Livello Collegamento Ethernet – LAN – ADSL - WiFidisi.unitn.it/locigno/didattica/reti/15-16/06.2_DL-LAN.pdf• La traduzione, se presente, è in generale opera (e responsabilità)

Reti(già “Reti di Calcolatori”)

Livello CollegamentoEthernet – LAN – ADSL - WiFi

RenatoLoCigno

http://disi.unitn.it/locigno/index.php/teaching-duties/computer-networks

Acknowledgement

• Credits– Partof thematerialis based onslides provided by thefollowing authors• JimKurose,KeithRoss,“ComputerNetworking:ATopDownApproach,”4thedition,Addison-Wesley,July2007

• DouglasComer,“ComputerNetworksandInternets,”5thedition,PrenticeHall

• Behrouz A.Forouzan,Sophia Chung Fegan,“TCP/IPProtocol Suite,”McGraw-Hill,January 2005

• Latraduzione,sepresente,èingeneraleopera(eresponsabilità)deldocente

[email protected] Livello2- Ethernet,LAN,WiFi 2

Cosa c’è sotto IP

• IETFnonspecificaiprotocollisottoIPmasolol’interfacciacheIP“vuolevedere”

• IprotocolliDLePHYsono“technology dependent”– L’evoluzionedelletecnicheditrasmissioneedielaborazionedeisegnaliedell’informazionedeterminanoidettaglideiprotocolli

• Comesonostati“istanziati”iprincipidicondivisionedelcanale(MAC)nelleretieneicollegamenticheusiamo?

• Difattocisonodecinedidiversetecnologieeprotocolli– Retidiaccesso(domesticheenon)– Retidibackbone– Comunicazionielettriche,ottiche,radio

• ...


LAN e reti di accesso

• NoicioccupiamosolamentediLANediretidiaccessodomestiche• Leretidibackbone sonodominatedacollegamentiotticipunto-

punto– Problemiconcettualmentepocointeressanti(daunpuntodivistadeiprotocolli)

– Moltocomplessiperragioniditipocommercialee“legacy”

• Accesso“campus”à standard802eEthernet• AccessodomesticoàWLAN(802.11)eADSL


Ethernet e Standard IEEE 802.3

protocollo di livello 3

Ethernet v. 2.0

IEEE 802.2Logical Link Control (LLC)

MAC IEEE

802.3

MAC IEEE

802.5Token ring

MAC IEEE

802.6DBDQ

livello network

livello data link

livello fisico

LLC

MAC

phy

.

.

.


LAN Protocols

• Standardizationprocessstartedinthe’80sbyIEEE802project:✓ 802.1:LANInternetworking✓ 802.2:LLCSublayer✓ 802.3:CSMA/CD:Ethernet isasmall(1-bitintheheader)variationof

802.3

✓ 802.4:TokenBus✓ 802.5:TokenRing✓ 802.6:DQDB(forMANs)


LAN Protocols

• Workisstillgoingoninmanytechnicalcommitteesandnewcommitteesarefoundedeveryyear(orcloseto):✓ 802.7:BroadbandTechnicalAdvisoryGroup✓ 802.8:Fiber-OpticTechnicalAdvisoryGroup✓ 802.9:IntegratedDataandVoiceNetworks✓ 802.10:NetworkSecurity✓ 802.11:WirelessNetworks(/a/b/g/h/f/s/n/p/ac/...)✓ 802.12:100baseVG✓ 802.13:100baseX✓ 802.15:PersonalAreaNetworks(.1[Bluetooth]....4(ZigBee))✓ 802.16:WirelessMAN(WiMax &Co.)✓ ...


