Padronização [email protected] Arquitetura IEEE …debora/dados4/pdf/07_dados4.pdf · Disciplina: : Comunicação de Dados IV Arquitetura IEEE 802 Padrões IEEE 802.3, 802.11,

DisciplinaDisciplina: : Comunicação de Dados IV

Arquitetura IEEE 802Padrões IEEE 802.3, 802.11, 802.16 e

802.2

Profa. Débora Christina Muchaluat [email protected]

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

802.2802.2

Profa. Débora Christina Muchaluat SaadeProfa. Débora Christina Muchaluat Saade

deboramsdeborams@[email protected]

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

2

Comunicação de Dados IVComunicação de Dados IV

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

–– estaçõesestações estãoestão a a poucospoucosquilômetrosquilômetros umasumas das das outrasoutras

4


ComitêComitê de de PadronizaçãoPadronização 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


AplicaçãoAplicação

ApresentaçãoApresentação

SessãoSessão

TransporteTransporte

RedeRede

EnlaceEnlace

FísicoFísico

LLC (802.2)LLC (802.2)MACMAC

FísicoFísico

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


NívelNível FísicoFísico

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

(PHY)

�� EstabelecimentoEstabelecimento, , manutencãomanutencão e e liberaçãoliberação de de conexõesconexões físicasfísicas

�� transmissãotransmissão de bits de bits atravésatravés de um de um meiomeio físicofísico

–– CaboCabo coaxialcoaxial–– Par Par trançadotrançado–– FibraFibra óticaótica

�� MétodoMétodo de de codificaçãocodificação�� TaxaTaxa de de TransmissãoTransmissão

10


CamadaCamada de de ControleControle de de AcessoAcesso aoao MeioMeio


(PHY)

�� EndereçoEndereço MACMAC�� OrganizaçãoOrganização do do acessoacesso aoao meiomeio

físicofísico compartilhado compartilhado –– BarraBarra, , AnelAnel, , WirelessWireless

�� DetecçãoDetecção de de erroserros (CRC)(CRC)�� DelimitaçãoDelimitação de de quadrosquadros�� TécnicasTécnicas

–– 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 LógicoLógico

�� IndependênciaIndependência dada camadacamadaMACMAC

�� LSAPsLSAPs�� MultiplexaçãoMultiplexação�� ControleControle de de erroserros e de e de fluxofluxo�� TiposTipos de de operaçãooperação�� Classes de Classes de procedimentos procedimentos


(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 FísicaCamadas MAC e Física�� Protocolo de acessoProtocolo de acesso

–– CSMA/CDCSMA/CD�� Redes Locais com Topologia Lógica em BarraRedes Locais com Topologia Lógica 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


Opções para as Extensões à rede EthernetOpções para as Extensões à rede Ethernet

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

–– Ethernet Comutada (switched Ethernet).Ethernet Comutada (switched Ethernet).��1995: IEEE 802.3u Fast Ethernet.1995: IEEE 802.3u Fast Ethernet.

–– 1997: Ethernet Full1997: Ethernet Full--duplex.duplex.��1998: IEEE 802.3z Gigabit Ethernet.1998: IEEE 802.3z Gigabit Ethernet.��2002: IEEE 802.3ae 10 Gigabit Ethernet.2002: IEEE 802.3ae 10 Gigabit Ethernet.��???? Ethernet !!!!???? Ethernet !!!!

19


PadrãoPadrão IEEE 802.3IEEE 802.3

�� SemânticaSemântica do do ProtocoloProtocolo dada CamadaCamada MACMAC

–– CSMACSMA--CDCD–– EsperaEspera AleatóriaAleatória 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

EstaçãoEstação AtivaAtiva

MeioMeio LivreLivre??

