Transcript IEEE 802.11 Lo standard per Wireless LAN S. Olivieri Parte 3    Tecnologie e protocolli dello strato MAC Struttura dei frame Cenni su HW/SW S.

IEEE 802.11
Lo standard per Wireless LAN
1
S. Olivieri
Parte 3



2
Tecnologie e protocolli dello strato MAC
Struttura dei frame
Cenni su HW/SW
S. Olivieri
Parte 3.1



3
Tecnologie e protocolli dello strato MAC
Struttura dei frame
Cenni su HW/SW
S. Olivieri
Scopo dello strato MAC


4
A differenza dei sistemi di comunicazione punto-punto, nelle reti in
cui il canale è condiviso tra più utenti bisogna stabilire chi ha il diritto
di comunicare in un certo istante temporale
Lo strato di controllo di accesso al mezzo (Medium Access
Control, MAC) implementa un metodo per la gestione dell’accesso
al mezzo (il canale) condiviso tra più stazioni
S. Olivieri
Esempi di tecniche di accesso su radio


5
Time Division Multiple Access (TDMA)
Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance
(CSMA/CA)
S. Olivieri
TDMA


Il tempo di accesso al canale è suddiviso in time slot organizzati in
frame, i quali sono ripetuti su base periodica
Il coordinamento tra i nodi della rete è gestito dalla base station,
che assegna a ciascun nodo un certo numero di slot del frame per
la trasmissione



Generalmente tutte le comunicazioni passano per la base station,
ed i frame sono organizzati in slot di tipo



6
L’allocazione dei time slot è specificata in un opportuno slot di gestione
(beacon)
Le stazioni seguono le istruzioni specificate nel beacon per sapere
quando possono comunicare
Downlink (dalla base station al nodo)
Uplink (dal nodo alla base station)
Possono esistere inoltre degli slot di servizio che un nodo può
utilizzare per richiedere l’allocazione di una connessione
S. Olivieri
Esempio di frame TDMA

7
Nota: in alcuni sistemi gli slot uplink, downlink e di
servizio possono essere su canali a frequenze diverse
S. Olivieri
Proprietà del TDMA

È di tipo connection oriented




È adatto per applicazioni di telefonia (GSM, DECT) perchè,
assegnando staticamente a ciascun utente degli slot di uplink e
downlink



Soddisfa i requisiti sulla latenza
Garantisce la banda
Non va bene per applicazioni di networking perchè



8
È statico nel dominio del tempo e della frequenza
Usa slot di dimensione fissa
Supporta link simmetrici
Essendo poco flessibile non si adatta al protocollo IP che genera traffico
a burst e usa pacchetti di dimensione variabile
Essendo connection oriented soffre dell’overhead che IP,
connectionless, richiede per creare connessioni
Essendo statico in frequenza non si adatta alle interferenze, quali quelle
presenti nelle bande non licenziate
S. Olivieri
Funzionalità del MAC IEEE 802.11

Il MAC fornisce le funzionalità offerte dai servizi 802.11

Consegna dei dati provenienti dagli strati superiori per la
comunicazione tra stazioni remote sul mezzo radio


Controllo degli accessi alla rete e protezione dei dati

10
Servizi di Data Delivery, Distribution, Integration, Association,
Disassociation, Re-association
Servizi di Authentication, De-authentication, Privacy
S. Olivieri
Modalità di accesso al mezzo per 802.11

L’accesso al mezzo radio è controllato da opportune
funzioni chiamate Coordination Function

La Distributed Coordination Function (DCF) fornisce il
servizio di accesso al mezzo tramite contesa


La Point Coordination Function (PCF) è una funzione
opzionale che garantisce un servizio di accesso al mezzo senza
contesa solo per le reti di tipo Infrastructure

11
Si basa sul Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance
(CSMA/CA), che deriva dal CSMA/CD di Ethernet (IEEE 802.3)
Le stazioni che usano la PCF hanno priorità di traffico rispetto a
quelle operanti in regime DCF
S. Olivieri
Sistemi a contesa



