Protocolos de Acesso ao Meio

(1)

Disciplina

Disciplina: : Comunicação de Dados IV

Protocolos de Acesso ao Meio

Profa. Débora Christina Muchaluat Saade

[email protected]

Protocolos

Protocolos de de Acesso ao Meio Acesso ao Meio

Profa. Débora Christina Muchaluat Saade Profa. Débora Christina Muchaluat Saade

deborams

deborams@[email protected]

Departamento de Engenharia de Telecomunicações Departamento de Engenharia de Telecomunicações --UFFUFF

3

Comunicação de Dados IV Comunicação de Dados IV

Características dos Protocolos Características dos Protocolos

CapacidadeCapacidade

Estabilidade em sobrecargaEstabilidade em sobrecarga Justiça (“fairness”)Justiça (“fairness”)

PrioridadePrioridade

Retardo de transferênciaRetardo de transferência

6

Tipos de Protocolos Tipos de Protocolos

Protocolos de Acesso Baseados em Contenção Protocolos de Acesso Baseados em Contenção Protocolos de Acesso Ordenado sem ContençãoProtocolos de Acesso Ordenado sem Contenção

7

Protocolos de Acesso baseados em Contenção

Protocolos de Acesso

baseados em Contenção

(2)

9

Protocolos de Acesso Protocolos de Acesso Baseados em Contenção Baseados em Contenção

Retardo de transferência não limitadoRetardo de transferência não limitado Ausência de equidadeAusência de equidade

Instabilidade em sobrecargaInstabilidade em sobrecarga

10

Protocolos de Acesso Protocolos de Acesso Baseados em Contenção Baseados em Contenção

AlohaAloha

Slotted-Slotted-AlohaAloha

CSMACSMA

CSMA-CSMA-CDCD CSMA-CSMA-CACA

Aloha Aloha

Aloha

(3)

15

Timeout + Backoff Transmissor 1

Aloha Aloha

RR₁₁

Tempo

T T₂₂ T

T₁₁

16

Aloha Aloha

Tempo

RR₂₂

T

T₁₁ TT₂₂ RR₁₁

17

Aloha Aloha

•

• Aloha 18%Aloha 18%

EquidadeEquidade

Retardo de transferênciaRetardo de transferência Estabilidade em sobrecargaEstabilidade em sobrecarga

20

Aloha Aloha

TT₁₁

Tempo

TT₂₂

Tempo perdido com colisão

(4)

21

Aloha Aloha

Tempo Menor tempo perdido com colisão

22

Slotted Aloha Slotted Aloha

Tempo

TT₁₁ TT₂₂

Slotted Aloha Slotted Aloha

Tempo

TT₁₁ TT₂₂

(5)

26

Slotted Aloha Slotted Aloha

Tempo ocioso

Tempo

T T₁₁

27

Aloha X Slotted

Aloha X Slotted- -Aloha Aloha

TT₁₁

Tempo ocioso

TT₁₁

Aloha

Slotted-Aloha

28

Aloha X Slotted

Aloha X Slotted - - Aloha Aloha

Tempo de Desperdício

Aloha

Slotted-Aloha

29

Aloha Aloha

•

•Aloha 18%Aloha 18%

••Slotted Aloha 37%Slotted Aloha 37%

EquidadeEquidade PrioridadePrioridade

(6)

31

CSMA CSMA

Carrier Sense Multiple Access

32

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA CSMA

Tempo

TT₁₁ TT₂₂

CSMA CSMA

Tempo

TT₁₁

T T₂₂

(7)

36

CSMA CSMA

Tempo

T T₁₁

TT₂₂

37

CSMA CSMA

Tempo

T T₁₁

TT₂₂

Colisão

39

CSMA CSMA

R R₁₁

Tempo Timeout + Backoff

Transmissor 1

TT₁₁

T T₂₂

40

CSMA CSMA

Tempo

RR₂₂ RR₂₂

TT₁₁

TT₂₂

RR₁₁

(8)

41

CSMA 1

CSMA 1- -Persistente Persistente

Estação Ativa Estação Ativa

Transmite Transmite

Colisão Colisão??

Sim

Não

Sim

Não

Meio Livre Meio Livre??

Retardo Aleatório Retardo Aleatório

43

Meio Livre

Meio Livre?? Retardo AleatórioRetardo Aleatório

Transmite Transmite

Colisão Colisão??

