Corso di Reti di Telecomunicazioni

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1 Corso di Reti di Telecomunicazioni Ingegneria ELETTRONICA e delle TELECOMUNICAZIONI (D.M. 270/04) A.A. 2011/12 maggiora@de .poliba.it

2 Local Area Network (LAN): analisi di prestazioni 2

3 Analisi di prestazioni nelle reti LAN 1/5 Per confrontare reti con diverse topologie e differenti protocolli di accesso, si ipotizzano condizioni ideali e si definiscono i seguenti parametri: N: numero di nodi (sorgenti o destinazioni) λ: frequenza media di arrivo dell UI dal livello superiore in una generica stazione [1/s] C: frequenza di cifra [bit/s] [1] Ch. 15 L: lunghezza dell UI (trama), supposta fissa [bit] 3

4 Analisi di prestazioni nelle reti LAN 2/5 Nelle reti a commutazione di pacchetto, le prestazioni possono essere misurate valutando tre parametri di traffico: 1. throughput (traffico smaltito); 2. tempo di ritardo per l attraversamento della rete; [1] Ch probabilità di perdita delle UI offerte alla rete. 4

5 Analisi di prestazioni nelle reti LAN 3/5 Throughput (traffico smaltito) A O = Nλ L (traffico offerto alla rete) A = NλL 1 Π S p ( )(traffico smaltito dalla rete) [1] Ch. 15 Se si trascurano gli eventi che possono causare la perdita delle UI: S = NλL C detto anche coefficiente di utilizzazione ρ (throughput di rete normalizzato) 5

6 Tempo di ritardo Analisi di prestazioni nelle reti LAN 4/5 Si considera solo il valore medio del ritardo [1] Ch. 15 6

7 Analisi di prestazioni nelle reti LAN 5/5 Probabilità di perdita delle UI Viene trascurata [1] Ch. 15 7

8 Protocolli a canalizzazione [1] Ch. 15 La tecnica TDMA offre prestazioni migliori rispetto alla tecnica FDMA (ad eccezione del caso N=2). Il ritardo aumenta all aumentare del throughput. La tecnica TDMA è più complessa dal punto di vista della realizzazione (sincronizzazione). 8

9 Protocolli ad accesso casuale 1/2 Accesso casuale Senza rivelazione del canale Con rivelazione del canale ALOHA Senza rivelazione delle collisioni Con rivelazione delle collisioni Slotted ALOHA CSMA CSMA/CD [1] Ch. 15 N.B.: le versioni slotted di ciascun protocollo prevedono che le trasmissioni possano iniziare solo in istanti predeterminati, cioè all inizio di ciascuno slot temporale. L asse dei tempi è suddiviso in slot di uguale durata. Slotted CSMA CSMA/CA Slotted CSMA/CD 9

10 Protocolli ad accesso casuale 2/2 In funzione delle diverse tecniche che consentono di prevenire e/o rivelare le collisioni, si distinguono due classi di protocolli: ALOHA protocolli di accesso che non effettuano rivelazione dello stato del canale prima di iniziare la trasmissione. [1] Ch. 15 Carrier Sense Multiple Access (CSMA) protocolli di accesso che, prime di iniziare la trasmissione, effettuano un operazione di sensing per la rivelazione dello stato del canale e trasmettono solo a canale libero. Una sottoclasse di questi protocolli effettua anche la rivelazione del canale durante la trasmissione per evitare collisioni (CSMA/CD). Un altra sottoclasse, invece, prevede un meccanismo di richiesta ed autorizzazione per l accesso al canale in modo da prevenire le collisioni (CSMA/CA). 10

11 Protocollo ALOHA 1/6 Sviluppato all inizio anno 70 per interconnettere stazioni dislocate nelle isole Hawaii (attualmente impiegato in sistemi RFID) E un protocollo di accesso multiplo casuale senza rivelazione del canale Ciascuna stazione trasmette i propri pacchetti senza verificare che il canale sia libero Sia T il tempo necessario a trasmettere una trama La corretta ricezione viene segnalata dalla stazione ricevente per mezzo di un ACK che si ipotizza trasmesso su un canale separato privo di errori Se il riscontro non è ricevuto entro un tempo pari al doppio del tempo di propagazione 2τ la trama viene ritrasmessa dopo un tempo casuale it(backoff) di valore massimo pari a KT (K 2) [1] Ch