12
CSMA/CD e CSMA/CA sono sistemi per l’accesso al
mezzo a contesa
Sono quei sistemi in cui l’accesso al mezzo da parte di
più utenti che condividono un canale comune è tale da
poter generare conflitti, con conseguenti collisioni dei
pacchetti trasmessi e perdita dei dati
In generale tali sistemi sono progettati per risolvere i
conflitti, e stabilire chi può trasmettere, entro un
determinato intervallo temporale, detto tempo di
contesa
S. Olivieri
Il meccanismo di accesso CSMA/CD





La stazione che ha dati da inviare ascolta prima il canale
(tecnica listen before talk) per determinare se qualcun
altro sta trasmettendo
Se il canale è libero, la stazione trasmette
Se il canale è occupato, la stazione aspetta finchè non si
libera, e poi trasmette il frame
Se avviene una collisione, la stazione aspetta per un
intervallo casuale e poi ritenta la trasmissione
Le stazioni terminano prematuratamente le trasmissioni
non appena rilevano una collisione (Collision Detection)

13
Si ottiene un risparmio di tempo e di banda
S. Olivieri
Il meccanismo di accesso CSMA/CD

Va bene per Ethernet



Non va bene per una WLAN



14
Il ricetrasmettitore per un cavo può ascoltare mentre trasmette
(modalità Full Duplex)
Tutte le trasmissioni hanno circa la stessa intensità e sono rilevabili da
qualsiasi stazione
Una radio Full Duplex è molto costosa
La potenza del segnale in trasmissione sarebbe comunque tale da
mascherare tutti gli altri segnali in aria
In un ambiente wireless non si può assumere che tutte stazioni
possano ascoltarsi per via del raggio d’azione limitato, quindi non
sarebbe possibile rilevare collisioni avvenute fuori l’area di copertura
della stazione trasmittente
S. Olivieri
Il meccanismo di accesso CSMA/CA




15
Il passaggio dallo stato occupato allo stato libero del mezzo è il
momento in cui la probabilità di avere collisioni è più elevata
Infatti più stazioni potrebbero aver atteso la disponibilità del mezzo
e decidere quindi di trasmettere contemporaneamente, con
inevitabili collisioni che, come visto, non sarebbero rilevabili
Poichè trasmettere non appena il canale risulta libero per poi
eventualmente rilevare le collisioni (Collision Detection) non è una
buona soluzione nel caso wireless, il CSMA/CA cerca di evitarle
(Collision Avoidance), o almeno di ridurne la probabilità
Per far ciò, Il CSMA/CA utilizza una procedura di backoff casuale
per risolvere la contesa del mezzo tra più stazioni in attesa di
trasmettere
S. Olivieri
Funzionamento del CSMA/CA (I)

Il tempo di trasmissione è suddiviso in slot temporali

Il time slot vale




16
Una stazione può cominciare a trasmettere solo all’inizio di uno
slot
Ciascuna stazione che abbia un nuovo frame da inviare,
ascolta il canale (carrier sense) prima di trasmettere


50 µs per 802.11 Frequency Hopping
20 µs per 802.11 Direct Sequence
Il carrier sense è eseguito con un meccanismo fisico ed uno
virtuale
Se il canale è libero per un certo intervallo di tempo fisso
(intervallo DIFS), il frame viene trasmesso
S. Olivieri
Funzionamento del CSMA/CA (II)

Se il canale è occupato da un pacchetto in aria destinato
ad un’altra stazione, il frame potrà essere trasmesso
dopo un intervallo di tempo totale (a partire dall’istante in
cui il mezzo viene rilevato come occupato) pari alla
somma



17
Del tempo necessario per terminare la trasmissione del frame
che occupa correntemente il mezzo
Di un intervallo di tempo fisso in cui il mezzo deve essere libero,
pari a DIFS
Del tempo necessario per risolvere la contesa del mezzo tramite
la procedura di backoff
S. Olivieri
Gli intervalli temporali interframe (IFS)

