disciplina: redes de computadores i - laboratório mídiacomdebora/redes1/pdf2/05_redes1.pdf ·...

Prof. Débora C. Muchaluat Saade 1

Mestrado em Engenharia de TelecomunicaMestrado em Engenharia de TelecomunicaççõesõesRedes de Computadores I

DisciplinaDisciplina: : Redes de Computadores I

Arquitetura IEEE 802Padrões IEEE 802.3, 802.11, 802.2, 802.16

Profa. Débora Christina Muchaluat [email protected]

ArquiteturaArquitetura IEEE 802IEEE 802PadrõesPadrões IEEE 802.3, 802.11, 802.2, 802.16IEEE 802.3, 802.11, 802.2, 802.16

Profa. DProfa. Déébora bora ChristinaChristina MuchaluatMuchaluat SaadeSaade

deboramsdeborams@@telecom.uff.brtelecom.uff.br

Departamento de Engenharia de TelecomunicaDepartamento de Engenharia de Telecomunicaçções ões -- UFFUFF

2

Redes de Computadores IRedes de Computadores I

ArquiteturaArquitetura IEEE 802IEEE 802

ISO/IECJoint Technical Committees 1 (JTC 1)

on Information Technology

ANSIAmericanNational

StandardsInstitute

ABNTAssociaçãoBrasileira de

NormasTécnicas

... ...

IEEEInstitute of Electrical

and Eletronics Engineers

IEEE Project 802Local and Metropolitan

Area Networks Standards

�� IEEE IEEE -- Institute of Institute of Electrical and Electronics Electrical and Electronics EngineersEngineers

�� ConjuntoConjunto de de PadrõesPadrõesparapara RedesRedes LocaisLocais

–– LAN LAN –– Local Area Local Area NetworksNetworks

–– estaestaççõesões estãoestão a a poucospoucosquilômetrosquilômetros umasumas das das outrasoutras



4


ComitêComitê de de PadronizaPadronizaççãoão do do ProjetoProjeto IEEE 802IEEE 802

ComitêComitê ExecutivoExecutivo

802.1 Interligação e Gerência

802.3 CSMA/CD

802.2 LLC

802.4 Token Bus

802.5 Token Ring

802.6 MAN

802.8 Fibra Ótica

802.10 Segurança

802.9 Serviços Integrados

802.11 WLANs - Wireless Local Area Networks

802.12 Demand Priority Access

802.7 Banda Larga

802.15 WPANs - Wireless Personal Area Networks

802.16 WMANs -Broadband Wireless Access

802.17 RPR -Resilient Packet Ring

802.18 Radio Regulatory

6


AplicaAplicaççãoão

ApresentaApresentaççãoão

SessãoSessão

TransporteTransporte

RedeRede

EnlaceEnlace

FFíísicosico

LLC (802.2)LLC (802.2)MACMAC

FFíísicosico

Arquitetura OSI

Arquitetura IEEE

OSI x IEEE 802OSI x IEEE 802



7


ArquiteturaArquitetura IEEE 802IEEE 802((RedesRedes LocaisLocais de de ComputadoresComputadores))

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Físico

LLC LLC

MAC

Físico

MAC

Físico

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Host BAplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Host A

comunicação fim-a-fim

8


CamadasCamadas dada ArquiteturaArquitetura IEEE 802IEEE 802

Logical LinkLogical LinkControl (LLC)Control (LLC)Medium AccessMedium AccessControl (MAC)Control (MAC)Physical Layer Physical Layer

(PHY)(PHY)



9


NNíívelvel FFíísicosico

Logical LinkControl (LLC)Medium AccessControl (MAC)Physical Layer

(PHY)

�� EstabelecimentoEstabelecimento, , manutencãomanutencão e e liberaliberaççãoão de de conexõesconexões ffíísicassicas

�� transmissãotransmissão de bits de bits atravatravééss de um de um meiomeio ffíísicosico

–– CaboCabo coaxialcoaxial–– Par Par trantranççadoado–– FibraFibra óóticatica

�� MMéétodotodo de de codificacodificaççãoão�� TaxaTaxa de de TransmissãoTransmissão

10


CamadaCamada de de ControleControle de de AcessoAcesso aoao MeioMeio


(PHY)

�� EndereEndereççoo MACMAC�� OrganizaOrganizaççãoão do do acessoacesso aoao meiomeio

ffíísicosico compartilhadocompartilhado–– BarraBarra, , AnelAnel, , WirelessWireless

�� DetecDetecççãoão de de erroserros (CRC)(CRC)�� DelimitaDelimitaççãoão de de quadrosquadros�� TTéécnicascnicas

–– CSMACSMA--CD (802.3)CD (802.3)–– Token Ring (802.5)Token Ring (802.5)–– Token Bus (802.4)Token Bus (802.4)–– DQDB (802.6)DQDB (802.6)–– CSMA/CA (802.11)CSMA/CA (802.11)–– ......



11


CamadaCamada de de ControleControle de Enlace de Enlace LLóógicogico

�� IndependênciaIndependência dada camadacamadaMACMAC

�� LSAPsLSAPs�� MultiplexaMultiplexaççãoão�� ControleControle de de erroserros e de e de fluxofluxo�� TiposTipos de de operaoperaççãoão�� Classes de Classes de procedimentosprocedimentos


(PHY)

13


PadrõesPadrões IEEE 802.XIEEE 802.X

802.2

802.3 802.4 802.5 802.11

802.1 Relacionamentoentre os Padrões 802

LLC

MAC

PHY




Padrão IEEE 802.3PadrãoPadrão IEEE 802.3IEEE 802.3


16


Padrão 802.3 Padrão 802.3 –– EthernetEthernet

�� Camadas MAC e FCamadas MAC e Fíísicasica�� Protocolo de acessoProtocolo de acesso

–– CSMA/CDCSMA/CD�� Redes Locais com Topologia LRedes Locais com Topologia Lóógica em Barragica em Barra�� TaxasTaxas de de TransmissãoTransmissão

–– 10 Mbps 10 Mbps –– EthernetEthernet–– 100 Mbps 100 Mbps –– Fast EthernetFast Ethernet–– 1 1 GbpsGbps –– Gigabit EthernetGigabit Ethernet–– IEEE 802.3ae IEEE 802.3ae –– 10 10 GbpsGbps ((conectividadeconectividade parapara

MANsMANs e WANs)e WANs)



17


OpOpçções para as Extensões ões para as Extensões àà rede rede EthernetEthernet

��1980: 1980: EthernetEthernet..��1985: IEEE 802.3.1985: IEEE 802.3.

