IEEE 802 11 Lo standard per Wireless LAN

IEEE 802. 11 Lo standard per Wireless LAN 1 S. Olivieri

Parte 3 n n n 2 Tecnologie e protocolli dello strato MAC Struttura dei frame Cenni su HW/SW S. Olivieri

Parte 3. 1 F n n 3 Tecnologie e protocolli dello strato MAC Struttura dei frame Cenni su HW/SW S. Olivieri

Scopo dello strato MAC n n 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 n n 5 Time Division Multiple Access (TDMA) Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance (CSMA/CA) S. Olivieri

TDMA n n 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 n n n Generalmente tutte le comunicazioni passano per la base station, ed i frame sono organizzati in slot di tipo n n n 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 n 7 Nota: in alcuni sistemi gli slot uplink, downlink e di servizio possono essere su canali a frequenze diverse S. Olivieri

Proprietà del TDMA n È di tipo connection oriented n n n J È adatto per applicazioni di telefonia (GSM, DECT) perchè, assegnando staticamente a ciascun utente degli slot di uplink e downlink n n L Soddisfa i requisiti sulla latenza Garantisce la banda Non va bene per applicazioni di networking perchè n n n 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 n Il MAC fornisce le funzionalità offerte dai servizi 802. 11 n Consegna dei dati provenienti dagli strati superiori per la comunicazione tra stazioni remote sul mezzo radio n n Controllo degli accessi alla rete e protezione dei dati n 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 n L’accesso al mezzo radio è controllato da opportune funzioni chiamate Coordination Function n La Distributed Coordination Function (DCF) fornisce il servizio di accesso al mezzo tramite contesa n n 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 n 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 n n n 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, 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 n n n 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) n 13 Si ottiene un risparmio di tempo e di banda S. Olivieri

Il meccanismo di accesso CSMA/CD n Va bene per Ethernet n n n Non va bene per una WLAN n n n 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 n n 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) n Il tempo di trasmissione è suddiviso in slot temporali n Il time slot vale n n 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 n n 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) n 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 n n n 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) n Short Interframe Space (SIFS) n n È il periodo che intercorre 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 n n 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) n n 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) n n 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 n n n 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 n n n Quando la stazione rileva il canale come occupato prima della trasmissione del primo frame Dopo ciascuna ritrasmissione Dopo una trasmissione avvenuta con successo n n 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 n 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) n n n 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 n In ciascuno slot temporale del tempo di backoff, la stazione controlla lo stato del canale facendo uso del meccanismo di carrier sense fisico n Se il mezzo è rilevato occupato la procedura di backoff viene sospesa n n 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 n n ð 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 n Nell’Aloha puro la finestra di vulnerabilità è pari a 2 T (T tempo di frame) n n n Il throughput vale S=Ge-2 G (G numero medio di frame trasmessi per tempo di frame) Il picco di throughput si ha per G=1/2 e vale S=1/2 e Nell’Aloha a slot la finestra di vulnerabilità si riduce a T n n Il throughput ora vale S=Ge-G Il picco di throughput vale S=1/e (per G=1) n 27 È doppio rispetto all’Aloha puro S. Olivieri

Il meccanismo di Carrier Sense n Lo stato del mezzo è determinato usando una funzione fisica ed una virtuale n n Il servizio di carrier sense fisico deve essere fornito dallo strato fisico n n 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 n ð 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 n n 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 n Si basa sulla distribuzione a tutte le stazioni dell’informazione di mezzo occupato n n n 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 n Ciascuna stazione che abbia ricevuto un RTS e/o un CTS usa il Network Allocation Vector (NAV) come indicatore del carrier sense virtuale n 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 J Diminuisce l’overhead di una collisione nel mezzo n Se due nodi tentano di trasmettere nello stesso slot della finestra di contesa n n L 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 n 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 n n 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 n n 35 Positive Acknowledge Packet Fragmentation S. Olivieri

Lo schema di Positive Acknowledge n Consiste in un meccanismo di controllo di conformità dei dati con eventuale ritrasmissione n n 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) n n n 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 n 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 n La ritrasmissione al livello MAC è uno strumento per far fronte al problema dell’elevato tasso d’errore del mezzo radio n n 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” n La stazione trasmittente invia un nuovo frammento quando n n 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 J J L 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 n n 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 n 39 Fungono da master del polling per determinare quale stazione attualmente ha il diritto di trasmettere S. Olivieri

Funzionamento della PCF n Garantisce l’accesso al mezzo prioritario senza contesa per un periodo di tempo limitato n n 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 n 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 n F n 41 Tecnologie e protocolli dello strato MAC Struttura dei frame Cenni su HW/SW S. Olivieri