Ethernet e Standard IEEE 802.3

• GlistandardEthernete802.3implementanounlivelloMACditipoCSMA/CD1-persistent

• Incasodicollisione,l’istanteincuiritrasmetterevienecalcolatoutilizzandounalgoritmodibinary exponential backoff– dopoicollisioni,l’host attendeprimadiri-iniziarelaproceduraditrasmissioneuntempocasualenell’intervallo[0,1,...,2i-1]

– vincoli• dopo10collisioniiltempodiattesaèlimitatoall’intervallo[0,1,...,1023]

• dopo16collisionivieneriportataunafailure alsistemaoperativo


CSMA:collisioni

• Siverificano– acausadeiritardidipropagazione

esonoinevitabili– soprattuttoacausadellascelta

1-persistente• Collisione:sprecocompletamente

tempoditrasmissionepacchetti• ladistanza(ritardodipropagazione)

giocaruolofondamentalenellaprobabilitàdicollisioni

• conpacchettidigrandidimensioni,aparitàditrafficotrasmesso,riducoilnumerodicontese,equindidicollisioni


Round Trip Delay

• Èiltemponecessario,nelcasopeggiore,alsegnaleinviatodaunastazioneperarrivareall'altroestremodelcavoeatornareindietro

RoundTripDelay=2tp

tp

tp

A B


PrestazioneCSMA

• Dipendentidarapportotradimensionedellareteedimensionedelpacchetto

• Lo‘spreco’dirisorseè legatoalrapporto tra il tempodipropagazione tp eiltempoditrasmissionedelpacchettoTtx

TX

p

Tt

a =

[email protected] - Livello 2- Ethernet,LAN,WiFi 11

CSMA/CD(CollisionDetection)

• VantaggidiCSMA/CDsuCSMA:

o semiaccorgo(infretta)dellecollisionisospendolatrasmissionedelpacchetto

o riducolosprecodovutoadunatrasmissioneinutile

• Collisiondetection:

o facilenelleLANcablate:misuropotenzasegnale,confrontosegnalericevutoetrasmesso

o difficileinLANwireless:half duplex(quandotrasmettoricevitoredisattivo)


CSMA/CDcollisiondetection

È necessariocheilrapportoTtx/tp siataledaconsentirel’identificazionedellacollisioneechevengatrasmessaunasequenzaspeciale(dopoaverrilevatolacollisione)perconsentireatuttidi“capire”chec’è stata una collisione


CSMA/CD:prestazioni

Sihannoprestazionimigliori

• suretipiccole:riducoperiododivulnerabilità(parialritardodipropagazionesulcanale)

• suretipiccolerispettoalladimensionedelpacchetto(parametro‘a’ piccolo):riducolospreco

• convelocitàditrasmissionebassa:pochibittrasmessiquandorilevocollisione

• CSMA/CD1pè quasiideale seaà 0...mainquesto caso houna reteinutile,perché vuole direavere ouna retedidimensionenulla oTtx à infinito


Prestazioni approssimative CSMA/CD-1p con backoff binario

(fonte: A. Tanenbaum, Computer Networks)


Ethernet Formato della trama

• Preambolo(7byte)– sequenzadibyte“10101010”

utilizzatapersincronizzareilricevitore

• Startofframe(1byte)– flag diiniziodellatrama

“10101011”• Addresses (6byte)

– indirizzidestinazioneesorgentedellatrama

• Length (2byte)– lunghezzainbytedellatrama

(0-1500)– se>1500indicaProtocol Type

• Payload– informazionetrasmessa

• Checksum– codiceperrilevazionedierrore

Preamble DestAdd Payload Checksum

7 6 2 > 0 0-461SrcAdd

6Padding

4

Start offrame delimiter

Length of payload


Ethernet formato della trama

46 - 1500

SFD = 10101011

Indirizzo MAC Destinazione

Indirizzo MAC Sorgente

Tipo protocollo livello superiore > 1500

D A T I

FCS

71662

Preambolo = 101010……..