–– EthernetEthernet Comutada (Comutada (switchedswitched EthernetEthernet).).��1995: IEEE 802.3u 1995: IEEE 802.3u FastFast EthernetEthernet..

–– 1997: 1997: EthernetEthernet FullFull--duplexduplex..��1998: IEEE 802.3z 1998: IEEE 802.3z GigabitGigabit EthernetEthernet..��2002: IEEE 802.32002: IEEE 802.3aeae 10 10 GigabitGigabit EthernetEthernet..��???? ???? EthernetEthernet !!!!!!!!

19


PadrãoPadrão IEEE 802.3IEEE 802.3

�� SemânticaSemântica do do ProtocoloProtocolo dada CamadaCamada MACMAC

–– CSMACSMA--CDCD–– EsperaEspera AleatAleatóóriaria ExponencialExponencial TruncadaTruncada

�� FuncionamentoFuncionamento FullFull--Duplex (Ethernet, Fast, Giga, 10 Duplex (Ethernet, Fast, Giga, 10 Giga) Giga)

–– nãonão usausa CSMA/CDCSMA/CD



20


TT22

CSMA/CDCSMA/CD

TempoTT11

TT33

ColisãoColisãoColisão

21


Técnica CSMA/CD

EstaEstaççãoão AtivaAtiva

MeioMeio LivreLivre??

IniciaIniciaTransmissãoTransmissão

Sim

Não

Sim

Não

ColisãoColisão??InterrompeInterrompe

TransmissãoTransmissão

IncrementaIncrementa contadorcontadorde de nnúúmeromero de de colisõescolisões

ReforReforççoo dedeColisãoColisão (JAM)(JAM)

AtrasoAtraso AleatAleatóóriorioponderadoponderado pelopelo

nnúúmeromero de de colisõescolisões

TerminaTerminaTransmissãoTransmissão

Retransmissão



22


CSMA/CD CSMA/CD -- RetransmissãoRetransmissão

�� EsperaEspera AleatAleatóóriaria ExponencialExponencial TruncadaTruncada–– se se houvehouve colisãocolisão, , esperaespera tempo tempo aleataleatóóriorio entreentre 0 0

e (e (limitelimite superior)*2superior)*2nn

–– o o limitelimite éé dobradodobrado a a cadacada colisãocolisão sucessivasucessiva atatéé o o nnúúmeromero mmááximoximo de de colisõescolisões::

•• nasnas primeirasprimeiras 10 10 tentativastentativas nn variavaria de 1 a 10, de 1 a 10, nasnastentativastentativas subseqsubseqüüentesentes, , nn continua com o valor 10.continua com o valor 10.

•• depoisdepois de 16 de 16 tentativastentativas mal mal sucedidassucedidas, a interface , a interface reportareporta tempo de tempo de acessoacesso infinitoinfinito ((abortaaborta transmissãotransmissão).).

–– retardoretardo de de transmissãotransmissão pequenopequeno no no comecomeççoo e e grandegrande depoisdepois, , evitandoevitando sobrecargasobrecarga

23


IEEE 802.3IEEE 802.3

�� bittimebittime -- tempo tempo parapara transmitirtransmitir 1 bit1 bit�� IFG IFG -- interframeinterframe gap = 96 gap = 96 bittimesbittimes

–– 10 Mbps = 9,6 10 Mbps = 9,6 microssegundosmicrossegundos–– 100 Mbps = 960 100 Mbps = 960 nanossegundosnanossegundos–– 1 1 GbpsGbps = 96 = 96 nanossegundosnanossegundos

�� LimiteLimite superior superior parapara escolhaescolha do tempodo tempo–– 512 512 bittimesbittimes

�� EmEm casocaso de de colisãocolisão –– transmitetransmite JAM JAM atatéécompletarcompletar 96 bits 096 bits 0’’s e 1s e 1’’s s alternadosalternados



25


PadrãoPadrão IEEE 802.3IEEE 802.3

�� FormatoFormato dada PDU PDU dada CamadaCamada MACMAC

56 Bits

PreâmbuloPreâmbulo

48 (16) Bits 48 (16) Bits 16 Bits 368 Bits - 12 KBits 32 Bits

Destinatário Remetente Comprimento Dados FCSFCS

8 Bits

SD PAD

26


PDU 802.3PDU 802.3

�� PreâmbuloPreâmbulo: 7 bytes 10101010 (: 7 bytes 10101010 (sincronizasincronizaççãoão do do transmissortransmissor e receptor e receptor --codificacodificaççãoão Manchester)Manchester)

�� SD SD -- Start Delimiter Start Delimiter -- 1010101110101011�� EndereEndereççosos ((osos fabricantesfabricantes decidemdecidem se se usamusam 1 1 ouou ambasambas as as formasformas de de

endereendereççoo):):–– 1o. Bit 1o. Bit indicaindica se se éé úúniconico (0) (0) ouou grupogrupo (1), broadcast ((1), broadcast (todostodos osos bits 1)bits 1)–– 16 bits: 16 bits: localmentelocalmente administradosadministrados–– 48 bits: 48 bits: esquemaesquema de de endereendereççamentoamento universal universal fornecidofornecido pelopelo fabricantefabricante

(2o. Bit (2o. Bit indicaindica se se éé local (1) local (1) ouou universal (0))universal (0))–– 2^46 2^46 endereendereççosos universaisuniversais

