Implementao de Redes de Computadores

Unidade 22.5.2 Acesso Aleatrio

Prof. Daniel

Acesso Aleatrio

Com um mtodo de acesso aleatrio um n sempre transmite taxa total do canal R bits/s

Quanto h uma coliso, cada n envolvido retransmite repetidamente seu quadro, at que ele passe sem coliso Porm, a retransmisso no ocorre imediatamente, o

n espera um tempo aleatrio antes de reenviar

Acesso Aleatrio

Aps a coliso, cada n escolhe atrasos aleatrios independentes

Como so independentes, possvel que um n escolha um atraso mais curto o suficiente do que os atrasos dos outros, e consiga passar seu quadro sem coliso

H centenas de protocolos de acesso aleatrio descritos na literatura (e muito mais continuam a surgir)

Slotted ALOHA

Um dos mais simples protocolos de acesso aleatrio Admitiremos o seguinte:

Todos os quadros consistem em exatamente L bits O tempo dividido em intervalos (slots) de tamanho L/R segundos

Um intervalo igual ao tempo de transmisso de um quadro Os ns comeam a transmitir quadros somente no incio dos

intervalos Os ns so sincronizados, cada n sabe onde comeam os

intervalos Se dois ou mais ns colidirem em um intervalo, ento todos os ns

detectaro a coliso antes do trmino do intervalo

Slotted ALOHA

Seja p uma probabilidade Quando o n tem um novo quadro para enviar,

espera at o incio do prximo intervalo e transmite o quadro inteiro no intervalo

Se no houver coliso, o n ter transmitido seu quadro com sucesso e no haver retransmisso

Se houver uma coliso, o n a detectar antes do final do intervalo. Ele retransmitir seu quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p, at que o quadro seja transmitido sem coliso.

Slotted ALOHA

Probabilidade p, quer dizer: O n joga uma moeda viciada:

Coroa: retransmistir (ocorre com probabilidade p) Cara: pule o intervalo e jogue a moeda novamente no

prximo intervalo (ocorre com probabilidade 1-p) Todos os ns envolvidos na coliso jogo suas

moedas independetemente

Slotted ALOHA

Em teoria o Slotted ALOHA teria muitas vantagens Ao contrrio da diviso de canal, cada n transmite

continuamente taxa do canal, R bits/s, se ele for o nico n ativo

Altamente descentralizado cada n detecta detecta colises e decide de modo

independente quando retransmitir (porm requer que os ns sejam sincronizados)

Extremamente simples

Slotted ALOHA

O que acontece quando h vrios ns ativos? Duas preocupaes principais:

Certa frao dos intervalos ter colises, e ser desperdiada

Outra frao dos intervalos est vazia porque todos os ns ativos evitaro transmitir devido probabilidade

Slotted ALOHA

Slotted ALOHA

Os nicos intervalos no desperdiados sero aqueles que exatamente um n transmite intervalo bem-sucedido

A eficincia de um protocolo mltiplo com intervalos definida como a frao (calculada durante um longo tempo), de intervalos bem sucedidos no caso de haver grande nmero de ns ativos (cada um com muitos quadros a enviar)

Slotted ALOHA

Utilizando probabilidade, a eficincia mxima do Slotted ALOHA de 37%

Ou seja, na melhor das hipteses, 37% dos intervalos realiza trabalho til

A taxa efetiva de transmisso do canal no R bits/s, mas apenas 0,37R bits/s

Alm disso, 37% dos intervalos ficam vazios e 26% apresentam colises

100Mbps

37 Mbps

ALOHA

ALOHA Slotted ALOHA requer que todos os ns sincronizem suas

transmisses para que comecem no incio de um intervalo A primeira verso do ALOHA (1970), no havia intervalos e era

totalmente descentralizado No ALOHA puro, assim que um quadro chega, o n imediatamente

transmite o quadro inteiro Se houver uma coliso, o n retransmite imediatamente o quadro

(aps concluir toda a transmisso do quadro, mesmo com a coliso), com probabilidade p.