Inter Packet GAP (silenzio)

4

BYTE

Equivale a 12


Ethernet: il progetto originale

• Lunghezzamassimasegmentocoassiale500m(max 100stazioni)perproblemi“elettrici”

• Lunghezzamassimatransceiver cable 50m• Max5ripetitoritraduestazioni(circa2500mpiù ritardi dei ripetitori e

transceivercablefanno una dimensione equivalente di2800m)

• Cavocoassiale• Topologiaabus• Sutransceiver cable ho

segnalitx,rx ecollisionerivelata(ealimentazione)


Ethernet: topologia

• Ilmezzocondivisopuòessereuncavocoassialeoppureun“hub”• Hub:dispositivoattivo(concentratoredicablaggio)cheripeteil

segnaledaunaportasututtelealtre– Inpraticaunrepeater multi-porta


hub

Bus:cavocoassialeTopologia astella

Ethernet: parametri di progetto

• IlTtx diunatramanonpuòessereinferiorea2tp• Lavelocitàdelmezzotrasmissivoeledimensionidellarete

determinanoquindilalunghezzaminimadellatrama• Lalunghezzaditramadipendeanchedall’IPG(Inter-Packet Gap),

chesegnalalafinetrama

• LadimensionemassimadiunaretesichiamaDiametrodelCollisionDomain

• IlCollisionDomainè laporzione diretefisica incuipossonoavvenire collisioni esono rilevate


Collision Domain

• IlcollisiondomainèquellaporzionedireteEthernetincui,seduestazionitrasmettonosimultaneamente,leduetramecollidono– spezzonidireteconnessidarepeater (amplificatori)sononellostessocollisiondomain

– spezzonidireteconnessidadispositividitipostore andforward (bridge,switch orouter)sonoincollisiondomaindiversi


Diametro di un Collision Domain

• Conilterminediametrodiuncollisiondomainsiindicaladistanzamassimatraognipossibilecoppiadistazioni

• Ildiametromassimodiuncollisiondomaina10Mbit/s èdi2800medipende

– dalritardodipropagazione(roundtripdelay)

– dalladimensioneminimadelletrame


Caratteristiche MAC Ethernet

• Pergarantirebuoneprestazioni(collisioniridotte)nonbisognacaricaretroppolarete

• Protocollosempliceetotalmentedistribuito• Nonavendounritardomassimononèadattoadapplicazioni

real-time• Ritardidiaccessopiccoliabassocarico• StandardperLANpiùdiffusoquindiampiadisponibilitàdi

componentidibassocosto• Nonesistonoconfermediavvenutaricezione• Nongestiscepriorità


Ethernet: livello fisico

• Velocitàtrasmissione:10Mb/s (bittime=0.1µs)

• CodificaManchester(20Mbit/s diclockperfacilitarerecuperosincronismoinreteasincrona)

• Stazioni:max 1024(210)

• Mezzitrasmissivi:

– 10BASE5:cavocoassialespessoRG213

– 10BASE2:cavocoassialesottileRG58

– 10BASET:doppinoUTPda100Ohm

– 10BASEFL,10BASEFB,10BASEFP:fibraotticamultimodale


Ethernet: livello fisico

• Topologie:– busoalberodibus:10BASE5,10BASE2– stella:10BASET,10BASEFB,10BASEFP

• Possonoessereutilizzatirepeater– decodificanoericodificanoManchester– rilevanocollisioneelainoltranosututteleporte– rigeneranopreambolo(802.3)– isolanosegmentidiretesesiverificano30collisioniconsecutiveosel’impedenzaè disadattata

– possonoridurrepreamboloenonmodificareinter-packetgapoviceversa


Codifica Manchester • Tradizionale

– ogniperiododibitèsuddivisoinduesottoperiodi• “0”ð basso,alto• “1”ð altobasso

• Differenziale– ogniperiododibitèdivisoin2sottoperiodi

• “1”assenzaditransizioneall’iniziodelperiododibit• “0”transizioneall’iniziodelperiododibit


10 BASE 5

• Cavocoassialespesso– stazionicollegatecontransceiver

cableeconnessioneavampirosucavocoassiale

• Sutransceiver cable hosegnalitx,rxecollisionerivelata(ealimentazione)

• Topologiaabus,oppureabusinterconnessia10Mb/s

• Lunghezzamassimasegmentocoassiale500m(max 100stazioni)