IniciaIniciaTransmissãoTransmissão

Sim

Não

Sim

Não

ColisãoColisão??InterrompeInterrompe

TransmissãoTransmissão

IncrementaIncrementa contadorcontadorde de númeronúmero de de colisõescolisões

ReforçoReforço dedeColisãoColisão (JAM)(JAM)

AtrasoAtraso AleatórioAleatórioponderadoponderado pelopelo

númeronúmero de de colisõescolisões

TerminaTerminaTransmissãoTransmissão

Retransmissão

22


CSMA/CD CSMA/CD -- RetransmissãoRetransmissão

�� EsperaEspera AleatóriaAleatória ExponencialExponencial TruncadaTruncada–– se se houvehouve colisãocolisão, , esperaespera tempo tempo aleatórioaleatório entreentre 0 0

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

–– o o limitelimite é é dobradodobrado a a cadacada colisãocolisão sucessivasucessiva atéaté o o númeronúmero máximomáximo de de colisõescolisões::

•• nasnas primeirasprimeiras 10 10 tentativastentativas nn variavaria de 1 a 10, de 1 a 10, nasnastentativastentativas subseqüentessubseqüentes, , 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 começocomeço 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 atéatécompletarcompletar 96 bits 0’s e 1’s 96 bits 0’s e 1’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 (sincronizaçãosincronização do do transmissortransmissor e receptor e receptor --codificaçãocodificação Manchester)Manchester)

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

endereçoendereço):):–– 1o. Bit 1o. Bit indicaindica se é se é únicoúnico (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 endereçamentoendereçamento universal universal fornecidofornecido pelopelo fabricantefabricante

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

�� PAD PAD parapara satisfazersatisfazer tamanhotamanho mínimomínimo do do quadroquadro M >= 2CTpM >= 2CTp�� tamanhotamanho mínimomínimo (64 bytes a (64 bytes a partirpartir de DA) e de DA) e máximomáximo (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 => é interpretado 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

28


TopologiaTopologia FísicaFísica emem BarraBarra: : LigaçãoLigação MultipontoMultiponto

ZZ00 ZZ00

Z >>

31


Topologia Física Estrela: ConcentradoresTopologia Física Estrela: Concentradores

HUB

32


Topologia Física Estrela: ConcentradoresTopologia Física Estrela: Concentradores

SWITCH

33


PadrãoPadrão parapara NívelNível FísicoFísico 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 NívelNível FísicoFísico 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)–– SóSó fibrafibra óticaótica–– SomenteSomente operaçãooperação fullfull--duplex (switch)duplex (switch)–– 10GBASE10GBASE--XX–– DistânciasDistâncias podempodem chegarchegar a 40Kma 40Km

cabo coaxial

par trançado ou fibra

49


InterligaçãoInterligação de de MúltiplosMúltiplosSegmentosSegmentos

50


Domínio de ColisãoDomínio de Colisão

NúmeroNúmero máximomáximo de de estaçõesestações: 1024: 102410, 100 10, 100 ouou 1Gbps1Gbps

51


Interligação de Hubs EthernetInterligação de Hubs Ethernet

52


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

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

53


Extensões ao EthernetExtensões ao Ethernet

��Fast Ethernet (100 Mbps):Fast Ethernet (100 Mbps):–– 2 segmentos (distância máxima em torno de 200m)2 segmentos (distância máxima em torno de 200m)–– 1 ou 2 repetidores1 ou 2 repetidores

•• Só 1 repetidor Classe I (interligam segmentos com Só 1 repetidor Classe I (interligam segmentos com tipos de codificação distintos) tipos de codificação distintos)

•• 2 repetidores Classe II (interligam segmentos com 2 repetidores Classe II (interligam segmentos com mesmo tipo de codificação) separados por no máximo mesmo tipo de codificação) separados por no máximo 5 metros5 metros

��GibabitGibabit Ethernet (1 Ethernet (1 GbpsGbps):):–– Tamanho mínimo do quadro = 512 bytesTamanho mínimo do quadro = 512 bytes–– 2 segmentos (distância máxima em torno de 200m)2 segmentos (distância máxima em torno de 200m)–– Só 1 repetidorSó 1 repetidor

54


Fast Ethernet (100Mbps)Fast Ethernet (100Mbps)