Short Interframe Space (SIFS)


È il periodo che intercorre tra trasmissioni successive di un singolo
dialogo (ad es. pacchetto dati ed ACK)
È l’IFS più breve, dando così priorità al completamento dello scambio di
frame in corso




È il tempo di attesa (maggiore del SIFS) usato solo dalle stazioni che
operano in regime PCF per guadagnare l’accesso al mezzo prima di
ogni altra stazione
Il suo valore è dato dal SIFS più uno slot temporale
DCF Interframe Space (DIFS)


19
Il suo valore (28 µs) è calcolato in modo da consentire alla stazione
trasmittente di commutare in modalità di ricezione
PCF Interframe Space (PIFS)


Le altre stazioni, che devono aspettare che il mezzo sia libero per un
intervallo di tempo più lungo, sono impossibilitate ad accedere al mezzo
È il tempo minimo di attesa per una stazione che vuole iniziare una
nuova trasmissione
Il suo valore è dato dal PIFS più uno slot temporale
S. Olivieri
Esempio di funzionamento del CSMA/CA
21
S. Olivieri
La procedura di backoff



È il meccanismo usato per risolvere la contesa tra stazioni che
vogliono accedere al mezzo
Minimizza le collisioni durante la contesa tra più stazioni che hanno
ritardato la trasmissione in corrispondenza dello stesso evento
È invocata



Quando la stazione rileva il canale come occupato prima della
trasmissione del primo frame
Dopo ciascuna ritrasmissione
Dopo una trasmissione avvenuta con successo


22
Pacchetti trasmessi successivamente dalla stessa stazione sono sempre
separati di almeno un tempo di backoff
Non è invece invocata quando una stazione decide di trasmettere il
primo frame ed il mezzo è risultato libero per un intervallo di tempo
pari a DIFS
S. Olivieri
Come funziona la procedura di backoff

Come tempo di backoff, ciascuna stazione sceglie un
numero casuale di slot, per un tempo totale compreso
nella finestra di contesa [0, CW] (Contention Window)



23
CW è un valore compreso tra CWmin e CWmax
CW è resettato a CWmin in caso di trasmissione avvenuta con
successo
CW viene raddoppiato ad ogni trasmissione avvenuta senza
successo (backoff esponenziale) per adattare il backoff alle
condizioni di carico della rete
S. Olivieri
Come funziona la procedura di backoff

In ciascuno slot temporale del tempo di backoff, la
stazione controlla lo stato del canale facendo uso del
meccanismo di carrier sense fisico

Se il mezzo è rilevato occupato la procedura di backoff viene
sospesa




24
Il mezzo deve essere successivamente rilevato libero per un tempo
pari a DIFS prima di poter riavviare la procedura di backoff
Se non è rilevata alcuna attività nel mezzo per l’intera durata del
tempo di backoff, può avvenire la trasmissione del frame
La stazione con il tempo di contesa più breve vince e
trasmette il proprio frame
Gli altri nodi aspettano la successiva contesa
S. Olivieri
Come funziona la procedura di backoff
25
S. Olivieri
Proprietà del CSMA/CA a slot



26
Aumenta il tempo di contesa
Le collisioni diminuiscono in modo significativo perchè si
riduce l’intervallo di vulnerabilità
Si può mostrare che il throughput risulta superiore
rispetto al caso non a slot
S. Olivieri
Esempio: Aloha puro ed Aloha a slot

Nell’Aloha puro la finestra di vulnerabilità è pari a 2T (T
tempo di frame)



Il throughput vale S=Ge-2G (G numero medio di frame trasmessi
per tempo di frame)
Il picco di throughput si ha per G=1/2 e vale S=1/2e
Nell’Aloha a slot la finestra di vulnerabilità si riduce a T


Il throughput ora vale S=Ge-G
Il picco di throughput vale S=1/e (per G=1)