• Lunghezzamassimatransceiver cable50m

• Max2ripetitoritraduestazioni


10 BASE 2

• Cavocoassialesottile– stazioniconnessedirettamentealcavoconconnettoreaT

• Transceiver incorporatonellascheda• Lungh max segmentocoassiale185m

(max 30stazioni)• Stesseconfigurazionidi10BASE5finoa

2800mmax• Max4ripetitoritraduestazioni


10 BASE T

• DoppinoUTP(Unshielded Twisted Pair)• Collegamentopuntopuntotrastazionierepeater (hub)• Adattoacablaggistrutturati• Lunghezzamassimadelcavo100m• ConnettoriRJ45ad8fili(similealtelefono)


Ethernet: ritrasmissioni

• Slottime=512bittime(51.2µs)– unitàbasediattesaprimadiunaritrasmissione(pariadunpacchettodidimensioneminima)

• Incasodin-esimacollisionediunpacchetto,siritrasmettedoporitardocasualeestrattotra0e2k-1slottime,conk=min(n,10)

• Backoff limit =10– Numeroditentativioltrealqualenonaumentapiùilvalormediodelback-off

• Attempt limit n=16– Massimonumeroditentatividiritrasmissione


Ethernet: parametri e temporizzazioni

• InterPacket Gap=9.6µs– Distanzatraduepacchetti

• Jamsize =da32a48bit– Lunghezzadellasequenzadijamming

• Maxframesize =1518ottetti– Lunghezzamassimadelpacchetto(escludepreamboloeinterpacket gap)

• Min framesize =64ottetti(512bit)– Lunghezzaminimadelpacchetto

• Address size =48bit– LunghezzaindirizziMAC


Ethernet: parametri e temporizzazioni

• Pacchettominimo64byte=512bit,ovvero51.2µs

• Roundtripdelaymassimoammessodallostandard:45µs

• Sirispettalacondizionecheilritardodipropagazionenoneccedelaminimaduratadelpacchettopergarantireilrilevamentodellecollisioni


Evoluzione di Ethernet (802.3)

• FastEthernet– Ethernetavelocitàdi100Mbps– Siaconcommutazione(switch)checonprotocolloCSMA/CD

• GigabitEthernet– formatoedimensionedeipacchettiugualeaEthernet/802.3– velocitàdi1Gbps– ormaidisponibileanchea10Gbps– Solocommutata– PermettedivelocizzarelemoltissimeLANEtherneteFastEthernet giàpresenticoncosticontenutitramitesostituzioneapparatidirete(Hub,Switch,interfacce)


Fast Ethernet

• Mantieneinalteratol’algoritmoCSMA-CDrealizzatocon10Base-Teladimensionedeipacchetti

• Trestandardpermezzifisici(doppinosu4coppie,doppinosu2coppie,fibra)

• Trasmissionecodifica4B5B(difattositrasmettono5bitsulcanaleogni4bitdiinformazione:lavelocità effettiva sul canaleè 125Mbit/s)

• Riduceledimensionidellarete• Lamassimadistanzatraduestazioni(collision domain)scende

a210m• InteroperabilitàconEthernet10Base-T


Gigabit Ethernet

• Usoformatoditrama802.3• Operazionihalf duplexefullduplex,mausatoinpraticasoloinfull

duplex– siperdonovincolilegatiacollision domain– CSMA/CDnonutilizzato

• Controllodiflusso(definizionedimaster/slave– nonusatoinpratica)• Backward compatibility conmezzifisicigiàinstallati(10baseT)• Aumentadiunfattore10dimensioneminimadipacchettocon

paddingdicaratterispecialiperconsentirel’usodiCSMA/CDsenecessario

• DefinizionediJumboFrames peraumentarethroughputmassimo– Serveancheaconsentirel’annidamentodiprotocollieiltunneling


Modifiche al protocollo

• Slotportatoda64a512bytes (sehopacchettipiccolileprestazionisonobasse)

• Collisiondomaindi200m• Solotopologieastella• Consentelatecnica“framebursting”(oJumboFrames)per

mantenereilcontrollodelcanalefinoadunmassimodi8192bytes (l’estensionedellalunghezzaminimadelpacchettoènecessariasoloperilprimopacchetto)

• Difattousatosoloconswitch,percuinonnecessitanotuttequestemodifichevistochenonsiusaCSMA/CD