Padrão IEEE 802.11Redes Locais sem Fio

WiFi

PadrãoPadrão IEEE 802.11IEEE 802.11RedesRedes LocaisLocais semsem FioFio

WiFiWiFi


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

102


IEEE 802.11IEEE 802.11

� Área coberta pela rede é dividida em células (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–– FragmentaçãoFragmentação–– CriptografiaCriptografia (WEP (WEP –– Wired Equivalent Wired Equivalent

PrivacyPrivacy))�� PLCP:PLCP:

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

–– OfereceOferece SAP SAP comumcomum independenteindependente dadatecnologiatecnologia de de transmissãotransmissão

�� PMD:PMD:–– ModulaçãoModulação–– CodificaçãoCodificação//decodificaçãodecodificação de de sinaissinais

Medium AccessControl (MAC)

Physical MediumDependent (PMD)

Physical Layer ConvergenceProtocol (PLCP) Camada

Física

109


Camada FísicaCamada Física

�� Transmissão a 1 ou 2MbpsTransmissão a 1 ou 2Mbps–– 2.4GHz (Banda reservada para LAN, uso médico e 2.4GHz (Banda reservada para LAN, uso médico e

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

–– direct sequence spread spectrum (DSSS)direct sequence spread spectrum (DSSS)–– frequency hopping spread spectrum (FHSS)frequency hopping spread spectrum (FHSS)–– 802.11a 802.11a -- rádio (OFDM) em 5 GHz (6 a 54 Mbps)rádio (OFDM) em 5 GHz (6 a 54 Mbps)–– 802.11b 802.11b -- rádio (DSSS) em 2.4 GHz (5,5 e 11 Mbps)rádio (DSSS) em 2.4 GHz (5,5 e 11 Mbps)–– 802.11g 802.11g -- 54 54 MbitMbit/s, 2.4 GHz (/s, 2.4 GHz (compatívelcompatível com com

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

118


DFWMAC DFWMAC Distributed Foundation Wireless MACDistributed Foundation Wireless MAC

�� Define Define doisdois MétodosMétodos de de AcessoAcesso ((FunçõesFunções de de CoordenaçãoCoordenação))��Distributed Coordination Function Distributed Coordination Function -- DCFDCF

–– DistribuídoDistribuído ((ObrigatórioObrigatório))–– DecisãoDecisão de de quandoquando transmitirtransmitir é é 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?

��LimitaçõesLimitações::–– Meio sem fio: é difícil detectar outro sinal além do Meio sem fio: é difícil detectar outro sinal além do

sinal da própria estação, com as antenas de sinal da própria estação, com as antenas de transmissão e recepção próximas uma da outra. transmissão e recepção próximas uma da outra.

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

––EstaçãoEstação escondidaescondida

121


ProblemaProblema com CSMA com CSMA emem redesredes semsem fiofio

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

–– ProblemaProblema dada estaçãoestação 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 estaçõesestações estãoestão no no alcancealcance de de todastodasas as demaisdemais estaçõesestações::

–– ProblemaProblema dada estaçãoestação 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


SoluçãoSolução: CSMA/CA: CSMA/CA

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

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

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

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

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

126


EstaçãoEstação escondidaescondida

�� SuponhaSuponha queque A A querquer transmitirtransmitir parapara B:B:–– A A enviaenvia RTS RTS parapara B B –– …C …C nãonão receberáreceberá o RTS de Ao RTS de A–– … … masmas receberáreceberá 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 tempo”, tempo”, sendosendo ambos ambos endereçadosendereçados parapara BB..

AA BB CC DD

RTSRTSCTSCTS

127


EstaçãoEstação expostaexposta

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

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

parapara A e C A e C nãonão recebeurecebeu o CTS de A.o CTS de A.–– A A enviaráenviará 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 em redes sem fio com infra-estrutura ou Ad-Hoc

� Acrescenta opcionalmente ao CSMA/CA tradicional 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

Backoffwindow

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

Backoffwindow

retarda acesso

139


Point Coordination FunctionPoint Coordination Function

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

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

141


ServiçosServiços DFWMACDFWMAC

NÍVEL FÍSICONÍVEL FÍSICO

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


IntegraçãoIntegração PCF x DCFPCF x DCF

� AP divide o tempo em períodos denominadossuperquadros

� Um superquadro consiste em dois intervalos de tempo consecutivos, sendo o primeiro controlado pela PCF e o segundo pela DCF

