruiacutedouml Os quadros satildeo numerados sequencialmente
uml O transmissor transmite um quadro
uml O receptor envia um quadro de reconhecimento se o quadro for recebido corretamente caso contraacuterio haacute um descarte e eacute aguardada uma retransmissatildeo
uml Quadros natildeo reconhecidos satildeo retransmitidos (timer)
Protocolos de Janela Deslizante
uml Transmissatildeo de dados bidirecional
uml Teacutecnica de carona (piggybacking)
uml Janelas para transmissatildeo e recepccedilatildeocurren Janela de transmissatildeonnuacutemeros de sequecircncia habilitados para transmissatildeo
curren Janela de recepccedilatildeonnuacutemeros de sequecircncia habilitados para recepccedilatildeo
uml Os quadros satildeo mantidos na memoacuteria para possiacutevel retransmissatildeo
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Janela Deslizante de tamanho 1
Inicialmente Apoacutes a tx do1o quadro
Apoacutes a rx do1o quadro
Apoacutes a rx do1o Reconhe-cimento
Protocolos com Pipelining
uml A janela de tamanho 1 compromete a eficiecircncia paracurren longo tempo de tracircnsito (ida e volta)curren alta largura de bandacurren comprimento de quadro curto
Protocolos com Pipelining
uml Soluccedilatildeocurren Deixar o transmissor transmitir ateacute w quadros (sem
receber o reconhecimento do primeiro) antes de ser bloqueado
curren w deve ser escolhido de modo que o transmissor possa transmitir quadros por um tempo igual ao de tracircnsito antes de encher a janela
Protocolos com Pipelining
uml O que fazer se um quadro no meio da janela for danificado ou perdido
uml Abordagenscurren Go-back ncurren Retransmissatildeo Seletiva (Selective Reject)
Protocolos com Pipelining
uml Com GBN o destino descarta qualquer quadro fora de ordem portanto natildeo necessita de um buffer
uml Destino confirma (ie ACK) um quadro recebidocorretamente com o nuacutemero de sequecircncia do uacuteltimoquadro recebido em ordem
uml A fonte inicializa um tempo de espera para cada quadrotransmitido Caso natildeo receba confirmaccedilatildeo dentro destetempo a fonte retransmite o quadro expirado e todos osquadros enviados apoacutes aquele quadro
uml A fonte pode ter ateacute W quadros esperando porconfirmaccedilatildeo
GBN ARQ Exemplo 1
tempoS
R
P
1
Timeout para o 1 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
Quadro 1 eacute recebidocorretamente destino envia ACK
ACK do 1 chegaantes do seutimeout origempode enviar o quadro 5
Origem podetransmitir 4 quadrosantes que o timeout do 1 expire
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5
GBN ARQ Exemplo 1
timeS
R
1
timeout para o 2 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
Quadros 2 a 4 chegam na ordemno receptor receptor envia osACKs para eles
ACK do 2 chegaantes do seutimeout expirar origem pode enviaro 6
ACK ACK ACK
2
6
GBN ARQ Exemplo 1
timeS
R
1
timeout para 3 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
ACK ACK ACK
2
6
3
7
ACK do 3 chegaantes do seutimeout expirar origem pode enviaro 7
GBN ARQ Exemplo 1
timeS
R
1
timeout para 4 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
ACK ACK ACK
2
6
3
7
4
8
ACK do 4 chegaantes do seutimeout expirar origem pode enviaro 8 etc
GBN ARQ Exemplo 2
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACKACK
X
Todos os quadros satildeoentregues para a
camada superior mas a origem natildeo sabe
1 2 3 4
Quadros 1 a n devemser retransmitidos
2 3 4
ACK do 2 chega depois do timeoutOrigem prepara os quadros de 1 a 4 para
retransmissatildeo
GBN ARQ Exemplo 2
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACK ACK
X
1 2 3 4
Quadros de 1 a n devemser retransmitidos
ACK ACK ACK ACK
Todos os quadros satildeodescartados
(fora da ordem)
4 4 4 4
5
Origem podefinalmente enviar osquadros seguintes
Note que o destinocontinua enviandoo 4 como o uacuteltimoquadro recebido
em sequecircncia
Todos os quadros satildeoentregues para a
camada superior mas a origem natildeo sabe
GBN ARQ Exemplo 3
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACK
X
Nenhum quadropodeser passado para a camada superior O
destino continua pedindo o 1
1 2 3 4
Quadros 1 a n devemser retransmitidos
0 0 0
ACK para o quadro 2 chega depois do timeoutOrigem jaacute preparou os quadros de 1 a 4
para retransmissatildeo
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6
GBN ARQ Exemplo 3
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACK
X
Nenhum quadro podeser passado para a camada superior O
destino continua pedindo o 1
1 2 3 4
Quadros 1 a n devemser retransmitidos
0 0 0
ACK ACK ACK ACK
Todos os quadros satildeorecebidos em ordem e
passados para a camada superior
1 2 3 4
Destino informa o uacuteltimo quadro
recebido em sequecircncia
5
Origem pode enviar o quadro 5
Protocolos com Pipelining
uml Retransmissatildeo seletivacurren O noacute armazena os quadros corretos que chegarem apoacutes o
com erro O tx retransmite apenas o quadro com errocurren Ao receber o quadro que faltava o noacute entrega os diversos
quadros jaacute recebidos rapidamente e envia um reconhecimento do quadro de ordem mais alta
curren Necessita de maior quantidade de memoacuteria no noacute
Janela de recepccedilatildeo rarr maior que 1
Repeticcedilatildeo Seletiva Repeticcedilatildeo Seletiva
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Detecccedilatildeo X CorreccedilatildeocurrenMeio confiaacutevel rarr detecccedilatildeo
(+ retransmissatildeo)
currenMeio com muito ruiacutedo rarr correccedilatildeo
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Verificaccedilatildeo de ParidadeParidade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Paridade bidimensionalDetecta e corrige erro de um uacutenico
bit
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Quadro = dados + bits de verificaccedilatildeo (checksum)
uml Coacutedigo de Hamminguml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)
n = m + r Palavra do Coacutedigo
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Distacircncia de Hamming
10001001XOR 10110001
00111000curren As propriedades de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros de um
coacutedigo dependem de sua distacircncia de HammingDetecccedilatildeo d erros rarr distacircncia d + 1Correccedilatildeo d erros rarr distacircncia 2d + 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren n = m + rcurren r ocupa os bits que satildeo potecircncia de 2curren m ocupa os outros bitscurren r forccedila paridade par
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Numere os bits
curren Preencha os bits da mensagem
curren Os bits de verificaccedilatildeo resultam de um XOR das posiccedilotildees que influecircncia
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Exemplom = 0 1 1 0
m1 m2 m3 m4T(x) = __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 21 22 23
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4 x4 m5 m6
1 10 0
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo m = 0 1 1 0
x1 = m1 + m2 + m4 = 0 + 1 + 0 = 1 x2 = m1 + m3 + m4 = 0 + 1 + 0 = 1x3 = m2 + m3 + m4 = 1 + 1 + 0 = 0
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Exemplom = 0 1 1 0
m1 m2 m3 m4T(x) = __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 21 22 23
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4 x4 m5 m6
1 0 1 10 01
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Hammingcurren ExemploT(x) = 1100110 T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
x1 x2
x3
m1
m2
m4
m3
111
0
0 11
rarr
0
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
m1(3) = 1 + 2 = 20 + 21 = x1 x2m2(5) = 1 + 4 = 20 + 22 = x1 x3m3(6) = 2 + 4 = 21 + 22 = x2 x3m4(7) = 1 + 2 + 4 = 20 + 21 + 22 = x1 x2 x3
x1 = m1 + m2 + m4x2 = m1 + m3 + m4x3 = m2 + m3 + m4
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m420 21 22
1 2 3 4 5 6 7
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m420 21 22
1 2 3 4 5 6 7
X1 X2 X3Sem ruiacutedo 1 1 0
Ruiacutedo em m1 0 0 0Ruiacutedo em m2 0 1 1Ruiacutedo em m3 1 0 1Ruiacutedo em m4 0 0 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo Polinomial ou Coacutedigo de Redundacircncia
Ciacuteclica (CRC)curren Polinocircmio 110001 rarr x5 + x4 + x0
(6 bits rarr grau 5)uml Procedimento no trasmissorcurren Seja G(x) o gerador polinomial de grau r Acrescente r
bits 0 ao quadrocurren Divida o novo quadro pelo gerador G(x)curren Subtraia do quadro original o resto da divisatildeo (sem ldquovai
umrdquo)
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)curren Exemplo M(x) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0
G(x) = 1 0 0 1 1
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 11 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0
1 0 0 1 11 0 0 1 1
0 0 0 0 10 0 0 0 0
0 0 0 1 0
1 1 1 0 Resto
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 01 1 1 0
T(X) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0
Protocolos de acesso a meio compartilhado
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
bull Ponto-a-ponto fiouacutenico (eg PPP SLIP) bull Broadcast fio oumeio compartilhado
bull Ethernet tradicionalbull 80211 LAN sem fio
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo um noacute recebe dois ou mais sinais simultaneamente
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as entidadescompartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeopode transmitir
bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizaro proacutepro canal
bull Ou seja nenhumcanal fora-de-banda (ie out-of-band)paracoordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
Exemplo canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a
uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um
envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenartransmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos (ie slots) menores compartimentosde tempo frequumlecircncia etc
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull Necessita mecanismos para ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem nos seus turnos (mas com mais volume para
enviar podem usar turnos mais longos)
Protocolos MAC uma taxonomiaProtocolos MAC uma taxonomia
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos bull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo (tamanho = tempo de transmissatildeode quadro) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircmquadros compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMAProtocolos MAC com particionamento de canal TDMA
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm quadros as
bandas de frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias
band
as d
e fr
equumlecirc
ncia
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAProtocolos MAC com particionamento de canal FDMA
bull Quando o noacute tem um quadro a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas) bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
bull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterioProtocolos de acesso aleatoacuterio
Primeiro protocolo para canais de muacuteltiplo acesso Originalmente planejado para sistemas com base
stations centrais ou comunicaccedilatildeo via sateacutelite Usava duas frequecircncias Uplink em 413 MHz e Downlink em 407 MHz
trabalhando a 9600 bps
O noacute central retransmitetodos os quadros recebidos
Protocolo ALOHA
A rede eacute composta por um grande nuacutemero de estaccedilotildeesque transmitem dados em rajadas
Cadaestaccedilatildeo transmite um quadro assim que ele eacute recebido do usuaacuterio ndash natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeocom as outras estaccedilotildees para que apenas uma envie dados
O noacute central retransmite todos os quadros (tenham sidorecebidos corretamente ou natildeo) atraveacutes de seu canal de down link
As estaccedilotildees decidem se devem retransmitir baseado nasinformaccedilotildees que elas recebem do noacute central
Protocolo ALOHA
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Quadropronto
transmite
sim
Espera duranteround-trip time
Ackpositivosim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico knatildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Protocolo ALOHA
NOVO
NOVO
P
NOVO NOVO
colisatildeo
I B I B I B I B I
NOVO
NOVO
RET
RET
RET
RET
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
Protocolo ALOHA
O throughput do ALOHA pode ser melhorado se reduzirmoso periacuteodo em que o quadro se encontra ldquovuneraacutevelrdquo a interferecircncia de outros quadros
O Slotted ALOHA trabalha em um canal que eacute particionadoem slots de tempo
As estaccedilotildees soacute podem transmitir quadros no iniacutecio dos slots de tempo
Eacute necessaacuterio que seja realizada a sincronizaccedilatildeo das estaccedilotildees Essa sincronizaccedilatildeo eacute realizada atraveacutes da camada fiacutesica e controlada pela estaccedilatildeo central
Slotted ALOHA
Quadropronto
transmite
sim
wait for a round-trip time
considerando os slots
Ackpositivo
sim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico k
natildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Aguarda pelo proacuteximo slot
Slotted ALOHA
P τ
colisatildeo
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
time slot
I B I B B I B
NOVO
NEW
NOVO
NEW
NOVO
NOVO RET
RET
Slotted ALOHA
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o quadrobull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
bull Persistentebull Caso o meio estiver ocupado o noacute persiste escutando e quando o meio
ficar livre temos duas possibilidadesbull 1-Persistente transmite o quadro (ie p probabilidade igual a 1)bull P-Persistente com probabilidade P transmite e com probabilidade 1-P recua
bull Natildeo Persistentebull Calcula tempo de recuo (ie backoff) e permanece inativo pelo tempo
estipulado (tempo de recuo eacute decrementado somente enquanto o meioestiver LIVRE Caso o meio ficar ocupado congela contador ateacute o meioficar livre novamente Necessariamente o meio estaraacute livre quando o contador zerar)
CSMA Carrier Sense Multiple AccessCSMA Carrier Sense MultipleAccess
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes quaisquer podemnatildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do quadro eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMAColisotildees no CSMA
CSMACD detecccedilatildeo de portadora como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto (proporcional aotempo de propagaccedilatildeo)bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeodos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo (e aleacutem do mais colisatildeo acontece no receptor natildeo no transmissor)bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoCSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
Ethernetbull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
bull Ethernet se baseia no mecanismo do CSMACDbull Sem slots de tempobull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptadortransmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo
10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do
receptor
Quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 Bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Quadro Ethernet
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se
ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da EthernetCSMACD do Ethernet
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute
K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACDCSMACD do Ethernet
bull 80211bbull 24 GHz faixa de raacutedio sem licenccedilabull Ateacute 11 Mbpsbull Direct sequence spread spectrum (DSSS) na camada fiacutesica
bull Todos os hospedeiros usam a mesma sequumlecircncia de coacutedigobull Largamente empregado usando estaccedilotildees-base (pontos de acesso)
bull 80211a bull Faixa 5 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull 80211g bull Faixa 24 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull Todos usam CSMACA para acesso muacuteltiplobull Todos tecircm estaccedilotildees-base e versatildeo para redes ad hoc
IEEE 80211 LAN sem fio
bull Hospedeiro sem fio se comunica com a estaccedilatildeo-basebull Estaccedilatildeo-base = ponto de
acesso (AP)bull Basic Service Set (BSS) (ou
ldquoceacutelulardquo) no modo infra-estrutura conteacutembull Hospedeiros sem fiobull Ponto de acesso (AP)
estaccedilatildeo- basebull Modo ad hoc somente
hospedeiros
80211 arquitetura de LAN 80211 Canais associaccedilatildeo
bull 80211b o espectro de 24 GHz-2485 GHz eacute dividido em 11 canaisde diferentes frequumlecircncias
bull O administrador escolhe a frequumlecircncia para o AP
bull Possiacutevel interferecircncia canal pode ser o mesmo que aqueleescolhido por um AP vizinho
bull Hospedeiro deve associar-se com um AP
bull Percorre (scanning) canais buscando quadros beacon que contecircm o nome do AP (SSID) e o endereccedilo MAC
bull Escolhe um AP para se associarbull Pode realizar autenticaccedilatildeo
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bull Evita colisotildees 2 ou mais noacutes transmitindo ao mesmo tempobull 80211 CSMA ndash escuta antes de transmitir
bull Natildeo colide com transmissotildees em curso de outros noacutesbull 80211 natildeo faz detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Difiacutecil de receber (sentir as colisotildees) quando transmitindo devido aosinal recebido ser muito fraco (desvanecimento)
bull Pode natildeo perceber as colisotildees colisatildeo acontece no receptorhbull Meta evitar colisotildees CSMAC(collision)A(voidance)
IEEE 80211 acesso muacuteltiplo
Transmissor 802111 Se o canal eacute percebido quieto (idle) por
DIFS entatildeobull Transmite o quadro inteiro (sem CD)2 Se o canal eacute percebido ocupado entatildeobull Inicia um tempo de backoff aleatoacuteriobull Temporizador decrementa contador
enquanto o canal estiver ociosobull Transmite quando temporizador expira
Se natildeo recebe ACK aumenta o intervalode recuo (backoff) aleatoacuterio repete passo2
Receptor 80211 bull Se o quadro eacute recebido corretamente
retorna ACK depois de SIFS (ACK eacute necessaacuterio devido ao problema do terminal oculto)
IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA
Ideacuteia permite o transmissor ldquoreservarrdquo o canal em vez de acessaraleatoriamente ao enviar quadros de dados evita colisotildees de quadrosgrandes
bull Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) agrave estaccedilatildeo-base usando CSMA
bull RTSs podem ainda colidir uns com os outros mas satildeo pequenos
bull BS envia em broadcast clear to send CTS em resposta ao RTS
CTS eacute ouvido por todos os noacutesbullTransmissor envia o quadro de dados
bullOutras estaccedilotildees deferem suas transmissotildees
bullApoacutes recepccedilatildeo do quadro destinataacuterio envia confirmaccedilatildeo (ie ACK)
Evitando colisotildees Quadro 80211 endereccedilamento
Endereccedilo 2 endereccedilo MACdo hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro
Endereccedilo 1 endereccedilo MAC doHospedeiro ou Access Point (AP) que deve receber o quadro
Endereccedilo 3 endereccedilo MACda interface do roteador agrave qual o AP eacute ligado
Endereccedilo 4 usado apenas no modo ad hoc
Duraccedilatildeo do tempo detransmissatildeo reservada (RTSCTS)
seg do quadro(para ARQ confiaacutevel)
Tipo de quadro(RTS CTS ACK dados)
Quadro 80211
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo
consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou porcoacutedigobull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA Slotted-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(eg cabos) e difiacutecil em outros (eg wireless) bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA (Collision Avoidance) usado em 80211
mode ad hocbull Passagem de permissatildeo