12 Protocollo ALOHA 2/6 [1] Ch

13 Protocollo ALOHA 3/6 Ipotizziamo che la probabilità di collisione degli ACK sia trascurabile e che siano presenti infinite stazioni, ciascuna delle quali genera un traffico infinitesimo G: numero medio di tentativi di trasmissione da parte delle stazioni in un tempo pari a T La frequenza media di arrivo dei pacchetti (ritrasmissioni incluse) è quindi Λ=G/T Ipotizziamo che il processo di arrivo dei pacchetti sia di Poisson con frequenza media di arrivo Λ Un generico pacchetto A sarà trasmesso con successo se in un intervallo di ampiezza 2T, che precede la fine della trasmissione di A, nessun altra stazione ha iniziato la trasmissione di un pacchetto 2T si definisce periodo di vulnerabilità [1] Ch

14 Protocollo ALOHA 4/6 Il throughput S è pari a G per la probabilità che nel periodo di vulnerabilità nessun altro pacchetto sia generato: Il valore massimo di S è pari a e si ottiene per G=0.5 basso throughput S decresce per valori di G > 0.5 A bassi valori di G: S G G/S è il rapporto tra traffico offerto e smaltito: rappresenta il numero di tentativi di trasmissione di un generico pacchetto che sia stato trasmesso con successo nell ultimo tentativo. S = G n ( Λt Λt 2G ) n! e t n = = 2 0 T = Ge Probabilità di trasmissione con successo Il numero medio di tentativi di trasmissione che hanno provocato una collisione è pari a: Il valore medio B del tempo di backoff b è pari a: G S B 1 = e K 1 = it K 2G = 1 i= 0 2 K 1 T N.B.: ognuno dei K ritardi è scelto con uguale probabilità 1/K [1] Ch. 15 Il ritardo medio è quindi pari a: D G K 1 = ( e 2 1)( T + 2τ + T ) + T +τ 2 14

15 Protocollo ALOHA 5/ Se G>0.5 la rete diventa instabile e collassa 0.5 [1] Ch

16 Protocollo ALOHA 6/6 [1] Ch

17 Protocollo slotted ALOHA 1/5 Il tempo è suddiviso in slot di durata T Le stazioni sono sincronizzate E utilizzato per richiedere il canale dedicato per instaurare la chiamata in reti cellulari La trasmissione di una trama può avvenire solo all inizio di uno slot il periodo di vulnerabilità si dimezza rispetto al semplice ALOHA ed è quindi pari a T [1] Ch

18 Protocollo slotted ALOHA 2/5 ε è il tempo necessario per l occorrenza del successivo inizio slot [1] Ch

19 Il throughput S è pari Protocollo slotted ALOHA 3/5 S = ( Λt) G n! n e Λt t n = = 0 T = Ge G [1] Ch. 15 Il valore massimo di S è pari a (per G=1) Per il calcolo del ritardi è sufficiente notare che la prima trasmissione è ritardata in media di T/2 per attendere l inizio dello slot. Ipotizzando ε = 0: G K 1 T D = ( e 1)( T + 2τ + T ) + T + τ

20 Protocollo slotted ALOHA 4/ [1] Ch. 15 S MAX raddoppia 20

21 Protocollo slotted ALOHA 5/5 [1] Ch. 15 Il protocollo ALOHA slotted può smaltire il doppio del traffico del protocollo ALOHA 21

22 Analisi qualitativa dei risultati analitici Avere un livello fisico in grado di fornire un elevato bitrate non è sufficiente a garantire elevate prestazioni se il protocollo data-link non è oculatamente progettato Il massimo throughput raggiungibile dai protocolli ALOHA è fortemente limitato per incrementarlo dobbiamo impiegare tecniche di rivelazione del canale (carrier sensing) [1] Ch