10 Gigabit Ethernet

• Ilcomitato IEEE802.3hastandardizzato10,40e100Gbit/sEthernet• Sololamodalità fullduplex,senza CSMA-CD• Soluzioni proposte:

– Seriale,conframingEthernet,su distanzedaLANfino a40Km• 65msu fibramultimodo (MMF)• 300msu MMFinstallata• 2kmsu fibramonomodo (SMF)• 10kmsu SMF• 40kmsu SMF

– Altre soluzioni perdistanzeanchemaggiori di40km• Permaggiori informazioni:

– www.10gea.org– www.ieee802.org


PPP: caratteristiche

• Point-to-PointProtocol:E’unprotocollodilivello2utilizzatosianell’accessoechenelbackbone

• Caratteristicheprincipali:– character oriented– character stuffingperilframing– identificazionedeglierrori– supportavariprotocollidilivellosuperiore(rete)– negoziazionedinamicadegliindirizziIP

collegamentopunto-puntotrarouter collegamentopunto-puntodial-uptraunPCeunrouter


PPP: Formato della trama

• Flag (1byte)– identificainizioefinedellatrama

(“01111110”)• Address (1byte)

– utilizzatoinconfigurazione“tuttiglihost”

• Control(1byte)– valorepredefinito“00000011”ð

unnumbered

• Protocol (1o2byte)– identificailtipodilivellodi

frame(LCP,NCP,IP,IPX,...)• Payload (>0byte)

– informazionetrasmessa• Checksum (2o4byte)

– identificazionedell’errore

01111110 11111111 00000011 Protocol Payload Checksum 01111110

Flag FlagAddress Control

1 1 1 1 o 2 variable 2 o 4 1


PPP: accesso con modem

• Modem(es.:V.90)– utilizzalabandatelefonicaperinviareisegnali– halimiteestremosuperiore56(64)kbit/s


PPP: accesso con modem e ADSL

• xDSL (DigitalSubscriber Line)– famigliaditecnologiechepermettedi

utilizzarelabandadisponibiledeldoppinotelefonico

– sipossonodistinguereinsistemisimmetricieasimmetrici

• es:ADSL– Sistemaasimmetricosusingolacoppia– Rateadattativo:

• 640– 30000kb/sdownstream

• Finoa8000kb/supstream

– Distanze:asecondadelbit-rate


LAN estese

Introduzione

• Lasceltadiutilizzaremezzicondivisiperl’accessoalcanaleditrasmissioneèstatafattasiapernecessità(ades.trasmissioniwireless)siamotivitecnico-(impossibilità ditrasmettere avelocità elevatesu doppini)–economici (il cavocoassiale costacaro)

• LarappresentazionetipicadiunaLANèunaseriedistazioni(PC)connesseadunsegmentodicavocoassiale(bus)

• Poichéilsegmentononpuòesseretroppolungo...– attenuazionedelsegnale,dimensione collision domain– disposizione spazialedellestazioniall’internodiunedificio (ades.:supiùpiani)

• ...nasceilproblemadicomeestendereleLAN• Esistono3tipidiapparati,inordinecrescentedicomplessità:

– Repeater oHub– Bridge– Switch stazione stazione stazione

Cavo coassiale / hub / anello ottico / etc.


Dominio di collisione Dominio di broadcast

• Dominiodicollisione– partediretepercui,seduestazionitrasmettonodaticontemporaneamente,ilsegnalericevutodallestazionirisultadanneggiato(collisione)

• Dominiodibroadcast– partedireteraggiuntadaunatramaconindirizzobroadcast(alivello2)

• Stazioniappartenentiallamedesimaretedilivello2condividonolostessodominiodibroadcast– gliapparaticheestendoleLANpossono(edevono)soloinfluiresuldominiodicollisione

