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Advanced Computer Networks: Lecture 13 - Dr. Amir Qayyum

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CS716
Advanced Computer Networks
By Dr. Amir Qayyum
1

1


Lecture No. 13

2


802.11 MAC: CSMA/CA
• Similar to Ethernet …
– Defer the transmission until the link 
becomes idle
– Take back off if collision occurs

• Is it sufficient ?
• All nodes are not always within 
reach of (to hear) each other
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Hidden and Exposed Nodes
• Hidden nodes
– Sender thinks its OK to send when its not (false +ve)
– A­C and B­D are hidden nodes in the figure below

• Exposed nodes


– Sender does not send when its OK to send (false –ve)
– B and C are exposed nodes in the figure below

A

B

C

D

4


Multiple Access with Collision 
Avoidance (MACA)
• Sender transmits RequestToSend 
(RTS) frame
– contains intended time to hold the 
medium

• Receiver replies with 
ClearToSend (CTS) frame
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Multiple Access with Collision 
Avoidance (MACA)

• Neighbors of the receiver …

– hear CTS: keep quiet for the 
intended duration  (or till the 
ACK is heard)

• Neighbors of only the sender
– hear RTS but not CTS: OK to 
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transmit


MACA for Wireless (MACAW)

• Receiver sends an ACK 
when it receives a frame
–Signal for neighbors to start 
their transmission
–Its neighbors are silent until 
they hear ACK
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MACA for Wireless (MACAW)

• Collision detection
– No active collision detection
– Known only if CTS or ACK is 
not received
– Binary exponential back off  
(BEB) is used in case of 
collision, like in Ethernet8



802.11 ­ Supporting Mobility

• Suitable for an ad hoc 
configuration of nodes
– May or may not be able to 
communicate with all other 
nodes
– Depends upon how far apart 
the nodes are
9


802.11 ­ Supporting Mobility

• Nodes are free to move 
around
– Set of directly reachable 
nodes may change over time 
(partial connectivity)
– Topology changes over time
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802.11 ­ Distribution System
• Nodes roam freely but operate 
within a structure
– Tethered by wired network 
infrastructure (Ethernet ?)

– Each Access Point (AP) services 
nodes in some region
– Each mobile node associates itself 
with an AP
11


802.11 ­ Distribution System

Distribution system

AP-1

AP-3
F

AP-2
A

B

G
H

C

E
D

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Managing Connectivity/Roaming
• How wireless nodes select Access Point ?
• Scanning (active search for an AP)
– node sends  Probe  frame
– all AP’s within reach reply with  Probe
Response frame
– node selects one AP; sends it  Associate
Request frame
– AP replies with  Association Response
– new AP informs old AP via wired backbone
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Managing Mobility
• Scanning is used only when node 
has no AP
• Consider
– Node moves out of range of it’s AP 
and initiates scanning for new AP
– Scanning takes 2+ round­trip times
– No service until new AP found
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Managing Mobility

• However
– Node was probably in range of 

new AP before leaving range of 
old AP
– Scanning too expensive to use 
continuously

• How handoff between APs 
managed as users move? 15


Managing Connectivity
• Active scanning: when a node join or move
• Passive scanning: AP periodically sends 
Beacon frame, advertising its capabilities
Distribution system

AP-1

AP-3
F

AP-2
A

B

G
H
C

C


E
D

16


Managing Mobility
• Solution to handoff: AP’s send 
periodic beacon frames
• Node may switch AP in response 
to beacon
– if signal strength better from new AP
– using geographical information
– any other reason …
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Managing Mobility

• 802.11 frames contain four 
addresses
– actual sender and receiver 
(source and dest.)
– AP for sender and receiver 
(routing in backbone)
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Frame Format

• Control field contains three subfields:
– 6­bit Type field (data, RTS, CTS, scanning);
– 1­bit ToDS; and
– 1­bit FromDS

• A single frame contains up to 2312 bytes of data
16

16

48

48

48

16

48

Control

Duration

Addr1

Addr2

Addr3


SeqCtrl

Addr4

ToDS=0, FromDS=0

C            A

ToDS=1, FromDS=1

E         AP­3         AP­1                          A

0– 18,496
Payload

19

32
CRC


Network Adaptors

20


Now you know …
• How direct link networks functions
• You know what the design issues are
• Most of the issues of direct link 

networks are handled by the 
network adaptors
• Lets have a quick look on design 
issues of these pieces of hardware
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Overview
• Also called network interface card (NIC)
• Components (high­level overview)
• Options for use
– Data motion
– Event notification

• Potential performance bottlenecks
• Programming device drivers
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Typical Workstation Architecture
communication ?

CPU

Cache $

Network
adaptor

memory

bus

Memory

to network
to network

I/O bus

Typically where data link 
functionality is implemented
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Components of a Network Adaptor
• Bus interface communicates with a specific host

– Bus defines protocol for CPU­adaptor communication

• Link interface speaks correct protocol on network
– Implemented by a chip set, in software or on FPGA

Host I/O bus

• Buffering between different speed bus and link
Link
Interface

Bus
Interface


network
network

Network Adaptor

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Host Perspective

• Adaptor is ultimately 
programmed by CPU
• Adaptor exports a Control 
Status Register (CSR)
• CSR is readable and writable 
from CPU at some memory 
25
address


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