Sim

Não

Sim

Não

Retardo Aleatório Retardo Aleatório

Técnica CSMA Não Persistente Técnica CSMA Não Persistente

CSMA CSMA - - NP NP

Tempo

T₁

Tempo

T₁ T₂

CSMA CSMA - - NP NP

(9)

47

Tempo

T₁

T₂ T T3₃

CSMA CSMA -NP - NP

48

Tempo

T₁

T₂ T T₃3

CSMA- CSMA -NP NP

49

Tempo

T₁

T₂

TT₃₃

Tempo ocioso Tempo ocioso

CSMA CSMA - - NP NP

53

CSMA/CD CSMA/CD

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

(10)

54

T T₂2

CSMA/CD CSMA/CD

Tempo

T T₁₁

T T₃3

Colisão Colisão Colisão

55

Meio Livre Meio Livre??

Inicia Inicia Transmissão Transmissão

Sim

Não

Sim Não

Colisão

Colisão?? InterrompeInterrompe Transmissão Transmissão

Incrementa contador Incrementa contador de

de númeronúmerode de colisõescolisões

Reforço Reforçodede Colisão Colisão(JAM)(JAM) Atraso Aleatório Atraso Aleatório ponderado pelo ponderado pelo número

númerode colisõesde colisões

Termina Termina Transmissão Transmissão

Retransmissão

Técnica CSMA/CD Técnica CSMA/CD

CSMA/CD

CSMA/CD - - Retransmissão Retransmissão

Espera Aleatória Exponencial TruncadaEspera Aleatória Exponencial Truncada

•

• se houve colisão, espera tempo aleatório entre 0 e se houve colisão, espera tempo aleatório entre 0 e limite

limite

•

• o limite é dobrado a cada colisão sucessiva até o o limite é dobrado a cada colisão sucessiva até o número máximo de colisões. Se não conseguir número máximo de colisões. Se não conseguir transmitir aborta.

transmitir aborta.

•

• retardo de transmissão pequeno no começo e retardo de transmissão pequeno no começo e grande depois, impedindo sobrecarga

grande depois, impedindo sobrecarga

••padrão IEEE 802.3: limite dobra até 10 tentativas, padrão IEEE 802.3: limite dobra até 10 tentativas, depois permanece inalterado até no máximo 16 depois permanece inalterado até no máximo 16 tentativas

tentativas

AA BB

CSMA/CD CSMA/CD

Início da transmissão Início da transmissão Início da transmissão

(11)

61

AA BB

CSMA/CD CSMA/CD

B detecta o meio livre e inicia a transmissão B detecta o meio livre B detecta o meio livre e inicia a transmissão e inicia a transmissão

62

AA BB

CSMA/CD CSMA/CD

63

AA BB

CSMA/CD CSMA/CD

B detecta a colisão B detecta a colisão B detecta a colisão

64

CSMA/CD CSMA/CD

AA BB

(12)

65

CSMA/CD CSMA/CD

A recebe o pacote enviado por B, e não sabe que seu pacote sofreu colisão

A recebe o pacote enviado por B, e A recebe o pacote enviado por B, e não sabe que seu pacote sofreu colisão não sabe que seu pacote sofreu colisão

AA BB

67

AA BB

CSMA/CD CSMA/CD

Início da transmissão Início da transmissão Início da transmissão

AA BB

CSMA/CD CSMA/CD

B detecta o meio livre e inicia a transmissão B detecta o meio livre B detecta o meio livre e inicia a transmissão e inicia a transmissão

AA BB

CSMA/CD CSMA/CD

(13)

70

AA BB

CSMA/CD CSMA/CD

B detecta a colisão B detecta a colisão B detecta a colisão

71

AA BB

CSMA/CD CSMA/CD

A detecta a colisão A detecta a colisão A detecta a colisão

72

CSMA/CD CSMA/CD

M >= 2 C Tp -M >= 2 C Tp - Banda BásicaBanda Básica

•

• M é o tamanho do pacote em bitsM é o tamanho do pacote em bits

••C é a taxa de transmissão da rede em bpsC é a taxa de transmissão da rede em bps

••Tp é o tempo de propagação do sinal no meio Tp é o tempo de propagação do sinal no meio (considerando retardo de repetidores)

(considerando retardo de repetidores) M >= 4 C Tp -M >= 4 C Tp - Banda LargaBanda Larga

73

CSMA/CD CSMA/CD

Capacidade: 98%Capacidade: 98%

Instável em alto tráfegoInstável em alto tráfego

Retardo aleatório não limitadoRetardo aleatório não limitado InjustoInjusto

Distância máxima entre dois nós é limitada pelo Distância máxima entre dois nós é limitada pelo protocolo de acesso

protocolo de acesso

(14)

75

CSMA/CA CSMA/CA

Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance

76

CSMA/CA CSMA/CA

Escuta o meio verificando se está livre, se estiver, Escuta o meio verificando se está livre, se estiver, transmite, senão aguarda o fim da transmissão transmite, senão aguarda o fim da transmissão

Depois de cada transmissão, a rede entra no modo de Depois de cada transmissão, a rede entra no modo de intervalos de tempo (slots)

intervalos de tempo (slots)

