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INTERCONEXIÓN DE REDESEjercicios Tema 8--- Septiembre 2010 ---8 REDES DE ÁREA LOCAL INALAMBRÍCAS8 Dominio de colisión en WLAN y configuración de canalesEjercicio 8.Considerar la configuración en modo infraestructura representada en la Figura 8 .1(a). Suponer que hay 3 estaciones asociadas al AP1, 5 ...

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Interconexión de redes

Tema 8

INTERCONEXIÓN DE REDES

Ejercicios Tema 8

--- Septiembre 2010 ---

WLAN

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8 REDES DE ÁREA LOCAL INALAMBRÍCAS 8.1 Dominio de colisión en WLAN y configuración de canales Ejercicio 8.1.1 Considerar la configuración en modo infraestructura representada en la Figura 8 .1(a). Suponer que hay 3 estaciones asociadas al AP1, 5 estaciones asociadas al AP2 y 5 al AP3. El alcance (o cobertura) de cada AP es de 100m. La sala donde nos encontramos tiene una superficie de 140x200m. Tanto los APs como las estaciones trabajan con tarjetas IEEE 802.11b, método de acceso distribuido y con DSSS a nivel físico. 1. ¿Cómo se deben configurar los canales en que trabajan los tres AP para que los usuarios asociados a diferentes AP puedan trabajar sin interferirse entre ellos? AP1 canal 1, AP2 canal 6, AP3 canal 11.

2. Si la estación 4 (AP2) debe enviar unos datos a la estación 5 (AP2) en el mismo instante de tiempo en que la estación 2 (AP1) debe enviar unos datos a la estación 1 (AP1), ¿cómo acceden al medio la estación 4? ¿Hay conflicto? ¿Quién transmite primero y cuándo puede transmitir la otra estación? ¿Por qué? Ambas estaciones pueden transmitir en el mismo instante ya que pertenecen a redes diferentes (transmiten en canales frecuenciales distintos).

Figura 8.1(a)

Figura 8.1(b)

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Ejercicio 8.1.2 Considerar la configuración en modo infraestructura representada en la Figura 8 .1(b). Suponer que hay 5 estaciones asociadas al AP1 y 7 estaciones asociadas al AP2. El alcance (o cobertura) de cada AP es de 100m. La sala donde nos encontramos tiene una superficie de 140x200m. Tanto los APs como las estaciones trabajan con tarjetas IEEE 802.11b, método de acceso distribuido y con DSSS a nivel físico. Los dos APs han sido configurados para que trabajen en el mismo canal 11. 1. Si la estación 4 (AP2) debe enviar unos datos a la estación 12 (AP2) en el mismo instante de tiempo en que la estación 2 (AP1) debe enviar unos datos a la estación 3 (AP1), ¿cómo acceden al medio? ¿Hay conflicto? ¿Quién transmite primero y cuándo puede transmitir la otra estación? ¿Por qué? Totes les estacions associades als dos APs formen part del mateix grup d’usuaris que es contenen el medi de transmissió, ja que els dos APs utilitzen el mateix canal freqüencial per a transmetre. Per tant, en aquest cas, les estacions 4 i 2, utilitzant l’algorisme CSMA/CA, es posen d’acord per qual de les dues estacions pot transmetre primer.

Ejercicio 8.1.3 Para una red 802.11b en modo infraestructura y DCF donde hay 18 APs que ofrecen una cobertura conjunta que permite cubrir la planta de una sala grande (tal como se muestra en la figura siguiente), se quieren planificar las frecuencias, es decir, se quieren asignar los canales a cada AP de forma que no interfieran entre ellos. Para eso se ha de tener en cuenta las restricciones de uso de canales adyacentes en IEEE802.11b. ¿Cuál será la planificación óptima para este escenario?