27
È doppio rispetto all’Aloha puro
S. Olivieri
Il meccanismo di Carrier Sense

Lo stato del mezzo è determinato usando una funzione
fisica ed una virtuale


Il servizio di carrier sense fisico deve essere fornito dallo
strato fisico


28
Il mezzo è considerato occupato quando una delle due funzioni
di carrierr sense rileva la presenza di altri segnali su di esso
Ogni costruttore implementa la sua tecnica specifica
Il carrier sense virtuale è fornito dallo strato MAC
S. Olivieri
Limiti del carrier sense fisico


29
Con il carrier sense fisico il trasmettitore cerca di stimare
lo stato del canale utilizzando solo l’informazione locale
In un canale wireless non è possibile rilevare
trasmissioni in corso da parte di stazioni oltre il raggio
d’azione
S. Olivieri
Problema del nodo nascosto


30
In base al meccanismo di carrier sensing fisico, stazioni
non in visibilità si ignorano e possono trasmettere ad
una stessa stazione collocata in posizione intermedia
Rispetto a tale stazione le stazioni remote hanno livelli di
potenza comparabili e quindi collidono, impedendo alla
stazione di ricevere correttamente il segnale
S. Olivieri
Il carrier sense virtuale

Si basa sulla distribuzione a tutte le stazioni dell’informazione di
mezzo occupato





31
Prima di inviare un frame dati, la stazione trasmittente manda un frame
Request To Send (RTS) ed aspetta un Clear To Send (CTS) dalla
stazione ricevente
La ricezione da parte del trasmettitore del CTS indica che il ricevitore è
in grado di ricevere l’RTS, e quindi anche un frame dati
Le stazioni nel raggio di copertura del trasmettitore ascoltano l’RTS e
quindi capiscono che c’è una trasmissione in corso
Le stazioni nel raggio di copertura del ricevitore (ma non in quello del
trasmettitore), che potenzialmente potrebbero creare collisioni al
ricevitore, ascoltano il CTS (anche se non l’RTS) e quindi capiscono
che c’è una trasmissione in corso
I pacchetti RTS/CTS contengono un campo durata che definisce il
periodo di tempo in cui il mezzo è riservato per la trasmissione del
frame dati e del relativo ACK
S. Olivieri
Il carrier sense virtuale

Ciascuna stazione che abbia ricevuto un RTS e/o un
CTS usa il Network Allocation Vector (NAV) come
indicatore del carrier sense virtuale

32
Tiene traccia del traffico futuro nel mezzo sulla base
dell’informazione di durata fornita dal frame RTS (o dal frame
CTS, per le stazioni che ricevono solo questo frame)
S. Olivieri
Il carrier sense virtuale
33
S. Olivieri
Proprietà del carrier sense virtuale

Diminuisce l’overhead di una collisione nel mezzo

Se due nodi tentano di trasmettere nello stesso slot della finestra
di contesa



L’incremento di overhead dovuto allo scambio dei
pacchetti RTS/CTS non è giustificato per pacchetti di
dati piccoli o in condizioni di rete scarica

34
In uno scenario normale le stazioni perdono l’intero frame
Con il carrier sense virtuale, i loro RTS collidono e non ricevono
alcun CTS, quindi si ha solo la perdita di un RTS
È posibile settare una soglia (RTS Threshold) che stabilisce la
dimensione minima del frame al di sotto della quale il
meccanismo RTS/CTS non è utilizzato
S. Olivieri
Supporto alla robustezza


La trasmissione di dati su un canale wireless è affetta da
errori a causa di rumore, attenuazione da multipath ed
interferenze con altre stazioni
Il MAC 802.11 ha due funzioni di robustezza in genere
non presenti in altri protocolli di link


35
Positive Acknowledge
Packet Fragmentation
S. Olivieri
Lo schema di Positive Acknowledge

Consiste in un meccanismo di controllo di conformità dei dati con
eventuale ritrasmissione