23 Protocollo CSMA 1/7 [1] Ch. 15 Svolge le stesse funzioni del protocollo ALOHA, ma ha in più la possibilità di rivelare lo stato del canale I protocolli della famiglia CSMA sono utili in reti nelle quali il tempo di propagazione non sia alto rispetto al tempo di trasmissione Anche i protocolli CSMA sono disponibili in versione slotted Gli slot hanno durata τ, pari al tempo di propagazione da estremo a estremo della rete, molto inferiore rispetto a quanto previsto dal protocollo ALOHA Quando il canale occupato, la stazione adotta una delle seguenti tecniche: non-persistent: la trasmissione viene rimandata ad un istante successivo 1-persistent: si continua ad ascoltare il canale finchè non si libera, quindi si trasmette con probabilità 1; la trasmissione avviene alla rivelazione del canale libero nel CSMA o alla prima occorrenza di slot con canale libero nello slotted CSMA p-persistent: si continua ad ascoltare il canale finchè non si libera, quindi si trasmette con probabilità p, altrimenti si ripete l operazione dopo un tempo τ. N.B.: se p = 1, p-persistent 1-persistent; se p = 0, p-persistent non persistent. 23

24 Protocollo CSMA 2/7 [1] Ch. 15 Slotted non-persistent Slotted 1-persistent 24

25 [1] Ch. 15 Protocollo CSMA 3/7 La differenza di comportamento tra il caso non-persistent ed il caso 1- persistent si ha quando il canale viene trovato occupato non-persistent: il canale occupato viene trattato come un assenza di riscontro. La procedura è identica a quella prevista dal protocollo slotted ALOHA con T = τ 1-persistent: il protocollo continua a fare sensing ad ogni inizio di slot; quando il canale è libero trasmette p-persistent: come nel caso 1-persistent, ma si trasmette con probabilità p 1. In caso di mancata trasmissione, la stessa procedura si ripete ad ogni occorrenza di canale libero Le versioni non slotted del protocollo CSMA non prevedono il blocco Attesa inizio slot. Per il resto la procedura è identica. Il sensing avviene un attimo primo dell inizio dello slot L algoritmo 1-persistent può essere dannoso in condizioni di traffico elevato e un numero elevato di stazioni. Il protocollo non-persistent è più efficiente con traffico elevato. Il protocollo p-persistent con p scelto dinamicamente può essere un buon compromesso. 25

26 Protocollo CSMA 4/7 [1] Ch. 15 T = 100 τ 26

27 Protocollo CSMA 5/7 Le reti con protocolli CSMA sono sempre migliori delle reti con protocolli ALOHA Il protocollo CSMA 1-persistent offre prestazioni migliori per bassi valori di G, poi collassa Il protocollo CSMA non-persistent si comporta in modo eccellente per carichi elevati Il protocollo slotted CSMA non-persistent arriva a valori di S vicini al 90% La scelta dell algoritmo migliore dipende dalle condizioni di traffico della rete [1] Ch

28 Protocollo CSMA 6/7 [1] Ch. 15 Per a 0 non vi è instabilità. La procedura di sensing diventa più efficiente: se il canale è libero, la trasmissione andrà a buon fine 28

29 Protocollo CSMA 7/7 [1] Ch. 15 Il throughput massimo per i protocolli ALOHA non è influenzato dal valore di a; i protocolli CSMA, invece, guadagnano efficienza per bassi valori di a, ma possono addirittura offrire prestazioni inferiori all ALOHA per reti estese (elevati valori di a) in quanto la procedura di sensing perde efficacia 29

30 Protocollo CSMA/CD 1/9 Evoluzione del CSMA Aggiunge la rivelazione del canale durante la trasmissione al fine di individuare eventuali collisioni e minimizzare l intervallo di collisione Sono definite le stesse classi di protocolli previsti per l ALOHA: non-slotted, slotted, non-persistent, 1- persistent, p-persistent [1] Ch

31 Protocollo CSMA/CD 2/9 [1] Ch. 14 Carrier Sense: la trasmissione inizia solo dopo che la stazione ha verificato l assenza di qualunque altro segnale sul bus condiviso Multiple Access: l algoritmo di gestione del mezzo consente a tutte le stazioni un accesso, non simultaneo, al mezzo Collision Detection: durante la propria trasmissione, la stazione continua a monitorare il segnale sul bus per assicurarsi che il solo segnale presente sia il proprio e che quindi non siano avvenute collisioni Se una stazione trova il canale occupato, attende prima di iniziare la propria trasmissione Se una stazione durante una trasmissione rivela una collisione, interrompe la propria trasmissione e trasmette un segnale di 32 bit (jamming sequence) con lo scopo di avvisare tutte le altre stazione della collisione avvenuta inducendole a scartare i dati finora ricevuti. La stazione esegue un algoritmo di backoff e determina il tempo di attesa prima di provare a ritrasmettere 31