Y AP1

Y AP2

Y AP6

Y AP7 Y AP12

Y AP8

Y AP23

Y AP9

Y AP5

Y AP10 Y AP15

Y AP20

Y AP19 Y AP24

Y AP4

Y AP14

Y AP13

Y AP18

Y AP17

Y AP3

Y AP25

Y AP11 Y AP16

Y AP21 Y AP26

Y AP22 Y AP27

Y: Punt d’accés sense fils Zona de cobertura del punt d’accés sense fils

Figura 8.2 Començant per la cela del mig i utilitzant els canals 1, 6 i 11 farem la següent assignació: CANAL 1 AP1, AP4, AP8, AP11, AP12, AP15, AP19, AP22, AP23, AP26

CANAL 6 AP2, AP5, AP6, AP9, AP13, AP16, AP17, AP20, AP24, AP27

CANAL 11 AP3, AP7, AP10, AP14, AP18, AP21, AP25

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Ejercicio 8.1.4 Para una red 802.11b en modo infraestructura y DCF donde hay 19 APs que ofrecen una cobertura conjunta que permite cubrir la planta de un museo (tal como se muestra en la figura siguiente), se quieren planificar las frecuencias, es decir, se quieren asignar los canales a cada AP de forma que no interfieran entre ellos. Para eso se ha de tener en cuenta las restricciones de uso de canales adyacentes en IEEE802.11b y las características de las paredes y obstáculos existentes. ¿Cuál será la planificación óptima para este escenario?

Y AP1

Y AP2

Y AP3

Y AP14 AP

Y AP15

Y AP12

Y AP11

Y AP16

Y AP5

Y AP9 9

Y AP8

Y AP7

Y AP6

Y AP10

Y AP4

Y AP17

Y AP13

Y AP18

Y AP19 19

Mur amb una gran atenuació a la banda de freq. de 802.11b Y: Punt d’accés sense fils Zona de cobertura del punt d’accés sense fils

Figura 8.3 En aquest cas els obstacles presents no ofereixen avantatges de cada a l’assignació freqüencial. Llavors, fem l’assignació de manera similar a l’exercici anterior. AP1 – canal 1 AP3 – canal 11 AP5 – canal 6 AP7 – canal 6 AP9 – canal 1 AP11 – canal 11 AP13 – canal 6 AP15 – canal 11 AP17 – canal 6 AP19 – canal 1

AP2 – canal 6 AP4 – canal 1 AP6 – canal 1 AP8 – canal 11 AP10 – canal 6 AP12 – canal 1 AP14 – canal 6 AP16 – canal 1 AP18 – canal 11

8.2 Mecanismo de acceso al medio y eficiencia Ejercicio 8.2.1 Considerar una red WLAN 802.11b en modo infraestructura donde hay dos estaciones (A y B) y un Access Point (AP). El radio de cobertura (o alcance) de todos los dispositivos es de 100 metros. La estación A está a una distancia de 60 metros del AP; B a 90 metros del AP; A y B a 150 metros una de la otra. Considerar una velocidad de propagación por el aire de 300 metros/µs. Teniendo en cuenta que se aplica el mecanismo CSMA/CA con RTS/CTS, considerar que en el instante t=0 la estación A quiere transmitir una trama a la estación B y que en el instante t=26 µs la estación B quiere transmitir una trama a la estación A. Suponer que las tramas que se envían son de 1045 bytes, el RTS de 20 bytes, el CTS y el ACK de 14 bytes. Considerar que todas las transmisiones se hacen a una tasa de 11 Mbps (sin hacer distinción entre la velocidad de transmisión de la cabecera PHY y los datos). Además, por simplicidad, considerar que el preámbulo y la cabecera PLCP tengan longitud nula.

