PDF de programación - Acceso al medio - Redes inalámbricas y CSMA/CA

REDES
Área de Ingeniería Telemática

Acceso al medio

Redes inalámbricas y CSMA/CA

Area de Ingeniería Telemática

http://www.tlm.unavarra.es

Redes

4º Ingeniería Informática

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Hoy...

1. Introducción a las redes
2. Tecnologías para redes de área local
3. Conmutación de circuitos
4. Tecnologías para redes de área extensa y última milla
5. Encaminamiento
6. Arquitectura de conmutadores de paquetes
7. Control de acceso al medio
• Transporte extremo a extremo

Acceso al medio en Wifi

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•

•

•

Estaciones con receptores y emisores en un canal
(12-14 canales alrededor de 2.4GHz o 5GHz, velocidades de 11, 54, 248 Mbps)
Permite tener varias redes en el mismo espacio
– Los diferentes canales no se oyen “mucho” entre si
Una vez elegido un canal es un medio de broadcast con el access point y todas las
estaciones inalambricas asociadas... con algunas diferencias
– Salvo que si hay dos canales muy cercanos puede que los paquetes de uno

colisionen con los de otro

– De todas maneras tampoco nada impide que dos access points usen el mismo
canal en las cercanias asi que tenemos que soportar colisiones de varias celdas
superpuestas

– No todas las estaciones son iguales: hay hosts clientes y access points

Paquete en el canal 12
(2467MHz)

Paquete en el canal 1 (2412MHz)

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Modo Ad-hoc y modo infraestructura

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• Base-station

Infraestructura: estaciones
b a s e ( a c c e s s p o i n t )
conectadas a una red fija

– El access point da acceso y
controla quien puede
conectarse
Es la red

– Más común hoy en dia

–

–

–

• Ad-hoc

punto-a-punto
Los terminales inalámbricos
se comunican entre si
algoritmos de enrutamiento
complejos
Tipo P2P

–
– Mas experimental

AP

Internet

AP

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Arquitectura

•

Tenemos que soportar escenarios de este tipo
– En general una estación oye paquetes de otras estaciones y

access points en su red o en otras y un access point también

– Colisiones y detección? CSMA/CD?

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802.11 Asociación

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• El oir y ser capaz de enviar no implica

que pertenezca a la red

• Hay un proceso de asociación a la red

gestionado por el access point
– Antes de pertenecer a la red

protocolo de asociación con
posible autentificación

– En ese proceso se pueden

inicializar claves de cifrado

– Si no “pertenezco” a la red los
demas nodos deberian ignorarme

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Potencia de señal

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• En inalámbrico es muy importante la potencia de señal recibida que se

atenúa rápidamente con la distancia

• La limitación de distancia de la red viene dada porque las estaciones no

se “oyen” entre si

A

B

• Como organizamos una celda alrededor de un access point?

Potencia de señal

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• Las estaciones suficientemente cercanas como para oir al access point y
que el les oiga pueden completar el protocolo de asociacion. El tamaño
natural de una celda es ese rango... si puedo hablar con el access point
puedo pertenecer a la red...

• Pero hay un problema obvio...

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Potencia de señal

Las estaciones lejanas pueden no oirse entre si
B oye al access point pero no a A
A no puede enviar tramas directamente a B

A

B

Para solucionar esto todas las comunicaciones son a traves del access point
Los hosts siempre envían las tramas al access point. Por eso hay 3 direcciones MAC
(origen, destino y access point)
El access point reenvía la trama a la red de cable o a la estación destino inalámbrica que si
esta asociada es porque le oye (Todas las estaciones que están asociadas pueden
comunicarse)
Además permite que el access point controle el acceso no reenviando tramas de no
asociados y cifrado individual para cada estación (WPA)

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•

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Acceso múltiple

• Acceso múltiple en 802.11
Es un medio de broadcast...

• Usar ALOHA?

ttx~ decimas o centesimas de ms (1500bytes a 54Mbps o incluso a 300Mbps)
tprop~ menos de 1µs (300000km/s para recorrer <1km)
a<<1 las colisiones duran mucho mas que el tiempo en llenar el canal

• Usar CSMA? Tiene sentido
• Y usar detección de colisiones?

Tiene algún problema...

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Acceso múltiple

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•
•

•

•

•

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
El problema del terminal oculto
Un obstaculo puede hacer que A y C no se oigan entre si
C no pueden saber que B ve una colisión porque C no oye ninguna señal a la vez
que su envío

C

A

B

B

A’s
signal

C

C’s
signal

A

Esto pasa por obstaculos o simplemente porque A y C están muy alejados entre si
lo suficiente para que cada uno oiga al access point pero no al otro
Aunque hagamos detección de colisiones hay muchas colisiones que no vamos a
detectar. No es rentable la complicación de la detección para la mejora
Mejor centrémonos en evitar que haya colisiones....

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CSMA/CA

• Collision avoidance (evitación en lugar de detección)
• Ideas...

– 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 o p-persistente

A

B

CSMA/CD

A

B

CSMA/CA

ocupado

Colisión

C

Tiempo aleatorio

C

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• Espaciado entre tramas

Si quiero transmitir y veo el canal libre.... espero un tiempo que depende de lo
que quiero transmitir
– Si es un ACK espero un tiempo SIFS (short inter frame space)
– Si es un paquete de datos espero un tiempo aleatorio con minimo DIFS

(DCF inter frame space) DIFS>SIFS
El tiempo aleatorio depende de las veces que haya colisionado esa trama
(backoff)

– Los ACKs siempre se deciden primero

(aunque podrian colisionar con otro ACK o con alguien que no oiga al
emisor)

ACK

SIFS

DIFS

Datos

Tiempo aleatorio

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• 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

• El temporizador solo descuenta tiempo

backoff)

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

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• 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

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time

Ejemplo

A

AP

RTS(A)

RTS(A)

CTS ( A )

DATA (A)

A C K (A )

reservation collision

CTS(A)

ACK(A)

B

R TS ( B )

defer

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Coordination function

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• El funcionamiento descrito es conocido como

función de coordinación distribuida DCF (Por eso SIFS y DIFS)
Nadie reparte el canal. El access point no tiene privilegios aparte de que
debe reenviar las tramas

• El estandar 802.11 soporta otra función de coordinación tipo polling (el

access point da el turno)
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

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802.11 sin QoS

• DCF (Distributed Coordination Function)

SIFS : small inter frame space
DIFS : DCF inter frame space
PIFS : PCF inter frame space

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802.11 sin QoS

• PCF (Point Coordination Function)

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802.11e

• Clases de acceso AC para diferentes traffic categories TC

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802.11e Medium Access: HCF

• Contention-based medium access: EDCF (Enhanced DCF)
• Different EDCF parameters per Access Category (AC)

– DIFSàAIFS[AC]
– CWminàCWmin[AC]

CWmaxàCWmax[AC]
(PF=2