bull Polling a partir de um noacute central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MACSumaacuterio dos protocolos MAC
Endereccedilamento da camada de enlace
Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra
fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARPEndereccedilos de LAN e ARP
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para
assegurar a unicidade)
bull Analogia(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem
reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais) Endereccedilos de LAN e ARP
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabelaARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute natabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabelaARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network) ARP na mesma rede local
objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cadarede IP (LAN)
Roteamento para outra LANRoteamento e ARP
bull A cria o pacote IP com origem A destino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadroEthernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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4
Janela Deslizante de tamanho 1
Inicialmente Apoacutes a tx do1o quadro
Apoacutes a rx do1o quadro
Apoacutes a rx do1o Reconhe-cimento
Protocolos com Pipelining
uml A janela de tamanho 1 compromete a eficiecircncia paracurren longo tempo de tracircnsito (ida e volta)curren alta largura de bandacurren comprimento de quadro curto
Protocolos com Pipelining
uml Soluccedilatildeocurren Deixar o transmissor transmitir ateacute w quadros (sem
receber o reconhecimento do primeiro) antes de ser bloqueado
curren w deve ser escolhido de modo que o transmissor possa transmitir quadros por um tempo igual ao de tracircnsito antes de encher a janela
Protocolos com Pipelining
uml O que fazer se um quadro no meio da janela for danificado ou perdido
uml Abordagenscurren Go-back ncurren Retransmissatildeo Seletiva (Selective Reject)
Protocolos com Pipelining
uml Com GBN o destino descarta qualquer quadro fora de ordem portanto natildeo necessita de um buffer
uml Destino confirma (ie ACK) um quadro recebidocorretamente com o nuacutemero de sequecircncia do uacuteltimoquadro recebido em ordem
uml A fonte inicializa um tempo de espera para cada quadrotransmitido Caso natildeo receba confirmaccedilatildeo dentro destetempo a fonte retransmite o quadro expirado e todos osquadros enviados apoacutes aquele quadro
uml A fonte pode ter ateacute W quadros esperando porconfirmaccedilatildeo
GBN ARQ Exemplo 1
tempoS
R
P
1
Timeout para o 1 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
Quadro 1 eacute recebidocorretamente destino envia ACK
ACK do 1 chegaantes do seutimeout origempode enviar o quadro 5
Origem podetransmitir 4 quadrosantes que o timeout do 1 expire
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5
GBN ARQ Exemplo 1
timeS
R
1
timeout para o 2 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
Quadros 2 a 4 chegam na ordemno receptor receptor envia osACKs para eles
ACK do 2 chegaantes do seutimeout expirar origem pode enviaro 6
ACK ACK ACK
2
6
GBN ARQ Exemplo 1
timeS
R
1
timeout para 3 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
ACK ACK ACK
2
6
3
7
ACK do 3 chegaantes do seutimeout expirar origem pode enviaro 7
GBN ARQ Exemplo 1
timeS
R
1
timeout para 4 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
ACK ACK ACK
2
6
3
7
4
8
ACK do 4 chegaantes do seutimeout expirar origem pode enviaro 8 etc
GBN ARQ Exemplo 2
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACKACK
X
Todos os quadros satildeoentregues para a
camada superior mas a origem natildeo sabe
1 2 3 4
Quadros 1 a n devemser retransmitidos
2 3 4
ACK do 2 chega depois do timeoutOrigem prepara os quadros de 1 a 4 para
retransmissatildeo
GBN ARQ Exemplo 2
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACK ACK
X
1 2 3 4
Quadros de 1 a n devemser retransmitidos
ACK ACK ACK ACK
Todos os quadros satildeodescartados
(fora da ordem)
4 4 4 4
5
Origem podefinalmente enviar osquadros seguintes
Note que o destinocontinua enviandoo 4 como o uacuteltimoquadro recebido
em sequecircncia
Todos os quadros satildeoentregues para a
camada superior mas a origem natildeo sabe
GBN ARQ Exemplo 3
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACK
X
Nenhum quadropodeser passado para a camada superior O
destino continua pedindo o 1
1 2 3 4
Quadros 1 a n devemser retransmitidos
0 0 0
ACK para o quadro 2 chega depois do timeoutOrigem jaacute preparou os quadros de 1 a 4
para retransmissatildeo
06072017
6
GBN ARQ Exemplo 3
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACK
X
Nenhum quadro podeser passado para a camada superior O
destino continua pedindo o 1
1 2 3 4
Quadros 1 a n devemser retransmitidos
0 0 0
ACK ACK ACK ACK
Todos os quadros satildeorecebidos em ordem e
passados para a camada superior
1 2 3 4
Destino informa o uacuteltimo quadro
recebido em sequecircncia
5
Origem pode enviar o quadro 5
Protocolos com Pipelining
uml Retransmissatildeo seletivacurren O noacute armazena os quadros corretos que chegarem apoacutes o
com erro O tx retransmite apenas o quadro com errocurren Ao receber o quadro que faltava o noacute entrega os diversos
quadros jaacute recebidos rapidamente e envia um reconhecimento do quadro de ordem mais alta
curren Necessita de maior quantidade de memoacuteria no noacute
Janela de recepccedilatildeo rarr maior que 1
Repeticcedilatildeo Seletiva Repeticcedilatildeo Seletiva
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Detecccedilatildeo X CorreccedilatildeocurrenMeio confiaacutevel rarr detecccedilatildeo
(+ retransmissatildeo)
currenMeio com muito ruiacutedo rarr correccedilatildeo
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7
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Verificaccedilatildeo de ParidadeParidade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Paridade bidimensionalDetecta e corrige erro de um uacutenico
bit
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Quadro = dados + bits de verificaccedilatildeo (checksum)
uml Coacutedigo de Hamminguml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)
n = m + r Palavra do Coacutedigo
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Distacircncia de Hamming
10001001XOR 10110001
00111000curren As propriedades de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros de um
coacutedigo dependem de sua distacircncia de HammingDetecccedilatildeo d erros rarr distacircncia d + 1Correccedilatildeo d erros rarr distacircncia 2d + 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren n = m + rcurren r ocupa os bits que satildeo potecircncia de 2curren m ocupa os outros bitscurren r forccedila paridade par
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Numere os bits
curren Preencha os bits da mensagem
curren Os bits de verificaccedilatildeo resultam de um XOR das posiccedilotildees que influecircncia
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Exemplom = 0 1 1 0
m1 m2 m3 m4T(x) = __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 21 22 23
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4 x4 m5 m6
1 10 0
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8
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo m = 0 1 1 0
x1 = m1 + m2 + m4 = 0 + 1 + 0 = 1 x2 = m1 + m3 + m4 = 0 + 1 + 0 = 1x3 = m2 + m3 + m4 = 1 + 1 + 0 = 0
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Exemplom = 0 1 1 0
m1 m2 m3 m4T(x) = __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 21 22 23
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4 x4 m5 m6
1 0 1 10 01
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Hammingcurren ExemploT(x) = 1100110 T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
x1 x2
x3
m1
m2
m4
m3
111
0
0 11
rarr
0
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
m1(3) = 1 + 2 = 20 + 21 = x1 x2m2(5) = 1 + 4 = 20 + 22 = x1 x3m3(6) = 2 + 4 = 21 + 22 = x2 x3m4(7) = 1 + 2 + 4 = 20 + 21 + 22 = x1 x2 x3
x1 = m1 + m2 + m4x2 = m1 + m3 + m4x3 = m2 + m3 + m4
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m420 21 22
1 2 3 4 5 6 7
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m420 21 22
1 2 3 4 5 6 7
X1 X2 X3Sem ruiacutedo 1 1 0
Ruiacutedo em m1 0 0 0Ruiacutedo em m2 0 1 1Ruiacutedo em m3 1 0 1Ruiacutedo em m4 0 0 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo Polinomial ou Coacutedigo de Redundacircncia
Ciacuteclica (CRC)curren Polinocircmio 110001 rarr x5 + x4 + x0
(6 bits rarr grau 5)uml Procedimento no trasmissorcurren Seja G(x) o gerador polinomial de grau r Acrescente r
bits 0 ao quadrocurren Divida o novo quadro pelo gerador G(x)curren Subtraia do quadro original o resto da divisatildeo (sem ldquovai
umrdquo)
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9
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)curren Exemplo M(x) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0
G(x) = 1 0 0 1 1
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 11 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0
1 0 0 1 11 0 0 1 1
0 0 0 0 10 0 0 0 0
0 0 0 1 0
1 1 1 0 Resto
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 01 1 1 0
T(X) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0
Protocolos de acesso a meio compartilhado
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
bull Ponto-a-ponto fiouacutenico (eg PPP SLIP) bull Broadcast fio oumeio compartilhado
bull Ethernet tradicionalbull 80211 LAN sem fio
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo um noacute recebe dois ou mais sinais simultaneamente
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as entidadescompartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeopode transmitir
bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizaro proacutepro canal
bull Ou seja nenhumcanal fora-de-banda (ie out-of-band)paracoordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
Exemplo canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a
uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um
envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenartransmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos (ie slots) menores compartimentosde tempo frequumlecircncia etc
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull Necessita mecanismos para ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem nos seus turnos (mas com mais volume para
enviar podem usar turnos mais longos)
Protocolos MAC uma taxonomiaProtocolos MAC uma taxonomia
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos bull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo (tamanho = tempo de transmissatildeode quadro) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircmquadros compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMAProtocolos MAC com particionamento de canal TDMA
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm quadros as
bandas de frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias
band
as d
e fr
equumlecirc
ncia
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAProtocolos MAC com particionamento de canal FDMA
bull Quando o noacute tem um quadro a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas) bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
bull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterioProtocolos de acesso aleatoacuterio
Primeiro protocolo para canais de muacuteltiplo acesso Originalmente planejado para sistemas com base
stations centrais ou comunicaccedilatildeo via sateacutelite Usava duas frequecircncias Uplink em 413 MHz e Downlink em 407 MHz
trabalhando a 9600 bps
O noacute central retransmitetodos os quadros recebidos
Protocolo ALOHA
A rede eacute composta por um grande nuacutemero de estaccedilotildeesque transmitem dados em rajadas
Cadaestaccedilatildeo transmite um quadro assim que ele eacute recebido do usuaacuterio ndash natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeocom as outras estaccedilotildees para que apenas uma envie dados
O noacute central retransmite todos os quadros (tenham sidorecebidos corretamente ou natildeo) atraveacutes de seu canal de down link
As estaccedilotildees decidem se devem retransmitir baseado nasinformaccedilotildees que elas recebem do noacute central
Protocolo ALOHA
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Quadropronto
transmite
sim
Espera duranteround-trip time
Ackpositivosim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico knatildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Protocolo ALOHA
NOVO
NOVO
P
NOVO NOVO
colisatildeo
I B I B I B I B I
NOVO
NOVO
RET
RET
RET
RET
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
Protocolo ALOHA
O throughput do ALOHA pode ser melhorado se reduzirmoso periacuteodo em que o quadro se encontra ldquovuneraacutevelrdquo a interferecircncia de outros quadros
O Slotted ALOHA trabalha em um canal que eacute particionadoem slots de tempo
As estaccedilotildees soacute podem transmitir quadros no iniacutecio dos slots de tempo
Eacute necessaacuterio que seja realizada a sincronizaccedilatildeo das estaccedilotildees Essa sincronizaccedilatildeo eacute realizada atraveacutes da camada fiacutesica e controlada pela estaccedilatildeo central
Slotted ALOHA
Quadropronto
transmite
sim
wait for a round-trip time
considerando os slots
Ackpositivo
sim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico k
natildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Aguarda pelo proacuteximo slot
Slotted ALOHA
P τ
colisatildeo
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
time slot
I B I B B I B
NOVO
NEW
NOVO
NEW
NOVO
NOVO RET
RET
Slotted ALOHA
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o quadrobull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
bull Persistentebull Caso o meio estiver ocupado o noacute persiste escutando e quando o meio
ficar livre temos duas possibilidadesbull 1-Persistente transmite o quadro (ie p probabilidade igual a 1)bull P-Persistente com probabilidade P transmite e com probabilidade 1-P recua
bull Natildeo Persistentebull Calcula tempo de recuo (ie backoff) e permanece inativo pelo tempo
estipulado (tempo de recuo eacute decrementado somente enquanto o meioestiver LIVRE Caso o meio ficar ocupado congela contador ateacute o meioficar livre novamente Necessariamente o meio estaraacute livre quando o contador zerar)
CSMA Carrier Sense Multiple AccessCSMA Carrier Sense MultipleAccess
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes quaisquer podemnatildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do quadro eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMAColisotildees no CSMA
CSMACD detecccedilatildeo de portadora como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto (proporcional aotempo de propagaccedilatildeo)bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeodos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo (e aleacutem do mais colisatildeo acontece no receptor natildeo no transmissor)bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoCSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
Ethernetbull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
bull Ethernet se baseia no mecanismo do CSMACDbull Sem slots de tempobull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptadortransmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo
10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do
receptor
Quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 Bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Quadro Ethernet
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se
ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da EthernetCSMACD do Ethernet
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute
K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACDCSMACD do Ethernet
bull 80211bbull 24 GHz faixa de raacutedio sem licenccedilabull Ateacute 11 Mbpsbull Direct sequence spread spectrum (DSSS) na camada fiacutesica
bull Todos os hospedeiros usam a mesma sequumlecircncia de coacutedigobull Largamente empregado usando estaccedilotildees-base (pontos de acesso)
bull 80211a bull Faixa 5 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull 80211g bull Faixa 24 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull Todos usam CSMACA para acesso muacuteltiplobull Todos tecircm estaccedilotildees-base e versatildeo para redes ad hoc
IEEE 80211 LAN sem fio
bull Hospedeiro sem fio se comunica com a estaccedilatildeo-basebull Estaccedilatildeo-base = ponto de
acesso (AP)bull Basic Service Set (BSS) (ou
ldquoceacutelulardquo) no modo infra-estrutura conteacutembull Hospedeiros sem fiobull Ponto de acesso (AP)
estaccedilatildeo- basebull Modo ad hoc somente
hospedeiros
80211 arquitetura de LAN 80211 Canais associaccedilatildeo
bull 80211b o espectro de 24 GHz-2485 GHz eacute dividido em 11 canaisde diferentes frequumlecircncias
bull O administrador escolhe a frequumlecircncia para o AP
bull Possiacutevel interferecircncia canal pode ser o mesmo que aqueleescolhido por um AP vizinho
bull Hospedeiro deve associar-se com um AP
bull Percorre (scanning) canais buscando quadros beacon que contecircm o nome do AP (SSID) e o endereccedilo MAC
bull Escolhe um AP para se associarbull Pode realizar autenticaccedilatildeo
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bull Evita colisotildees 2 ou mais noacutes transmitindo ao mesmo tempobull 80211 CSMA ndash escuta antes de transmitir
bull Natildeo colide com transmissotildees em curso de outros noacutesbull 80211 natildeo faz detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Difiacutecil de receber (sentir as colisotildees) quando transmitindo devido aosinal recebido ser muito fraco (desvanecimento)
bull Pode natildeo perceber as colisotildees colisatildeo acontece no receptorhbull Meta evitar colisotildees CSMAC(collision)A(voidance)
IEEE 80211 acesso muacuteltiplo
Transmissor 802111 Se o canal eacute percebido quieto (idle) por
DIFS entatildeobull Transmite o quadro inteiro (sem CD)2 Se o canal eacute percebido ocupado entatildeobull Inicia um tempo de backoff aleatoacuteriobull Temporizador decrementa contador
enquanto o canal estiver ociosobull Transmite quando temporizador expira
Se natildeo recebe ACK aumenta o intervalode recuo (backoff) aleatoacuterio repete passo2
Receptor 80211 bull Se o quadro eacute recebido corretamente
retorna ACK depois de SIFS (ACK eacute necessaacuterio devido ao problema do terminal oculto)
IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA
Ideacuteia permite o transmissor ldquoreservarrdquo o canal em vez de acessaraleatoriamente ao enviar quadros de dados evita colisotildees de quadrosgrandes
bull Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) agrave estaccedilatildeo-base usando CSMA
bull RTSs podem ainda colidir uns com os outros mas satildeo pequenos
bull BS envia em broadcast clear to send CTS em resposta ao RTS
CTS eacute ouvido por todos os noacutesbullTransmissor envia o quadro de dados
bullOutras estaccedilotildees deferem suas transmissotildees
bullApoacutes recepccedilatildeo do quadro destinataacuterio envia confirmaccedilatildeo (ie ACK)
Evitando colisotildees Quadro 80211 endereccedilamento
Endereccedilo 2 endereccedilo MACdo hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro
Endereccedilo 1 endereccedilo MAC doHospedeiro ou Access Point (AP) que deve receber o quadro
Endereccedilo 3 endereccedilo MACda interface do roteador agrave qual o AP eacute ligado
Endereccedilo 4 usado apenas no modo ad hoc
Duraccedilatildeo do tempo detransmissatildeo reservada (RTSCTS)
seg do quadro(para ARQ confiaacutevel)
Tipo de quadro(RTS CTS ACK dados)
Quadro 80211