Cada estação que deseja transmitir escolhe Cada estação que deseja transmitir escolhe

aleatoriamente um slot para iniciar sua transmissão aleatoriamente um slot para iniciar sua transmissão Quem escolher o menor slot, transmite primeiro e ganha Quem escolher o menor slot, transmite primeiro e ganha

o meio o meio

Se mais de uma estação sortear o mesmo slot => colisãoSe mais de uma estação sortear o mesmo slot => colisão Se nenhuma estação transmitir, a rede entra no modo Se nenhuma estação transmitir, a rede entra no modo

CSMA comum, podendo ocorrer colisões CSMA comum, podendo ocorrer colisões

Detecta colisão pela ausência do ACK (reconhecimento)Detecta colisão pela ausência do ACK (reconhecimento)

CSMA/CA CSMA/CA

Tempo

Slots _CSMA

comum

Slots Slots

Protocolos de Acesso Ordenado

Protocolos de Acesso

Ordenado

(15)

82

Protocolos de Acesso Ordenado Protocolos de Acesso Ordenado

Retardo de transferência limitadoRetardo de transferência limitado Justo (“fair”)Justo (“fair”)

Estável em sobrecargaEstável em sobrecarga

84

Protocolos de Acesso Ordenado Protocolos de Acesso Ordenado

PollingPolling SlotSlot

Token Passing -Token Passing -Passagem de PermissãoPassagem de Permissão

85

Polling Polling

Topologia: barraTopologia: barra

Estação central: controladoraEstação central: controladora

Estações só transmitem quando interrogadas Estações só transmitem quando interrogadas pela controladora da rede

pela controladora da rede

Se não tiver quadro a transmitir, envia um Se não tiver quadro a transmitir, envia um quadro de status avisando a controladora quadro de status avisando a controladora

86

Polling Polling

JustoJusto

Retardo de transferência limitadoRetardo de transferência limitado Estável em sobrecargaEstável em sobrecarga

Interface simples de pequeno custoInterface simples de pequeno custo

Problema de confiabilidade devido a estrutura Problema de confiabilidade devido a estrutura centralizada

centralizada

Interessante quando características das estações Interessante quando características das estações são bem conhecidas, podendo ser usadas para são bem conhecidas, podendo ser usadas para determinar a disciplina de passagem de controle determinar a disciplina de passagem de controle

(16)

87

Slot Slot

Topologia: anelTopologia: anel

Desenvolvido por Pierce (1972), Anel de Pierce, Desenvolvido por Pierce (1972), Anel de Pierce, Anel Segmentado

Anel Segmentado

Divide o espaço de comunicação em um número Divide o espaço de comunicação em um número inteiro de slots (pequenos segmentos) nos quais inteiro de slots (pequenos segmentos) nos quais as mensagens podem ser armazenadas

as mensagens podem ser armazenadas

Cada slot contém um bit que indica se está cheio Cada slot contém um bit que indica se está cheio ou vazio

ou vazio

A transmissora esvazia o slot depois de uma A transmissora esvazia o slot depois de uma volta no anel

volta no anel

88

Slot Slot

C V

V C

V

V C

C V

Latência do Anel Latência do Anel

Latência = soma do retardo dos repetidores e do Latência = soma do retardo dos repetidores e do tempo de propagação no anel

tempo de propagação no anel

Podem existir tantos bits circulando quanto sua Podem existir tantos bits circulando quanto sua latência permitir

latência permitir

A latência pode ser aumentada introduzindo um A latência pode ser aumentada introduzindo um buffer de retardo em qualquer estação

buffer de retardo em qualquer estação

Passagem de Permissão

Passagem de Permissão - - Token Passing Token Passing

O token (permissão) é passado seqüencialmente O token (permissão) é passado seqüencialmente de uma estação para outra

de uma estação para outra

Só quem tem o token pode transmitirSó quem tem o token pode transmitir

Topologia: anel (Token Ring) ou barra (Token Topologia: anel (Token Ring) ou barra (Token Bus)Bus)

•

•na topologia em barra, a ordem lógica não é na topologia em barra, a ordem lógica não é necessariamente a ordem física

necessariamente a ordem física

•

•na topologia em anel as ordens lógica e física na topologia em anel as ordens lógica e física coincidem.

coincidem.