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Considerar los siguientes valores para los intervalos IFS (Inter Frame Space): 

DIFS = 50 µs

tiempo durante el cual se escucha el canal antes de transmitir un RTS



SIFS = 10 µs tiempo durante el cual se escucha el canal antes de transmitir un CTS, un ACK o la trama de datos

Considerar los siguientes valores para el backoff: 

Estación A = 150 µs



Estación B = 180 µs



AP = 140 µs

Para calcular los tiempos, se aconseja usar valores con precisión de centésimas de µs. RTS, CTS, ACK y cabecera PLCP se transmiten siempre a 1Mbps (802.11b), pero en este ejercicio se dice que usaremos 11Mbps para todo: Preámbulo PLCP + cabecera PLCP = (144 + 48) µs = 192 µs  se añade a cualquier trama!! Ttx (RTS) = (20*8/(11*10 6)) + 192 µs = 14,54 µs Ttx (CTS) =Ttx (ACK) = (14*8/(11*106)) + 192 µs = 10,18 µs Ttx (DATOS) = (1045*8/(11*106)) + 192 µs = 760 µs

1. ¿En qué instante la estación A recibe el CTS? ¿Qué dispositivo de la red lo envía? Razonar la respuesta. 85,12 µs. Lo envía el AP.

2. ¿En qué instante la estación A inicia la transmisión de su trama de datos? ¿Hay colisión? ¿Con qué trama? Razonar la respuesta. 95,12 µs. No hay colisión porqué la estación B no puede empezar a transmitir. 3. ¿En qué estado encuentra el canal la estación B en el instante en que ésta quiere transmitir? Razonar la respuesta. Libre, pero como ha de esperar escuchando un DIFS, antes de que acabe ve la transmission del CTS y no empieza a transmitir. 4. ¿Cuándo puede empezar a transmitir su trama de datos la estación B? Razonar la respuesta. 1151,12 µs.

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Ejercicio 8.2.2 Queremos evaluar la eficiencia de canal de un sistema de comunicaciones basado en IEEE802.11. Para eso simplificamos el escenario considerando sólo la comunicación entre dos equipos (una estación y un punto de acceso) que están trabajando en modo infraestructura con MAC en modo DCF. Teniendo en cuenta los parámetros de funcionamiento especificados en el estándar, calcular la eficiencia de canal con respecto al usuario del servicio MAC cuando la estación transmite de forma continuada tramas de datos. Los datos que hemos de tener en cuenta son los siguientes: DATOS: Longitud MAC-PDU de control RTS: 20 bytes;  Longitud MAC-PDU de control CTS y ACK: 14 bytes;  Tasa de transmisión: 1 Mbps;  Tiempo de propagación menospreciable;



Longitud cabecera MAC para tramas de datos: 34 bytes;

  

Preámbulo PLCP: 144 µs; Cabecera PLCP: 48 µs; SIFS: 10 µs;DIFS: 50 µs.

Completar la con los valores de eficiencia encontrados para los casos que se plantean: envío de los datos sin intercambio de RTS/CTS o con; envío de MAC-SDU de 50 bytes o 1500 bytes; tasa de transmisión (para MAC PDU!) de 1 Mbps o 11 Mbps. RTS, CTS, ACK y cabecera PLCP se transmiten siempre a 1Mbps (802.11b): Preámbulo PLCP + cabecera PLCP = (144 + 48) µs = 192 µs  se añade a cualquier trama!! Ttx (RTS) = (20*8/106) + 192 µs = 352 µs Ttx (CTS) =Ttx (ACK) = (14*8/106) + 192 µs = 304 µs

Per calcular l’eficiència, hem de calcular el temps de transmissió útil respecte a la durada d’un cicle de referència:  Durada del temps útil de transmissió des del punt de vista de l’usuari del servei MAC és el temps de transmissió de la MAC-SDU (és a dir, del camp de dades de la trama MAC). 