32 Protocollo CSMA/CD 3/9 Start Frame da TX? No Carrier Sense Si Canale libero? No Exponential Backoff (it) Si Listen while Talking Collision Detection Collisione? Si Trasmissione segnale di jam [1] Ch. 14 No End 32

33 Protocollo CSMA/CD 4/9 1. Canale inattivo Inizio trasmissione frame 2. Canale occupato Attesa sino a rivelazione canale inattivo inizio trasmissione frame 3. Listen while talking 4. No Collisione (nessun segnale generato da altre stazioni rivelato durante la trasmissione) Frame correttamente spedito 5. Collisione la trasmissione del frame è arrestata trasmissione sequenza di jam (32 bit) truncated binary exponential backoff 6. Exponential backoff Attesa di un tempo casuale [1] Ch

34 [1] Ch. 14 L algoritmo di backoff è detto truncated binary exponential backoff e determina il tempo di attesa prima di provare a ritrasmettere. Tale algoritmo si basa su uno slot temporale di T = 51,2 μs. La trasmissione viene ritardata di un tempo casuale it compreso nell intervallo: k = min (n, 10) dove n è il numero di collisioni avvenute. Poiché sono ammesse al massimo 16 tentativi di trasmissione, K = 1023 e, pertanto, il ritardo massimo KT sarà di circa 52 ms Protocollo CSMA/CD 5/9 [ ] k 0, 2 1 T 34

35 Protocollo CSMA/CD 6/9 [1] Ch. 15 I protocolli CSMA/CD sono generalmente più efficienti di quelli CSMA 35

36 Protocollo CSMA/CD 7/9 [1] Ch. 15 Massima efficienza dei protocolli slotted CSMA: il protocollo slotted più efficiente è quello non-persistent, poiché la massima efficienza si ottiene per elevati valori di G 36

37 Protocollo CSMA/CD 8/9 [1] Ch. 15 Massima efficienza dei protocolli non-persistent: il protocollo non-persistent CSMA/CD perde il confronto con lo slotted non-persisten CSMA, per elevati ritardi di propagazione, in quanto i vantaggi della tecnica CD tendono a scomparire 37

38 Protocollo CSMA/CD 9/9 [1] Ch. 15 Confrontando l efficienza dei protocolli utilizzati in rete locale, si nota che le reti ad anello hanno sempre prestazioni migliori delle reti CSMA/CD; per entrambe le tecniche di accesso all aumentare del ritardo di propagazione le prestazioni peggiorano. Nel CSMA/CD l aumento del numero di stazioni peggiora le prestazioni. Nelle reti ad anello avviene il contrario. 38

39 Calcolo di L min 1/9 A rivela la collisione A trasmette la propria sequenza di jam [1] Ch. 14 Quando le sequenze di jam collidono, tutte le stazioni sono state informate dell avvenuta collisione dei frame B trasmette la propria sequenza di jam 39

40 Calcolo di L min 2/9 Lo standard IEEE pone a 64 byte il limite minimo della lunghezza della trama Questo valore è legato all esigenza di rivelare una collisione prima che sia terminata la trasmissione, in modo che la trasmissione stessa possa essere interrotta e possa essere trasmesso il segnale di jam. Se una stazione trasmette un frame senza rilevare collisioni, assume che il frame sia stato trasmesso con successo [1] Ch

41 Calcolo di L min 3/9 Considerando una frequenza di cifra C = 10 Mbps, supponiamo che la stazione A inizi a trasmettere un frame troppo corto. Poco prima che il frame raggiunga la stazione più lontana B, distante 2500 m, questa inizia a trasmettere. B rileva la collisione e produce la sequenza di jam per avvertire le altre stazioni Purtroppo, A finisce di trasmettere il frame prima che il rumore della collisione la raggiunga [1] Ch

42 [1] Ch. 14 Calcolo di L min 4/9 τ = tempo di propagazione da estremo a estremo della LAN C = frequenza di cifra = 10 Mbps d max = estensione della LAN = 2500 m v = velocità di propagazione dei segnali sul mezzo trasmissivo = km/s Si ottiene: dmax 2,5 km τ = = = 12,5 μs v km/s per cui 2τ = 25 μs. Considerando anche l attraversamento di 4 ripetitori, si pone: L C min 2τ = 50 μs Lmin 500 bit 42