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo
consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou porcoacutedigobull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA Slotted-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(eg cabos) e difiacutecil em outros (eg wireless) bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA (Collision Avoidance) usado em 80211
mode ad hocbull Passagem de permissatildeo
bull Polling a partir de um noacute central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MACSumaacuterio dos protocolos MAC
Endereccedilamento da camada de enlace
Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra
fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARPEndereccedilos de LAN e ARP
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para
assegurar a unicidade)
bull Analogia(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem
reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais) Endereccedilos de LAN e ARP
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabelaARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute natabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabelaARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network) ARP na mesma rede local
objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cadarede IP (LAN)
Roteamento para outra LANRoteamento e ARP
bull A cria o pacote IP com origem A destino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadroEthernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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5
GBN ARQ Exemplo 1
timeS
R
1
timeout para o 2 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
Quadros 2 a 4 chegam na ordemno receptor receptor envia osACKs para eles
ACK do 2 chegaantes do seutimeout expirar origem pode enviaro 6
ACK ACK ACK
2
6
GBN ARQ Exemplo 1
timeS
R
1
timeout para 3 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
ACK ACK ACK
2
6
3
7
ACK do 3 chegaantes do seutimeout expirar origem pode enviaro 7
GBN ARQ Exemplo 1
timeS
R
1
timeout para 4 (T )
τ
2 3 4
ACK
1
5
ACK ACK ACK
2
6
3
7
4
8
ACK do 4 chegaantes do seutimeout expirar origem pode enviaro 8 etc
GBN ARQ Exemplo 2
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACKACK
X
Todos os quadros satildeoentregues para a
camada superior mas a origem natildeo sabe
1 2 3 4
Quadros 1 a n devemser retransmitidos
2 3 4
ACK do 2 chega depois do timeoutOrigem prepara os quadros de 1 a 4 para
retransmissatildeo
GBN ARQ Exemplo 2
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACK ACK
X
1 2 3 4
Quadros de 1 a n devemser retransmitidos
ACK ACK ACK ACK
Todos os quadros satildeodescartados
(fora da ordem)
4 4 4 4
5
Origem podefinalmente enviar osquadros seguintes
Note que o destinocontinua enviandoo 4 como o uacuteltimoquadro recebido
em sequecircncia
Todos os quadros satildeoentregues para a
camada superior mas a origem natildeo sabe
GBN ARQ Exemplo 3
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACK
X
Nenhum quadropodeser passado para a camada superior O
destino continua pedindo o 1
1 2 3 4
Quadros 1 a n devemser retransmitidos
0 0 0
ACK para o quadro 2 chega depois do timeoutOrigem jaacute preparou os quadros de 1 a 4
para retransmissatildeo
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6
GBN ARQ Exemplo 3
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACK
X
Nenhum quadro podeser passado para a camada superior O
destino continua pedindo o 1
1 2 3 4
Quadros 1 a n devemser retransmitidos
0 0 0
ACK ACK ACK ACK
Todos os quadros satildeorecebidos em ordem e
passados para a camada superior
1 2 3 4
Destino informa o uacuteltimo quadro
recebido em sequecircncia
5
Origem pode enviar o quadro 5
Protocolos com Pipelining
uml Retransmissatildeo seletivacurren O noacute armazena os quadros corretos que chegarem apoacutes o
com erro O tx retransmite apenas o quadro com errocurren Ao receber o quadro que faltava o noacute entrega os diversos
quadros jaacute recebidos rapidamente e envia um reconhecimento do quadro de ordem mais alta
curren Necessita de maior quantidade de memoacuteria no noacute
Janela de recepccedilatildeo rarr maior que 1
Repeticcedilatildeo Seletiva Repeticcedilatildeo Seletiva
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Detecccedilatildeo X CorreccedilatildeocurrenMeio confiaacutevel rarr detecccedilatildeo
(+ retransmissatildeo)
currenMeio com muito ruiacutedo rarr correccedilatildeo
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7
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Verificaccedilatildeo de ParidadeParidade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Paridade bidimensionalDetecta e corrige erro de um uacutenico
bit
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Quadro = dados + bits de verificaccedilatildeo (checksum)
uml Coacutedigo de Hamminguml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)
n = m + r Palavra do Coacutedigo
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Distacircncia de Hamming
10001001XOR 10110001
00111000curren As propriedades de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros de um
coacutedigo dependem de sua distacircncia de HammingDetecccedilatildeo d erros rarr distacircncia d + 1Correccedilatildeo d erros rarr distacircncia 2d + 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren n = m + rcurren r ocupa os bits que satildeo potecircncia de 2curren m ocupa os outros bitscurren r forccedila paridade par
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Numere os bits
curren Preencha os bits da mensagem
curren Os bits de verificaccedilatildeo resultam de um XOR das posiccedilotildees que influecircncia
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Exemplom = 0 1 1 0
m1 m2 m3 m4T(x) = __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 21 22 23
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4 x4 m5 m6
1 10 0
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8
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo m = 0 1 1 0
x1 = m1 + m2 + m4 = 0 + 1 + 0 = 1 x2 = m1 + m3 + m4 = 0 + 1 + 0 = 1x3 = m2 + m3 + m4 = 1 + 1 + 0 = 0
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Exemplom = 0 1 1 0
m1 m2 m3 m4T(x) = __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 21 22 23
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4 x4 m5 m6
1 0 1 10 01
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Hammingcurren ExemploT(x) = 1100110 T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
x1 x2
x3
m1
m2
m4
m3
111
0
0 11
rarr
0
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
m1(3) = 1 + 2 = 20 + 21 = x1 x2m2(5) = 1 + 4 = 20 + 22 = x1 x3m3(6) = 2 + 4 = 21 + 22 = x2 x3m4(7) = 1 + 2 + 4 = 20 + 21 + 22 = x1 x2 x3
x1 = m1 + m2 + m4x2 = m1 + m3 + m4x3 = m2 + m3 + m4
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m420 21 22
1 2 3 4 5 6 7
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m420 21 22
1 2 3 4 5 6 7
X1 X2 X3Sem ruiacutedo 1 1 0
Ruiacutedo em m1 0 0 0Ruiacutedo em m2 0 1 1Ruiacutedo em m3 1 0 1Ruiacutedo em m4 0 0 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo Polinomial ou Coacutedigo de Redundacircncia
Ciacuteclica (CRC)curren Polinocircmio 110001 rarr x5 + x4 + x0
(6 bits rarr grau 5)uml Procedimento no trasmissorcurren Seja G(x) o gerador polinomial de grau r Acrescente r
bits 0 ao quadrocurren Divida o novo quadro pelo gerador G(x)curren Subtraia do quadro original o resto da divisatildeo (sem ldquovai
umrdquo)
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)curren Exemplo M(x) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0
G(x) = 1 0 0 1 1
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 11 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0
1 0 0 1 11 0 0 1 1
0 0 0 0 10 0 0 0 0
0 0 0 1 0
1 1 1 0 Resto
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 01 1 1 0
T(X) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0
Protocolos de acesso a meio compartilhado
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
bull Ponto-a-ponto fiouacutenico (eg PPP SLIP) bull Broadcast fio oumeio compartilhado
bull Ethernet tradicionalbull 80211 LAN sem fio
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo um noacute recebe dois ou mais sinais simultaneamente
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as entidadescompartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeopode transmitir
bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizaro proacutepro canal
bull Ou seja nenhumcanal fora-de-banda (ie out-of-band)paracoordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
Exemplo canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a
uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um
envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenartransmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos (ie slots) menores compartimentosde tempo frequumlecircncia etc
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull Necessita mecanismos para ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem nos seus turnos (mas com mais volume para
enviar podem usar turnos mais longos)
Protocolos MAC uma taxonomiaProtocolos MAC uma taxonomia
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos bull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo (tamanho = tempo de transmissatildeode quadro) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircmquadros compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMAProtocolos MAC com particionamento de canal TDMA
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm quadros as
bandas de frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias
band
as d
e fr
equumlecirc
ncia
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAProtocolos MAC com particionamento de canal FDMA
bull Quando o noacute tem um quadro a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas) bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
bull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterioProtocolos de acesso aleatoacuterio
Primeiro protocolo para canais de muacuteltiplo acesso Originalmente planejado para sistemas com base
stations centrais ou comunicaccedilatildeo via sateacutelite Usava duas frequecircncias Uplink em 413 MHz e Downlink em 407 MHz
trabalhando a 9600 bps
O noacute central retransmitetodos os quadros recebidos
Protocolo ALOHA
A rede eacute composta por um grande nuacutemero de estaccedilotildeesque transmitem dados em rajadas
Cadaestaccedilatildeo transmite um quadro assim que ele eacute recebido do usuaacuterio ndash natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeocom as outras estaccedilotildees para que apenas uma envie dados
O noacute central retransmite todos os quadros (tenham sidorecebidos corretamente ou natildeo) atraveacutes de seu canal de down link
As estaccedilotildees decidem se devem retransmitir baseado nasinformaccedilotildees que elas recebem do noacute central
Protocolo ALOHA
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Quadropronto
transmite
sim
Espera duranteround-trip time
Ackpositivosim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico knatildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Protocolo ALOHA
NOVO
NOVO
P
NOVO NOVO
colisatildeo
I B I B I B I B I
NOVO
NOVO
RET
RET
RET
RET
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
Protocolo ALOHA
O throughput do ALOHA pode ser melhorado se reduzirmoso periacuteodo em que o quadro se encontra ldquovuneraacutevelrdquo a interferecircncia de outros quadros
O Slotted ALOHA trabalha em um canal que eacute particionadoem slots de tempo
As estaccedilotildees soacute podem transmitir quadros no iniacutecio dos slots de tempo
Eacute necessaacuterio que seja realizada a sincronizaccedilatildeo das estaccedilotildees Essa sincronizaccedilatildeo eacute realizada atraveacutes da camada fiacutesica e controlada pela estaccedilatildeo central
Slotted ALOHA
Quadropronto
transmite
sim
wait for a round-trip time
considerando os slots
Ackpositivo
sim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico k
natildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Aguarda pelo proacuteximo slot
Slotted ALOHA
P τ
colisatildeo
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
time slot
I B I B B I B
NOVO
NEW
NOVO
NEW
NOVO
NOVO RET
RET
Slotted ALOHA
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o quadrobull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
bull Persistentebull Caso o meio estiver ocupado o noacute persiste escutando e quando o meio
ficar livre temos duas possibilidadesbull 1-Persistente transmite o quadro (ie p probabilidade igual a 1)bull P-Persistente com probabilidade P transmite e com probabilidade 1-P recua
bull Natildeo Persistentebull Calcula tempo de recuo (ie backoff) e permanece inativo pelo tempo
estipulado (tempo de recuo eacute decrementado somente enquanto o meioestiver LIVRE Caso o meio ficar ocupado congela contador ateacute o meioficar livre novamente Necessariamente o meio estaraacute livre quando o contador zerar)
CSMA Carrier Sense Multiple AccessCSMA Carrier Sense MultipleAccess
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes quaisquer podemnatildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do quadro eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMAColisotildees no CSMA
CSMACD detecccedilatildeo de portadora como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto (proporcional aotempo de propagaccedilatildeo)bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeodos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo (e aleacutem do mais colisatildeo acontece no receptor natildeo no transmissor)bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoCSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
Ethernetbull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
bull Ethernet se baseia no mecanismo do CSMACDbull Sem slots de tempobull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptadortransmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo
10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do
receptor
Quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 Bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Quadro Ethernet
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se
ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da EthernetCSMACD do Ethernet
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute
K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACDCSMACD do Ethernet
bull 80211bbull 24 GHz faixa de raacutedio sem licenccedilabull Ateacute 11 Mbpsbull Direct sequence spread spectrum (DSSS) na camada fiacutesica
bull Todos os hospedeiros usam a mesma sequumlecircncia de coacutedigobull Largamente empregado usando estaccedilotildees-base (pontos de acesso)
bull 80211a bull Faixa 5 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull 80211g bull Faixa 24 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull Todos usam CSMACA para acesso muacuteltiplobull Todos tecircm estaccedilotildees-base e versatildeo para redes ad hoc
IEEE 80211 LAN sem fio
bull Hospedeiro sem fio se comunica com a estaccedilatildeo-basebull Estaccedilatildeo-base = ponto de
acesso (AP)bull Basic Service Set (BSS) (ou
ldquoceacutelulardquo) no modo infra-estrutura conteacutembull Hospedeiros sem fiobull Ponto de acesso (AP)
estaccedilatildeo- basebull Modo ad hoc somente
hospedeiros
80211 arquitetura de LAN 80211 Canais associaccedilatildeo
bull 80211b o espectro de 24 GHz-2485 GHz eacute dividido em 11 canaisde diferentes frequumlecircncias
bull O administrador escolhe a frequumlecircncia para o AP
bull Possiacutevel interferecircncia canal pode ser o mesmo que aqueleescolhido por um AP vizinho
bull Hospedeiro deve associar-se com um AP
bull Percorre (scanning) canais buscando quadros beacon que contecircm o nome do AP (SSID) e o endereccedilo MAC
bull Escolhe um AP para se associarbull Pode realizar autenticaccedilatildeo
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bull Evita colisotildees 2 ou mais noacutes transmitindo ao mesmo tempobull 80211 CSMA ndash escuta antes de transmitir
bull Natildeo colide com transmissotildees em curso de outros noacutesbull 80211 natildeo faz detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Difiacutecil de receber (sentir as colisotildees) quando transmitindo devido aosinal recebido ser muito fraco (desvanecimento)
bull Pode natildeo perceber as colisotildees colisatildeo acontece no receptorhbull Meta evitar colisotildees CSMAC(collision)A(voidance)
IEEE 80211 acesso muacuteltiplo
Transmissor 802111 Se o canal eacute percebido quieto (idle) por
DIFS entatildeobull Transmite o quadro inteiro (sem CD)2 Se o canal eacute percebido ocupado entatildeobull Inicia um tempo de backoff aleatoacuteriobull Temporizador decrementa contador
enquanto o canal estiver ociosobull Transmite quando temporizador expira
Se natildeo recebe ACK aumenta o intervalode recuo (backoff) aleatoacuterio repete passo2
Receptor 80211 bull Se o quadro eacute recebido corretamente
retorna ACK depois de SIFS (ACK eacute necessaacuterio devido ao problema do terminal oculto)
IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA
Ideacuteia permite o transmissor ldquoreservarrdquo o canal em vez de acessaraleatoriamente ao enviar quadros de dados evita colisotildees de quadrosgrandes
bull Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) agrave estaccedilatildeo-base usando CSMA
bull RTSs podem ainda colidir uns com os outros mas satildeo pequenos
bull BS envia em broadcast clear to send CTS em resposta ao RTS
CTS eacute ouvido por todos os noacutesbullTransmissor envia o quadro de dados
bullOutras estaccedilotildees deferem suas transmissotildees
bullApoacutes recepccedilatildeo do quadro destinataacuterio envia confirmaccedilatildeo (ie ACK)
Evitando colisotildees Quadro 80211 endereccedilamento
Endereccedilo 2 endereccedilo MACdo hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro
Endereccedilo 1 endereccedilo MAC doHospedeiro ou Access Point (AP) que deve receber o quadro
Endereccedilo 3 endereccedilo MACda interface do roteador agrave qual o AP eacute ligado
Endereccedilo 4 usado apenas no modo ad hoc
Duraccedilatildeo do tempo detransmissatildeo reservada (RTSCTS)
seg do quadro(para ARQ confiaacutevel)
Tipo de quadro(RTS CTS ACK dados)
Quadro 80211
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo
consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou porcoacutedigobull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA Slotted-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(eg cabos) e difiacutecil em outros (eg wireless) bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA (Collision Avoidance) usado em 80211
mode ad hocbull Passagem de permissatildeo
bull Polling a partir de um noacute central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MACSumaacuterio dos protocolos MAC
Endereccedilamento da camada de enlace
Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra
fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARPEndereccedilos de LAN e ARP
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para
assegurar a unicidade)
bull Analogia(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem
reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais) Endereccedilos de LAN e ARP
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabelaARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute natabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabelaARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network) ARP na mesma rede local
objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cadarede IP (LAN)
Roteamento para outra LANRoteamento e ARP