• Diversidominidibroadcastdevonoessereseparatidaunrouter


Dominio di collisione Dominio di broadcast

stazione stazione stazione

stazione stazione

=


stazione stazione

#

Dominiodicollisione

Dominiodicollisione

Dominiodibroadcast

Dominiodicollisione

Dominiodibroadcast hub/repeater bridge/switch


Repeater e Hub

• IntervienesoloalivellofisicoISO/OSI• Replicaletrameinarrivodaun

segmentoadunaltro,amplificando ilsegnale

• Irepeater possonoconnetterepiùdiduesegmenti

– inquestocasodiparladiHub• copialetramechericevesuuna

portasututte lealtreporte– ilsegnaletrasmessodaunastazione

vienepropagatoatutte leuscite• Noncipossonoesserepiùdi4repeater

incascatatraduestazioni• Ildominio dicollisionecoincideconil

dominio dibroadcast

7 - Applicazione

6 - Presentazione

5 - Sessione

4 - Trasporto

3 - Rete

1 - Fisico

2-Collegamento dati

7 - Applicazione

6 - Presentazione

5 - Sessione

4 - Trasporto

3 - Rete

1 - Fisico

2-Collegamento dati

Repeater


stazione stazione


Alcune possibili combinazioni


stazione stazionestazione stazione


stazione stazione

stazione stazione


stazione stazione stazione stazione

stazione stazione stazionestazione

stazione

stazione

stazione

stazione

Inquestaconfigurazione,incuiognistazionehaunaportadedicata,vieneusatoundoppino al

postodelcavocoassiale(cablaggiostrutturato)


e ancora...

• Ilproblemalegatoaquestotipodiconfigurazionièl’eccessivaestensionedeldominiodicollisione– conirepeater/hub ècomesetuttelestazionicondividesserolostessomezzofisico

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione


Bridge

• Collega2segmentidirete• Apparatostore andforward

– selezionaseripetereunatramageneratadaunsementodiretesull’altrosegmento

– laselezioneavvieneinbaseadunatabellacheessomantiene

– intaletabellac’èscrittoqualistazionifannopartediciascunsegmentodirete

– ilbridgeleggel’indirizzodidestinazioneeinbaseallapropriatabelladecidesepropagarelatramanell’altrosegmentodirete

• Spezzaildominiodicollisione


stazione stazione

7 - Applicazione

6 - Presentazione

5 - Sessione

4 - Trasporto

3 - Rete

1 - Fisico

2-Collegamento dati

7 - Applicazione

6 - Presentazione

5 - Sessione

4 - Trasporto

3 - Rete

1 - Fisico

2-Collegamento datiBridge


Schema di un bridge

porta 1 porta 2processore

indirizzo destinazione

porta

34 A4 6F 1

34 B5 2A 134 C9 0F 244 A4 85 1


Bridge: esempio di configurazione

• Spezzaildominiodicollisione,ovverociascunsegmentodireteècontesosolodachièattestatosull’hub

• Glihub vedonoilbridgecomeunastazionequalsiasichegeneratrame

• Latramaèpropagatadalbridgesoloseildestinatarioèattestatosuunhub diversodaquellodiorigine

• Ilconcettodidominiodibroadcast vienepreservato:ogniframeindirizzataadunindirizzobroadcastdilivello2vienericevutadatuttiinodi,ancheseseparatidadiversibridge

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

Dominiodicollisione

Dominiodicollisione

Dominiodicollisione

Dominiodibroadcast


Evoluzione: Layer 2 Switch

• Ilbridgehasolo2porte• Loswitch èunbridgemultiporta

– mantieneunatabellaincuisonoassociatiindirizzidilivello2esegmentidiretediappartenenza

• Spessoogniportaèconnessaadun’unicastazione(invececheadunsegmentodirete)– realizzaunaccessodedicatoperogni

nodo– eliminalecollisioniedunque

aumentalacapacità– supportaconversazionimultiple

contemporanee


stazione stazionestazione stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione

stazione



Schema di uno switch

indirizzo destinazione porta

34A46T 1

34B52R 4

34G90N 3

44A48S 6

porta 1

porta 2

porta 3

porta 4

porta 5

porta 6

matrice di commutazione

WiFi – 802.11

WIRELESS LANs Architettura

Infrastructured Network

AdhocNetwork

APAPAP

WiredNetwork

AP:AccessPoint


Reference Architecture of WLANs

• Station(STA)– Terminal

• BasicServiceSet(BSS)– Groupofstationsusingthe

sameradiofrequency• AccessPoint

– StationintegratedintothewirelessLANandthedistributionsystem

• Portal– Bridgetoothernetworks

• DistributionSystem– Interconnectionnetworkto

formonelogicalnetwork(ESS:ExtendedServiceSet)basedonseveralBSS

Distribution System

Portal

AccessPoint

BSS2

BSS1

AccessPoint

STA1

STA2STA3

ESS


Reference Architecture

• BasicServiceSet(BSS)consistsofsomenumberofstationswiththesameMACprotocolandcompetingforaccesstothesamesharedmedium.

• ABSSmaybeisolatedoritmayconnecttoabackbonedistributionsystemthroughanaccesspoint

• APfunctionsasabridge.• TheMACprotocolmaybefullydistributedorcontrolledbya

centralcoordinationfunctionhousedintheAP.


Reference Architecture

• BasicServiceSet(BSS)ßà CELL

• ExtendedServiceSet(ESS)consistsoftwoormoreBSSsinterconnectedbyadistributionsystem

• DistributionSystemà awiredbackboneLAN

• ESSappearsasasinglelogicalLANtothelogicallinkcontrol(LLC)level


Protocol Architecture

MobileTerminal

AccessPoint

FixedTerminal

Application

TCP

802.11 PHY

802.11 MAC

IP

802. MAC

802. PHY

Application

TCP

802. PHY

802. MAC

IP

802.11MAC

802.11 PHY

LLC

InfrastructureNetwork

LLC LLC


Collision Detection is impossible

• Radiowavespropagatesonasphericalsurface• Thesignalisthusattenuatedquadratically:

Prx =kPtx /d2disthedistanceandkagenericconstantaccountingforanyotherattenuationfactorandnormalization,normallyitissmallerthan1

• Atransmittingantennacannotreceiveatthesametime• Supposewehave2antennasontheAP(orlaptop)10cmapart,one

transmittingandonereceiving• Anotherstationistransmitting10maway

• ...computetheratiobetweenthereceivedpowers


• Based on the Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance (CSMA/CA) scheme:

§ stations that have data to transmit contend to access the channel

§ a station has to repeat the contention procedure every time it has data to transmit

§ in 802.11n/ac the channel is allocated for a time interval called TXOP where multiple frames can be send

802.11 MAC


• Interframe space (IFS)• time interval between frame transmissions• used to establish priority in accessing the channel

• 4 types of IFS:§ Short IFS (SIFS)§ Point coordination IFS (PIFS) > SIFS§ Distributed IFS (DIFS) > PIFS§ Extended IFS (EIFS) > DIFS

• Duration depends on physical level implementation

Inter Frame Spaces – IFS


802.11CSMAsender:- ifsensechannelidle forDISF sec.then transmitframe

- ifsensechannelbusythen randomaccessoveracontentionwindowCWmin (CA)whenthechannelbecomesfree

802.11CSMAreceiver:ifreceivedOKreturnACKafterSIFS

IEEE 802.11 MAC Protocol Overview


Hidden Terminal Effect

• hiddenterminals: A,Ccannotheareachother– obstacles,signalattenuationà (deterministic)collisionsatB

• goal: avoidcollisionsatB• CSMA/CAwithhandshaking


MAC Handshaking

• CSMA/CA:explicitchannelreservation– sender:sendshortRTS(requesttosend)

– receiver:replywithshortCTS(cleartosend)

• CTSreserveschannelforsender,notifying(possiblyhidden)stations

• reduceshiddenstationcollisions• increaseoverhead


• RTSandCTSareshort:– collisionsofshorterduration,henceless“costly”

• DCFallows:– CSMA/CA– CSMA/CAwithhandshaking

MAC Handshaking


The exposed terminal problem

• Sensingrangeisnormallylargerthanreceivingrange• Terminalsmaybe“exposed”inthattheysensethechannel

occupied,butcannotcompeteforit

blablabla

TXrange

CSrange


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