�� PAD PAD parapara satisfazersatisfazer tamanhotamanho mmíínimonimo do do quadroquadro M >= 2CTpM >= 2CTp�� tamanhotamanho mmíínimonimo (64 bytes a (64 bytes a partirpartir de DA) e de DA) e mmááximoximo (1518 bytes = 1,5 (1518 bytes = 1,5

KB)KB)�� FCS FCS -- CRCCRC--32: x32: x3232 + x+ x2626 + x+ x2323 + x+ x2222 + x+ x1616 + x+ x1212 + x+ x1010 + x+ x88 + x+ x77 + x+ x55 + x+ x44 + x+ x22 + +

x + 1x + 1



27


QuadroQuadro IEEE 802.3 x IEEE 802.3 x QuadroQuadro EthernetEthernet

�Ethernet e 802.3 podem interoperar:–se valor do campo comprimento/(tipo do protocolo) > 1500 => éinterpretado como tipo do protocolo (quadro ethernet)–se valor <= 1500 => é interpretado como comprimento (quadro 802.3)

PreâmbuloPreâmbulo Destinatário Remetente Comprimento Dados FCSFCSSD PAD

PreâmbuloPreâmbulo Destinatário RemetenteTipodo

protocoloDados FCSFCSSD

56 Bits 48 (16) Bits 48 (16) Bits 16 Bits 368 Bits - 12 KBits 32 Bits8 Bits

IEEE 802.3

Ethernet

33


PadrãoPadrão parapara NNíívelvel FFíísicosico 802.3802.3

�� NomenclaturaNomenclatura::

taxa de transmissão

em Mbps

técnica de sinalização

(Base ou Broad)

(tamanho máximo do segmento)/100ou

letra indicando o meio físico

10 Base T



34


PadrõesPadrões do do NNíívelvel FFíísicosico IEEE 802.3 IEEE 802.3

�� 802.3 802.3 -- Ethernet (10 Mbps)Ethernet (10 Mbps)–– 10Base5, 10Base2, 10BROAD3610Base5, 10Base2, 10BROAD36–– 10BaseT10BaseT–– 10BaseF10BaseF

�� 802.3u 802.3u -- Fast Ethernet (100 Mbps)Fast Ethernet (100 Mbps)–– 100BaseTX (UTP 100BaseTX (UTP ouou STP)STP)–– 100BaseT4 (UTP)100BaseT4 (UTP)–– 100BaseFX (100BaseFX (fibrafibra))

�� 802.3z 802.3z -- Gigabit Ethernet (1Gbps)Gigabit Ethernet (1Gbps)–– 1000BaseT (UTP)1000BaseT (UTP)–– 1000BaseCX (STP)1000BaseCX (STP)–– 1000BaseLX, 1000BaseSX (1000BaseLX, 1000BaseSX (fibrafibra))

�� 802.3ae 802.3ae –– 10 Gigabit Ethernet (10Gbps)10 Gigabit Ethernet (10Gbps)–– SSóó fibrafibra óóticatica–– SomenteSomente operaoperaççãoão fullfull--duplex (switch)duplex (switch)–– 10GBASE10GBASE--XX–– DistânciasDistâncias podempodem chegarchegar a 40Kma 40Km

cabo coaxial

par trançado ou fibra

49


InterligaInterligaççãoão de de MMúúltiplosltiplosSegmentosSegmentos



50


DomDomíínio de Colisãonio de Colisão

NNúúmeromero mmááximoximo de de estaestaççõesões: 1024: 102410, 100 10, 100 ouou 1Gbps1Gbps

51


InterligaInterligaçção de ão de HubsHubs EthernetEthernet



52


Ethernet (10Mbps) Ethernet (10Mbps) RegraRegra 55--44--33

�� No No caminhocaminho entreentre 2 2 estaestaççõesões quaisquerquaisquer–– 5 5 SegmentosSegmentos–– 4 4 RepetidoresRepetidores–– 3 mixing segments3 mixing segments

53


Extensões ao Extensões ao EthernetEthernet

��FastFast EthernetEthernet (100 (100 MbpsMbps):):–– 2 segmentos (distância m2 segmentos (distância mááxima em torno de 200m)xima em torno de 200m)–– 1 ou 2 repetidores1 ou 2 repetidores

•• SSóó 1 repetidor Classe I (interligam segmentos com 1 repetidor Classe I (interligam segmentos com tipos de codificatipos de codificaçção distintos) ão distintos)

•• 2 repetidores Classe II (interligam segmentos com 2 repetidores Classe II (interligam segmentos com mesmo tipo de codificamesmo tipo de codificaçção) separados por no mão) separados por no mááximo ximo 5 metros5 metros

��GibabitGibabit Ethernet (1 Ethernet (1 GbpsGbps):):–– Tamanho mTamanho míínimo do quadro = 512 bytesnimo do quadro = 512 bytes–– 2 segmentos (distância m2 segmentos (distância mááxima em torno de 200m)xima em torno de 200m)–– SSóó 1 repetidor1 repetidor



54


FastFast EthernetEthernet (100Mbps)(100Mbps)


Padrão IEEE 802.11Redes Locais sem FioPadrãoPadrão IEEE 802.11IEEE 802.11RedesRedes LocaisLocais semsem FioFio




98


RedesRedes LocaisLocais semsem FioFio

� Padrão desenvolvido pelo IEEE projeto 802.11

Wireless Local-Area Networks Standard Working Group

� Define:– nível físico:

– frequência de rádio – infravermelho

– Camada MAC - DFWMAC (Distributed Foundation Wireless MAC)