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

� PIFS < DIFS : Função pontual (AP) ganha o acessoprimeiro 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


Integração PCF x DCFIntegração PCF x DCF

148


FormatoFormato dos dos quadrosquadros

PrePreââmbmbuulloo CabeçalhoCabeçalho dodonívelnível físicofísico PDU MACPDU MAC

PDU LLCPDU LLC

SDU MACSDU MACCabeçalhoCabeçalhoMACMAC

LLCLLC

MACMAC

PHYPHY

ObsObs: MAC : MAC podepode fazerfazer fragmentaçãofragmentação!!

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

Sequencecontrol 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


Interpretação dos endereços MAC 802.11Interpretação dos endereços MAC 802.11

SASADADATATARARA1111

--DADASASABSSIDBSSID0011

--SASABSSIDBSSIDDADA1100

--BSSIDBSSIDSASADADA0000

AddressAddress 44AddressAddress 33AddressAddress 22AddressAddress 11fromfrom DSDSto DSto DS

154



�� Rede Ad Hoc: 2 bits DS = 0Rede Ad Hoc: 2 bits DS = 0–– DA DA –– destination address destination address –– destinatáriodestinatário lógicológico e e físicofísico–– SA SA –– source address source address –– remetenteremetente lógicológico e e físicofísico–– BSSID BSSID –– id. id. dada célulacélula (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 atravésatravés de um APde um AP–– DA DA –– destination address destination address –– destinatáriodestinatário lógicológico e e físicofísico–– BSSID BSSID –– id. id. dada célulacélula (BSS) (BSS) –– remetenteremetente físicofísico (AP)(AP)–– SA SA –– source address source address –– remetenteremetente lógicológico

AP

APDS

STA1

STA2

STA3

STA4


156



�� RedeRede com com infraestruturainfraestrutura (to AP): to DS = 1(to AP): to DS = 1–– OrigemOrigem enviaenvia quadroquadro atravésatravés de um APde um AP–– BSSID BSSID –– id. id. dada célulacélula (BSS) (BSS) –– destinatáriodestinatário físicofísico (AP)(AP)–– SA SA –– source address source address –– remetenteremetente lógicológico e e físicofísico–– DA DA –– destination address destination address –– destinatáriodestinatário lógico lógico

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 distribuiçãodistribuição semsem fiofio–– RA RA –– receiver address receiver address –– destinatáriodestinatário físicofísico (AP)(AP)–– TA TA –– transmitter address transmitter address –– remetenteremetente físicofísico (AP)(AP)–– SA SA –– source address source address –– remetenteremetente lógicológico originaloriginal–– DA DA –– destination address destination address –– destinatáriodestinatário lógicológico originaloriginal

AP

APDS

STA1

STA2

STA3

STA4



Padrão IEEE 802.16WiMax

PadrãoPadrão IEEE 802.16IEEE 802.16WiMaxWiMax


178


802.16802.16

�� IEEE 802.16IEEE 802.16–– Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access SystemsAir Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems

�� IEEE 802.16eIEEE 802.16e–– Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless

SystemsSystems�� Wireless MANWireless MAN�� Freqüências de 10Freqüências de 10--66 GHz e abaixo de 11 GHz (566 GHz e abaixo de 11 GHz (5--6GHz)6GHz)�� Taxas de até 134MbpsTaxas de até 134Mbps�� Comparação com 802.11Comparação com 802.11

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

–– PodePode usarusar comunicaçãocomunicação fullfull--duplexduplex–– DistânciasDistâncias maioresmaiores emem áreaárea metropolitanametropolitana

179


802.16802.16

181


ArquiteturaArquitetura 802.16802.16

��Pode usar OFDM tambémPode usar OFDM também

182


Camada Física 802.16Camada Física 802.16

183


CamadaCamada FísicaFísica 802.16802.16

The 802.16 transmission environment.The 802.16 transmission environment.