Si basa sul controllo dell’integrità dei dati eseguito con un codice di
tipo Cyclic Redundancy Check (CRC del campo FCS)
Alla ricezione di un frame, la stazione ricevente risponde con un
ACK se il controllo del CRC ha esito positivo
La mancata ricezione dell’ACK indica alla stazione trasmittente che
(due casi non distinguibili)



Si è verificato un errore sul frame trasmesso
L’ACK non è stato ricevuto correttamente
la stazione trasmittente invia lo stesso frame fino alla corretta
ricezione dell’ACK

36
Viene eseguito direttamente al livello MAC per evitare ritardi significativi
che invece si avrebbero delegando agli strati superiori
Il frame viene buttato via dopo un numero prefissato di tentativi
S. Olivieri
Frammentazione dei pacchetti

La ritrasmissione al livello MAC è uno strumento per far fronte al
problema dell’elevato tasso d’errore del mezzo radio




Se il frame da trasmettere è lungo (la dimensione massima di un frame
Ethernet è di 1518 bytes) e contiene un solo errore, la stazione deve
comunque ritrasmettere per intero il frame
Se il tasso di errore è molto elevato, la probabilità di avere un errore in
un frame lungo può avvicinarsi ad 1
Con la frammentazione, i pacchetti lunghi sono suddivisi in
frammenti prima di essere inviati nel mezzo
Il meccanismo di trasmissione dei frammenti è un algoritmo di tipo
“send-and-wait”

La stazione trasmittente invia un nuovo frammento quando


37
Riceve un ACK per tale frammento
Decide che il frammento è stato inviato troppe volte e butta via l’intero frame
S. Olivieri
Proprietà della frammentazione



38
In caso di mezzo molto rumoroso, diminuiscono le
ritrasmissioni, perchè la probabilità di avere un frame
corrotto aumenta con la dimensione
In caso di corruzione, è più veloce perchè errori la
stazione deve ritrasmettere solo un frammento
Aumenta l’overhead perchè bisogna duplicare l’header
dei pacchetti per ciascun frammento
S. Olivieri
La Point Coordination Function


L’obiettivo dell’accesso senza contesa della PCF è di
supportare applicazioni che richiedono servizi real-time
La PCF è implementata in speciali stazioni chiamate
Point Coordinators che risiedono nell’AP del BSS

39
Fungono da master del polling per determinare quale stazione
attualmente ha il diritto di trasmettere
S. Olivieri
Funzionamento della PCF

Garantisce l’accesso al mezzo prioritario senza contesa
per un periodo di tempo limitato


la PCF guadagna il controllo del mezzo con il carrier sense
virtuale
Il PIFS usato da tutti i frame trasmessi sotto il PCF è di durata
inferiore rispetto al DIFS per il traffico DCF

40
Il traffico PCF ha accesso al mezzo prioritario rispetto alle stazioni
di eventuali BSS sovrapposte che operano in modalità DCF
S. Olivieri
Parte 3.2



41
Tecnologie e protocolli dello strato MAC
Struttura dei frame
Cenni su HW/SW
S. Olivieri
Formato del frame 802.11

Strato Physical Layer Convergence Protocol (PLCP)



Preambolo
Header
Strato MAC



Header
Corpo del frame
Frame Control Sequence (CRC a 32 bit)
PLCP Preamble
PLCP Header
Strato PLCP
42
MAC Header
Frame body
FCS
Strato MAC
S. Olivieri
Formato del frame PLCP
43
S. Olivieri
Il preambolo PLCP



È trasmesso ad 1 Mbit/s
Dipende dallo strato fisico
È costituito dai seguenti campi

Il campo Sync


Il campo Start Frame Delimiter (SFD)

44
È una sequenza di 80 bit (FHSS) o 128 bit (DSSS) la cui funzione è
quella di assicurare che il ricevitore possa compiere le necessarie
funzioni di sincronizzazione
È un delimitatore di inizio frame costituito da una sequenza di 16
bit, usata per definire la temporizzazione del frame
S. Olivieri
L’header PLCP


