Comunicații de Date

1

asist. dr. ing. Lucian-Florentin Bărbulescu

2

Un set de standarde ce definesc nivelul fizic precum si controlul accesului la mediu (MAC - media access control) prin tehnica CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection) in cazul retelelor prin fir◦ Standardul IEEE 802.3 se bazează pe specificaţiile ETHERNET ◦ Prima versiune: 1984◦ Versiunea curenta: 802.3-2012◦ Versiune urmatoare: 802.3bj (Martie 2014)

IEEE 802.3

3

Arhitectura:

IEEE 802.3

Tehnica de control al accesului la mediu cea mai folosită în cazul topologiilor de tip BUS este CSMA/CD.

Versiunea originală a acestei tehnici a fost dezvoltată de XEROX ca o parte a reţelei sale locale Ethernet.

4

Controlul accesului la mediu (MAC)

ALOHA (pure ALOHA)◦ Statia emitatoare:

trimite un bloc de date atunci cand este gata Asteapta sa primeasca un mesaj ACK intr-un timp maxim, de două ori mai mare decât

timpul de propagare între cele mai îndepărtate staţii◦ Statia receptoare:

Valideaza datele pe baza unei sume de control Daca datele sunt invalide nu se trimite ACK

◦ Pot sa apara erori datorita zgomotului si suprapunerii totale sau partiale a cadrelor (coliziuni)

◦ Eficienta: 18%

5

Precursori ai CSMA/CD

slotted ALOHA◦ Presupune divizarea timpului de acces in liniei în intervale (slot)

egale cu durata de transmisie a unui cadru (bloc)◦ Transmisia este permisa doar la inceput de interval

(suprapunerile sunt intotdeauna totale)◦ Eficienta: 37%

6

Precursori ai CSMA/CD

pure ALOHA si slotted ALOHA◦ permit o utilizare scăzută a capacităţii de transmisie a liniei. ◦ nu exploatează faptul că durata de propagare pe linie între două

staţii este mult mai mică decât durata de transmisie a unui bloc. în cazul în care o staţie începe să emită un bloc toate celelalte staţii

pot afla acest lucru aproape imediat. chiar dacă are un bloc pregătit, o statie nu ar trebui sa înceapa emisia,

lucru ce duce la scăderea numărului de coliziuni.

7

Precursori ai CSMA/CD

Dacă linia este liberă, se emite Dacă linia este ocupată, continuă să asculte până când

este detectată linie liberă; apoi emite imediat Dacă este o coliziune (determinată prin lipsa ACK) se

aşteaptă un interval de timp aleator după care se trece la pasul 1

8

CSMA

Dacă linia este liberă, se emite Dacă linia este ocupată, continuă să asculte până când

este detectată linie liberă; apoi emite imediat In timpul emisiei se asculta linia si se verifica datele Dacă este detectată o coliziune în timpul emisiei, se

transmite un anumit bloc (jam) pentru ca toate staţiile să ştie că a avut loc o coliziune

După transmiterea blocului jam se aşteaptă un interval de timp aleator după care se trece la pasul 1

9

CSMA/CD

Tehnica CSMA/CD ridică câteva probleme de timing toate depinzând de un singur parametru numit slot time. Acest parametru descrie patru aspecte importante ale tratării coliziunii:

◦ Există o limită superioară a intervalului de timp necesar pentru detectarea coliziunii

◦ Există o limită superioară a timpului de achiziţie de la linie (timpul după care transmisia nu va mai suferii o coliziune)

◦ Există o limită superioară a lungimii unui fragment de bloc generat de o coliziune

◦ Există o regulă de încercare a retransmisiei

slot time este definit ca fiind mai mare decât suma dintre timpul total de propagare (de două ori timpul de propagare între cele mai îndepărtate staţii) şi durata blocului jam

10

CSMA/CD

timpul necesar pentru detectarea unei coliziuni.◦ În cazul detectării unei coliziuni se pune problema modului în care se va face retransmisia (sa se evite

o noua coliziune)◦ Staţiile îşi vor înceta activitatea un interval de timp de lungime aleatoare. ◦ Atunci când o staţie generează mai multe coliziuni, ea se dezactivează pentru o perioadă de timp mai

mare compensând supraîncărcarea reţelei.