��Estação base com antenas Estação base com antenas setorizadassetorizadas

184


CamadaCamada FísicaFísica 802.16802.16

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

O O númeronúmero 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 utilizaçãoutilização do down/up linkdo down/up linkFEC FEC baseadobaseado emem códigocódigo de Hammingde HammingOutraOutra opçãoopção –– FDD FDD –– Frequency Division Frequency Division DuplexingDuplexing

185


Camada MAC 802.16Camada MAC 802.16

��Subcamada de segurançaSubcamada de segurança–– Conteúdo dos quadros é criptografado, os Conteúdo dos quadros é criptografado, os

cabeçalhos não.cabeçalhos não.–– Autenticação das estações ao se conectaremAutenticação das estações ao se conectarem

��MAC Orientada à conexãoMAC Orientada à conexão��Conexão define a classe de serviçoConexão define a classe de serviço

186



��4 classes de serviço4 classes de serviço–– CBR CBR –– constant bit rateconstant bit rate

•• ex. Voz não comprimidaex. Voz não comprimida–– RealReal--time VBR time VBR –– variable bit ratevariable bit rate

•• ex.: multimídia comprimidaex.: multimídia comprimida•• Estação base faz polling aos assinantes em intervalos Estação base faz polling aos assinantes em intervalos

fixos para saber quanto precisam de bandafixos para saber quanto precisam de banda–– NonNon--realreal--time VBR time VBR –– variable bite ratevariable bite rate

•• ex.:transferência de aquivosex.:transferência de aquivos–– Best effortBest effort

187



��Pedidos de alocação de banda são enviados para a Pedidos de alocação de banda são enviados para a estação baseestação base–– Taxa de pico entre 1.2 kbps e 1.921 MbpsTaxa de pico entre 1.2 kbps e 1.921 Mbps

��Pedidos bem sucedidos são avisados no próximo Pedidos bem sucedidos são avisados no próximo mapa downstreammapa downstream

188


FormatoFormato do do QuadroQuadro 802.16802.16

(a)(a) QuadroQuadro genérico genérico (b)(b) QuadroQuadro de de pedidopedido de de alocaçãoalocação de de bandabanda

189


FormatoFormato do do QuadroQuadro 802.16802.16

(a)(a) QuadroQuadro genérico genérico CRC é CRC é opcionalopcional devidodevido a FEC a FEC nana camadacamada físicafísicaEC EC –– indicaindica se payload se payload foifoi criptografadocriptografadoType Type –– tipotipo de de quadroquadro (se tem (se tem fragmentaçãofragmentação))CI CI –– indicaindica presençapresença do CRC finaldo CRC finalEK EK –– indicaindica qualqual criptografiacriptografia foifoi usadausadaLength Length –– comprimentocomprimento total total incluindoincluindo o o cabeçalhocabeçalhoHeader CRC Header CRC –– xx88 + x+ x22 + x + 1+ x + 1


Padrão IEEE 802.2PadrãoPadrão IEEE 802.2IEEE 802.2


192


CamadaCamada de de ControleControle de Enlace de Enlace LógicoLógico

�� IndependênciaIndependência dada camadacamadaMACMAC

�� LSAPsLSAPs�� MultiplexaçãoMultiplexação�� ControleControle de de erroserros e de e de fluxofluxo�� TiposTipos de de operaçãooperação�� Classes de Classes de procedimentos procedimentos


(PHY)

193


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

194


InteraçãoInteração entreentre CamadasCamadas((PontosPontos de de AcessoAcesso a a ServiçosServiços))

UsuárioUsuárioLLCLLC

EntidadeEntidade dedeServiçoServiço LLCLLC

EntidadeEntidade dedeServiçoServiço LLCLLC

FornecedorFornecedor de de ServiçoServiço MACMAC

UsuárioUsuárioLLCLLC

Fornecedor de Serviço LLC

Protocolo LLC

Ponto de Acesso ao Serviço LLC

Ponto de Acesso ao Serviço MAC

195


IEEE 802.2 IEEE 802.2 -- MultiplexaçãoMultiplexação

MAC

Físico

MAC

Físico

( )( )( ) ( )( )

Endereço LLC(SAP)