Durada d’un cicle de referència (tots els passos per fer una transmissió completa amb èxit d’una trama de dades): depèn de si es fa servir RTS/CTS o no. 1. Si es fa servir l’RTS/CTS:

DIFS + RTS + SIFS + CTS + SIFS + {Tx Trama MAC dades} + SIFS + ACK Durada del cicle = 50 + 352 + 10 + 304 + 10 + {192 + (34*8/R) + (Datos*8)/R} + 10 + 304 = 1232 µs + (272 @1Mbps o 24,72 @11) + (Datos*8)/R Per tant, eficiència de canal = [(Datos*8)/R] / [1232 µs + (272 @1Mbps o 24,72 @11) + (Datos*8)/R] a) @R=1Mbps  [(Datos*8)/ 106] / [1504 µs + (Datos*8)/ 106]

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b) @R=11Mbps  [(Datos*8)/11*106] / [1256,72 µs + (Datos*8)/11*10 6] 2. Si no es fa servir l’RTS/CTS:

DIFS + {Tx Trama MAC dades} + SIFS + ACK Durada del cicle = 50 + {192 + (34*8/R) + (Datos*8)/R} + 10 + 304 = 556 µs + (272 @1Mbps o 24,72 @11) + (Datos*8)/R Per tant, eficiència de canal = [(Datos*8)/R] / [556 µs + (272 @1Mbps o 24,72 @11) + (Datos*8)/R] c) @R=1Mbps  [(Datos*8)/ 106] / [828 µs + (Datos*8)/ 106] d) @R=11Mbps  [(Datos*8)/11*106] / [580,72 µs + (Datos*8)/11*10 6]

Capacidad

Tamaño datos

Sin RTS/CTS

Con RTS/CTS

1500 bytes

12000/(828+12000) = 93,55%

12000/(1504+12000) = 88,86%

50 bytes

400/(828+400) = 32,57%

400/(1504+400) = 21,01

1500 bytes

1090,91/(580,72+1090,91) = 65,26 %

(1090,91)/(1256,72+1090,91) = 46,47 %

50 bytes

36,36/(580,72+36,36) = 5,89%

36,36/(1256,72+36,36) = 2,81%

R=1 Mbps

R=11 Mbps

Tabla 8.1

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Ejercicio 8.2.3 Un sistema formado por dos estaciones (A y B) y un Access Point (AP), están configurados para trabajar en modo infraestructura con el estándar IEEE 802.11b a 1 Mbps. Sabemos que el tiempo de propagación entre el AP y las dos estaciones es de 0,1 µs, mientras que el tiempo de propagación entre las dos estaciones es de 0,15 µs. Todos están al alcance el uno del otro y están configurados para utilizar el mecanismo RTS/CTS para cada nuevo envío. Si el instante en que el nivel MAC de cada dispositivo recibe una petición de transmisión de una nueva SDU es t AP = 100 µs para el AP tA = 0 µs para A, y tB = 30 µs para B, ¿cuál es el instante en que B empieza a transmitir un RTS hacia el AP? Representar gráficamente los detalles de las transmisiones que se producirán en el canal. DATOS:



Longitud MAC-PDU de control RTS: 20 bytes; Longitud MAC-PDU de control CTS y ACK: 14 bytes; Tasa de transmisión: 1 Mbps;



Longitud MAC-PUD de datos: 500 bytes;

 

 

Preámbulo PLCP: 144 µs; Cabecera PLCP: 48 µs;

 

SIFS: 10 µs;DIFS: 50 µs; Backoff: BA 50 µs, BB 20 µs, BAP 40µs.