bull A cria o pacote IP com origem A destino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadroEthernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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GBN ARQ Exemplo 3
timeS
R
P
1
timeout (T )
τ
2 3 4
ACK ACK ACK
X
Nenhum quadro podeser passado para a camada superior O
destino continua pedindo o 1
1 2 3 4
Quadros 1 a n devemser retransmitidos
0 0 0
ACK ACK ACK ACK
Todos os quadros satildeorecebidos em ordem e
passados para a camada superior
1 2 3 4
Destino informa o uacuteltimo quadro
recebido em sequecircncia
5
Origem pode enviar o quadro 5
Protocolos com Pipelining
uml Retransmissatildeo seletivacurren O noacute armazena os quadros corretos que chegarem apoacutes o
com erro O tx retransmite apenas o quadro com errocurren Ao receber o quadro que faltava o noacute entrega os diversos
quadros jaacute recebidos rapidamente e envia um reconhecimento do quadro de ordem mais alta
curren Necessita de maior quantidade de memoacuteria no noacute
Janela de recepccedilatildeo rarr maior que 1
Repeticcedilatildeo Seletiva Repeticcedilatildeo Seletiva
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Detecccedilatildeo X CorreccedilatildeocurrenMeio confiaacutevel rarr detecccedilatildeo
(+ retransmissatildeo)
currenMeio com muito ruiacutedo rarr correccedilatildeo
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Verificaccedilatildeo de ParidadeParidade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Paridade bidimensionalDetecta e corrige erro de um uacutenico
bit
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Quadro = dados + bits de verificaccedilatildeo (checksum)
uml Coacutedigo de Hamminguml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)
n = m + r Palavra do Coacutedigo
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Distacircncia de Hamming
10001001XOR 10110001
00111000curren As propriedades de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros de um
coacutedigo dependem de sua distacircncia de HammingDetecccedilatildeo d erros rarr distacircncia d + 1Correccedilatildeo d erros rarr distacircncia 2d + 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren n = m + rcurren r ocupa os bits que satildeo potecircncia de 2curren m ocupa os outros bitscurren r forccedila paridade par
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Numere os bits
curren Preencha os bits da mensagem
curren Os bits de verificaccedilatildeo resultam de um XOR das posiccedilotildees que influecircncia
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Exemplom = 0 1 1 0
m1 m2 m3 m4T(x) = __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 21 22 23
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4 x4 m5 m6
1 10 0
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8
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo m = 0 1 1 0
x1 = m1 + m2 + m4 = 0 + 1 + 0 = 1 x2 = m1 + m3 + m4 = 0 + 1 + 0 = 1x3 = m2 + m3 + m4 = 1 + 1 + 0 = 0
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Exemplom = 0 1 1 0
m1 m2 m3 m4T(x) = __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 21 22 23
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4 x4 m5 m6
1 0 1 10 01
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Hammingcurren ExemploT(x) = 1100110 T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
x1 x2
x3
m1
m2
m4
m3
111
0
0 11
rarr
0
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
m1(3) = 1 + 2 = 20 + 21 = x1 x2m2(5) = 1 + 4 = 20 + 22 = x1 x3m3(6) = 2 + 4 = 21 + 22 = x2 x3m4(7) = 1 + 2 + 4 = 20 + 21 + 22 = x1 x2 x3
x1 = m1 + m2 + m4x2 = m1 + m3 + m4x3 = m2 + m3 + m4
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m420 21 22
1 2 3 4 5 6 7
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m420 21 22
1 2 3 4 5 6 7
X1 X2 X3Sem ruiacutedo 1 1 0
Ruiacutedo em m1 0 0 0Ruiacutedo em m2 0 1 1Ruiacutedo em m3 1 0 1Ruiacutedo em m4 0 0 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo Polinomial ou Coacutedigo de Redundacircncia
Ciacuteclica (CRC)curren Polinocircmio 110001 rarr x5 + x4 + x0
(6 bits rarr grau 5)uml Procedimento no trasmissorcurren Seja G(x) o gerador polinomial de grau r Acrescente r
bits 0 ao quadrocurren Divida o novo quadro pelo gerador G(x)curren Subtraia do quadro original o resto da divisatildeo (sem ldquovai
umrdquo)
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)curren Exemplo M(x) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0
G(x) = 1 0 0 1 1
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 11 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0
1 0 0 1 11 0 0 1 1
0 0 0 0 10 0 0 0 0
0 0 0 1 0
1 1 1 0 Resto
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 01 1 1 0
T(X) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0
Protocolos de acesso a meio compartilhado
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
bull Ponto-a-ponto fiouacutenico (eg PPP SLIP) bull Broadcast fio oumeio compartilhado
bull Ethernet tradicionalbull 80211 LAN sem fio
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo um noacute recebe dois ou mais sinais simultaneamente
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as entidadescompartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeopode transmitir
bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizaro proacutepro canal
bull Ou seja nenhumcanal fora-de-banda (ie out-of-band)paracoordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
Exemplo canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a
uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um
envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenartransmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos (ie slots) menores compartimentosde tempo frequumlecircncia etc
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull Necessita mecanismos para ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem nos seus turnos (mas com mais volume para
enviar podem usar turnos mais longos)
Protocolos MAC uma taxonomiaProtocolos MAC uma taxonomia
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos bull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo (tamanho = tempo de transmissatildeode quadro) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircmquadros compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMAProtocolos MAC com particionamento de canal TDMA
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm quadros as
bandas de frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias
band
as d
e fr
equumlecirc
ncia
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAProtocolos MAC com particionamento de canal FDMA
bull Quando o noacute tem um quadro a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas) bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
bull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterioProtocolos de acesso aleatoacuterio
Primeiro protocolo para canais de muacuteltiplo acesso Originalmente planejado para sistemas com base
stations centrais ou comunicaccedilatildeo via sateacutelite Usava duas frequecircncias Uplink em 413 MHz e Downlink em 407 MHz
trabalhando a 9600 bps
O noacute central retransmitetodos os quadros recebidos
Protocolo ALOHA
A rede eacute composta por um grande nuacutemero de estaccedilotildeesque transmitem dados em rajadas
Cadaestaccedilatildeo transmite um quadro assim que ele eacute recebido do usuaacuterio ndash natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeocom as outras estaccedilotildees para que apenas uma envie dados
O noacute central retransmite todos os quadros (tenham sidorecebidos corretamente ou natildeo) atraveacutes de seu canal de down link
As estaccedilotildees decidem se devem retransmitir baseado nasinformaccedilotildees que elas recebem do noacute central
Protocolo ALOHA
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Quadropronto
transmite
sim
Espera duranteround-trip time
Ackpositivosim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico knatildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Protocolo ALOHA
NOVO
NOVO
P
NOVO NOVO
colisatildeo
I B I B I B I B I
NOVO
NOVO
RET
RET
RET
RET
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
Protocolo ALOHA
O throughput do ALOHA pode ser melhorado se reduzirmoso periacuteodo em que o quadro se encontra ldquovuneraacutevelrdquo a interferecircncia de outros quadros
O Slotted ALOHA trabalha em um canal que eacute particionadoem slots de tempo
As estaccedilotildees soacute podem transmitir quadros no iniacutecio dos slots de tempo
Eacute necessaacuterio que seja realizada a sincronizaccedilatildeo das estaccedilotildees Essa sincronizaccedilatildeo eacute realizada atraveacutes da camada fiacutesica e controlada pela estaccedilatildeo central
Slotted ALOHA
Quadropronto
transmite
sim
wait for a round-trip time
considerando os slots
Ackpositivo
sim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico k
natildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Aguarda pelo proacuteximo slot
Slotted ALOHA
P τ
colisatildeo
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
time slot
I B I B B I B
NOVO
NEW
NOVO
NEW
NOVO
NOVO RET
RET
Slotted ALOHA
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o quadrobull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
bull Persistentebull Caso o meio estiver ocupado o noacute persiste escutando e quando o meio
ficar livre temos duas possibilidadesbull 1-Persistente transmite o quadro (ie p probabilidade igual a 1)bull P-Persistente com probabilidade P transmite e com probabilidade 1-P recua
bull Natildeo Persistentebull Calcula tempo de recuo (ie backoff) e permanece inativo pelo tempo
estipulado (tempo de recuo eacute decrementado somente enquanto o meioestiver LIVRE Caso o meio ficar ocupado congela contador ateacute o meioficar livre novamente Necessariamente o meio estaraacute livre quando o contador zerar)
CSMA Carrier Sense Multiple AccessCSMA Carrier Sense MultipleAccess
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes quaisquer podemnatildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do quadro eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMAColisotildees no CSMA
CSMACD detecccedilatildeo de portadora como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto (proporcional aotempo de propagaccedilatildeo)bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeodos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo (e aleacutem do mais colisatildeo acontece no receptor natildeo no transmissor)bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoCSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
Ethernetbull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
bull Ethernet se baseia no mecanismo do CSMACDbull Sem slots de tempobull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptadortransmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo
10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do
receptor
Quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 Bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Quadro Ethernet
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se
ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da EthernetCSMACD do Ethernet
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute
K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACDCSMACD do Ethernet
bull 80211bbull 24 GHz faixa de raacutedio sem licenccedilabull Ateacute 11 Mbpsbull Direct sequence spread spectrum (DSSS) na camada fiacutesica
bull Todos os hospedeiros usam a mesma sequumlecircncia de coacutedigobull Largamente empregado usando estaccedilotildees-base (pontos de acesso)
bull 80211a bull Faixa 5 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull 80211g bull Faixa 24 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull Todos usam CSMACA para acesso muacuteltiplobull Todos tecircm estaccedilotildees-base e versatildeo para redes ad hoc
IEEE 80211 LAN sem fio
bull Hospedeiro sem fio se comunica com a estaccedilatildeo-basebull Estaccedilatildeo-base = ponto de
acesso (AP)bull Basic Service Set (BSS) (ou
ldquoceacutelulardquo) no modo infra-estrutura conteacutembull Hospedeiros sem fiobull Ponto de acesso (AP)
estaccedilatildeo- basebull Modo ad hoc somente
hospedeiros
80211 arquitetura de LAN 80211 Canais associaccedilatildeo
bull 80211b o espectro de 24 GHz-2485 GHz eacute dividido em 11 canaisde diferentes frequumlecircncias
bull O administrador escolhe a frequumlecircncia para o AP
bull Possiacutevel interferecircncia canal pode ser o mesmo que aqueleescolhido por um AP vizinho
bull Hospedeiro deve associar-se com um AP
bull Percorre (scanning) canais buscando quadros beacon que contecircm o nome do AP (SSID) e o endereccedilo MAC
bull Escolhe um AP para se associarbull Pode realizar autenticaccedilatildeo
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bull Evita colisotildees 2 ou mais noacutes transmitindo ao mesmo tempobull 80211 CSMA ndash escuta antes de transmitir
bull Natildeo colide com transmissotildees em curso de outros noacutesbull 80211 natildeo faz detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Difiacutecil de receber (sentir as colisotildees) quando transmitindo devido aosinal recebido ser muito fraco (desvanecimento)
bull Pode natildeo perceber as colisotildees colisatildeo acontece no receptorhbull Meta evitar colisotildees CSMAC(collision)A(voidance)
IEEE 80211 acesso muacuteltiplo
Transmissor 802111 Se o canal eacute percebido quieto (idle) por
DIFS entatildeobull Transmite o quadro inteiro (sem CD)2 Se o canal eacute percebido ocupado entatildeobull Inicia um tempo de backoff aleatoacuteriobull Temporizador decrementa contador
enquanto o canal estiver ociosobull Transmite quando temporizador expira
Se natildeo recebe ACK aumenta o intervalode recuo (backoff) aleatoacuterio repete passo2
Receptor 80211 bull Se o quadro eacute recebido corretamente
retorna ACK depois de SIFS (ACK eacute necessaacuterio devido ao problema do terminal oculto)
IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA
Ideacuteia permite o transmissor ldquoreservarrdquo o canal em vez de acessaraleatoriamente ao enviar quadros de dados evita colisotildees de quadrosgrandes
bull Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) agrave estaccedilatildeo-base usando CSMA
bull RTSs podem ainda colidir uns com os outros mas satildeo pequenos
bull BS envia em broadcast clear to send CTS em resposta ao RTS
CTS eacute ouvido por todos os noacutesbullTransmissor envia o quadro de dados
bullOutras estaccedilotildees deferem suas transmissotildees
bullApoacutes recepccedilatildeo do quadro destinataacuterio envia confirmaccedilatildeo (ie ACK)
Evitando colisotildees Quadro 80211 endereccedilamento
Endereccedilo 2 endereccedilo MACdo hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro
Endereccedilo 1 endereccedilo MAC doHospedeiro ou Access Point (AP) que deve receber o quadro
Endereccedilo 3 endereccedilo MACda interface do roteador agrave qual o AP eacute ligado
Endereccedilo 4 usado apenas no modo ad hoc
Duraccedilatildeo do tempo detransmissatildeo reservada (RTSCTS)
seg do quadro(para ARQ confiaacutevel)
Tipo de quadro(RTS CTS ACK dados)
Quadro 80211
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo
consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou porcoacutedigobull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA Slotted-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(eg cabos) e difiacutecil em outros (eg wireless) bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA (Collision Avoidance) usado em 80211
mode ad hocbull Passagem de permissatildeo
bull Polling a partir de um noacute central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MACSumaacuterio dos protocolos MAC
Endereccedilamento da camada de enlace
Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra
fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARPEndereccedilos de LAN e ARP
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para
assegurar a unicidade)
bull Analogia(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem
reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais) Endereccedilos de LAN e ARP
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabelaARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute natabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabelaARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network) ARP na mesma rede local
objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cadarede IP (LAN)
Roteamento para outra LANRoteamento e ARP
bull A cria o pacote IP com origem A destino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadroEthernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Verificaccedilatildeo de ParidadeParidade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit
Paridade bidimensionalDetecta e corrige erro de um uacutenico
bit
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Quadro = dados + bits de verificaccedilatildeo (checksum)
uml Coacutedigo de Hamminguml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)
n = m + r Palavra do Coacutedigo
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Distacircncia de Hamming
10001001XOR 10110001
00111000curren As propriedades de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros de um
coacutedigo dependem de sua distacircncia de HammingDetecccedilatildeo d erros rarr distacircncia d + 1Correccedilatildeo d erros rarr distacircncia 2d + 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren n = m + rcurren r ocupa os bits que satildeo potecircncia de 2curren m ocupa os outros bitscurren r forccedila paridade par
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Numere os bits
curren Preencha os bits da mensagem
curren Os bits de verificaccedilatildeo resultam de um XOR das posiccedilotildees que influecircncia
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Exemplom = 0 1 1 0
m1 m2 m3 m4T(x) = __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 21 22 23
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4 x4 m5 m6
1 10 0
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo m = 0 1 1 0
x1 = m1 + m2 + m4 = 0 + 1 + 0 = 1 x2 = m1 + m3 + m4 = 0 + 1 + 0 = 1x3 = m2 + m3 + m4 = 1 + 1 + 0 = 0
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Exemplom = 0 1 1 0
m1 m2 m3 m4T(x) = __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 21 22 23
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4 x4 m5 m6
1 0 1 10 01
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Hammingcurren ExemploT(x) = 1100110 T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
x1 x2
x3
m1
m2
m4
m3
111
0
0 11
rarr
0
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
m1(3) = 1 + 2 = 20 + 21 = x1 x2m2(5) = 1 + 4 = 20 + 22 = x1 x3m3(6) = 2 + 4 = 21 + 22 = x2 x3m4(7) = 1 + 2 + 4 = 20 + 21 + 22 = x1 x2 x3
x1 = m1 + m2 + m4x2 = m1 + m3 + m4x3 = m2 + m3 + m4
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m420 21 22
1 2 3 4 5 6 7
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m420 21 22
1 2 3 4 5 6 7
X1 X2 X3Sem ruiacutedo 1 1 0
Ruiacutedo em m1 0 0 0Ruiacutedo em m2 0 1 1Ruiacutedo em m3 1 0 1Ruiacutedo em m4 0 0 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo Polinomial ou Coacutedigo de Redundacircncia
Ciacuteclica (CRC)curren Polinocircmio 110001 rarr x5 + x4 + x0
(6 bits rarr grau 5)uml Procedimento no trasmissorcurren Seja G(x) o gerador polinomial de grau r Acrescente r
bits 0 ao quadrocurren Divida o novo quadro pelo gerador G(x)curren Subtraia do quadro original o resto da divisatildeo (sem ldquovai
umrdquo)
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)curren Exemplo M(x) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0
