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Curso: Redes de Computadores
Aula 7: WLAN - MAC
Professora: Emanoela Lopes
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Grupo de trabalho teve início em 1980 em fevereiro razão do número 802 (ano 80 mês 2);
Primeira versão 802.11 saiu em 1997;
Revisão em 1999 e geração de dois suplementos 11b e 11a;
Em 2003 foi aprovado o 11g;
Padrão 802.11
802.11 – Padrão original – 1 e 2 Mbps – 1997
802.11a – Suplemento – 54 Mbps em 5 GHz – 1999
802.11b – Suplemento – 11 Mbps em 2,4 GHz – 1999
802.11d – Alterações para atender outras regiões – 2001
802.11e – Melhora da MAC para prover QoS
802.11f – Comunicação inter-access point
802.11g – Suplemento – 54 Mbps em 2,4 GHz – 2003
802.11h – Ajustes na 11a para atender requisitos da Europa
802.11i – Melhoras em segurança
802.11j – Ajustes para atender requisitos do Japão
802.11k – Melhora no gerenciamento
802.11m – Trabalho geral de atualização
802.11n – Nova proposta para 300Mbps
Resumo padrão 802.11
Camadas 802.11
 
Camada Física
Camada Data Link
Modulação e Demodulação;
Codificação e Decodificação do sinal;
Transmissão e recepção dos bits;
Transmissão e Recepção de frame ;
Controle da Rede;
Controle de acesso ao meio;
A camada física é sub-dividida em duas camadas:
Physical Layer Convergence Procedure (PLCP): Na transmissão formata o frame para transmissão para passar para a PMD. 
Physical Medium Dependent (PMD): Faz a transmissão e recepção, tarefas como modulação e demodulação, espalhamento espectral e amplificação de sinal de RF.
Divisão da Camada Física
O frame do PLCP é composto por três partes:
Preâmbulo – tem por objetivo sincronizar e delimitar o frame
Cabeçalho – passa a informação sobre a transmissão, como taxa de transmissão, serviço, comprimento e checagem de erro de cabeçalho
Dados – dados propriamente dito que pode variar de 1 a 16.384 bits
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Frame formado pela PLCP para 802.11 e 802.11b
Exemplo de Comunicação
Pkt
802.11
Pkt
802.11
Pkt
802.3
Pkt
802.3
Pkt
AP
~
~
~
~
~
~
~
~
Host A
Pkt
Pkt
802.11
Pkt
Pkt
802.11
Network
LLC
MAC
Physical
Pkt
802.11
Wireless LAN
~
~
~
~
Pkt
802.3
~
~
~
~
Host B
Pkt
Pkt
802.3
Pkt
802.3
Pkt
Ethernet
Observando a figura podemos verificar a função do ponto de acesso na conexão entre um computador que está localizado na rede sem fio e outro que está conectado na rede Ethernet. 
O AP somente faz a interface entre a rede sem fio e a rede cabeada. Outro aspecto importante é que não existe nenhuma função das camadas superiores estabelecida no padrão 802.11. Porém, os pontos de acesso atualmente possuem várias funções de camadas superiores, como por exemplo DHCP. Entretanto não é esta uma função do elemento de conexão que é o AP. Todos os APs possuem um endereço IP e um web server para ser acesso para configuração das funções do AP. Este endereço IP não tem nenhuma outra função na rede além de configuração e não afeta em nada a parte de endereçamento da rede.
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Possui a capacidade de detectar a colisão. Com o uso do CSMA-CD as máquinas envolvidas na colisão abortam a transmissão do quadro logo após detecção da colisão.
Na Ethernet a placa de rede é capaz de transmitir e receber ao mesmo tempo. Assim, é possível detectar que houve uma colisão.
CSMA/CD (Detecção de Colisão)
O protocolo CSMA-CA é utilizado na tecnologia de enlace sem fio, Wi-Fi (IEEE 802.11). Isso porque é difícil detectar a colisão em redes sem fio. 
Os dispositivos de uma rede (WLAN) devem sentir o meio para verificar alimentação (estimulo de RF acima de um certo limite) e esperar ate que o meio esteja livre antes de transmitir. 
Utiliza um recurso chamado "solicitar para enviar", "livre para enviar" (RTS-CTS).
CSMA/CA ( Prevenção de Colisão)
Funcionamento do CSMA/CA Meio Livre
A figura mostra um processo de transmissão onde uma estação espera DIFS e depois um tempo aleatório. Ao fim deste período a estação sente o meio, ou seja, utiliza o receptor para avaliar se existe alguma outra estação transmitindo. Caso não exista nenhuma transmissão de outra estação a estação transmite os dados. A estação que recebeu os dados transmitidos após o SFIS envia um ACK que confirma o recebimento correto dos dados. Caso este ACK não chegue na estação que transmitiu os dados esta repete a transmissão. As outras estações durante este processo ficarão aguardando o término de todo este processo e utiliza uma variável para armazenar a informação de quanto tempo a rede ficará ocupada. Esta variável se chama NAV (Network Allocation Vector). Assim, não existe a possibilidade de outra estação transmitir durante este intervalo de tempo em que os dados são enviados e o ACK é retornado.