RTS, CTS, ACK y cabecera PLCP se transmiten siempre a 1Mbps (802.11b): Preámbulo PLCP + cabecera PLCP = (144 + 48) µs = 192 µs  se añade a cualquier trama!! Ttx (RTS) = (20*8/106) + 192 µs = 352 µs Ttx (CTS) =Ttx (ACK) = (14*8/106) + 192 µs = 304 µs Ttx (DATOS) = (500*8/106) + 192 µs = 4192 µs

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Ejercicio 8.2.4 Considerar un sistema de comunicaciones basado en IEEE802.11b donde las estaciones están trabajando en modo infraestructura con un AP (punto de acceso) i con mecanismo de acceso CSMA/CA. DATOS:



Longitud MAC-PDU de control RTS: 20 bytes; Longitud MAC-PDU de control CTS y ACK: 14 bytes; Tasa de transmisión: 2 Mbps;



Tiempo de propagación menospreciable;

 



Longitud MAC-SDU de datos: CASO 1) 2000 bytes, CASO 2) 50 bytes;



Longitud cabecera MAC para tramas de datos: 34 bytes;

  

Preámbulo PLCP: 144 µs; Cabecera PLCP: 48 µs; SIFS: 10 µs;DIFS: 50 µs.

1. Evaluar la eficiencia del canal con respecto al usuario del servicio MAC cuando una estación transmite de forma continuada tramas de datos. RTS, CTS, ACK y cabecera PLCP se transmiten siempre a 1Mbps (802.11b): Preámbulo PLCP + cabecera PLCP = (144 + 48) µs = 192 µs  se añade a cualquier trama!! Ttx (RTS) = (20*8/106) + 192 µs = 352 µs Ttx (CTS) =Ttx (ACK) = (14*8/106) + 192 µs = 304 µs

Eficiencia= datos útiles /( DIFS + [RTS + SIFS + CTS + SIFS] + DATOS + SIFS + ACK) DIFS + [RTS + SIFS + CTS + SIFS] + DATOS + SIFS + ACK 50 + [ 272 + 10 + 248+ 10] + DATOS + 10 + 248 = 308 µs + [540] µs + DATOS DATOS_1: 2034 bytes 8136 µs (MAC)  8328 µs (canal) /// datos útiles: 2000 *8/2 *10^6 = 8 ms DATOS_2: 84 bytes  336 µs (MAC)  528 µs (canal) /// datos útiles: 50 *8/2 *10^6 = 200 µs

E(DATOS_1) = 8000 / (308 + [540] + 8328)  con RTS/CTS: 87,18%; sin: 92,63% E(DATOS_2) = 200 / (308 + [540] + 528)  con RTS/CTS: 14,53%; sin: 23,92% Tamaño datos 2034 bytes 84 bytes

Con RTS/CTS 87,18% 14,53%

Sin RTS/CTS 92,63% 23,92%

2. Comentar los resultados del apartado anterior y explicar qué ventajas aporta el mecanismo RTS/CTS y cuándo puede ser útil aplicarlo.

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El mecanismo RTS/CTS introduce ineficiencia ya que la parte útil de la transmisión se ve precedida por un intercambio de datos fijos (RTS+SIFS+CTS)  esta ineficiencia es más evidente para tramas cortas. Este mecanismo nos permite evitar el problema del nodo oculto ya que quién quiere transmitir pide permiso al receptor (así todas las estaciones al alcance del transmisor evitan transmitir durante el tiempo necesario para concluir la transmisión) y éste contesta otorgando el permiso (así que también todas las estaciones al alcance del receptor lo ven!). Es útil solo si la PDU que se envía (o los fragmentos de las PDUs que se envían) es larga ya que el riesgo de colisión se reduce sobre el intercambio de RTS/CTS (tiempo fijo) en lugar que sobre todo el tiempo de transmisión y espera del ACK (tiempo variable según la longitud de la trama).

Ejercicio 8.2.5 Teniendo en cuenta el sistema WLAN que se muestra en la Figura 8 .4, y que funciona según el estándar IEEE 802.11b a 11 Mbps, contestar a las siguientes preguntas.