– CSMA/CA– Polling

100


IEEE 802.11 IEEE 802.11 -- padrõespadrões

�� IEEE 802.11 IEEE 802.11 -- The original 2 The original 2 Mbit/sMbit/s, 2.4 GHz standard , 2.4 GHz standard �� IEEE 802.11a IEEE 802.11a -- 54 54 Mbit/sMbit/s, 5 GHz standard (1999, , 5 GHz standard (1999,

shipping products in 2001) shipping products in 2001) �� IEEE 802.11b IEEE 802.11b -- Enhancements to 802.11 to support 5.5 Enhancements to 802.11 to support 5.5

and 11 and 11 Mbit/sMbit/s (1999) (1999) �� IEEE 802.11g IEEE 802.11g -- 54 54 Mbit/sMbit/s, 2.4 GHz standard (backwards , 2.4 GHz standard (backwards

compatible with b) (2003) compatible with b) (2003) �� IEEE 802.11n IEEE 802.11n -- Higher throughput improvements Higher throughput improvements



102


IEEE 802.11IEEE 802.11

� Área coberta pela rede é dividida emcélulas (BSA)

� Rede local sem fio Ad-Hoc– ESS com um único BSS

� Rede local sem fio com infra-estrutura– Sistema de Distribuição – AP – access point

103


RedeRede semsem FioFio AdAd--HocHoc

EE--11

EE--22

BSS = ESSBSS = ESS

BSA (Basic Service Area) = célulaBSS (Basic Service Set) = estações comunicando-se em uma BSA

EE--44

EE--33



105


RedeRede semsem FioFio com Infracom Infra--estruturaestrutura

BSA (Basic Service Area) = célulaBSS (Basic Service Set) = estações comunicando-se em uma BSAAP (Access Point)ESS (Extended Service Set) = estações comunicando-se em vários BSS’s

AP-A AP-B

E-A1

E-A2

E-B1

E-B2

BSS-A BSS-B

Sistema de DistribuiçãoESS

108


Camadas 802.11Camadas 802.11

�� MAC:MAC:–– AcessoAcesso aoao meiomeio–– FragmentaFragmentaççãoão–– CriptografiaCriptografia (WEP (WEP –– Wired Equivalent Wired Equivalent

PrivacyPrivacy))�� PLCP:PLCP:

–– IndicaIndicaççãoão de de meiomeio livrelivre (CCA (CCA –– Clear Clear Channel AssessmentChannel Assessment))

–– OfereceOferece SAP SAP comumcomum independenteindependente dadatecnologiatecnologia de de transmissãotransmissão

�� PMD:PMD:–– ModulaModulaççãoão–– CodificaCodificaçção/decodificaão/decodificaççãoão de de sinaissinais

Medium AccessControl (MAC)

Physical Medium Dependent (PMD)

Physical Layer Convergence Protocol (PLCP) Camada

Física



109


Camada FCamada Fíísicasica

�� Transmissão a 1 ou 2MbpsTransmissão a 1 ou 2Mbps–– 2.4GHz (Banda reservada para LAN, uso m2.4GHz (Banda reservada para LAN, uso méédico e dico e

industrial)industrial)�� Infravermelho (IR) Infravermelho (IR) -- InfraRedInfraRed�� RadiodifusãoRadiodifusão

–– directdirect sequencesequence spread spread spectrumspectrum (DSSS)(DSSS)–– frequencyfrequency hoppinghopping spread spread spectrumspectrum (FHSS)(FHSS)–– 802.11a 802.11a -- rráádio (OFDM) em 5 GHz (6 a 54 dio (OFDM) em 5 GHz (6 a 54 MbpsMbps))–– 802.11b 802.11b -- rráádio (DSSS) em 2.4 GHz (5,5 e 11 dio (DSSS) em 2.4 GHz (5,5 e 11 MbpsMbps))–– 802.11g 802.11g -- 54 54 Mbit/sMbit/s, 2.4 GHz (, 2.4 GHz (compatcompatíívelvel com com

802.11b) (2003) 802.11b) (2003) –– 802.11n 802.11n –– 100 100 MbitMbit/s /s –– previsão para fim de 2005 previsão para fim de 2005

118


DFWMAC DFWMAC Distributed Foundation Wireless MACDistributed Foundation Wireless MAC

�� Define Define doisdois MMéétodostodos de de AcessoAcesso ((FunFunççõesões de de CoordenaCoordenaççãoão))��Distributed Coordination Function Distributed Coordination Function -- DCFDCF

–– DistribuDistribuíídodo ((ObrigatObrigatóóriorio))–– DecisãoDecisão de de quandoquando transmitirtransmitir éé tomadatomada individualmenteindividualmente–– CSMA/CACSMA/CA–– PossibilidadePossibilidade de de transmissõestransmissões simultâneassimultâneas

�� Point Coordination FunctionPoint Coordination Function -- PCFPCF–– CentralizadoCentralizado ((OpcionalOpcional))–– DecisãoDecisão de de quemquem devedeve transmitirtransmitir centralizadacentralizada em um em um

pontoponto–– PrecisaPrecisa do AP do AP –– redesredes com infracom infra--estruturaestrutura–– PollingPolling–– EvitaEvita a a ocorrênciaocorrência de de colisõescolisões



119


ControleControle de de AcessoAcesso DFWMACDFWMAC

Meio Ocupado

DIFS

DIFS

PIFS

Acesso c/ Contenção

IFS - Inter Frame Space

PIFS - PCF (Priority) IFS: Point Coordination FunctionDIFS - DCF (Priority) IFS: Distributed Coordination Function

Próximo Quadro

120


DCF: DCF: porpor queque nãonão usarusar CSMA/CD?CSMA/CD?

��LimitaLimitaççõesões::–– Meio sem fio: Meio sem fio: éé difdifíícil detectar outro sinal alcil detectar outro sinal aléém do m do

sinal da prsinal da próópria estapria estaçção, com as antenas de ão, com as antenas de transmissão e receptransmissão e recepçção prão próóximas uma da outra. ximas uma da outra.

–– NemNem todastodas estaestaççõesões de de umauma BSA BSA sãosão capazescapazes de de receberreceber osos sinaissinais de de todastodas as as demaisdemais::

––EstaEstaççãoão escondidaescondida



121


ProblemaProblema com CSMA com CSMA emem redesredes semsem fiofio

�� NemNem todastodas as as estaestaççõesões estãoestão no no alcancealcance de de todastodas as as demaisdemais estaestaççõesões::

–– ProblemaProblema dada estaestaççãoão escondidaescondida::•• C C nãonão percebepercebe a a transmissãotransmissão de A de A parapara B.B.