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DIFS
DIFS
SIFS
Backoff window
Busy
Mdium
Next frame
Contention window
Slot Time
Seleção de slot usando binary exponential backoff
Defer
access
Time
(a) Método de Acesso Básico
Temporização da MAC
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A MAC da rede WLAN funciona baseada na utilização de intervalos de tempo diferentes para eventos diferentes. Estes intervalos são chamados de IFS (Interframe Space)
SIFS (Short IFS) – utilizado para respostas rápidas – para 11b vale 10 s
DIFS (distributed coordination funcion IFS) – para 11b vale 50 s
Uma estação somente transmite um frame após esperar um tempo fixo de 50 s além de um tempo aleatório estabelecido por uma janela de disputa (Contention Window). A MAC também prevê um ACK para confirmar que a transmissão foi com sucesso. Este ACK é transmitido após 10 s. Ou seja, o frame de ACK tem maior prioridade que uma transmissão ordinária.
Aguarda Quadro para Transmitir.
Meio Livre?
Espera DIFS
Sim
Aguarda até a TX acabar
Transmite
frame
Espera DIFS
Sim
Aguarda backoff Exponencial
Livre?
Sim
Livre?
Não
Transmite
frame
Lógica da MAC
Acesso na
Base de
Espera 
Sim
Não
Sim
Não
Sim
Não
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A figura acima mostra o algoritmo utilizado pelo CSMA/CA para realizar a transmissão dos dados.
Considerando que uma estação acabe de ser ligada e deseja transmitir dados, a primeira providência é “escutar” o meio. Se o meio estiver livre a estação aguarda um certo tempo e escuta o meio novamente. Caso continue vazio a estação transmite. Caso o meio esteja ocupado a estação aguarda o fim da transmissão atual. Após o término da transmissão a estação aguarda um tempo fixo DIFS e se o meio continuar livre é escolhido um valor aleatório dentro de uma janela de escolha. Este valor é multiplicado por um slot de tempo e gera um valor de tempo adicional de espera. Caso ao final deste tempo aleatório não exista nenhuma estação transmitindo a estação transmite os dados. Caso contrário volta a esperar o tempo DIFS e o restante do tempo da janela de backoff.
MAC Padrão 802.11
A 802.11 utiliza um algoritmo MAC chamado DFWMAC (distributed foundation wireless MAC) que permite dois tipos de controle de Acesso:
DCF – Distribution Coordination Function
PCF – Point Coordination Function
DCF: Método distribuído básico
A decisão de transmitir é usada individualmente pelos pontos da rede. Neste caso existe disputa pelo acesso ao meio de transmissão;
PCF: Método Centralizado
Toda decisão de transmitir é tomada de forma centralizada em um ponto especial. Neste caso não existe disputa pelo acesso ao meio de transmissão;
Na prática o modo PCF não está disponível na maioria dos pontos de acesso, pois é uma opção do padrão.
A função de coordenação é utilizada para decidir quando a estação tem permissão ou não para transmitir.
https://www.gta.ufrj.br/seminarios/semin2003_1/fernandes/MAC_4.htm
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Ajuste RTS/CTS
Os APs permitem ajustar a opção de RTS/CTS em função do tamanho dos frames através de um limiar. Ou seja, é possível ajustar um valor de tamanho de frame acima do qual antes de transmitir deve ser feito o procedimento de RTS/CTS. Caso este limiar seja zero sempre todas as estações irão solicitar um RTS antes de transmitir. Este protocolo cria um overhead que provoca a diminuição da taxa de transmissão, e consequentemente a diminuição do desempenho da rede. Muitos pontosde acesso não possuem esta possibilidade e em alguns casos está desativado. O ajuste do tamanho do frame acima do qual deve ser utilizado o RTS/CTS é de difícil determinação uma vez que existe a necessidade de avaliar o efeito global desta ação através da avaliação do desempenho da rede.
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Em contraste das redes cabeadas, redes sem fio são ruidosas.
Probabilidade de um quadro ser transmitido com sucesso decai com o aumento desse quadro.
Como o padrão IEEE 802.11 lida com o canal ruidoso???
Fragmentação
Problema do Nó Escondido
https://books.google.com.br/books?id=57BIAgAAQBAJ&pg=PA477&lpg=PA477&dq=mac+tipos+pcf+e+dcf&source=bl&ots=j1_nLSc2O8&sig=s0RYGlTugZxwbAeuNqUmJFoS6_g&hl=pt-BR&sa=X&ved=0ahUKEwiDrYOiyfLWAhWEh5AKHVAiARUQ6AEISjAF#v=onepage&q=mac%20tipos%20pcf%20e%20dcf&f=false
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https://www.gta.ufrj.br/seminarios/semin2003_1/fernandes/MAC_4.htm
https://books.google.com.br/books?id=57BIAgAAQBAJ&pg=PA477&lpg=PA477&dq=mac+tipos+pcf+e+dcf&source=bl&ots=j1_nLSc2O8&sig=s0RYGlTugZxwbAeuNqUmJFoS6_g&hl=pt-BR&sa=X&ved=0ahUKEwiDrYOiyfLWAhWEh5AKHVAiARUQ6AEISjAF#v=onepage&q=mac%20tipos%20pcf%20e%20dcf&f=false
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