43 Calcolo di L min 5/9 Il valore di L min pari a 512 bit, o 64 byte, garantisce che due stazioni A e B agli estremi della LAN possano correttamente rivelare eventuali collisioni Tale condizione, tuttavia, può essere soddisfatta solo se vi è un opportuna relazione tra d max e C. Infatti: L d min max 2 Lmin C v 2 Pertanto, supponendo v costante (è pari a km/s su doppino UTP), all aumentare di C è necessario aumentare L min oppure ridurre d max d v max C [1] Ch

44 [1] Ch. 14 Calcolo di L min 6/9 Ethernet: IFG = 9,6 μs; T = 51,2 μs; C = 10 Mbps v = 2/3 c d max = 5,12 km thick coax: v = 0,77 c d max = 5,91 km thin coax: v = 0,65 c d max = 4,99 km UTP: v = 0,59 c d max = 4,53 km N.B.: nelle implementazioni reali d max = 2,5 km, per considerare il tempo di elaborazione degli apparati di trasmissione intermedi N.B.: questi limiti derivano dalla gestione half-duplex della comunicazione 44

45 Calcolo di L min 7/9 FastEthernet: IFG = 0,96 μs; T = 5,12 μs; C = 100 Mbps v = 2/3 c d max = 512 m UTP: v = 0,59 c d max = 453 m N.B.: nelle implementazioni reali d max = 250 m, per considerare il tempo di elaborazione degli apparati di trasmissione intermedi. N.B.: d max = 250 m equivale a cablare una rete a stella con circa 100 m di raggio, cioè ogni segmento FastEthernet ha un estensione di 100 m circa [1] Ch. 14 N.B.: questi limiti derivano dalla gestione half-duplex della comunicazione 45

46 Calcolo di L min 8/9 GigabitEthernet: C = 1000 Mbps v = 2/3 c d max = 51,2 m UTP: v = 0,59 c d max = 45,3 m N.B.: questi limiti derivano dalla gestione half-duplex della comunicazione [1] Ch. 14 Trattandosi di valori inaccettabili vengono introdotte due modifiche al protocollo di accesso: 1. carrier extension, in modo da estendere la lunghezza minima della trama portandola a valori tali da garantire un estensione di rete simile a quella prevista dallo standard Fast Ethernet (L min = 512 byte) 2. frame bursting, in modo da consentire ad una stazione di trasmettere più trame consecutive senza interporre l IFG, così da evitare l uso dell opzione carrier extension. 46

47 Calcolo di L min 9/9 GigabitEthernet: IFG = 96 ns; T = 4,096 μs; C = 1000 Mbps v = 2/3 c d max = 614 m UTP: v = 0,59 c d max = 362 m N.B.: questi valori sono decisamente più accettabili e confrontabili con quelli tipici di una rete FastEthernet. Nella pratica la massima distanza tra due stazioni è limitata a 200 m. La massima estensione del collegamento è di 100 m. [1] Ch

48 Protocollo CSMA/CA 1/18 [1] Ch. 14 E il protocollo di accesso al canale usato nelle reti IEEE Svolge le stesse funzioni del protocollo ALOHA, ma ha in più la possibilità di rivelare lo stato del canale A differenza del protocollo CSMA/CD, tuttavia, non è disponibile la funzionalità di rivelazione delle collisioni. Questo dipende dal fatto che a causa della mobilità dei terminali, non vi è certezza che le collisioni sul mezzo condiviso (etere) possano essere effettivamente rivelate Inoltre, le radio hanno un hardware half-duplex e non sono in grado di ricevere e trasmettere contemporaneamente In letteratura sono noti due scenari complementari che descrivono le tipiche difficoltà riscontrabili in una wireless LAN. Si tratta del problema della stazione nascosta (hidden node) e della stazione esposta (exposed node) 48

49 Protocollo CSMA/CA 2/18 Hidden node problem Due nodi non in visibilità radio tra di loro (A e C), ma in visibilità radio con un terzo nodo (B). I nodi nascosti (A e C) comunicano con B I frame collidono nei pressi del nodo B A B C [1] Ch. 14 Hidden terminal (node) 49