AA BB CC DD

AlcanceAlcancede Ade A

AlcanceAlcancede Cde C

122


ProblemaProblema com CSMA com CSMA emem redesredes semsem fiofio

�� NemNem todastodas as as estaestaççõesões estãoestão no no alcancealcance de de todastodasas as demaisdemais estaestaççõesões::

–– ProblemaProblema dada estaestaççãoão expostaexposta::•• C C nãonão transmitetransmite parapara D se B D se B estiverestiver transmitindotransmitindo

parapara A.A.

AA BB CC DD

AlcanceAlcancede Bde B

AlcanceAlcancede Cde C



123


SoluSoluççãoão: CSMA/CA: CSMA/CA

��CSMA/CA com CSMA/CA com requisirequisiççãoão (RTS) e (RTS) e reconhecimentoreconhecimento (CTS):(CTS):–– UmaUma requisirequisiççãoão éé enviadaenviada aoao destinodestino antes de antes de

transmitirtransmitir osos dados:dados:•• ÉÉ enviadoenviado um um quadroquadro RTS RTS –– Request To Send.Request To Send.

–– O O destinodestino responderesponde com com umauma autorizaautorizaççãoão::•• ÉÉ enviadoenviado o o quadroquadro CTS CTS –– Clear To Send.Clear To Send.

–– ApApóóss o o recebimentorecebimento corretocorreto de um de um quadroquadro, o , o destinodestinoenviaenvia reconhecimentoreconhecimento positivopositivo::

•• ÉÉ enviadoenviado o o quadroquadro ACK ACK –– Acknowledgement.Acknowledgement.

126


EstaEstaççãoão escondidaescondida

�� SuponhaSuponha queque A A querquer transmitirtransmitir parapara B:B:–– A A enviaenvia RTS RTS parapara B B –– ……C C nãonão receberreceberáá o RTS de Ao RTS de A–– …… masmas receberreceberáá o CTS de B.o CTS de B.

•• A A colisãocolisão podepode ocorrerocorrer entreentre o o envioenvio de de RTSsRTSs porporparte de A e C parte de A e C ““aoao mesmomesmo tempotempo””, , sendosendo ambos ambos endereendereççadosados parapara BB..

AA BB CC DD

RTSRTSCTSCTS



127


EstaEstaççãoão expostaexposta

�� B B querquer transmitirtransmitir parapara A (A (enviouenviou RTS RTS primeiroprimeiro),),

�� C C querquer transmitirtransmitir parapara D (D (enviaenvia RTS RTS depoisdepois):):–– NãoNão hháá colisãocolisão, , poispois o RTS de B era o RTS de B era endereendereççadoado

parapara A e C A e C nãonão recebeurecebeu o CTS de A.o CTS de A.–– A A enviarenviaráá o o reconhecimentoreconhecimento de um de um quadroquadro

corretocorreto..

AA BB CC DD

RTSRTS RTSRTSDadosDados

128


Distributed Coordination FunctionDistributed Coordination Function

� Utiliza a técnica CSMA/CA

� Obrigatória para todos os AP’s e estações emredes sem fio com infra-estrutura ou Ad-Hoc

� Acrescenta opcionalmente ao CSMA/CAtradicional a troca de quadros de controleRTS (Request to Send) e CTS (Clear to Send)



129


TransmissãoTransmissão de Dadosde Dados

Estação Origem Estação Destino

RTSRTS

CTSCTS

DATADATA

ACKACK

Opcional

RTS/CTS - Leva estimativa de tempo de transmissão do quadro de dados usado para atualizar o NAV (Network Allocation Vector) em cada estação

133


ControleControle de de AcessoAcesso DCFDCF

Próximo QuadroMeio Ocupado

DIFS

DIFS

SIFS

PIFS

Estação Retarda Acesso

Backoff Window


IFS - Inter Frame Space

SIFS - Short (Priority) IFS: CTS, ACK, respostas ao pollingPIFS - PCF (Priority) IFS: Point Coordination FunctionDIFS - DCF (Priority) IFS: Distributed Coordination Function

Slot time

Seleciona slot aleatoriamente

Slot time – depende da tecnologia de nível físico

Backoff time = random x slot time



137


ExemploExemplo CSMA/CA com RTS/CTSCSMA/CA com RTS/CTS

origem

destino

outraestação

DIFS

RTS

SIFS

CTS

SIFS

dados

SIFS

ACK

DIFS

Backoff window

retarda acesso

NAV (RTS)

NAV (CTS)

NAV – Network Allocation Vector: define instante de tempo mais próximo em que a estação pode tentar acessar o meio

138


ExemploExemplo CSMA/CA CSMA/CA semsem RTS/CTSRTS/CTS

origem

destino

outraestação

DIFS

dados

SIFS

ACK

DIFS

Backoff window

retarda acesso



139


Point Coordination FunctionPoint Coordination Function

� Implementa um serviço de acesso ordenado usando a técnica de polling, controlado peloAP (Access Point)

� Somente pode ser usado em redes com infra-estrutura e sem intersecções entre as BSS’s que operam na mesma faixa de frequência

141


ServiServiççosos DFWMACDFWMAC

NNÍÍVEL FVEL FÍÍSICOSICO

DCFDCF(CSMA/CA)(CSMA/CA)

PCFPCF

Serviço Sem Contenção

Serviço Com Contenção

MAC



142


ControleControle de de AcessoAcesso PCFPCF

Próximo QuadroMeio Ocupado

DIFS

DIFS

SIFS

PIFS

Estação Retarda Acesso

Backoff Window


IFS - Inter Frame SpaceSIFS - Short (Priority) IFS: CTS, ACK, Mensagens UrgentesPIFS - PCF (Priority) IFS: Point Coordination FunctionDIFS - DCF (Priority) IFS: Distributed Coordination Function