G(x) = 1 0 0 1 1
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 11 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0
1 0 0 1 11 0 0 1 1
0 0 0 0 10 0 0 0 0
0 0 0 1 0
1 1 1 0 Resto
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 01 1 1 0
T(X) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0
Protocolos de acesso a meio compartilhado
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
bull Ponto-a-ponto fiouacutenico (eg PPP SLIP) bull Broadcast fio oumeio compartilhado
bull Ethernet tradicionalbull 80211 LAN sem fio
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo um noacute recebe dois ou mais sinais simultaneamente
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as entidadescompartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeopode transmitir
bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizaro proacutepro canal
bull Ou seja nenhumcanal fora-de-banda (ie out-of-band)paracoordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
Exemplo canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a
uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um
envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenartransmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos (ie slots) menores compartimentosde tempo frequumlecircncia etc
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull Necessita mecanismos para ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem nos seus turnos (mas com mais volume para
enviar podem usar turnos mais longos)
Protocolos MAC uma taxonomiaProtocolos MAC uma taxonomia
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos bull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo (tamanho = tempo de transmissatildeode quadro) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircmquadros compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMAProtocolos MAC com particionamento de canal TDMA
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm quadros as
bandas de frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias
band
as d
e fr
equumlecirc
ncia
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAProtocolos MAC com particionamento de canal FDMA
bull Quando o noacute tem um quadro a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas) bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
bull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterioProtocolos de acesso aleatoacuterio
Primeiro protocolo para canais de muacuteltiplo acesso Originalmente planejado para sistemas com base
stations centrais ou comunicaccedilatildeo via sateacutelite Usava duas frequecircncias Uplink em 413 MHz e Downlink em 407 MHz
trabalhando a 9600 bps
O noacute central retransmitetodos os quadros recebidos
Protocolo ALOHA
A rede eacute composta por um grande nuacutemero de estaccedilotildeesque transmitem dados em rajadas
Cadaestaccedilatildeo transmite um quadro assim que ele eacute recebido do usuaacuterio ndash natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeocom as outras estaccedilotildees para que apenas uma envie dados
O noacute central retransmite todos os quadros (tenham sidorecebidos corretamente ou natildeo) atraveacutes de seu canal de down link
As estaccedilotildees decidem se devem retransmitir baseado nasinformaccedilotildees que elas recebem do noacute central
Protocolo ALOHA
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Quadropronto
transmite
sim
Espera duranteround-trip time
Ackpositivosim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico knatildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Protocolo ALOHA
NOVO
NOVO
P
NOVO NOVO
colisatildeo
I B I B I B I B I
NOVO
NOVO
RET
RET
RET
RET
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
Protocolo ALOHA
O throughput do ALOHA pode ser melhorado se reduzirmoso periacuteodo em que o quadro se encontra ldquovuneraacutevelrdquo a interferecircncia de outros quadros
O Slotted ALOHA trabalha em um canal que eacute particionadoem slots de tempo
As estaccedilotildees soacute podem transmitir quadros no iniacutecio dos slots de tempo
Eacute necessaacuterio que seja realizada a sincronizaccedilatildeo das estaccedilotildees Essa sincronizaccedilatildeo eacute realizada atraveacutes da camada fiacutesica e controlada pela estaccedilatildeo central
Slotted ALOHA
Quadropronto
transmite
sim
wait for a round-trip time
considerando os slots
Ackpositivo
sim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico k
natildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Aguarda pelo proacuteximo slot
Slotted ALOHA
P τ
colisatildeo
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
time slot
I B I B B I B
NOVO
NEW
NOVO
NEW
NOVO
NOVO RET
RET
Slotted ALOHA
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o quadrobull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
bull Persistentebull Caso o meio estiver ocupado o noacute persiste escutando e quando o meio
ficar livre temos duas possibilidadesbull 1-Persistente transmite o quadro (ie p probabilidade igual a 1)bull P-Persistente com probabilidade P transmite e com probabilidade 1-P recua
bull Natildeo Persistentebull Calcula tempo de recuo (ie backoff) e permanece inativo pelo tempo
estipulado (tempo de recuo eacute decrementado somente enquanto o meioestiver LIVRE Caso o meio ficar ocupado congela contador ateacute o meioficar livre novamente Necessariamente o meio estaraacute livre quando o contador zerar)
CSMA Carrier Sense Multiple AccessCSMA Carrier Sense MultipleAccess
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes quaisquer podemnatildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do quadro eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMAColisotildees no CSMA
CSMACD detecccedilatildeo de portadora como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto (proporcional aotempo de propagaccedilatildeo)bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeodos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo (e aleacutem do mais colisatildeo acontece no receptor natildeo no transmissor)bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoCSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
Ethernetbull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
bull Ethernet se baseia no mecanismo do CSMACDbull Sem slots de tempobull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptadortransmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo
10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do
receptor
Quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 Bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Quadro Ethernet
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se
ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da EthernetCSMACD do Ethernet
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute
K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACDCSMACD do Ethernet
bull 80211bbull 24 GHz faixa de raacutedio sem licenccedilabull Ateacute 11 Mbpsbull Direct sequence spread spectrum (DSSS) na camada fiacutesica
bull Todos os hospedeiros usam a mesma sequumlecircncia de coacutedigobull Largamente empregado usando estaccedilotildees-base (pontos de acesso)
bull 80211a bull Faixa 5 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull 80211g bull Faixa 24 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull Todos usam CSMACA para acesso muacuteltiplobull Todos tecircm estaccedilotildees-base e versatildeo para redes ad hoc
IEEE 80211 LAN sem fio
bull Hospedeiro sem fio se comunica com a estaccedilatildeo-basebull Estaccedilatildeo-base = ponto de
acesso (AP)bull Basic Service Set (BSS) (ou
ldquoceacutelulardquo) no modo infra-estrutura conteacutembull Hospedeiros sem fiobull Ponto de acesso (AP)
estaccedilatildeo- basebull Modo ad hoc somente
hospedeiros
80211 arquitetura de LAN 80211 Canais associaccedilatildeo
bull 80211b o espectro de 24 GHz-2485 GHz eacute dividido em 11 canaisde diferentes frequumlecircncias
bull O administrador escolhe a frequumlecircncia para o AP
bull Possiacutevel interferecircncia canal pode ser o mesmo que aqueleescolhido por um AP vizinho
bull Hospedeiro deve associar-se com um AP
bull Percorre (scanning) canais buscando quadros beacon que contecircm o nome do AP (SSID) e o endereccedilo MAC
bull Escolhe um AP para se associarbull Pode realizar autenticaccedilatildeo
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bull Evita colisotildees 2 ou mais noacutes transmitindo ao mesmo tempobull 80211 CSMA ndash escuta antes de transmitir
bull Natildeo colide com transmissotildees em curso de outros noacutesbull 80211 natildeo faz detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Difiacutecil de receber (sentir as colisotildees) quando transmitindo devido aosinal recebido ser muito fraco (desvanecimento)
bull Pode natildeo perceber as colisotildees colisatildeo acontece no receptorhbull Meta evitar colisotildees CSMAC(collision)A(voidance)
IEEE 80211 acesso muacuteltiplo
Transmissor 802111 Se o canal eacute percebido quieto (idle) por
DIFS entatildeobull Transmite o quadro inteiro (sem CD)2 Se o canal eacute percebido ocupado entatildeobull Inicia um tempo de backoff aleatoacuteriobull Temporizador decrementa contador
enquanto o canal estiver ociosobull Transmite quando temporizador expira
Se natildeo recebe ACK aumenta o intervalode recuo (backoff) aleatoacuterio repete passo2
Receptor 80211 bull Se o quadro eacute recebido corretamente
retorna ACK depois de SIFS (ACK eacute necessaacuterio devido ao problema do terminal oculto)
IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA
Ideacuteia permite o transmissor ldquoreservarrdquo o canal em vez de acessaraleatoriamente ao enviar quadros de dados evita colisotildees de quadrosgrandes
bull Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) agrave estaccedilatildeo-base usando CSMA
bull RTSs podem ainda colidir uns com os outros mas satildeo pequenos
bull BS envia em broadcast clear to send CTS em resposta ao RTS
CTS eacute ouvido por todos os noacutesbullTransmissor envia o quadro de dados
bullOutras estaccedilotildees deferem suas transmissotildees
bullApoacutes recepccedilatildeo do quadro destinataacuterio envia confirmaccedilatildeo (ie ACK)
Evitando colisotildees Quadro 80211 endereccedilamento
Endereccedilo 2 endereccedilo MACdo hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro
Endereccedilo 1 endereccedilo MAC doHospedeiro ou Access Point (AP) que deve receber o quadro
Endereccedilo 3 endereccedilo MACda interface do roteador agrave qual o AP eacute ligado
Endereccedilo 4 usado apenas no modo ad hoc
Duraccedilatildeo do tempo detransmissatildeo reservada (RTSCTS)
seg do quadro(para ARQ confiaacutevel)
Tipo de quadro(RTS CTS ACK dados)
Quadro 80211
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo
consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou porcoacutedigobull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA Slotted-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(eg cabos) e difiacutecil em outros (eg wireless) bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA (Collision Avoidance) usado em 80211
mode ad hocbull Passagem de permissatildeo
bull Polling a partir de um noacute central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MACSumaacuterio dos protocolos MAC
Endereccedilamento da camada de enlace
Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra
fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARPEndereccedilos de LAN e ARP
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para
assegurar a unicidade)
bull Analogia(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem
reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais) Endereccedilos de LAN e ARP
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabelaARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute natabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabelaARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network) ARP na mesma rede local
objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cadarede IP (LAN)
Roteamento para outra LANRoteamento e ARP
bull A cria o pacote IP com origem A destino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadroEthernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo m = 0 1 1 0
x1 = m1 + m2 + m4 = 0 + 1 + 0 = 1 x2 = m1 + m3 + m4 = 0 + 1 + 0 = 1x3 = m2 + m3 + m4 = 1 + 1 + 0 = 0
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros
uml Coacutedigo de Hammingcurren Exemplom = 0 1 1 0
m1 m2 m3 m4T(x) = __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 21 22 23
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4 x4 m5 m6
1 0 1 10 01
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Hammingcurren ExemploT(x) = 1100110 T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
x1 x2
x3
m1
m2
m4
m3
111
0
0 11
rarr
0
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m4
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
m1(3) = 1 + 2 = 20 + 21 = x1 x2m2(5) = 1 + 4 = 20 + 22 = x1 x3m3(6) = 2 + 4 = 21 + 22 = x2 x3m4(7) = 1 + 2 + 4 = 20 + 21 + 22 = x1 x2 x3
x1 = m1 + m2 + m4x2 = m1 + m3 + m4x3 = m2 + m3 + m4
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m420 21 22
1 2 3 4 5 6 7
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de HammingcurrenExemplo T(x) = 1 1 0 0 1 1 0
x1 x2 m1 x3 m2 m3 m420 21 22
1 2 3 4 5 6 7
X1 X2 X3Sem ruiacutedo 1 1 0
Ruiacutedo em m1 0 0 0Ruiacutedo em m2 0 1 1Ruiacutedo em m3 1 0 1Ruiacutedo em m4 0 0 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo Polinomial ou Coacutedigo de Redundacircncia
Ciacuteclica (CRC)curren Polinocircmio 110001 rarr x5 + x4 + x0
(6 bits rarr grau 5)uml Procedimento no trasmissorcurren Seja G(x) o gerador polinomial de grau r Acrescente r
bits 0 ao quadrocurren Divida o novo quadro pelo gerador G(x)curren Subtraia do quadro original o resto da divisatildeo (sem ldquovai
umrdquo)
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)curren Exemplo M(x) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0
G(x) = 1 0 0 1 1
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 11 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0
1 0 0 1 11 0 0 1 1
0 0 0 0 10 0 0 0 0
0 0 0 1 0
1 1 1 0 Resto
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 01 1 1 0
T(X) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0
Protocolos de acesso a meio compartilhado
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
bull Ponto-a-ponto fiouacutenico (eg PPP SLIP) bull Broadcast fio oumeio compartilhado
bull Ethernet tradicionalbull 80211 LAN sem fio
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo um noacute recebe dois ou mais sinais simultaneamente
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as entidadescompartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeopode transmitir
bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizaro proacutepro canal
bull Ou seja nenhumcanal fora-de-banda (ie out-of-band)paracoordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
Exemplo canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a
uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um
envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenartransmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos (ie slots) menores compartimentosde tempo frequumlecircncia etc
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull Necessita mecanismos para ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem nos seus turnos (mas com mais volume para
enviar podem usar turnos mais longos)
Protocolos MAC uma taxonomiaProtocolos MAC uma taxonomia
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos bull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo (tamanho = tempo de transmissatildeode quadro) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircmquadros compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMAProtocolos MAC com particionamento de canal TDMA
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm quadros as
bandas de frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias
band
as d
e fr
equumlecirc
ncia
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAProtocolos MAC com particionamento de canal FDMA
bull Quando o noacute tem um quadro a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas) bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
bull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterioProtocolos de acesso aleatoacuterio
Primeiro protocolo para canais de muacuteltiplo acesso Originalmente planejado para sistemas com base
stations centrais ou comunicaccedilatildeo via sateacutelite Usava duas frequecircncias Uplink em 413 MHz e Downlink em 407 MHz
trabalhando a 9600 bps
O noacute central retransmitetodos os quadros recebidos
Protocolo ALOHA
A rede eacute composta por um grande nuacutemero de estaccedilotildeesque transmitem dados em rajadas
Cadaestaccedilatildeo transmite um quadro assim que ele eacute recebido do usuaacuterio ndash natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeocom as outras estaccedilotildees para que apenas uma envie dados
O noacute central retransmite todos os quadros (tenham sidorecebidos corretamente ou natildeo) atraveacutes de seu canal de down link
As estaccedilotildees decidem se devem retransmitir baseado nasinformaccedilotildees que elas recebem do noacute central
Protocolo ALOHA
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Quadropronto
transmite
sim
Espera duranteround-trip time
Ackpositivosim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico knatildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Protocolo ALOHA
NOVO
NOVO
P
NOVO NOVO
colisatildeo
I B I B I B I B I
NOVO
NOVO
RET
RET
RET
RET
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
Protocolo ALOHA
O throughput do ALOHA pode ser melhorado se reduzirmoso periacuteodo em que o quadro se encontra ldquovuneraacutevelrdquo a interferecircncia de outros quadros
O Slotted ALOHA trabalha em um canal que eacute particionadoem slots de tempo
As estaccedilotildees soacute podem transmitir quadros no iniacutecio dos slots de tempo
Eacute necessaacuterio que seja realizada a sincronizaccedilatildeo das estaccedilotildees Essa sincronizaccedilatildeo eacute realizada atraveacutes da camada fiacutesica e controlada pela estaccedilatildeo central
Slotted ALOHA
Quadropronto
transmite
sim
wait for a round-trip time
considerando os slots
Ackpositivo
sim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico k
natildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Aguarda pelo proacuteximo slot
Slotted ALOHA
P τ
colisatildeo
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
time slot
I B I B B I B
NOVO
NEW
NOVO
NEW
NOVO
NOVO RET
RET
Slotted ALOHA
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o quadrobull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
bull Persistentebull Caso o meio estiver ocupado o noacute persiste escutando e quando o meio
ficar livre temos duas possibilidadesbull 1-Persistente transmite o quadro (ie p probabilidade igual a 1)bull P-Persistente com probabilidade P transmite e com probabilidade 1-P recua
bull Natildeo Persistentebull Calcula tempo de recuo (ie backoff) e permanece inativo pelo tempo
estipulado (tempo de recuo eacute decrementado somente enquanto o meioestiver LIVRE Caso o meio ficar ocupado congela contador ateacute o meioficar livre novamente Necessariamente o meio estaraacute livre quando o contador zerar)
CSMA Carrier Sense Multiple AccessCSMA Carrier Sense MultipleAccess
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes quaisquer podemnatildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do quadro eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMAColisotildees no CSMA