50 Protocollo CSMA/CA 3/18 Exposed node problem B e C sono in visibilità radio tra loro B sta trasmettendo ad A; C vuole trasmettere a D C rivela il canale occupato ed erroneamente ritiene che una sua eventuale trasmissione verso D non andrà a buon fine A RX1 B TX1 C TX2 D RX2 Exposed terminal (node) 50

51 Protocollo CSMA/CA 4/18 Viene introdotta la procedura di esplicita autorizzazione alla trasmissione mediante invio di trame RTS e CTS Viene introdotto l esplicito riscontro delle trame correttamente ricevute Lo standard IEEE prevede diverse modalità di accesso al canale DCF (Distributed Coordination Function) PCF (Point Coordination Function)* HCF (Hybrid Coordination Function)** EDCA (Enhanced Distributed Channel Access) HCCA (HCF Controlled Channel Access)* [1] Ch. 14 * Attualmente non vi sono implementazione reali che lo utilizzano ** Introdotto da e e incorporato in

52 Protocollo CSMA/CA 5/18 Inoltre, lo standard IEEE prevede la differenziazione dei tempi di ritardo per fornire priorità diverse nell accesso al mezzo trasmissivo rivelatosi libero. Tali intervalli minimi di tempo tra trasmissioni consecutive di trame sono detti Interfame Spacing (IFS) SIFS (Short IFS) priorità alta PIFS (PCF IFS) priorità media DIFS (DCF IFS) priorità bassa AIFS (Arbitration IFS) usato da stazioni QoS EIFS (Extended IFS) usato nelle ritrasmissioni SIFS < PIFS < DIFS < AIFS < EIFS [1] Ch

53 Protocollo CSMA/CA 6/18 SIFS: usato per CTS, ACK, trame di riposta ad interrogazioni dell AP, frammenti di trama PIFS: usato in modalità PCF, che evita a priori le contese tipiche della modalità DCF che usa CSMA/CA DIFS: usato in modalità DCF per trame di gestione e per il primo frammento delle trame dati [1] Ch

54 Protocollo CSMA/CA 7/18 DCF (Distributed Coordination Function) Procedura di accesso al canale obbligatoriamente disponibile per ogni STA Si basa sul protocollo CSMA/CA Può dar luogo a collisioni Utilizza 4 livelli di difesa contro le collisioni: IFS Virtual carrier sense (NAV: Network Allocation Vector) Physical carrier sense (CCA: Clear Channel Assessment) Random backoff timer (Contention Window) [1] Ch

55 Protocollo CSMA/CA 8/18 [1] Ch

56 Protocollo CSMA/CA 9/18 Source DIFS BT=3 Data SIFS ACK DIFS Contention with other stations t Destination DIFS BT=10 DIFS BT=7 Station with pending data to transmit transmission deferred residual backoff timer=7 [1] Ch. 14 BT = Backoff Timer 56

57 Protocollo CSMA/CA 10/18 [1] Ch

58 Protocollo CSMA/CA 11/18 In ogni frame trasmesso è specificato il tempo durante il quale il canale rimarrà occupato per completare la trasmissione Start Frame da trasmettere? No Si Virtual Carrier Sensing Canale libero? No Exponential backoff Si Collision Avoidance (CA) Trasmissione e aggiornamento NAV ACK? No Si [1] Ch. 14 End 58

59 Protocollo CSMA/CA 12/18 L utilizzo di frame RTS/CTS non è obbligatorio Pur causando una perdita di efficienza a causa della trasmissione dei frame RTS e CTS, costituisce una soluzione al problema dell hidden node E possibile usare la tecnica RTS/CTS solo in scenari particolari, ad esempio impostando dei meccanismi di soglia per le sole unità dati particolarmente grandi I nodi che vogliono trasmettere inviano un piccolo frame di richiesta (Request To Send, RTS 20 byte) La probabilità di collisione dei frame RTS è bassa Il nodo destinatario autorizza con un riscontro (Clear To Send, CTS 14 byte) la stazione di cui riceve il primo RTS A RTS B RTS C CTS CTS [1] Ch

60 Protocollo CSMA/CA 13/18 Station D Station C Station B Station A DIFS DIFS backoff time (8 slots) RTS SIFS CTS SIFS DATA SIFS ACK backoff time (11 slots) transmission deferred; backoff timer=3 DIFS DIFS backoff time (7 slots) transmission deferred residual backoff time (3 slots) RTS SIFS CTS SIFS DATA t [1] Ch