Regula, cunoscută sub numele de TBEB (Truncated Binary Exponential Backoff), este următoarea: ◦ timpul de dezactivare este egal cu un număr întreg de slot time; ◦ timpul de dezactivare ce precede a n-a încercare de retransmisie este ales ca un întreg aleator r în

intervalul 0 < r < 2k unde k=min(n,10). ◦ după un număr de încercări predefinite subnivelul MAC presupune că există unele probleme, renunţă şi

raportează eşecul către subnivelul LLC. Această metodă se poate reprezenta formal astfel:

Dezavantajul algoritmului backoff :◦ efectul de last-in first-out - o staţie care nu are coliziuni sau are coliziuni puţine are şanse mai mari de

transmisie decât o staţie cu timpi mai mari de dezactivare.

11

CSMA/CD – time slot

Formatul blocului MAC:◦ Preambul:

Pattern cu lungimea de 7 octeţi folosit de receptor pentru a realiza sincronismul la nivel de bit. format dintr-o secvenţă alternantă de 1 şi 0, ultimul bit fiind 0.

◦ Delimitator de început de bloc Este secvenţa 10101011. Acesta indică începutul blocului şi permite receptorului să localizeze primul bit al

blocului.

◦ Adresa destinaţiei (Destination address - DA): Specifică staţia căreia îi este destinat blocul. ◦ Adresa sursei (Source address - SA): Specifică staţia ce emite blocul

Poate fi o : adresă fizică unică (o singură staţie) – incepe cu 0 o adresă de grup de staţii – incepe cu 1 si contine cel putin un 0 o adresă globală (pentru toate staţiile din reţeaua locală) – toti bitii sunt 1.

Lungimea adresei poate fi între 16 şi 48 biţi

12

Blocul MAC

Formatul blocului MAC:◦ Lungime (Lenght):

Specifică numărul octeţilor LLC care urmează. Se impune o lungime minima si o lungime maxima

◦ Date LLC (LLC data): Unitate de date furnizată de LLC.

◦ Zona de completare (Pad): Octeţi adăugaţi pentru ca blocul să fie suficient de lung în vederea detectării

coliziunii. ◦ Secvenţa de control a blocului (Frame check sequence-FCS):

Secvenţă de 32 de biţi pentru controlul erorilor bazată pe toate câmpurile cu excepţia preambulului (SFD) şi a FCS.

13

Blocul MAC

Pentru emisie bloc◦ Acceptă date de la subnivelul LLC şi construieşte un bloc◦ Furnizează nivelului fizic un flux de date serial în vederea emisiei prin mediul de comunicaţie

Pentru recepţie bloc◦ Recepţionează de la nivelul fizic un flux de date serial◦ Furnizeză subnivelului LLC blocuri ce sunt adresate fie direct staţiei locale fie tuturor staţiilor

din reţea◦ Ignoră blocurile ce nu sunt adresate staţiei receptoare

Suspendă emisia fluxului serial atunci când mediul fizic este ocupat Ataşează blocurilor destinate emisiei valoarea corespunzatoare a FCS şi verifică

alinierea octeţilor Verifică blocurile recepţionate (FCS) în vederea detectării erorilor de transmisie şi

controlează alinierea octeţilor

14

Functiile MAC

Întîrzie emisia unui bloc cu un interval de timp interbloc specificat Opreşte emisia în momentul detectării unei coliziuni Programează retransmisia după detectarea coliziunii până când este atinsă o limită a

încercărilor specificată Forţează coliziunea pentru a asigura propagarea în toată reţeaua prin emiterea

mesajului de bruiaj jam Ignoră blocurile recepţionate ce au o lungime mai mică decât lungimea minimă

specificată Ataşează preambulul, delimitatorul de început de bloc, adresa destinaţiei, adresa

sursei, lungimea blocului şi FCS tuturor blocurilor ce urmează a fi emise şi inserează zona de completare (PAD) acelor blocuri a căror lungime LLC este mai mică decât o valoare minimă

Înlătură preambulul, delimitatorul de început de bloc, adresa destinaţiei, adresa sursei, lungimea blocului, FCS şi eventual zona de completare din toate blocurile recepţionate

15

Functiile MAC

16

Organigrama de functionare MAC

Sunt oferite catre sub-nivelul LLC

MA_UNITDATA.request MA_UNITDATA.indication MA_UNITDATA.confirm

17

Servicii MAC