1 2 3

Usuário

1 2

Rede

Usuário

Usuário Usuário Usuário

LLC LLC

Endereço MAC

197


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

198


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

201


ControleControle de de ErrosErros e e FluxoFluxo -- LLCLLC

�� CamadaCamada MAC MAC fazfaz detecçãodetecção de de erroserros (CRC)(CRC)�� RecuperaçãoRecuperação 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

202


EspecificaçãoEspecificação dada Interface LLC/Interface LLC/NívelNível SuperiorSuperior

�� OperaçãoOperação TipoTipo 1 1 –– serviçoserviço datagramadatagrama nãonão confiável confiável –– serviçoserviço semsem conexãoconexão e e semsem reconhecimentoreconhecimento–– transferênciastransferências de dados de dados pontoponto a a pontoponto, , entreentre gruposgrupos, , ouou porpor difusãodifusão

�� OperaçãoOperação TipoTipo 2 2 –– serviçoserviço de de circuitocircuito virtual virtual –– serviçoserviço orientadoorientado a a conexão conexão –– conexõesconexões pontoponto a a pontoponto–– controlecontrole de de fluxofluxo, , sequenciaçãosequenciação e e recuperaçãorecuperação de de erroserros

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

�� OperaçãoOperação TipoTipo 3 3 –– serviçoserviço datagramadatagrama confiável confiável –– serviçoserviço semsem conexãoconexão e com e com reconhecimento reconhecimento –– transferênciastransferências pontoponto a a pontoponto–– sequenciaçãosequenciação e e recuperaçãorecuperação de de erroserros

•• StopStop--andand--WaitWait

204


Classes de Classes de ServiçoServiço IEEE 802.2IEEE 802.2

�� ClasseClasse II–– OperaçãoOperação TipoTipo 11

�� ClasseClasse IIII–– OperaçãoOperação TipoTipo 1 e 1 e TipoTipo 22

�� ClasseClasse IIIIII–– OperaçãoOperação TipoTipo 1 e 1 e TipoTipo 33

�� ClasseClasse IVIV–– OperaçãoOperação TipoTipo 1, 2 e 31, 2 e 3

210


FormatoFormato do Campo de do Campo de ControleControle

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

212


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



213


ControleControle de de ErrosErros

LLC2LLC20 0


0 0

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

LLC2LLC20 1

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

LLC1LLC11 0

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

LLC1LLC11 0

N(S)N(S) N(R)N(R)2 1 I 0 0 aaaaa


LLC2LLC21 1

N(S)N(S) N(R)N(R)1 2 I 0 1 bbbbb


LLC2LLC20 1


1 0

N(S)N(S) N(R)N(R) 2 1 REJ 0D O T N(R)

LLC2LLC21 1

N(S)N(S) N(R)N(R)1 2 I 0 1 bbbbb


LLC2LLC22 1

N(S)N(S) N(R)N(R)1 2 I 1 1 ccccc


LLC1LLC11 0

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

LLC1LLC11 1

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

215


ControleControle de de FluxoFluxo

LLC2LLC20 0


0 0

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

LLC2LLC20 1

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

LLC2LLC20 2

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

LLC1LLC12 0

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

LLC1LLC12 0

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

LLC2LLC20 3

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

LLC1LLC11 0

N(S)N(S) N(R)N(R)2 1 I 0 0 aaaaa


LLC2LLC20 2

N(S)N(S) N(R)N(R)1 2 RR 2D O T N(R)

LLC1LLC13 0

N(S)N(S) N(R)N(R) 2 1 I 2 0 ccccc


LLC2LLC20 2

N(S)N(S) N(R)N(R)1 2 RNR 2D O T N(R)

LLC1LLC12 0

N(S)N(S) N(R)N(R) 2 1 I 1 0 bbbbb


219


Cabeçalho LLC/SNAPCabeçalho 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

220


ImplementaçãoImplementação nos nos SistemasSistemas 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

Documents

Padronização [email protected] Arquitetura IEEE …debora/dados4/pdf/07_dados4.pdf · Disciplina: : Comunicação de Dados IV Arquitetura IEEE 802 Padrões IEEE 802.3, 802.11,