PDF de programación - CSMA/CA

ARQUITECTURA DE REDES, SISTEMAS Y SERVICIOS
Área de Ingeniería Telemática

CSMA/CA

Area de Ingeniería Telemática

http://www.tlm.unavarra.es

Arquitectura de Redes, Sistemas y Servicios

3º Ingeniería de Telecomunicación

,

I

I



S
E
D
E
R
E
D
A
R
U
T
C
E
T
U
Q
R
A

S
O
C
V
R
E
S
Y
S
A
M
E
T
S
S

I

I



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I


e
d



a
e
r
Á

Temario

Introducción

Introducción a las tecnologías de red

1.
2. Arquitecturas de conmutación y protocolos
3.
4. Control de acceso al medio
5. Conmutación de circuitos
6. Transporte fiable
7. Encaminamiento
8. Programación para redes y servicios

,

I

I



S
E
D
E
R
E
D
A
R
U
T
C
E
T
U
Q
R
A

S
O
C
V
R
E
S
Y
S
A
M
E
T
S
S

I

I



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I


e
d



a
e
r
Á

Temario

Introducción

1.
2. Arquitecturas de conmutación y protocolos
3.
4. Control de acceso al medio

Introducción a las tecnologías de red

1. ALOHA y ALOHA ranurado
2. CSMA y variantes, persistencia
3. CSMA/CD
4. CSMA/CA
5.

Ideas y clasificación de protocolos MAC

5. Conmutación de circuitos
6. Transporte fiable
7. Encaminamiento
8. Programación para redes y servicios

Wifi 802.11: Nivel físico
‣ NICs y puntos de acceso, transmiten y reciben señales de

radio/microondas a través del aire

‣ El espectro en torno a la frecuencia utilizada se divide en

varios canales utilizando frecuencias cercanas.
Permite tener varias redes en el mismo espacio

Paquete en el canal 12 (2467MHz)

Paquete en el canal 1 (2412MHz)

4

2 modos de funcionamiento

‣ Base-station

> Infraestructura: estaciones

base (access point)
conectadas a una red fija

‣ Ad-hoc

> punto-a-punto

Los terminales inalámbricos
se comunican entre si
> Corren algoritmos de

enrutamiento y extienden la
red más alla del alcance de
uno

‣ Asociación a la red de

área local

AP

Internet

AP

5

802.11 Asociación

existe una red llamada
wifinet
y usa autentificación SKA
(shared key auth)

Peticion autentificación
challenge cifrado

Petición asociación

A partir de aqui puedo
enviar a los demas hosts
y al router

BEACON SSID: wifinet
BEACON SSID: wifinet

challenge
auth ok

Asociación ok

SSID: wifinet

6

802.11 Acceso múltiple
‣ Acceso múltiple con problemas propios del medio

inalámbrico

‣ Usa CSMA (carrier sense, si veo que alguien está

enviando no envío)
> No colisiona con transmisiones en curso

‣ Pero la detección de colisión es un problema

> La señal se atenúa muy rápido por lo que es difícil comparar lo enviado con lo
recibido. De hecho normalmente las NIC no pueden escuchar mientras envían

> Existe el problema de terminales ocultos

A y C no se oyen entre si
No pueden saber que B ve una colisión

C

A

A

B

C

B

A’s signal
strength

C’s signal
strength

space

7

802.11 Acceso múltiple
‣ Problemas de potencia:

> A oye al Access Point pero no a B

A

B

‣ En modo infraestructura el access point restransmite las tramas

para que las oigan todos los hosts del BSS
Las transmisiones host-host pasan siempre por el access point
‣ Esto no soluciona el problema del terminal oculto

8

802.11 Acceso múltiple
‣ Si A y B quieren enviar a la vez a C ...

C

A

B

‣ A y B envían a la vez y hay una colision

El access point no recibe ninguno
Pero ni A ni B pueden detectar la colisión porque están lejos
‣ El access point no reenvía ninguno de los dos así que a C no

recibe nada

9

CSMA/CA

‣ Collision avoidance (evitación) en lugar de detección
‣ El receptor confirma (ACK) las tramas (ante los problemas para

detectar si ha habido colisión)

‣ Se utilizan tiempos aleatorios cuando voy a transmitir

> Las colisiones son caras porque no se pueden detectar rápido. 1-

persistente es demasiado agresivo y provoca colisiones

> Objetivo: evitar las colisiones causadas entre las estaciones que

esperan que el medio quede libre

> No persistente

A B

CSMA/CD

A B

CSMA/CA

ocupado

Colisión

C

Tiempo aleatorio

C

10

CSMA/CA

‣ Emisor 802.11

> Si el canal está vacío por un tiempo

DIFS
+ Envia la trama entera (sin CD)

> Si el canal está ocupado

+ Inicia un temporizador aleatorio (con

backoff)

+ El temporizador solo descuenta tiempo con

canal libre

+ Transmite cuando expire
+ Si no recibe ACK aumenta el backoff

‣ Receptor 802.11

> Si recibo una trama

+ Envía ACK después de un SIFS

(SIFS<DIFS los ACKs tienen prioridad)

sender

receiver

DIFS

data

ACK

SIFS

11

CSMA/CA

‣ Mejora: permitir al emisor reservar el canal para evitar colisiones en las

tramas muy largas
> El emisor envía una trama de RTS (request to send) a la estación

base pidiendo el canal (usando CSMA/CA)
Los RTS pueden colisionar con otras tramas pero al menos son
cortas