È trasmesso ad 1 Mbit/s
Contiene informazioni logiche usate dal PHY per ricevere
correttamente il frame

Campo Signal


Campo Service




Rappresenta il numero di byte contenuti nel pacchetto
È usato dal PHY per rilevare correttamente la fine del pacchetto
Campo CRC

45
Riservato per usi futuri
Non è presente nei sistemi FHSS
Campo Length


Indica il rate di trasmissione
È un CRC a 16 bit per il controllo di errori dell’header
S. Olivieri
Il sottostrato PLCP di 802.11b

Esistono due formati per il frame PLCP, uno col
preambolo lungo ed uno con il preambolo corto


46
Tutti i sistemi 802.11b devono supportare il preambolo lungo per
compatibilità con 802.11 DSSS
L’opzione con preambolo corto ha come obiettivo quello di
migliorare l’efficienza del throughput di una rete durante la
trasmissione di dati speciali come la voce, VoIP e streaming
S. Olivieri
Tipi di frame al livello MAC

Frame dati


Frame di controllo


Per controllare l’accesso al mezzo (RTS, CTS, ACK)
Frame di gestione

47
Usati per la trasmissione di dati
Scambiano informazioni di gestione e sono trasmessi allo stesso
modo dei frame dati, ma non sono inviati agli strati superiori
S. Olivieri
Formato del frame MAC


L’header MAC
Il corpo del frame




Il Frame Control Sequence (FCS)

48
È di lunghezza variabile
È presente solo in certi tipi di frame
Contiene informazioni relative al tipo di frame specifico
È il CRC a 32 bit per il Positive ACK
S. Olivieri
Header MAC – Il campo Frame Control






49
Protocol Version
Type
Subtype
To DS
From DS
More Fragments





Retry
Power management
More data
Wired Equivalent Privacy
(WEP)
Order
S. Olivieri
Il campo Frame Control (I)

Protocol Version (2 bit)


Vale 0 in modo invariante
Il suo valore sarà incrementato solo in eventuali nuove revisioni con
incompatibilità fondamentali con la versione corrente


Type (2 bit) e Subtype (4 bit)



Vale 1 quando il frame è indirizzato all’AP per essere girato al
Distribution System
È incluso il caso in cui la stazione di destinazione è nello stesso BSS e
l’AP deve semplicemente ritrasmettere il frame
From DS (1 bit)

50
Insieme identificano la funzione del frame (controllo, dati, gestione)
To DS (1 bit)


Una unità che riceve un frame relativo ad una versione successiva a quella
supportata scarterà tale frame senza alcuna segnalazione alla stazione
trasmittente
Vale 1 per i frame dati che vanno fuori il DS
S. Olivieri
Esempi di tipi e sottotipi
Type Value
b3 b2
Type Description Subtype Value
b7 b6 b5 b4
Subtype Description
00
Management
0100
Probe request
00
Management
1000
Beacon
00
Management
1011
Authentication
00
Management
1100
Deauthentication
01
Control
1011
RTS
01
Control
1100
CTS
10
Data
0000
Data
51
S. Olivieri
Il campo Frame Control (II)

More fragments (1 bit)


Retry (1 bit)



Vale 1 quando ci sono altri frammenti appartenenti allo stesso frame
che seguono il frammento corrente
Indica che il frame corrente (dati o gestione) è la ritrasmissione di un
frame trasmesso precedentemente
È usato dalla stazione ricevente per riconoscere duplicazioni di frame
trasmessi che possono capitare quando si perde un ACK
Power Management (1 bit)

Indica la modalità di Power Management in cui si trova la stazione



52
Vale 1 per le stazioni in Power Save
Vale 0 per le stazioni in Active Mode
Vale sempre 0 per i frame trasmessi da un AP
S. Olivieri
Power Management

Esistono due modalità di funzionamento

Active Mode (AM)


Power Save (PS)