Figura 8.4 1. Indicar la planificación de frecuencias (distribución/asignación de los canales radio) para conseguir un buen funcionamiento tanto para los AP como para los usuarios. 2. Calcular la eficiencia que obtendrá un usuario del nivel LLC para la transmisión de un paquete IP de 1000 bytes de longitud desde el usuario A hacia el AP1, cuando el canal está libre y el NAV de A es igual a 0, teniendo en cuenta que se usa el RTS/CTS para evitar el problema del nodo oculto. Suponer que el LLC ofrece el servicio no orientado a conexión. DATOS: Longitud MAC-PDU de control RTS: 20 bytes; Longitud MAC-PDU de control CTS y ACK: 14 bytes; Tiempo de propagación menospreciable;

  

1) 2)



Longitud cabecera MAC para tramas de datos: 34 bytes;

 

Preámbulo PLCP: 144 µs; Cabecera PLCP: 48 µs;



SIFS: 10 µs;DIFS: 50 µs;

Separación de 5 canales entre celdas vecinas: AP1 y AP4 canal 1; AP 2 canal 6; AP 3 canal 11 RTS, CTS, ACK y cabecera PLCP se transmiten siempre a 1Mbps (802.11b): Preámbulo PLCP + cabecera PLCP = (144 + 48) µs = 192 µs  se añade a cualquier trama!! Ttx (RTS) = (20*8/106) + 192 µs = 352 µs Ttx (CTS) =Ttx (ACK) = (14*8/106) + 192 µs = 304 µs Ttx (DATOS) = ((1000+3+34)*8/106) + 192 µs = 946,18 µs

Eficiencia = LLC-SDU / 1986,18 µs = (1000*8/11) / 1986,18 = 36,6%

Ejercicio 8.2.6

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Considerar las cuatro estaciones IEEE 802.11 de la figura Figura 8 .5. A, B i C están asociadas al AP y trabajan en modo infraestructura y con la función DCF (Distributed Coordination Function). La estación D no está asociada al AP pero usa el mismo canal WiFi que el AP. Todas las estaciones usan el mecanismo RTS/CTS cuando las MAC-PDU de datos que se quieren transmitir tienen una longitud superior a 400 bytes. DATOS:    

Longitud MAC-PDU de control RTS: 20 bytes; Longitud MAC-PDU de control CTS y ACK: 14 bytes; Longitud MAC-SDU de datos: 1640 bytes;

 

Tasa de transmisión: 11 Mbps; Tiempo de propagación menospreciable;

 

Preámbulo PLCP: 144 µs; Cabecera PLCP: 48 µs;

Longitud cabecera MAC para tramas de datos: 34 bytes;



SIFS: 10 µs;DIFS: 50 µs;

Figura 8.5 1. Si en el instante t = 0 la estación C tiene lista una trama con destino final la estación A para su transmisión, ¿a partir de qué instante de tiempo verán el canal ocupado el AP y las otras estaciones de la red? El AP comienza a ver el canal ocupado a partir de que recibe el RTS de C: sólo es el tiempo de espera DIFS = 50 µs, ya que el tiempo de propagación se puede menospreciar. A y B comienzan a ver el canal ocupado a partir de que reciben el CTS que el AP envía a C: será por lo tanto a partir de que el AP haya recibido todo el RTS y haya empezado a enviar el CTS  DIFS + preámbulo + cabecera PLCP + RTS/R + SIFS = 50 + 144 + 48 + (20*8/11 *10^6) + 10 = 266,54412 µs D detecta el canal libre hasta que A envíe el CTS al AP: DIFS + preámbulo PLCP + RTS/R + SIFS + preámbulo + cabecera PLCP + CTS/R + SIFS + preámbulo + cabecera PLCP + MAC_PDU/R + SIFS + preámbulo + cabecera PLCP + ACK/R + DIFS + preámbulo + cabecera PLCP + RTS/R + SIFS = 266,54412 + 144 + 48 + (14*8/ 11 *10^6) + 10 + 144 + 48 + ((1640+34)*8/11 *10^6) + 10 + 144 + 48 + (14*8/11 *10^6) + 50 + 144 + 48 +...