(17)

97

Token Ring Token Ring

Técnica mais antiga paraTécnica mais antiga parao anelo anel, , proposta emproposta em 1969

1969 porpor Farmer e NewhallFarmer e Newhall Permissão circulaPermissão circula no anelno anel

Ao querer transmitir, a Ao querer transmitir, a estação espera pela estação espera pela permissão livre

permissão livre, , altera para ocupadaaltera para ocupada e transmite e transmite seusseus dados em seguidadados em seguida

A A transmissoratransmissoraé responsável pela retirada da é responsável pela retirada da mensagem

mensagem do aneldo anel e pela inserção dae pela inserção da nova nova permissão livre

permissão livre

O momentoO momentode inserçãode inserção de umade uma nova permissão nova permissão livre

livre no anel varia conformeno anel varia conforme o tipoo tipo de operaçãode operação

98

Token Ring Token Ring

Single PacketSingle Packet Single TokenSingle Token Multiple TokenMultiple Token

Single Packet

R T

Single Packet

L

(18)

R T

Single Packet

L

T R

Single Packet

L

T R

Single Packet

L RR TT

Single Packet

O

(19)

R T

Single Packet

O

R T

Single Packet

O

R T

Single Packet

O

R T

Single Packet

O

(20)

R T

Single Packet

O

R T

Single Packet

O

R T

Single Packet

O

T R

Single Packet

O

(21)

T R

Single Packet

R T

Single Packet

O

R T

Single Packet

O

Single Packet

L

(22)

Single Packet

L

Single Packet

L

T

R

Single Packet

O

T

R

Single Packet

O

(23)

T

R

Single Packet

O

Single Token

T R

Single Token

L

R T

Single Token

L

(24)

R T

Single Token

L

T R

Single Token

L

R T

Single Token

O R T

Single Token

O

(25)

R T

Single Token

O

R T

Single Token

O

R T

Single Token

O

R T

Single Token

O

(26)

R T

Single Token

O

T R

Single Token

O

T R

Single Token

O R T

Single Token

L

(27)

R T

Single Token

L

R T

Single Token

L

T

R

Single Token

O

T

R

Single Token

O

(28)

T

R

Single Token

O

Multiple Token

T¹ R1

Multiple Token

L

T¹ R1

Multiple Token

L

(29)

Multiple Token

T1

R¹

L

Multiple Token

T¹ R1

L

Multiple Token

T¹ R1

O

Multiple Token

T1

R¹

O

(30)

Multiple Token

T1

R¹

O

Multiple Token

T1

R¹

O

Multiple Token

T¹ R1

O

Multiple Token

T¹ R1

O

L

(31)

Multiple Token

T¹ R1

O

L

Multiple Token

T1

R¹

T²

R²

O

L

Multiple Token

T¹ R1

T2

R²

O

Multiple Token

T1

R¹

T2

R²

O O

(32)

Multiple Token

T1

R¹

T²

R2 O

O

Multiple Token

T1

R1

T²

R2

O

O L

Multiple Token

T¹ R1

T2

R2

O

O L

Multiple Token

T¹ R1

T²

R2 L O

(33)

Multiple Token

T¹ R1

T2

R2

O

L

Multiple Token

^T²

R²

O

L

Multiple Token

^T²

R2

L

Multiple Token

^T²

R²

L

(34)

Multiple Token

^T²

R²

L

Multiple Token

^T²

R²

L

Multiple Token

L

Token Ring Token Ring

EquidadeEquidade PrioridadePrioridade

(35)

174

Se a latência for desprezível, os três Se a latência for desprezível, os três tipos de operação têm o mesmo tipos de operação têm o mesmo desempenho

desempenho

O instante de tempo em que a O instante de tempo em que a estação termina de transmitir é estação termina de transmitir é igual ao instante em que chega o igual ao instante em que chega o último bit transmitido de volta a último bit transmitido de volta a origem

origem

Comparação entre os Comparação entre os

Tipos de Operação do Token Ring Tipos de Operação do Token Ring

175

L= latênciaL= latência; t = tempo de ; t = tempo de transmissãotransmissãode 1 de 1 quadro

quadro

Se L Se L ≤≤≤≤≤≤≤≤t, single token e multiple t, single token e multiple token

token ssãão mais eficientes que o mais eficientes que single packet

single packet

O instanteO instante de tempo de tempo em queem quea a estaçãoestação termina

terminade transmitirde transmitiré maior ou igualé maior ou igual ao instante em que chega

ao instante em que chegao o primeiroprimeirobit bit transmitido

transmitido de de voltavoltaa a origemorigem

176

L= latênciaL= latência; t = tempo de ; t = tempo de transmissãotransmissãode 1 de 1 quadro

quadro

Se L > t, multiple token Se L > t, multiple token éémaismais eficiente que

eficiente quesingle token single token quequeéé mais eficiente que

mais eficiente que single packetsingle packet

O instanteO instantede tempo em quede tempo em quea estaçãoa estação termina

termina de de transmitirtransmitiré é menor quemenor queo o instante em que chega

instante em que chegao o primeiroprimeirobitbit transmitido

transmitido de voltade voltaa origema origem