53
La stazione può ricevere frame in qualsiasi istante
La stazione ascolta determinati beacon ed invia dei frame di polling
all’AP se il beacon più recente indica che ci sono dei frame
bufferizzati nell’AP per quella stazione
L’AP trasmette alla stazione i frame bufferizzati in risposta ai frame
di polling
S. Olivieri
Il campo Frame Control (III)

More Data (1 bit)


WEP (1 bit)


Vale 1 se l’informazione contenuta nel Frame Body è stata
criptata
Order (1 bit)

54
È usato per indicare ad una stazione in modalità power save che
ci sono dei frame per la stazione bufferizzati nell’AP
Indica che il frame corrente sta per essere inviato usando il
servizio Strictly-Ordered, cioè l’ordine dei frame trasmessi è
sempre mantenuto
S. Olivieri
Header MAC – Campo Duration/ID

Ha due significati diversi in funzione del tipo di frame

Frame di polling in modalità Power-Save


Tutti gli altri frame


55
Rappresenta l’identificativo della stazione che trasmette tale frame
Dipende dal tipo di frame
Esprime un tempo di durata
S. Olivieri
Header MAC – Campi indirizzo

Un frame può contenere fino a 4 indirizzi a secondo del valore dei
bit dei campi ToDS e FromDS

Address-1 è sempre l’indirizzo della stazione ricevente


Address-2 è sempre l’indirizzo della stazione trasmittente



Nei frame in cui FromDS vale 1, è l’indirizzo di sorgente
Nei frame in cui ToDS vale 1, è l’indirizzo di destinazione
Address-4


56
Se FromDS vale 1, è l’indirizzo dell’AP, altrimenti è l’indirizzo della stazione
Address-3 è utilizzato per assegnare un indirizzo mancante


Se ToDS vale 1, questo è l’indirizzo dell’AP, altrimenti è l’indirizzo della
stazione destinazione
Usato nei casi in cui si è in presenza di un Wireless Distribution System, ed
il frame è trasmesso da un AP ad un altro
In questi casi, ToDS e FromDS valgono entrambi 1, quindi mancano sia
l’indirizzo di sorgente che l’indirizzo di destinazione originali
S. Olivieri
Header MAC – Campo Sequence Control


È usato per rappresentare l’ordine di frammenti
appartenenti allo stesso frame e per identificare
eventuali duplicazioni di pacchetti
È composto da due campi


58
Il Sequence Number definisce il frame
Il Fragment Number definisce il numero del frammento nel
frame
S. Olivieri
Struttura dei frame di controllo


Esempio: trasmissione di un frame dati in seguito alla
prenotazione del canale mediante RTS/CTS
Le stazioni si scambiano i frame di controllo RTS, CTS,
ACK che hanno il campo Control Frame dell’header
MAC con caratteristiche comuni
Campo Control Frame
59
S. Olivieri
Il frame RTS



RA è l’indirizzo della stazione destinataria del frame dati
TA è l’indirizzo della stazione che trasmette il frame RTS
Il campo durata è la somma dei tempi corrispondenti a




60
La trasmissione di un frame CTS
La trasmissione del frame dati
La trasmissione di un frame ACK
Tre intervalli SIFS
S. Olivieri
Il frame CTS


RA (stazione destinataria) è copiato dal campo TA del
frame RTS immediatamente precedente a cui il frame
CTS sta rispondendo
Il valore del campo Durata è ottenuto da quello del frame
RTS meno


61
il tempo in microsecondi necessario per trasmettere il frame
CTS
Il corrispondente intervallo SIFS
S. Olivieri
Il frame ACK


RA (stazione destinataria) è copiato dal campo Address2 del frame dati (indirizzo stazione trasmittente)
il campo Durata vale


62
Zero, se il bit More Fragment nel campo Frame Control del
frame precedente valeva zero
Il valore del campo Durata del frame precedente meno il tempo
in microsecondi necessario per trasmettere il frame ACK ed il
relativo intervallo SIFS
S. Olivieri
Parte 3.3