61 Protocollo CSMA/CA 14/18 PCF (Point Coordination Function) Procedura di accesso al canale opzionalmente disponibile E una forma di polling usata per gestire le priorità L AP è il Point Coordinator pertanto questa modalità non è disponibile nelle ad-hoc network E necessario che sia l AP sia la station supportino il PCF Attualmente non implementata da nessun vendor [1] Ch

62 Protocollo CSMA/CA 15/18 Il tempo viene suddiviso in intervalli detti SuperFrame. Ogni SuperFrame è a sua volta diviso in un Contention Free Period (CFP) euncontention Period (CP). Durante il CFP, le stazioni accedono al canale solo se interrogate (poll) dal PC; non si hanno dunque collisioni. Ogni stazione che è autorizzata dal PC, può trasmettere un solo frame. Durante il CP, le stazioni contendono per l accesso al mezzo con la modalità DCF Super Frame AP PCF DCF [1] Ch. 14 Beacon Frame Contention Free Period (CFP) Contention Period (CP) Beacon Frame N.B.: All inizio di ogni SuperFrame, il PC invia un Beacon Frame in cui specifica la durata del superframe stesso e la durata del CFP alla fine del quale inizia il CP 62

63 Protocollo CSMA/CA 16/18 [1] Ch. 15 Per valutare le prestazioni del protocollo CSMA/CA, facciamo riferimento al solo accesso a contesa (DCF). Un ciclo di trasmissione inizia con un intervallo DIFS seguito da una finestra di contesa di durata multipla dello slot base τ La trama è spezzata in frammenti. I frammenti successivi al primo sono inviati senza contesa dopo un intervallo SIFS Supponiamo che SIFS = τ; PIFS = 2τ; DIFS = 3τ (valori minimi ammessi; PIFS non è usato in questo scenario) 63

64 Protocollo CSMA/CA 17/18 [1] Ch. 15 Per il calcolo del throughput massimo della rete ipotizziamo l assenza di errori di trasmissione e utilizziamo la seguente notazione: M = numero di frammenti costituenti la trama T = tempo necessario a trasmettere un frammento T C = tempo necessario alla trasmissione delle trame di controllo (RTS, CTS, ACK) P 1max = massima probabilità di successo nella cattura del canale 64

65 Protocollo CSMA/CA 18/18 DIFS RTS CTS 1 ACK 2 ACK M-2 ACK M ACK t I trasmissione Successive (M-2) trasmissioni Ultima trasmissione η = τ = SIFS T c = ACK, RTS, CTS T = frammento finestra di contesa 3τ + τ / P1 max + 2T MT + 2τ + ( M 1) τ + M ( T + τ + ) c T c [1] Ch. 15 N.B.: utilizzando i risultati del protocollo ALOHA, si ricava che 1/P 1max = e = 2,71 65

66 TESTI DI RIFERIMENTO [1] A. Pattavina, Reti di Telecomunicazione, Networking e Internet, Seconda Edizione, McGraw-Hill,

67 TESTI DI APPROFONDIMENTO [2] Behrouz A. Forouzan, Reti di calcolatori e Internet, McGraw-Hill, 2007 [3] J. F. Kurose, K. W. Ross, Reti di Calcolatori e Internet, Un approccio top-down, III ed., Pearson Education Italia, 2005 [4] J. Walrand, P. Varaiya, High-Performance Communication Networks- Second edition, Morgan Kaufmann Publishers, [5] S. Gai, P. L. Montessoro, P. Nicoletti, Reti Locali, dal cablaggio all internetworking, Scuola Superiore G. Reiss Romoli,

68 TESTI DI APPROFONDIMENTO [6] B. A. Forouzan, I protocolli TCP/IP, McGraw-Hill, 2006 [7] F. Halsall, Networking e Internet, V ed., Pearson Education Italia, [8] Comer Douglas E., Internetworking con TCP/IP, vol. 1, Principi, protocolli e architetture, Pearson Education Italia, 2006 [9] W. R. Stevens, TCP/IP Illustrated, Volume 1, Addison-Wesley, [10] L. L. Peterson, B. S. Davie, Computer Networks, III ed., Morgan Kauffmann Pub.,