Formato del frame 802. 11 n Strato Physical Layer Convergence Protocol (PLCP) n n n Preambolo Header Strato MAC n n n 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 n n n È trasmesso ad 1 Mbit/s Dipende dallo strato fisico È costituito dai seguenti campi n Il campo Sync n n Il campo Start Frame Delimiter (SFD) n 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 n n È trasmesso ad 1 Mbit/s Contiene informazioni logiche usate dal PHY per ricevere correttamente il frame n Campo Signal n n Campo Service n n Rappresenta il numero di byte contenuti nel pacchetto È usato dal PHY per rilevare correttamente la fine del pacchetto Campo CRC n 45 Riservato per usi futuri Non è presente nei sistemi FHSS Campo Length n n 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. 11 b n Esistono due formati per il frame PLCP, uno col preambolo lungo ed uno con il preambolo corto n n 46 Tutti i sistemi 802. 11 b 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, Vo. IP e streaming S. Olivieri

Tipi di frame al livello MAC n Frame dati n n Frame di controllo n n Per controllare l’accesso al mezzo (RTS, CTS, ACK) Frame di gestione n 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 n n L’header MAC Il corpo del frame n n Il Frame Control Sequence (FCS) n 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 n n n 49 Protocol Version Type Subtype To DS From DS More Fragments n n n Retry Power management More data Wired Equivalent Privacy (WEP) Order S. Olivieri

Il campo Frame Control (I) n Protocol Version (2 bit) n n Vale 0 in modo invariante Il suo valore sarà incrementato solo in eventuali nuove revisioni con incompatibilità fondamentali con la versione corrente n n Type (2 bit) e Subtype (4 bit) n n n 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) n 50 Insieme identificano la funzione del frame (controllo, dati, gestione) To DS (1 bit) n n 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 b 3 b 2 Type Description Subtype Value b 7 b 6 b 5 b 4 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) n More fragments (1 bit) n n Retry (1 bit) n n n 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) n Indica la modalità di Power Management in cui si trova la stazione n n n 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 n Esistono due modalità di funzionamento n Active Mode (AM) n n Power Save (PS) n n 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) n More Data (1 bit) n n WEP (1 bit) n n Vale 1 se l’informazione contenuta nel Frame Body è stata criptata Order (1 bit) n 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 n Ha due significati diversi in funzione del tipo di frame n Frame di polling in modalità Power-Save n n Tutti gli altri frame n n 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 n Un frame può contenere fino a 4 indirizzi a secondo del valore dei bit dei campi To. DS e From. DS n Address-1 è sempre l’indirizzo della stazione ricevente n n Address-2 è sempre l’indirizzo della stazione trasmittente n n n Nei frame in cui From. DS vale 1, è l’indirizzo di sorgente Nei frame in cui To. DS vale 1, è l’indirizzo di destinazione Address-4 n n 56 Se From. DS vale 1, è l’indirizzo dell’AP, altrimenti è l’indirizzo della stazione Address-3 è utilizzato per assegnare un indirizzo mancante n n Se To. DS 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, To. DS e From. DS valgono entrambi 1, quindi mancano sia l’indirizzo di sorgente che l’indirizzo di destinazione originali S. Olivieri

Header MAC – Campo Sequence Control n n È usato per rappresentare l’ordine di frammenti appartenenti allo stesso frame e per identificare eventuali duplicazioni di pacchetti È composto da due campi n n 58 Il Sequence Number definisce il frame Il Fragment Number definisce il numero del frammento nel frame S. Olivieri

Struttura dei frame di controllo n n 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 n n n 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 n n 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 n n 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 n n 61 il tempo in microsecondi necessario per trasmettere il frame CTS Il corrispondente intervallo SIFS S. Olivieri

Il frame ACK n n RA (stazione destinataria) è copiato dal campo Address 2 del frame dati (indirizzo stazione trasmittente) il campo Durata vale n n 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 n n F 63 Tecnologie e protocolli dello strato MAC Struttura dei frame Cenni su HW/SW S. Olivieri

Componenti HW/SW di IEEE 802. 11 n n n 64 L’unita radio L’interfaccia con l’host Il driver S. Olivieri

L’unità radio n È composta da due parti principali n n 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 n n 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 n n n Genera la forma d’onda in banda passante per la trasmissione dei dati al ricevitore Riceve le trasmissioni di altre unità È costituito da n Componenti analogici per la parte IF/RF n n n 66 Antenna Amplificatori Sintetizzatori di frequenza Filtri Una parte digitale (ASIC) per l’elaborazione in banda base S. Olivieri

Il controllore MAC n n È responsabile dell’esecuzione dello strato MAC Ciascun costruttore sceglie come partizionare le funzioni MAC secondo il compromesso costo/prestazioni scelto n 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 n La scheda si interfaccia con il PC attraverso n n n Tale interfaccia consente al driver di comunicare con il controllore MAC e direttamente con la memoria n n 68 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 n n 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 n n 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 n n Copia dei lucidi presentati Per approfondimenti: n Networking n n IEEE 802. 11 n n n 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: stefoliv@tiscali. it S. Olivieri

Sincronizzazione n n 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 n n 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 e 606 Node B 802. 11 Pocket PCs 72 S. Olivieri