Slot

Seleciona slot aleatoriamente

143


ExemploExemplo PollingPolling

AP

estações

NAV das estações

PIFS

D1

SIFS

U1

SIFS

SIFS

NAV – Network Allocation Vector: define instante de tempo mais próximo em que a estação pode tentar acessar o meio

t0

t1

Meio ocupado D2

U2

SIFS

D3

PIFS

D4

SIFS

U4

SIFS

CFend

t2 t3

t4

NAV

Período sem contenção(Inicialmente iria até t3)

Período com

contenção

Superquadro

Atualiza o NAV



144


IntegraIntegraççãoão PCF x DCFPCF x DCF

� AP divide o tempo em períodos denominados superquadros

� Um superquadro consiste em dois intervalos de tempoconsecutivos, sendo o primeiro controlado pela PCF e osegundo pela DCF

� As durações dos períodos PCF e DCF são variáveis– Alongamento de superquadro

� PIFS < DIFS : Função pontual (AP) ganha o acesso primeiro e gerencia transmissões por polling

145


SuperquadroSuperquadro DFWMACDFWMAC

PCF (opcional)Período Sem Contenção

DCFPeríodo Com Contenção

MeioOcupado

Superquadro

Alongamento do Superquadro

Tamanho variável por superquadro



146


IntegraIntegraçção PCF x DCFão PCF x DCF

148


FormatoFormato dos dos quadrosquadros

PrePreââmbmbuulloo CabeCabeççalho alho dodonníível fvel fíísicosico PDU MACPDU MAC

PDU LLCPDU LLC

SDU MACSDU MACCabeCabeççalhoalhoMACMAC

LLCLLC

MACMAC

PHYPHY

ObsObs:: MAC MAC pode fazer fragmentapode fazer fragmentaççãoão!!

CRCCRC

30 Bytes Até 2312 4

Até 2346



151


Quadro MAC 802.11Quadro MAC 802.11

Frame control

Address1

2 6 6 6bytes

2

DurationID

Address2

Address3

Address4

Sequence control data CRC

2 6 0-2312 4

� Frame control:� Versão do protocolo (0)� Tipo do quadro (gerência, controle, dados)� Se quadro foi fragmentado� 2 DS bits (Distribution System):

� Significado dos 4 endereços MAC� Duration/ID – período de tempo em que o meio ficará

ocupado ou Association ID da estação (PS poll)� Sequence control – número de fragmento/seqüência para

reconhecer quadros duplicados (na falta de ACK)� CRC – detecção de erro CRC-32

153


InterpretaInterpretaçção dos endereão dos endereçços MAC 802.11os MAC 802.11

SASADADATATARARA1111

--DADASASABSSIDBSSID0011

--SASABSSIDBSSIDDADA1100

--BSSIDBSSIDSASADADA0000

Address 4Address 4Address 3Address 3Address 2Address 2Address 1Address 1from DSfrom DSto DSto DS



154



�� Rede Rede AdAd HocHoc: 2 bits DS = 0: 2 bits DS = 0–– DA DA –– destination address destination address –– destinatdestinatááriorio llóógicogico e e ffíísicosico–– SA SA –– source address source address –– remetenteremetente llóógicogico e e ffíísicosico–– BSSID BSSID –– id. id. dada ccéélulalula (BSS)(BSS)

AP

APDS

STA1

STA2

STA3

STA4

DS – Distribution System

155



�� RedeRede com com infraestruturainfraestrutura (from AP): from DS = 1(from AP): from DS = 1–– QuadroQuadro enviadoenviado aoao destinodestino atravatravééss de um APde um AP–– DA DA –– destination address destination address –– destinatdestinatááriorio llóógicogico e e ffíísicosico–– BSSID BSSID –– id. id. dada ccéélulalula (BSS) (BSS) –– remetenteremetente ffíísicosico (AP)(AP)–– SA SA –– source address source address –– remetenteremetente llóógicogico

AP

APDS

STA1

STA2

STA3

STA4




156



�� RedeRede com com infraestruturainfraestrutura (to AP): to DS = 1(to AP): to DS = 1–– OrigemOrigem enviaenvia quadroquadro atravatravééss de um APde um AP–– BSSID BSSID –– id. id. dada ccéélulalula (BSS) (BSS) –– destinatdestinatááriorio ffíísicosico (AP)(AP)–– SA SA –– source address source address –– remetenteremetente llóógicogico e e ffíísicosico–– DA DA –– destination address destination address –– destinatdestinatááriorio llóógicogico

AP

APDS

STA1

STA2

STA3

STA4


157



�� RedeRede com com infraestruturainfraestrutura ((dentrodentro do DS): do DS): 2 bits DS = 12 bits DS = 1–– QuadroQuadro transmitidotransmitido entreentre 2 2 APsAPs pelopelo sistemasistema de de distribuidistribuiççãoão semsem fiofio–– RA RA –– receiver address receiver address –– destinatdestinatááriorio ffíísicosico (AP)(AP)–– TA TA –– transmitter address transmitter address –– remetenteremetente ffíísicosico (AP)(AP)–– SA SA –– source address source address –– remetenteremetente llóógicogico originaloriginal–– DA DA –– destination address destination address –– destinatdestinatááriorio llóógicogico originaloriginal

AP

APDS

STA1

STA2

STA3

STA4





Padrão IEEE 802.2PadrãoPadrão IEEE 802.2IEEE 802.2


179


CamadaCamada de de ControleControle de Enlace de Enlace LLóógicogico

�� IndependênciaIndependência dada camadacamadaMACMAC

�� LSAPsLSAPs�� MultiplexaMultiplexaççãoão�� ControleControle de de erroserros e de e de fluxofluxo�� TiposTipos de de operaoperaççãoão�� Classes de Classes de procedimentosprocedimentos


(PHY)



180


CamadasCamadas, , ProtocolosProtocolos e Interfacese Interfaces

NívelSuperior

LLC

MAC

Físico

LLC

MAC

Físico

Protocolo LLCInterface

LLC/Nível Superior

InterfaceLLC/MAC

InterfaceLLC/MAC

NívelSuperior

InterfaceLLC/Nível Superior

181


InteraInteraççãoão entreentre CamadasCamadas((PontosPontos de de AcessoAcesso a a ServiServiççosos))