> La estación base envía el permiso en una trama CTS (Clear to send)
> Todos los nodos reciben la CTS

+ El solicitante envia la trama
+ El resto dejan libre el canal

‣ Evita completamente las colisiones

> A costa de más retardo
> Normalmente se activa sólo para tramas por encima de una longitud

12

Ejemplo

A

AP

RTS(A)

RTS(A)

CTS ( A )

DATA (A)

A C K (A )

reservation collision

CTS(A)

ACK(A)

time

B

R TS ( B )

defer

13

Coordination function
‣ Esto es conocido como funcionamiento con funcion de

coordinación distribuida
DCF

‣ El estandar tambien soporta tipo polling

Point Cordination Function (PCF)

‣ En modo Adhoc solo se usa la DCF
‣ En modo infraestructura se pude usar DCF o DCF+PCF

> Contention Free Periods (con PCF) + Contention Periods

(con DCF)

‣ Pero PCF no se usa mucho

‣ 802.11e HCF Hybrid Cordination Function y soporte de QoS

14

Resumiendo CSMA/CA
‣ Control de acceso al medio en 802.11

> Asociacion al canal
> CSMA
> Pero CSMA/CA en lugar de CD, colisiones costosas mejor

evitar

> Hay ACKs en el nivel de enlace
> Hay retransmisiones en el nivel de enlace
> El access point retransmite tramas
> Se pueden usar técnicas de reserva de canal

15

Control de acceso: clasificación

,

I

I



S
E
D
E
R
E
D
A
R
U
T
C
E
T
U
Q
R
A

S
O
C
V
R
E
S
Y
S
A
M
E
T
S
S

I

I



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I


e
d



a
e
r
Á

• Esto no ha sido una clasificación exahustiva
Hemos visto los protocolos más básicos/usados
• Diferentes tipos para diferentes redes de área local
• Según dónde se controle

– Centralizado (un dispositivo decide quien transmite)

• Más control, un único punto de fallo

– Distribuido (se resuelve el derecho a transmitir sin dispositivo

central (colisiones))

• Más complejo pero mas robusto

• Según cómo se controle

– Síncrono (modo circuito)

• capacidad dedicada (por conexión)
• No óptimo
• Usado en GSM y en ciertos tipos de protocolos para satelites

– Asíncrono (modo paquete)

• En respuesta a la demanda, tengo un mensaje y reservo o compito con los

demas para transmitirlo

Control de acceso al medio asíncrono

,



I

I



S
E
D
E
R
E
D
A
R
U
T
C
E
T
U
Q
R
A

S
O
C
V
R
E
S
Y
S
A
M
E
T
S
S

I

I



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I


e
d



a
e
r
Á

• Varias filosofías
• Round robin

– A cada estación se le da el turno para transmitir

• Reserva

– Divide el tiempo en slots
– Petición y concesión de slots
– Bueno para tráfico continuo
– Reserva no implica centralizado
Hay técnicas de resolver reservas distribuidas basadas en ALOHA

(R-ALOHA) tiempo destinado a pedirse el canal, el que consigue
transmitir la reserva con ALOHA tiene derecho al slot de
transmision que viene despues

• Contención

– Las estaciónes compiten por el tiempo
– Bueno para tráfico a ráfagas
– Simple de implementar
– Tiende a colapsarse con mucha carga
– ALOHA, S-ALOHA, CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA son de estos

a
c
i
t

Ejemplos

,

I



I



S
E
D
E
R
E
D
A
R
U
T
C
E
T
U
Q
R
A

S
O
C
V
R
E
S
Y
S
A
M
E
T
S
S

I



I



l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I


e
d



a
e
r
Á

Donde
Centralizados
Centralizados
Centralizados

Cuando
Sincronos/circuitos

Protocolo
GSM

Usos
Telefonía celular

Asincronos/paquetes
Asincronos/paquetes

Polling/probing

Redes de cable

Distribuidos
Distribuidos
Distribuidos
Distribuidos
Distribuidos
Distribuidos

Asincronos/paquetes
Asincronos/paquetes
Asincronos/paquetes
Asincronos/paquetes
Asincronos/paquetes
Asincronos/paquetes

Polling/probing

Redes de cable

Basados en reserva:
FPODA, PDAMA

Satelite

CSMA/CD

CSMA/CA

BTMA: MACA,
MACAW

Redes de cable

Redes inalambricas

Redes inalambricas

Token ring, FDDI

Redes de cable

ALOHA, S-ALOHA, R-
ALOHA

Satelite

,



I

I



S
E
D
E
R
E
D
A
R
U
T
C
E
T
U
Q
R
A

S
O
C
V
R
E
S
Y
S
A
M
E
T
S
S



I

I

a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I


e
d



a
e
r
Á

Conclusiones

• Los protocolos de acceso al medio permiten a varios
dispositivos compartir un mismo medio de transmisión
de forma coordinada

• Protocolos basicos

– ALOHA y slotted-ALOHA
– CSMA, 1-persistente, p-persistente, no-persistente
– CSMA/CD y CSMA/CA

• Son de tipo distribuido y asíncrono. Tambien existen

centralizados y síncronos. Aunque no se usan tanto en
LANs