Caso contrrio, ele espera por um tempo de transmisso de quadro, aps essa espera, ele retransmite com probabilidade p ou espera novamente por outro tempo de quadro (com probabilidade 1-p)

ALOHA

ALOHA

A eficincia exatamente a metade da eficincia do Slotted ALOHA

o preo que se paga por um protocolo ALOHA completamente descentralizado

CSMAAcesso Mltiplo com Deteco de Cortadora

Carrier Sense Multiple Access

CSMA

Tanto no ALOHA, quando no Slotted ALOHA, a deciso de transmitir tomada por um n independentemente da atividade dos outros ns no mesmo canal de difuso

Um n no se preocupa se outro est transmitindo quando ele comea a transmitir, nem para de transmitir se outro n interferir em sua transmisso

CSMA

Na analogia do Coquetel, os protocolos ALOHA so um convidado mal educado que continua a tagarelar mesmo quando outras pessoas esto falando

Ns temos protocolos para reduzir o tempo que gastamos 'colidindo' (falando ao mesmo tempo) com outros e a aumentar a quantidade de 'dados' que trocamos durante nossas conversas

CSMA

Duas regras importantes que regem a conversao educada entre humanos: Oua antes de falar

Se uma pessoa estiver falando, espere at que ela tenha terminado (deteco de portadora)

Se algum comear a falar ao mesmo tempo que voc, pare de falar Deteco de coliso

CSMA

Essas duas regras so incorporadas na famlia de protocolos de Acesso Mltiplo com Deteco de Portadora (CSMA) e CSMA com deteco de coliso (CSMA/CD)

Existem muitas variaes do CSMA e do CSMA/CD, estudaremos as caractersticas mais importantes e fundamentais de ambos

CSMA

Mas se todos os ns realizam deteco de portadora (escutam a rede antes de transmitir), porque ocorrem colises?

CSMA

O atraso de propagao fim a fim desempenhar papel crucial na determinao do CSMA

Quanto mais longo for o atraso de propagao, maior ser a chance que um n no perceba uma transmisso que j comeou a ocorrer do outro lado da rede

CSMA/CD

CSMA/CD

Na figura anterior, no houve deteco de coliso Os ns continuaram a transmitir at o fim da

transmisso Ao detectar a coliso, o n cessa a

transmisso imediatamente

CSMA/CD

Do ponto de vista do adaptador:

1) O adaptador recebe um datagrama, prepara um quadro e coloca no buffer

2) Se o adaptador detectar que o canal est ocioso, comea a transmitir o quadro (se no estiver ele espera at que esteja)

3) Enquanto transmite, o adaptador monitora a presena de sinal vinda de outros ns

4) Se transmitir o quadro inteiro sem detectar outros adaptadores, o adaptador ter terminado com o quadro, se detectar sinal de outro adaptador ele aborta a transmisso

5) Depois de abortar, o adaptador espera por um tempo aleatrio e volta ao passo 2

CSMA/CD

A necessidade de esperar por um tempo aleatrio clara (se os dois esperassem pelo mesmo tempo, haveria novamente coliso)

Mas qual seria um bom intervalo de tempo pra esperar?

CSMA/CD

Se o intervalo for grande e o nmero de ns colidindo for pequeno, provvel que os ns esperem muito tempo (com o canal ocioso) antes de repetir a etapa de detectar e transmitir

Se o intervalo for pequeno e o nmero de ns colidindo for grande, provvel que os intervalos escolhidos sejam quase os mesmos e os ns colidiro novamente

O ideal seria um intervalo que seja curto quando o nmero de ns colidindo for pequeno e grande quando for grande o nmero de colises

CSMA/CD

O problema resolvido com o algoritmo de Recuo Exponencial Binrio

Ao transmitir um quadro que j tenha experimentado n colises, um n escolhe o valor de k aleatoriamente a partir de {0,1,2...,2n-1}

Desta forma, quanto maior for o nmero de colises, maior ser o k escolhido

CSMA/CD

Eficincia do CSMA/CD

A medida que d_prop tende a 0, a eficincia tende a 1 A medida que d_trans se torna muito grande, a

eficincia tende a 1

Eficincia= 11+5d propagao/d transmisso

Bibliografia

Kurose 5.3.2 - Protocolos de acesso aleatrio

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