63
Tecnologie e protocolli dello strato MAC
Struttura dei frame
Cenni su HW/SW
S. Olivieri
Componenti HW/SW di IEEE 802.11



64
L’unita radio
L’interfaccia con l’host
Il driver
S. Olivieri
L’unità radio

È composta da due parti principali



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La maggior parte delle unità radio sono schede da
inserire nel PC, che interagiscono direttamente con lo
stack di networking (senza ad es. dover usare il
protocollo PPP)
La scheda dell’unità radio include anche della memoria
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65
Il modem radio (layer fisico)
Il controllore per il MAC
Consente al controllore MAC di memorizzare pacchetti in arrivo
ed in uscita (funzione di buffering per compensare le latenze del
PC e dell’interfaccia)
Memorizza altri dati di configurazione o statistiche
S. Olivieri
Il modem radio
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Genera la forma d’onda in banda passante per la
trasmissione dei dati al ricevitore
Riceve le trasmissioni di altre unità
È costituito da
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Componenti analogici per la parte IF/RF
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66
Antenna
Amplificatori
Sintetizzatori di frequenza
Filtri
Una parte digitale (ASIC) per l’elaborazione in banda base
S. Olivieri
Il controllore MAC
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È responsabile dell’esecuzione dello strato MAC
Ciascun costruttore sceglie come partizionare le funzioni
MAC secondo il compromesso costo/prestazioni scelto
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67
In genere le parti più critiche nei tempi di esecuzione (carrier
sense e acknowledgment) sono implementate nell’ASIC del
modem, il nucleo del MAC in un microcontrollore e solo alcune
funzioni di gestione nel driver del PC
S. Olivieri
L’interfaccia con l’host
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La scheda si interfaccia con il PC attraverso
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Tale interfaccia consente al driver di comunicare con il controllore
MAC e direttamente con la memoria
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Il driver scrive i pacchetti in una specifica locazione di memoria
Il controllore li legge e poi li spedisce
Le caratteristiche principali dell’interfaccia di cui tener conto in fase
di progettazione sono
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uno dei suoi bus (ISA, PCI, PCMCIA,…)
Porte di comunicazione (seriale, parallela, USB o Ethernet)
La velocità (I/O, memoria condivisa o DMA)
La capacità di gestire richieste in parallelo
La flessibilità e le funzionalità dell’interfaccia sono a cura di chi
scrive il driver
S. Olivieri
Il driver
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69
Il sistema operativo ha bisogno di un driver per
interfacciare l’hardware con lo stack di networking (ad
es. TCP/IP)
La funzione principale del driver è di gestire l’hardware e
di rispondere agli interrupt di servizio
In molte WLAN il driver implementa anche alcune parti
del protocollo MAC
La caratteristica principale di un driver sono i bachi ;-)
S. Olivieri
Riferimenti bibliografici
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Copia dei lucidi presentati
Per approfondimenti:

Networking
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
IEEE 802.11



70
A.S. Tanenbaum, “Reti di computer”, Prentice Hall International
J. Tourrilhes, “A bit more about the technologies involved…”,
http://www.hpl.hp.com/personal/Jean_Tourrilhes/Linux/
Specifiche dello standard 802.11(a/b) della IEEE Computer Society
Mio indirizzo e-mail: [email protected]
S. Olivieri
Sincronizzazione
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Tutte le stazioni di un BSS devono essere sincronizzate ad un clock
comune
La sincronizzazione si basa sullo scambio di opportuni frame di
gestione
L’AP invia periodicamente dei frame chiamati beacon contenenti il
valore del timer
Per poter acquisire la sincronizzazione, una stazione può operare in
due modalità


71
Passive Scanning: la stazione si mette in ascolto dei beacon inviati
dall’AP
Active Scanning: la stazione invia dei frame chiamati probe (probe
request), ai quali l’AP risponde con una probe response per confermare
l’avvenuta sincronizzazione
S. Olivieri
Demo 802.11/Bluetooth/UMTS
UTRAN
BT
Nec e606
Node B
802.11
Pocket PCs
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