UsuUsuááriorioLLCLLC

EntidadeEntidade dedeServiServiççoo LLCLLC

EntidadeEntidade dedeServiServiççoo LLCLLC

FornecedorFornecedor dede ServiServiççoo MACMAC

UsuUsuáário rio LLCLLC

Fornecedor de Serviço LLC

Protocolo LLC

Ponto de Acesso ao Serviço LLC

Ponto de Acesso ao Serviço MAC



182


IEEE 802.2 IEEE 802.2 -- MultiplexaMultiplexaççãoão

MAC

Físico

MAC

Físico

( )( )( ) ( )( )

Endereço LLC(SAP)

1 2 3

Usuário

1 2

Rede

Usuário

Usuário Usuário Usuário

LLC LLC

Endereço MAC

184


FormatoFormato dada PDU LLCPDU LLC

8 Bits 8 Bits 8 ou 16 Bits N x 8 Bits

DSAP SSAP Controle Dados

DSAP: endereço do ponto de acesso ao serviço LLC destino

SSAP: endereço do ponto de acesso ao serviço LLC origem



185


FormatoFormato dada PDU LLCPDU LLC

8 Bits 8 Bits 8 ou 16 Bits N x 8 Bits

DSAP SSAP Controle DadosUnidade

de Dados LLC

DestinatárioMAC

RemetenteMAC … Dados ……

Quadro MAC

LLC

MAC

188


ControleControle de de ErrosErros e e FluxoFluxo -- LLCLLC

�� CamadaCamada MAC MAC fazfaz detecdetecççãoão de de erroserros (CRC)(CRC)�� RecuperaRecuperaççãoão de de erroserros opcionalopcional

–– retransmissãoretransmissão do do quadroquadro com com erroerro•• StopStop--andand--WaitWait•• Sliding Windows, GoSliding Windows, Go--BackBack--N (N (retransmissãoretransmissão integral)integral)

�� ControleControle de de fluxofluxo opcionalopcional–– StopStop--andand--WaitWait–– Sliding WindowsSliding Windows



189


EspecificaEspecificaççãoão dada Interface LLC/Interface LLC/NNíívelvel SuperiorSuperior

�� OperaOperaççãoão TipoTipo 1 1 –– serviserviççoo datagramadatagrama nãonão conficonfiáávelvel–– serviserviççoo semsem conexãoconexão e e semsem reconhecimentoreconhecimento–– transferênciastransferências de dados de dados pontoponto a a pontoponto, , entreentre gruposgrupos, , ouou porpor difusãodifusão

�� OperaOperaççãoão TipoTipo 2 2 –– serviserviççoo de de circuitocircuito virtual virtual –– serviserviççoo orientadoorientado a a conexãoconexão–– conexõesconexões pontoponto a a pontoponto–– controlecontrole de de fluxofluxo, , sequenciasequenciaççãoão e e recuperarecuperaççãoão de de erroserros

•• Sliding windows, goSliding windows, go--backback--NN

�� OperaOperaççãoão TipoTipo 3 3 –– serviserviççoo datagramadatagrama conficonfiáávelvel–– serviserviççoo semsem conexãoconexão e com e com reconhecimentoreconhecimento–– transferênciastransferências pontoponto a a pontoponto–– sequenciasequenciaççãoão e e recuperarecuperaççãoão de de erroserros

•• StopStop--andand--WaitWait

197


FormatoFormato do Campo de do Campo de ControleControle -- TipoTipo 22

N(S) - número de sequência da PDU transmitidaN(R) - número de sequência da PDU esperadaS - bits de função de supervisãoM - bits identificadores de comando não-numeradoX - bits reservadosP/F - (P = 1) solicitação de resposta imediata e

(F = 1) indicador de resposta de solicitação imediata

Formato de transferênciade Informação (I)

Formato de Supervisão (S)

Formato Não-Numerado (U)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-16

0 N(S) P/F N(R)

1 0 S S X X X P/F N(R)

1 1 M M P/F M M M



199


TrocaTroca de de QuadrosQuadros II

LLC2LLC20 0

N(S)N(S) N(R)N(R)LLC1LLC1

0 0

N(S)N(S) N(R)N(R)

LLC2LLC20 1

N(S)N(S) N(R)N(R)

LLC1LLC11 1

N(S)N(S) N(R)N(R)

LLC1LLC11 2

N(S)N(S) N(R)N(R)

LLC1LLC11 3

N(S)N(S) N(R)N(R)

LLC2LLC23 2

N(S)N(S) N(R)N(R)

LLC1LLC11 0

N(S)N(S) N(R)N(R)2 1 I 0 0 Bla Bla..

D O T N(S)N(R) Dados

LLC2LLC21 1



LLC2LLC22 1



LLC2LLC23 1



LLC1LLC12 3



206


CabeCabeççalho LLC/SNAPalho LLC/SNAP

10101010 11000000 N x 8 Bits

DSAP SSAP Controle Dados

10101010 2 bytes

Código daOrganização

Tipo do protocolo

3 bytes = 0

LLC SNAP

Mesmo código usado no quadro Ethernet

Quando camada LLC é necessária, mas não é implementada, usa-se o encapsulamento LLC/SNAP



207


ImplementaImplementaççãoão nosnosSistemasSistemas OperacionaisOperacionais de de RedeRede

Enlace

Modelo OSI

CamadasSuperiores

Físico Físico

MAC

LLC

Modelo IEEE

Módulos

de

Software

do

SOR

Driver de Placa

Implementação

software

hardware

208


Padrão IEEE 802.16WiMax

PadrãoPadrão IEEE 802.16IEEE 802.16WiMaxWiMax




209


802.16802.16

�� IEEE 802.16IEEE 802.16–– AirAir Interface for Interface for FixedFixed BroadbandBroadband WirelessWireless Access Access SystemsSystems