CSMACD detecccedilatildeo de portadora como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto (proporcional aotempo de propagaccedilatildeo)bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeodos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo (e aleacutem do mais colisatildeo acontece no receptor natildeo no transmissor)bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoCSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
Ethernetbull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
bull Ethernet se baseia no mecanismo do CSMACDbull Sem slots de tempobull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptadortransmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo
10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do
receptor
Quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 Bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Quadro Ethernet
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se
ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da EthernetCSMACD do Ethernet
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute
K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACDCSMACD do Ethernet
bull 80211bbull 24 GHz faixa de raacutedio sem licenccedilabull Ateacute 11 Mbpsbull Direct sequence spread spectrum (DSSS) na camada fiacutesica
bull Todos os hospedeiros usam a mesma sequumlecircncia de coacutedigobull Largamente empregado usando estaccedilotildees-base (pontos de acesso)
bull 80211a bull Faixa 5 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull 80211g bull Faixa 24 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull Todos usam CSMACA para acesso muacuteltiplobull Todos tecircm estaccedilotildees-base e versatildeo para redes ad hoc
IEEE 80211 LAN sem fio
bull Hospedeiro sem fio se comunica com a estaccedilatildeo-basebull Estaccedilatildeo-base = ponto de
acesso (AP)bull Basic Service Set (BSS) (ou
ldquoceacutelulardquo) no modo infra-estrutura conteacutembull Hospedeiros sem fiobull Ponto de acesso (AP)
estaccedilatildeo- basebull Modo ad hoc somente
hospedeiros
80211 arquitetura de LAN 80211 Canais associaccedilatildeo
bull 80211b o espectro de 24 GHz-2485 GHz eacute dividido em 11 canaisde diferentes frequumlecircncias
bull O administrador escolhe a frequumlecircncia para o AP
bull Possiacutevel interferecircncia canal pode ser o mesmo que aqueleescolhido por um AP vizinho
bull Hospedeiro deve associar-se com um AP
bull Percorre (scanning) canais buscando quadros beacon que contecircm o nome do AP (SSID) e o endereccedilo MAC
bull Escolhe um AP para se associarbull Pode realizar autenticaccedilatildeo
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bull Evita colisotildees 2 ou mais noacutes transmitindo ao mesmo tempobull 80211 CSMA ndash escuta antes de transmitir
bull Natildeo colide com transmissotildees em curso de outros noacutesbull 80211 natildeo faz detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Difiacutecil de receber (sentir as colisotildees) quando transmitindo devido aosinal recebido ser muito fraco (desvanecimento)
bull Pode natildeo perceber as colisotildees colisatildeo acontece no receptorhbull Meta evitar colisotildees CSMAC(collision)A(voidance)
IEEE 80211 acesso muacuteltiplo
Transmissor 802111 Se o canal eacute percebido quieto (idle) por
DIFS entatildeobull Transmite o quadro inteiro (sem CD)2 Se o canal eacute percebido ocupado entatildeobull Inicia um tempo de backoff aleatoacuteriobull Temporizador decrementa contador
enquanto o canal estiver ociosobull Transmite quando temporizador expira
Se natildeo recebe ACK aumenta o intervalode recuo (backoff) aleatoacuterio repete passo2
Receptor 80211 bull Se o quadro eacute recebido corretamente
retorna ACK depois de SIFS (ACK eacute necessaacuterio devido ao problema do terminal oculto)
IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA
Ideacuteia permite o transmissor ldquoreservarrdquo o canal em vez de acessaraleatoriamente ao enviar quadros de dados evita colisotildees de quadrosgrandes
bull Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) agrave estaccedilatildeo-base usando CSMA
bull RTSs podem ainda colidir uns com os outros mas satildeo pequenos
bull BS envia em broadcast clear to send CTS em resposta ao RTS
CTS eacute ouvido por todos os noacutesbullTransmissor envia o quadro de dados
bullOutras estaccedilotildees deferem suas transmissotildees
bullApoacutes recepccedilatildeo do quadro destinataacuterio envia confirmaccedilatildeo (ie ACK)
Evitando colisotildees Quadro 80211 endereccedilamento
Endereccedilo 2 endereccedilo MACdo hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro
Endereccedilo 1 endereccedilo MAC doHospedeiro ou Access Point (AP) que deve receber o quadro
Endereccedilo 3 endereccedilo MACda interface do roteador agrave qual o AP eacute ligado
Endereccedilo 4 usado apenas no modo ad hoc
Duraccedilatildeo do tempo detransmissatildeo reservada (RTSCTS)
seg do quadro(para ARQ confiaacutevel)
Tipo de quadro(RTS CTS ACK dados)
Quadro 80211
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo
consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou porcoacutedigobull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA Slotted-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(eg cabos) e difiacutecil em outros (eg wireless) bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA (Collision Avoidance) usado em 80211
mode ad hocbull Passagem de permissatildeo
bull Polling a partir de um noacute central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MACSumaacuterio dos protocolos MAC
Endereccedilamento da camada de enlace
Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra
fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARPEndereccedilos de LAN e ARP
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para
assegurar a unicidade)
bull Analogia(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem
reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais) Endereccedilos de LAN e ARP
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabelaARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute natabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabelaARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network) ARP na mesma rede local
objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cadarede IP (LAN)
Roteamento para outra LANRoteamento e ARP
bull A cria o pacote IP com origem A destino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadroEthernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)curren Exemplo M(x) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0
G(x) = 1 0 0 1 1
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1
Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Errosuml Coacutedigo de Redundacircncia Ciacuteclica (CRC)
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 11 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0
1 0 0 1 11 0 0 1 1
0 0 0 0 10 0 0 0 0
0 0 0 1 0
1 1 1 0 Resto
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 01 1 1 0
T(X) = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0
Protocolos de acesso a meio compartilhado
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
bull Ponto-a-ponto fiouacutenico (eg PPP SLIP) bull Broadcast fio oumeio compartilhado
bull Ethernet tradicionalbull 80211 LAN sem fio
bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull Colisatildeo um noacute recebe dois ou mais sinais simultaneamente
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as entidadescompartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeopode transmitir
bull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizaro proacutepro canal
bull Ou seja nenhumcanal fora-de-banda (ie out-of-band)paracoordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo
Exemplo canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a
uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um
envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenartransmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
06072017
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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos (ie slots) menores compartimentosde tempo frequumlecircncia etc
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull Necessita mecanismos para ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem nos seus turnos (mas com mais volume para
enviar podem usar turnos mais longos)
Protocolos MAC uma taxonomiaProtocolos MAC uma taxonomia
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos bull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo (tamanho = tempo de transmissatildeode quadro) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircmquadros compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMAProtocolos MAC com particionamento de canal TDMA
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm quadros as
bandas de frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias
band
as d
e fr
equumlecirc
ncia
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAProtocolos MAC com particionamento de canal FDMA
bull Quando o noacute tem um quadro a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas) bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
bull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterioProtocolos de acesso aleatoacuterio
Primeiro protocolo para canais de muacuteltiplo acesso Originalmente planejado para sistemas com base
stations centrais ou comunicaccedilatildeo via sateacutelite Usava duas frequecircncias Uplink em 413 MHz e Downlink em 407 MHz
trabalhando a 9600 bps
O noacute central retransmitetodos os quadros recebidos
Protocolo ALOHA
A rede eacute composta por um grande nuacutemero de estaccedilotildeesque transmitem dados em rajadas
Cadaestaccedilatildeo transmite um quadro assim que ele eacute recebido do usuaacuterio ndash natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeocom as outras estaccedilotildees para que apenas uma envie dados
O noacute central retransmite todos os quadros (tenham sidorecebidos corretamente ou natildeo) atraveacutes de seu canal de down link
As estaccedilotildees decidem se devem retransmitir baseado nasinformaccedilotildees que elas recebem do noacute central
Protocolo ALOHA
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Quadropronto
transmite
sim
Espera duranteround-trip time
Ackpositivosim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico knatildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Protocolo ALOHA
NOVO
NOVO
P
NOVO NOVO
colisatildeo
I B I B I B I B I
NOVO
NOVO
RET
RET
RET
RET
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
Protocolo ALOHA
O throughput do ALOHA pode ser melhorado se reduzirmoso periacuteodo em que o quadro se encontra ldquovuneraacutevelrdquo a interferecircncia de outros quadros
O Slotted ALOHA trabalha em um canal que eacute particionadoem slots de tempo
As estaccedilotildees soacute podem transmitir quadros no iniacutecio dos slots de tempo
Eacute necessaacuterio que seja realizada a sincronizaccedilatildeo das estaccedilotildees Essa sincronizaccedilatildeo eacute realizada atraveacutes da camada fiacutesica e controlada pela estaccedilatildeo central
Slotted ALOHA
Quadropronto
transmite
sim
wait for a round-trip time
considerando os slots
Ackpositivo
sim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico k
natildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Aguarda pelo proacuteximo slot
Slotted ALOHA
P τ
colisatildeo
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
time slot
I B I B B I B
NOVO
NEW
NOVO
NEW
NOVO
NOVO RET
RET
Slotted ALOHA
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o quadrobull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
bull Persistentebull Caso o meio estiver ocupado o noacute persiste escutando e quando o meio
ficar livre temos duas possibilidadesbull 1-Persistente transmite o quadro (ie p probabilidade igual a 1)bull P-Persistente com probabilidade P transmite e com probabilidade 1-P recua
bull Natildeo Persistentebull Calcula tempo de recuo (ie backoff) e permanece inativo pelo tempo
estipulado (tempo de recuo eacute decrementado somente enquanto o meioestiver LIVRE Caso o meio ficar ocupado congela contador ateacute o meioficar livre novamente Necessariamente o meio estaraacute livre quando o contador zerar)
CSMA Carrier Sense Multiple AccessCSMA Carrier Sense MultipleAccess
06072017
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes quaisquer podemnatildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do quadro eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMAColisotildees no CSMA
CSMACD detecccedilatildeo de portadora como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto (proporcional aotempo de propagaccedilatildeo)bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeodos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo (e aleacutem do mais colisatildeo acontece no receptor natildeo no transmissor)bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoCSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
Ethernetbull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
bull Ethernet se baseia no mecanismo do CSMACDbull Sem slots de tempobull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptadortransmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo
10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do
receptor
Quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 Bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Quadro Ethernet
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se
ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da EthernetCSMACD do Ethernet
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute
K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACDCSMACD do Ethernet
bull 80211bbull 24 GHz faixa de raacutedio sem licenccedilabull Ateacute 11 Mbpsbull Direct sequence spread spectrum (DSSS) na camada fiacutesica
bull Todos os hospedeiros usam a mesma sequumlecircncia de coacutedigobull Largamente empregado usando estaccedilotildees-base (pontos de acesso)
bull 80211a bull Faixa 5 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull 80211g bull Faixa 24 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull Todos usam CSMACA para acesso muacuteltiplobull Todos tecircm estaccedilotildees-base e versatildeo para redes ad hoc
IEEE 80211 LAN sem fio
bull Hospedeiro sem fio se comunica com a estaccedilatildeo-basebull Estaccedilatildeo-base = ponto de
acesso (AP)bull Basic Service Set (BSS) (ou
ldquoceacutelulardquo) no modo infra-estrutura conteacutembull Hospedeiros sem fiobull Ponto de acesso (AP)
estaccedilatildeo- basebull Modo ad hoc somente
hospedeiros
80211 arquitetura de LAN 80211 Canais associaccedilatildeo
bull 80211b o espectro de 24 GHz-2485 GHz eacute dividido em 11 canaisde diferentes frequumlecircncias
bull O administrador escolhe a frequumlecircncia para o AP
bull Possiacutevel interferecircncia canal pode ser o mesmo que aqueleescolhido por um AP vizinho
bull Hospedeiro deve associar-se com um AP
bull Percorre (scanning) canais buscando quadros beacon que contecircm o nome do AP (SSID) e o endereccedilo MAC
bull Escolhe um AP para se associarbull Pode realizar autenticaccedilatildeo
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bull Evita colisotildees 2 ou mais noacutes transmitindo ao mesmo tempobull 80211 CSMA ndash escuta antes de transmitir
bull Natildeo colide com transmissotildees em curso de outros noacutesbull 80211 natildeo faz detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Difiacutecil de receber (sentir as colisotildees) quando transmitindo devido aosinal recebido ser muito fraco (desvanecimento)
bull Pode natildeo perceber as colisotildees colisatildeo acontece no receptorhbull Meta evitar colisotildees CSMAC(collision)A(voidance)
IEEE 80211 acesso muacuteltiplo
Transmissor 802111 Se o canal eacute percebido quieto (idle) por
DIFS entatildeobull Transmite o quadro inteiro (sem CD)2 Se o canal eacute percebido ocupado entatildeobull Inicia um tempo de backoff aleatoacuteriobull Temporizador decrementa contador
enquanto o canal estiver ociosobull Transmite quando temporizador expira
Se natildeo recebe ACK aumenta o intervalode recuo (backoff) aleatoacuterio repete passo2
Receptor 80211 bull Se o quadro eacute recebido corretamente
retorna ACK depois de SIFS (ACK eacute necessaacuterio devido ao problema do terminal oculto)
IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA
Ideacuteia permite o transmissor ldquoreservarrdquo o canal em vez de acessaraleatoriamente ao enviar quadros de dados evita colisotildees de quadrosgrandes
bull Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) agrave estaccedilatildeo-base usando CSMA
bull RTSs podem ainda colidir uns com os outros mas satildeo pequenos
bull BS envia em broadcast clear to send CTS em resposta ao RTS
CTS eacute ouvido por todos os noacutesbullTransmissor envia o quadro de dados
bullOutras estaccedilotildees deferem suas transmissotildees
bullApoacutes recepccedilatildeo do quadro destinataacuterio envia confirmaccedilatildeo (ie ACK)
Evitando colisotildees Quadro 80211 endereccedilamento
Endereccedilo 2 endereccedilo MACdo hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro
Endereccedilo 1 endereccedilo MAC doHospedeiro ou Access Point (AP) que deve receber o quadro
Endereccedilo 3 endereccedilo MACda interface do roteador agrave qual o AP eacute ligado
Endereccedilo 4 usado apenas no modo ad hoc
Duraccedilatildeo do tempo detransmissatildeo reservada (RTSCTS)
seg do quadro(para ARQ confiaacutevel)
Tipo de quadro(RTS CTS ACK dados)
Quadro 80211
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo
consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou porcoacutedigobull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA Slotted-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(eg cabos) e difiacutecil em outros (eg wireless) bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA (Collision Avoidance) usado em 80211
mode ad hocbull Passagem de permissatildeo
bull Polling a partir de um noacute central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MACSumaacuterio dos protocolos MAC
Endereccedilamento da camada de enlace
Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra
fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARPEndereccedilos de LAN e ARP
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para
assegurar a unicidade)
bull Analogia(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem
reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais) Endereccedilos de LAN e ARP
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabelaARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute natabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabelaARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network) ARP na mesma rede local
objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cadarede IP (LAN)
Roteamento para outra LANRoteamento e ARP
bull A cria o pacote IP com origem A destino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadroEthernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos (ie slots) menores compartimentosde tempo frequumlecircncia etc
bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull Necessita mecanismos para ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem nos seus turnos (mas com mais volume para
enviar podem usar turnos mais longos)
Protocolos MAC uma taxonomiaProtocolos MAC uma taxonomia
TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos bull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo (tamanho = tempo de transmissatildeode quadro) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircmquadros compartimentos 2 5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMAProtocolos MAC com particionamento de canal TDMA
FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircnciabull Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute
desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm quadros as
bandas de frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias
band
as d
e fr
equumlecirc
ncia
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAProtocolos MAC com particionamento de canal FDMA
bull Quando o noacute tem um quadro a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo
bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees
atrasadas) bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio
bull slotted ALOHAbull ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterioProtocolos de acesso aleatoacuterio
Primeiro protocolo para canais de muacuteltiplo acesso Originalmente planejado para sistemas com base
stations centrais ou comunicaccedilatildeo via sateacutelite Usava duas frequecircncias Uplink em 413 MHz e Downlink em 407 MHz
trabalhando a 9600 bps
O noacute central retransmitetodos os quadros recebidos
Protocolo ALOHA
A rede eacute composta por um grande nuacutemero de estaccedilotildeesque transmitem dados em rajadas
Cadaestaccedilatildeo transmite um quadro assim que ele eacute recebido do usuaacuterio ndash natildeo existe qualquer coordenaccedilatildeocom as outras estaccedilotildees para que apenas uma envie dados
O noacute central retransmite todos os quadros (tenham sidorecebidos corretamente ou natildeo) atraveacutes de seu canal de down link
As estaccedilotildees decidem se devem retransmitir baseado nasinformaccedilotildees que elas recebem do noacute central
Protocolo ALOHA
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Quadropronto
transmite
sim
Espera duranteround-trip time
Ackpositivosim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico knatildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Protocolo ALOHA
NOVO
NOVO
P
NOVO NOVO
colisatildeo
I B I B I B I B I
NOVO
NOVO
RET
RET
RET
RET
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
Protocolo ALOHA
O throughput do ALOHA pode ser melhorado se reduzirmoso periacuteodo em que o quadro se encontra ldquovuneraacutevelrdquo a interferecircncia de outros quadros
O Slotted ALOHA trabalha em um canal que eacute particionadoem slots de tempo
As estaccedilotildees soacute podem transmitir quadros no iniacutecio dos slots de tempo
Eacute necessaacuterio que seja realizada a sincronizaccedilatildeo das estaccedilotildees Essa sincronizaccedilatildeo eacute realizada atraveacutes da camada fiacutesica e controlada pela estaccedilatildeo central
Slotted ALOHA
Quadropronto
transmite
sim
wait for a round-trip time
considerando os slots
Ackpositivo
sim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico k
natildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Aguarda pelo proacuteximo slot
Slotted ALOHA
P τ
colisatildeo
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
time slot
I B I B B I B
NOVO
NEW
NOVO
NEW
NOVO
NOVO RET
RET
Slotted ALOHA
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o quadrobull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
bull Persistentebull Caso o meio estiver ocupado o noacute persiste escutando e quando o meio
ficar livre temos duas possibilidadesbull 1-Persistente transmite o quadro (ie p probabilidade igual a 1)bull P-Persistente com probabilidade P transmite e com probabilidade 1-P recua
bull Natildeo Persistentebull Calcula tempo de recuo (ie backoff) e permanece inativo pelo tempo
estipulado (tempo de recuo eacute decrementado somente enquanto o meioestiver LIVRE Caso o meio ficar ocupado congela contador ateacute o meioficar livre novamente Necessariamente o meio estaraacute livre quando o contador zerar)
CSMA Carrier Sense Multiple AccessCSMA Carrier Sense MultipleAccess
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes quaisquer podemnatildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do quadro eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMAColisotildees no CSMA
CSMACD detecccedilatildeo de portadora como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto (proporcional aotempo de propagaccedilatildeo)bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeodos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo (e aleacutem do mais colisatildeo acontece no receptor natildeo no transmissor)bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoCSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
Ethernetbull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
bull Ethernet se baseia no mecanismo do CSMACDbull Sem slots de tempobull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptadortransmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo
10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do
receptor
Quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 Bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Quadro Ethernet
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se
ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da EthernetCSMACD do Ethernet
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute
K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACDCSMACD do Ethernet
bull 80211bbull 24 GHz faixa de raacutedio sem licenccedilabull Ateacute 11 Mbpsbull Direct sequence spread spectrum (DSSS) na camada fiacutesica
bull Todos os hospedeiros usam a mesma sequumlecircncia de coacutedigobull Largamente empregado usando estaccedilotildees-base (pontos de acesso)
bull 80211a bull Faixa 5 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull 80211g bull Faixa 24 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull Todos usam CSMACA para acesso muacuteltiplobull Todos tecircm estaccedilotildees-base e versatildeo para redes ad hoc
IEEE 80211 LAN sem fio
bull Hospedeiro sem fio se comunica com a estaccedilatildeo-basebull Estaccedilatildeo-base = ponto de
acesso (AP)bull Basic Service Set (BSS) (ou
ldquoceacutelulardquo) no modo infra-estrutura conteacutembull Hospedeiros sem fiobull Ponto de acesso (AP)
estaccedilatildeo- basebull Modo ad hoc somente
hospedeiros
80211 arquitetura de LAN 80211 Canais associaccedilatildeo
bull 80211b o espectro de 24 GHz-2485 GHz eacute dividido em 11 canaisde diferentes frequumlecircncias
bull O administrador escolhe a frequumlecircncia para o AP
bull Possiacutevel interferecircncia canal pode ser o mesmo que aqueleescolhido por um AP vizinho
bull Hospedeiro deve associar-se com um AP
bull Percorre (scanning) canais buscando quadros beacon que contecircm o nome do AP (SSID) e o endereccedilo MAC
bull Escolhe um AP para se associarbull Pode realizar autenticaccedilatildeo
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bull Evita colisotildees 2 ou mais noacutes transmitindo ao mesmo tempobull 80211 CSMA ndash escuta antes de transmitir
bull Natildeo colide com transmissotildees em curso de outros noacutesbull 80211 natildeo faz detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Difiacutecil de receber (sentir as colisotildees) quando transmitindo devido aosinal recebido ser muito fraco (desvanecimento)
bull Pode natildeo perceber as colisotildees colisatildeo acontece no receptorhbull Meta evitar colisotildees CSMAC(collision)A(voidance)
IEEE 80211 acesso muacuteltiplo
Transmissor 802111 Se o canal eacute percebido quieto (idle) por
DIFS entatildeobull Transmite o quadro inteiro (sem CD)2 Se o canal eacute percebido ocupado entatildeobull Inicia um tempo de backoff aleatoacuteriobull Temporizador decrementa contador
enquanto o canal estiver ociosobull Transmite quando temporizador expira
Se natildeo recebe ACK aumenta o intervalode recuo (backoff) aleatoacuterio repete passo2
Receptor 80211 bull Se o quadro eacute recebido corretamente
retorna ACK depois de SIFS (ACK eacute necessaacuterio devido ao problema do terminal oculto)
IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA
Ideacuteia permite o transmissor ldquoreservarrdquo o canal em vez de acessaraleatoriamente ao enviar quadros de dados evita colisotildees de quadrosgrandes
bull Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) agrave estaccedilatildeo-base usando CSMA
bull RTSs podem ainda colidir uns com os outros mas satildeo pequenos
bull BS envia em broadcast clear to send CTS em resposta ao RTS
CTS eacute ouvido por todos os noacutesbullTransmissor envia o quadro de dados
bullOutras estaccedilotildees deferem suas transmissotildees
bullApoacutes recepccedilatildeo do quadro destinataacuterio envia confirmaccedilatildeo (ie ACK)
Evitando colisotildees Quadro 80211 endereccedilamento
Endereccedilo 2 endereccedilo MACdo hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro
Endereccedilo 1 endereccedilo MAC doHospedeiro ou Access Point (AP) que deve receber o quadro
Endereccedilo 3 endereccedilo MACda interface do roteador agrave qual o AP eacute ligado
Endereccedilo 4 usado apenas no modo ad hoc
Duraccedilatildeo do tempo detransmissatildeo reservada (RTSCTS)
seg do quadro(para ARQ confiaacutevel)
Tipo de quadro(RTS CTS ACK dados)
Quadro 80211
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo
consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou porcoacutedigobull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA Slotted-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(eg cabos) e difiacutecil em outros (eg wireless) bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA (Collision Avoidance) usado em 80211
mode ad hocbull Passagem de permissatildeo
bull Polling a partir de um noacute central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MACSumaacuterio dos protocolos MAC
Endereccedilamento da camada de enlace
Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra
fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARPEndereccedilos de LAN e ARP
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para
assegurar a unicidade)
bull Analogia(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem
reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais) Endereccedilos de LAN e ARP
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabelaARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute natabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabelaARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network) ARP na mesma rede local
objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cadarede IP (LAN)
Roteamento para outra LANRoteamento e ARP
bull A cria o pacote IP com origem A destino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadroEthernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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Quadropronto
transmite
sim
Espera duranteround-trip time
Ackpositivosim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico knatildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Protocolo ALOHA
NOVO
NOVO
P
NOVO NOVO
colisatildeo
I B I B I B I B I
NOVO
NOVO
RET
RET
RET
RET
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
Protocolo ALOHA
O throughput do ALOHA pode ser melhorado se reduzirmoso periacuteodo em que o quadro se encontra ldquovuneraacutevelrdquo a interferecircncia de outros quadros
O Slotted ALOHA trabalha em um canal que eacute particionadoem slots de tempo
As estaccedilotildees soacute podem transmitir quadros no iniacutecio dos slots de tempo
Eacute necessaacuterio que seja realizada a sincronizaccedilatildeo das estaccedilotildees Essa sincronizaccedilatildeo eacute realizada atraveacutes da camada fiacutesica e controlada pela estaccedilatildeo central
Slotted ALOHA
Quadropronto
transmite
sim
wait for a round-trip time
considerando os slots
Ackpositivo
sim
natildeo
Calcula um backoffrandocircmico k
natildeo
Atrasa aTransmissatildeodo quadro
Aguarda pelo proacuteximo slot
Slotted ALOHA
P τ
colisatildeo
tempo
usuaacuterio i
tempo
usuaacuterio j
tempo
soma
time slot
I B I B B I B
NOVO
NEW
NOVO
NEW
NOVO
NOVO RET
RET
Slotted ALOHA
CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o quadrobull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo
bull Persistentebull Caso o meio estiver ocupado o noacute persiste escutando e quando o meio
ficar livre temos duas possibilidadesbull 1-Persistente transmite o quadro (ie p probabilidade igual a 1)bull P-Persistente com probabilidade P transmite e com probabilidade 1-P recua
bull Natildeo Persistentebull Calcula tempo de recuo (ie backoff) e permanece inativo pelo tempo
estipulado (tempo de recuo eacute decrementado somente enquanto o meioestiver LIVRE Caso o meio ficar ocupado congela contador ateacute o meioficar livre novamente Necessariamente o meio estaraacute livre quando o contador zerar)
CSMA Carrier Sense Multiple AccessCSMA Carrier Sense MultipleAccess
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes quaisquer podemnatildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do quadro eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMAColisotildees no CSMA
CSMACD detecccedilatildeo de portadora como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto (proporcional aotempo de propagaccedilatildeo)bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeodos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo (e aleacutem do mais colisatildeo acontece no receptor natildeo no transmissor)bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoCSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
Ethernetbull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
bull Ethernet se baseia no mecanismo do CSMACDbull Sem slots de tempobull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptadortransmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo
10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do
receptor
Quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 Bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Quadro Ethernet
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se
ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da EthernetCSMACD do Ethernet
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute
K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACDCSMACD do Ethernet
bull 80211bbull 24 GHz faixa de raacutedio sem licenccedilabull Ateacute 11 Mbpsbull Direct sequence spread spectrum (DSSS) na camada fiacutesica
bull Todos os hospedeiros usam a mesma sequumlecircncia de coacutedigobull Largamente empregado usando estaccedilotildees-base (pontos de acesso)
bull 80211a bull Faixa 5 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull 80211g bull Faixa 24 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull Todos usam CSMACA para acesso muacuteltiplobull Todos tecircm estaccedilotildees-base e versatildeo para redes ad hoc
IEEE 80211 LAN sem fio
bull Hospedeiro sem fio se comunica com a estaccedilatildeo-basebull Estaccedilatildeo-base = ponto de
acesso (AP)bull Basic Service Set (BSS) (ou
ldquoceacutelulardquo) no modo infra-estrutura conteacutembull Hospedeiros sem fiobull Ponto de acesso (AP)
estaccedilatildeo- basebull Modo ad hoc somente
hospedeiros
80211 arquitetura de LAN 80211 Canais associaccedilatildeo
bull 80211b o espectro de 24 GHz-2485 GHz eacute dividido em 11 canaisde diferentes frequumlecircncias
bull O administrador escolhe a frequumlecircncia para o AP
bull Possiacutevel interferecircncia canal pode ser o mesmo que aqueleescolhido por um AP vizinho
bull Hospedeiro deve associar-se com um AP
bull Percorre (scanning) canais buscando quadros beacon que contecircm o nome do AP (SSID) e o endereccedilo MAC
bull Escolhe um AP para se associarbull Pode realizar autenticaccedilatildeo
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bull Evita colisotildees 2 ou mais noacutes transmitindo ao mesmo tempobull 80211 CSMA ndash escuta antes de transmitir
bull Natildeo colide com transmissotildees em curso de outros noacutesbull 80211 natildeo faz detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Difiacutecil de receber (sentir as colisotildees) quando transmitindo devido aosinal recebido ser muito fraco (desvanecimento)
bull Pode natildeo perceber as colisotildees colisatildeo acontece no receptorhbull Meta evitar colisotildees CSMAC(collision)A(voidance)
IEEE 80211 acesso muacuteltiplo
Transmissor 802111 Se o canal eacute percebido quieto (idle) por
DIFS entatildeobull Transmite o quadro inteiro (sem CD)2 Se o canal eacute percebido ocupado entatildeobull Inicia um tempo de backoff aleatoacuteriobull Temporizador decrementa contador
enquanto o canal estiver ociosobull Transmite quando temporizador expira
Se natildeo recebe ACK aumenta o intervalode recuo (backoff) aleatoacuterio repete passo2
Receptor 80211 bull Se o quadro eacute recebido corretamente
retorna ACK depois de SIFS (ACK eacute necessaacuterio devido ao problema do terminal oculto)
IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA
Ideacuteia permite o transmissor ldquoreservarrdquo o canal em vez de acessaraleatoriamente ao enviar quadros de dados evita colisotildees de quadrosgrandes
bull Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) agrave estaccedilatildeo-base usando CSMA
bull RTSs podem ainda colidir uns com os outros mas satildeo pequenos
bull BS envia em broadcast clear to send CTS em resposta ao RTS
CTS eacute ouvido por todos os noacutesbullTransmissor envia o quadro de dados
bullOutras estaccedilotildees deferem suas transmissotildees
bullApoacutes recepccedilatildeo do quadro destinataacuterio envia confirmaccedilatildeo (ie ACK)
Evitando colisotildees Quadro 80211 endereccedilamento
Endereccedilo 2 endereccedilo MACdo hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro
Endereccedilo 1 endereccedilo MAC doHospedeiro ou Access Point (AP) que deve receber o quadro
Endereccedilo 3 endereccedilo MACda interface do roteador agrave qual o AP eacute ligado
Endereccedilo 4 usado apenas no modo ad hoc
Duraccedilatildeo do tempo detransmissatildeo reservada (RTSCTS)
seg do quadro(para ARQ confiaacutevel)
Tipo de quadro(RTS CTS ACK dados)
Quadro 80211
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo
consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou porcoacutedigobull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA Slotted-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(eg cabos) e difiacutecil em outros (eg wireless) bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA (Collision Avoidance) usado em 80211
mode ad hocbull Passagem de permissatildeo
bull Polling a partir de um noacute central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MACSumaacuterio dos protocolos MAC
Endereccedilamento da camada de enlace
Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra
fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARPEndereccedilos de LAN e ARP
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para
assegurar a unicidade)
bull Analogia(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem
reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais) Endereccedilos de LAN e ARP
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabelaARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute natabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabelaARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network) ARP na mesma rede local
objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cadarede IP (LAN)
Roteamento para outra LANRoteamento e ARP