�� IEEE 802.16eIEEE 802.16e–– AirAir Interface for Interface for FixedFixed andand MobileMobile BroadbandBroadband WirelessWireless

SystemsSystems�� WirelessWireless MANMAN�� FreqFreqüüências de 10ências de 10--66 GHz e abaixo de 11 GHz (566 GHz e abaixo de 11 GHz (5--6GHz)6GHz)�� Taxas de atTaxas de atéé 134Mbps134Mbps

–– Taxa de pico teTaxa de pico teóórica de 60 rica de 60 MbpsMbps downlinkdownlink e 28 e 28 MbpsMbps uplinkuplink�� ComparaComparaçção com 802.11ão com 802.11

–– SemSem preocupapreocupaççãoão inicialinicial com com mobilidademobilidade•• RedeRede semsem fiofio fixafixa

–– PodePode usarusar comunicacomunicaççãoão fullfull--duplexduplex–– DistânciasDistâncias maioresmaiores emem áárearea metropolitanametropolitana

210


802.16802.16



212


ArquiteturaArquitetura 802.16802.16

��Usa OFDM no nUsa OFDM no níível fvel fíísicosico–– ModulaModulaççãoão AdaptativaAdaptativa QPSK, QAMQPSK, QAM

213


Camada FCamada Fíísica 802.16sica 802.16

��Mobile Mobile WiMaxWiMax (2.3(2.3--2.5 e 3.5 GHZ)2.5 e 3.5 GHZ)



214


CamadaCamada FFíísicasica 802.16802.16

The 802.16 transmission environment.The 802.16 transmission environment.

��EstaEstaçção base com antenas ão base com antenas setorizadassetorizadas

215


CamadaCamada FFíísicasica 802.16802.16

QuadrosQuadros e slots de tempo e slots de tempo parapara TDD TDD -- time division time division duplexingduplexing..

O O nnúúmeromero de slots de slots emem cadacada sentidosentido podepode mudarmudar aoao longolongodo tempo.do tempo.

DLDL--MAP e ULMAP e UL--MAP MAP indicamindicam a a utilizautilizaççãoão do down/up linkdo down/up linkFEC FEC baseadobaseado emem ccóódigodigo de Hammingde HammingOutraOutra opopççãoão –– FDD FDD –– Frequency Division Frequency Division DuplexingDuplexing



216


Camada MAC 802.16Camada MAC 802.16

��Subcamada de seguranSubcamada de seguranççaa–– ConteConteúúdo dos quadros do dos quadros éé criptografadocriptografado, os , os

cabecabeççalhos não.alhos não.–– AutenticaAutenticaçção das estaão das estaçções ao se conectaremões ao se conectarem

��MAC Orientada MAC Orientada àà conexãoconexão��Conexão define a classe de serviConexão define a classe de serviççoo

217



��4 classes de servi4 classes de serviççoo–– CBR CBR –– constantconstant bit ratebit rate

•• ex. Voz não comprimidaex. Voz não comprimida–– RealReal--timetime VBR VBR –– variablevariable bit ratebit rate

•• ex.: multimex.: multimíídia comprimidadia comprimida•• EstaEstaçção base faz ão base faz pollingpolling aos assinantes em intervalos aos assinantes em intervalos

fixos para saber quanto precisam de bandafixos para saber quanto precisam de banda–– NonNon--realreal--timetime VBR VBR –– variablevariable bit ratebit rate

•• ex.:transferência de ex.:transferência de aquivosaquivos–– BestBest efforteffort



218



��Pedidos de alocaPedidos de alocaçção de banda são enviados para a ão de banda são enviados para a estaestaçção baseão base–– Taxa de pico entre 1.2 Taxa de pico entre 1.2 kbpskbps e 1.921 e 1.921 MbpsMbps

��Pedidos bem sucedidos são avisados no prPedidos bem sucedidos são avisados no próóximo ximo mapa mapa downstreamdownstream

219


FormatoFormato do do QuadroQuadro 802.16802.16

(a)(a) QuadroQuadro gengenééricorico(b)(b) QuadroQuadro de de pedidopedido de de alocaalocaççãoão de de bandabanda



220


FormatoFormato do do QuadroQuadro 802.16802.16

(a)(a) QuadroQuadro gengenééricoricoCRC CRC éé opcionalopcional devidodevido a FEC a FEC nana camadacamada ffíísicasicaEC EC –– indicaindica se payload se payload foifoi criptografadocriptografadoType Type –– tipotipo de de quadroquadro (se tem (se tem fragmentafragmentaççãoão))CI CI –– indicaindica presenpresenççaa do CRC finaldo CRC finalEK EK –– indicaindica qualqual criptografiacriptografia foifoi usadausadaLength Length –– comprimentocomprimento total total incluindoincluindo o o cabecabeççalhoalhoHeader CRC Header CRC –– xx88 + x+ x22 + x + 1+ x + 1

221


ReferênciasReferências

��GhoshGhosh, , WolterWolter, Andrews e Chen, Broadband , Andrews e Chen, Broadband Wireless Access with WiMax/802.16: Current Wireless Access with WiMax/802.16: Current Performance Benchmarks and Future Potential, Performance Benchmarks and Future Potential, IEEE Communications Magazine, IEEE Communications Magazine, FevereiroFevereiro2005.2005.

��CicconettiCicconetti, , LenziniLenzini, , MingozziMingozzi, , EklundEklund, Quality of , Quality of Service Support in IEEE 802.16 Networks, IEEE Service Support in IEEE 802.16 Networks, IEEE Network, Network, MarMarçço/Abrilo/Abril 2006.2006.

��TeoTeo, Tao e Zhang, The Mobile , Tao e Zhang, The Mobile WiMAXWiMAXStandard, IEEE Signal Processing Magazine, Standard, IEEE Signal Processing Magazine, SetembroSetembro 2007.2007.

disciplina: redes de computadores i - laboratório mídiacomdebora/redes1/pdf2/05_redes1.pdf ·...

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