bull A cria o pacote IP com origem A destino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadroEthernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implicaque dois noacutes quaisquer podemnatildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do quadro eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo daprobabilidade de colisatildeo arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMAColisotildees no CSMA
CSMACD detecccedilatildeo de portadora como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curto (proporcional aotempo de propagaccedilatildeo)bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeodos sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo (e aleacutem do mais colisatildeo acontece no receptor natildeo no transmissor)bull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoCSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)
Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
Ethernetbull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador
transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
bull Ethernet se baseia no mecanismo do CSMACDbull Sem slots de tempobull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptadortransmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo aleatoacuterio isto eacute random access
Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo
10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do
receptor
Quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 Bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Quadro Ethernet
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se
ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da EthernetCSMACD do Ethernet
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute
K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACDCSMACD do Ethernet
bull 80211bbull 24 GHz faixa de raacutedio sem licenccedilabull Ateacute 11 Mbpsbull Direct sequence spread spectrum (DSSS) na camada fiacutesica
bull Todos os hospedeiros usam a mesma sequumlecircncia de coacutedigobull Largamente empregado usando estaccedilotildees-base (pontos de acesso)
bull 80211a bull Faixa 5 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull 80211g bull Faixa 24 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull Todos usam CSMACA para acesso muacuteltiplobull Todos tecircm estaccedilotildees-base e versatildeo para redes ad hoc
IEEE 80211 LAN sem fio
bull Hospedeiro sem fio se comunica com a estaccedilatildeo-basebull Estaccedilatildeo-base = ponto de
acesso (AP)bull Basic Service Set (BSS) (ou
ldquoceacutelulardquo) no modo infra-estrutura conteacutembull Hospedeiros sem fiobull Ponto de acesso (AP)
estaccedilatildeo- basebull Modo ad hoc somente
hospedeiros
80211 arquitetura de LAN 80211 Canais associaccedilatildeo
bull 80211b o espectro de 24 GHz-2485 GHz eacute dividido em 11 canaisde diferentes frequumlecircncias
bull O administrador escolhe a frequumlecircncia para o AP
bull Possiacutevel interferecircncia canal pode ser o mesmo que aqueleescolhido por um AP vizinho
bull Hospedeiro deve associar-se com um AP
bull Percorre (scanning) canais buscando quadros beacon que contecircm o nome do AP (SSID) e o endereccedilo MAC
bull Escolhe um AP para se associarbull Pode realizar autenticaccedilatildeo
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bull Evita colisotildees 2 ou mais noacutes transmitindo ao mesmo tempobull 80211 CSMA ndash escuta antes de transmitir
bull Natildeo colide com transmissotildees em curso de outros noacutesbull 80211 natildeo faz detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Difiacutecil de receber (sentir as colisotildees) quando transmitindo devido aosinal recebido ser muito fraco (desvanecimento)
bull Pode natildeo perceber as colisotildees colisatildeo acontece no receptorhbull Meta evitar colisotildees CSMAC(collision)A(voidance)
IEEE 80211 acesso muacuteltiplo
Transmissor 802111 Se o canal eacute percebido quieto (idle) por
DIFS entatildeobull Transmite o quadro inteiro (sem CD)2 Se o canal eacute percebido ocupado entatildeobull Inicia um tempo de backoff aleatoacuteriobull Temporizador decrementa contador
enquanto o canal estiver ociosobull Transmite quando temporizador expira
Se natildeo recebe ACK aumenta o intervalode recuo (backoff) aleatoacuterio repete passo2
Receptor 80211 bull Se o quadro eacute recebido corretamente
retorna ACK depois de SIFS (ACK eacute necessaacuterio devido ao problema do terminal oculto)
IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA
Ideacuteia permite o transmissor ldquoreservarrdquo o canal em vez de acessaraleatoriamente ao enviar quadros de dados evita colisotildees de quadrosgrandes
bull Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) agrave estaccedilatildeo-base usando CSMA
bull RTSs podem ainda colidir uns com os outros mas satildeo pequenos
bull BS envia em broadcast clear to send CTS em resposta ao RTS
CTS eacute ouvido por todos os noacutesbullTransmissor envia o quadro de dados
bullOutras estaccedilotildees deferem suas transmissotildees
bullApoacutes recepccedilatildeo do quadro destinataacuterio envia confirmaccedilatildeo (ie ACK)
Evitando colisotildees Quadro 80211 endereccedilamento
Endereccedilo 2 endereccedilo MACdo hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro
Endereccedilo 1 endereccedilo MAC doHospedeiro ou Access Point (AP) que deve receber o quadro
Endereccedilo 3 endereccedilo MACda interface do roteador agrave qual o AP eacute ligado
Endereccedilo 4 usado apenas no modo ad hoc
Duraccedilatildeo do tempo detransmissatildeo reservada (RTSCTS)
seg do quadro(para ARQ confiaacutevel)
Tipo de quadro(RTS CTS ACK dados)
Quadro 80211
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo
consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou porcoacutedigobull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA Slotted-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(eg cabos) e difiacutecil em outros (eg wireless) bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA (Collision Avoidance) usado em 80211
mode ad hocbull Passagem de permissatildeo
bull Polling a partir de um noacute central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MACSumaacuterio dos protocolos MAC
Endereccedilamento da camada de enlace
Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra
fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARPEndereccedilos de LAN e ARP
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para
assegurar a unicidade)
bull Analogia(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem
reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais) Endereccedilos de LAN e ARP
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabelaARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute natabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabelaARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network) ARP na mesma rede local
objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cadarede IP (LAN)
Roteamento para outra LANRoteamento e ARP
bull A cria o pacote IP com origem A destino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadroEthernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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bull Endereccedilos 6 Bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Quadro Ethernet
1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro Se
ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Algoritmo CSMACD da EthernetCSMACD do Ethernet
Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg
Exponential backoffbull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute
K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Ethernet CSMACDCSMACD do Ethernet
bull 80211bbull 24 GHz faixa de raacutedio sem licenccedilabull Ateacute 11 Mbpsbull Direct sequence spread spectrum (DSSS) na camada fiacutesica
bull Todos os hospedeiros usam a mesma sequumlecircncia de coacutedigobull Largamente empregado usando estaccedilotildees-base (pontos de acesso)
bull 80211a bull Faixa 5 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull 80211g bull Faixa 24 GHz bull Ateacute 54 Mbps
bull Todos usam CSMACA para acesso muacuteltiplobull Todos tecircm estaccedilotildees-base e versatildeo para redes ad hoc
IEEE 80211 LAN sem fio
bull Hospedeiro sem fio se comunica com a estaccedilatildeo-basebull Estaccedilatildeo-base = ponto de
acesso (AP)bull Basic Service Set (BSS) (ou
ldquoceacutelulardquo) no modo infra-estrutura conteacutembull Hospedeiros sem fiobull Ponto de acesso (AP)
estaccedilatildeo- basebull Modo ad hoc somente
hospedeiros
80211 arquitetura de LAN 80211 Canais associaccedilatildeo
bull 80211b o espectro de 24 GHz-2485 GHz eacute dividido em 11 canaisde diferentes frequumlecircncias
bull O administrador escolhe a frequumlecircncia para o AP
bull Possiacutevel interferecircncia canal pode ser o mesmo que aqueleescolhido por um AP vizinho
bull Hospedeiro deve associar-se com um AP
bull Percorre (scanning) canais buscando quadros beacon que contecircm o nome do AP (SSID) e o endereccedilo MAC
bull Escolhe um AP para se associarbull Pode realizar autenticaccedilatildeo
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bull Evita colisotildees 2 ou mais noacutes transmitindo ao mesmo tempobull 80211 CSMA ndash escuta antes de transmitir
bull Natildeo colide com transmissotildees em curso de outros noacutesbull 80211 natildeo faz detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Difiacutecil de receber (sentir as colisotildees) quando transmitindo devido aosinal recebido ser muito fraco (desvanecimento)
bull Pode natildeo perceber as colisotildees colisatildeo acontece no receptorhbull Meta evitar colisotildees CSMAC(collision)A(voidance)
IEEE 80211 acesso muacuteltiplo
Transmissor 802111 Se o canal eacute percebido quieto (idle) por
DIFS entatildeobull Transmite o quadro inteiro (sem CD)2 Se o canal eacute percebido ocupado entatildeobull Inicia um tempo de backoff aleatoacuteriobull Temporizador decrementa contador
enquanto o canal estiver ociosobull Transmite quando temporizador expira
Se natildeo recebe ACK aumenta o intervalode recuo (backoff) aleatoacuterio repete passo2
Receptor 80211 bull Se o quadro eacute recebido corretamente
retorna ACK depois de SIFS (ACK eacute necessaacuterio devido ao problema do terminal oculto)
IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA
Ideacuteia permite o transmissor ldquoreservarrdquo o canal em vez de acessaraleatoriamente ao enviar quadros de dados evita colisotildees de quadrosgrandes
bull Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) agrave estaccedilatildeo-base usando CSMA
bull RTSs podem ainda colidir uns com os outros mas satildeo pequenos
bull BS envia em broadcast clear to send CTS em resposta ao RTS
CTS eacute ouvido por todos os noacutesbullTransmissor envia o quadro de dados
bullOutras estaccedilotildees deferem suas transmissotildees
bullApoacutes recepccedilatildeo do quadro destinataacuterio envia confirmaccedilatildeo (ie ACK)
Evitando colisotildees Quadro 80211 endereccedilamento
Endereccedilo 2 endereccedilo MACdo hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro
Endereccedilo 1 endereccedilo MAC doHospedeiro ou Access Point (AP) que deve receber o quadro
Endereccedilo 3 endereccedilo MACda interface do roteador agrave qual o AP eacute ligado
Endereccedilo 4 usado apenas no modo ad hoc
Duraccedilatildeo do tempo detransmissatildeo reservada (RTSCTS)
seg do quadro(para ARQ confiaacutevel)
Tipo de quadro(RTS CTS ACK dados)
Quadro 80211
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo
consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou porcoacutedigobull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA Slotted-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(eg cabos) e difiacutecil em outros (eg wireless) bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA (Collision Avoidance) usado em 80211
mode ad hocbull Passagem de permissatildeo
bull Polling a partir de um noacute central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MACSumaacuterio dos protocolos MAC
Endereccedilamento da camada de enlace
Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra
fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARPEndereccedilos de LAN e ARP
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para
assegurar a unicidade)
bull Analogia(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem
reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais) Endereccedilos de LAN e ARP
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabelaARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute natabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabelaARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network) ARP na mesma rede local
objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cadarede IP (LAN)
Roteamento para outra LANRoteamento e ARP
bull A cria o pacote IP com origem A destino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadroEthernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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bull Evita colisotildees 2 ou mais noacutes transmitindo ao mesmo tempobull 80211 CSMA ndash escuta antes de transmitir
bull Natildeo colide com transmissotildees em curso de outros noacutesbull 80211 natildeo faz detecccedilatildeo de colisatildeo
bull Difiacutecil de receber (sentir as colisotildees) quando transmitindo devido aosinal recebido ser muito fraco (desvanecimento)
bull Pode natildeo perceber as colisotildees colisatildeo acontece no receptorhbull Meta evitar colisotildees CSMAC(collision)A(voidance)
IEEE 80211 acesso muacuteltiplo
Transmissor 802111 Se o canal eacute percebido quieto (idle) por
DIFS entatildeobull Transmite o quadro inteiro (sem CD)2 Se o canal eacute percebido ocupado entatildeobull Inicia um tempo de backoff aleatoacuteriobull Temporizador decrementa contador
enquanto o canal estiver ociosobull Transmite quando temporizador expira
Se natildeo recebe ACK aumenta o intervalode recuo (backoff) aleatoacuterio repete passo2
Receptor 80211 bull Se o quadro eacute recebido corretamente
retorna ACK depois de SIFS (ACK eacute necessaacuterio devido ao problema do terminal oculto)
IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA
Ideacuteia permite o transmissor ldquoreservarrdquo o canal em vez de acessaraleatoriamente ao enviar quadros de dados evita colisotildees de quadrosgrandes
bull Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) agrave estaccedilatildeo-base usando CSMA
bull RTSs podem ainda colidir uns com os outros mas satildeo pequenos
bull BS envia em broadcast clear to send CTS em resposta ao RTS
CTS eacute ouvido por todos os noacutesbullTransmissor envia o quadro de dados
bullOutras estaccedilotildees deferem suas transmissotildees
bullApoacutes recepccedilatildeo do quadro destinataacuterio envia confirmaccedilatildeo (ie ACK)
Evitando colisotildees Quadro 80211 endereccedilamento
Endereccedilo 2 endereccedilo MACdo hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro
Endereccedilo 1 endereccedilo MAC doHospedeiro ou Access Point (AP) que deve receber o quadro
Endereccedilo 3 endereccedilo MACda interface do roteador agrave qual o AP eacute ligado
Endereccedilo 4 usado apenas no modo ad hoc
Duraccedilatildeo do tempo detransmissatildeo reservada (RTSCTS)
seg do quadro(para ARQ confiaacutevel)
Tipo de quadro(RTS CTS ACK dados)
Quadro 80211
Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo
consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou porcoacutedigobull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA Slotted-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(eg cabos) e difiacutecil em outros (eg wireless) bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA (Collision Avoidance) usado em 80211
mode ad hocbull Passagem de permissatildeo
bull Polling a partir de um noacute central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MACSumaacuterio dos protocolos MAC
Endereccedilamento da camada de enlace
Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra
fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARPEndereccedilos de LAN e ARP
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para
assegurar a unicidade)
bull Analogia(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem
reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais) Endereccedilos de LAN e ARP
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabelaARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute natabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabelaARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network) ARP na mesma rede local
objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cadarede IP (LAN)
Roteamento para outra LANRoteamento e ARP
bull A cria o pacote IP com origem A destino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadroEthernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeoProtocolos MAC com passagem de permissatildeo
bull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou porcoacutedigobull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA Slotted-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos
(eg cabos) e difiacutecil em outros (eg wireless) bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA (Collision Avoidance) usado em 80211
mode ad hocbull Passagem de permissatildeo
bull Polling a partir de um noacute central passagem de token
Sumaacuterio dos protocolos MACSumaacuterio dos protocolos MAC
Endereccedilamento da camada de enlace
Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da
definiccedilatildeo de rede IP)
Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra
fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN e ARPEndereccedilos de LAN e ARP
bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para
assegurar a unicidade)
bull Analogia(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem
reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
Endereccedilos de LAN (mais) Endereccedilos de LAN e ARP
Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabelaARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)
06072017
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute natabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabelaARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network) ARP na mesma rede local
objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cadarede IP (LAN)
Roteamento para outra LANRoteamento e ARP
bull A cria o pacote IP com origem A destino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadroEthernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B
06072017
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute natabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabelaARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network) ARP na mesma rede local
objetivo envia datagrama de A para B via Rsupotildee que A conhece o endereccedilo IP de B
bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cadarede IP (LAN)
Roteamento para outra LANRoteamento e ARP
bull A cria o pacote IP com origem A destino B bull A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao
endereccedilo IP 111111111110bull A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o
quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B bull A camada de enlace de A envia o quadroEthernetbull A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet bull R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a
Bbull R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B bull R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B