Aula de Redes - Problema do Acesso Múltiplo

SLIDE 13 – HISTORIA PRA EXPLICAR O PROTOCOLO ALOHA

Norm Abramsom e a ALOHAnet

Norm Abramsom, um doutor em engenharia, era apaixonado por surfe e interessado na comutação de pacotes. Essa combinação de interesses o levou à Universidade do Havaí em 1969. O Havaí é formado por muitas ilhas montanhosas, o que dificulta a instalação e a operação de redes terrestres. Quando não estava surfando, Abramson ficava pensando em como projetar uma rede que fizesse comutação de pacotes por rádio. A rede que ele projetou tinha um hospedeiro central e diversos nós secundários espalhados pelas ilhas havaianas. A rede tinha dois canais, cada um usando uma faixa de frequência diferente. O canal na direção dos nós secundários fazia difusão de pacotes do hospedeiro central para os secundários; e o canal na direção contrária enviava pacotes dos hospedeiros secundários para o central. Além de enviar pacotes de informação, o hospedeiro central também enviava pelo canal na direção dos nós secundários um reconhecimento para cada pacote recebido com sucesso dos secundários.

Como os hospedeiros secundários transmitiam pacotes de maneira descentralizada, inevitavelmente ocorriam colisões no canal entre eles e o hospedeiro central. Essa observação levou Abramson a inventar, em 1970, o protocolo ALOHA puro, descrito neste capítulo.

Em 1970, com o financiamento contínuo da ARPA, ele conectou sua ALOHAnet à ARPAnet. O trabalho de Abramson é importante não somente porque foi o primeiro exemplo de uma rede de pacotes por rádio, mas também porque inspirou Bob Metcalfe. Alguns anos depois, Metcalfe modificou o protocolo ALOHA e criou o protocolo CSMA/CD e a rede local Ethernet.

SLIDE 14 – SLOTTED ALOHA – Explicando o conceito da probabilidade no protocolo

Por retransmissão com probabilidade p, queremos dizer que o no de fato joga uma moeda viciada; coroa corresponde a “retransmitir”, o que ocorre com probabilidade p, enquanto cara corresponde a “pule o intervalo e jogue a moeda novamente no próximo intervalo”, o que ocorre com probabilidade (1 – p). Todos os nós envolvidos na colisão jogam suas moedas independentemente.

Na aparência o slotted ALOHA teria muitas vantagens. Ao contrário da divisão de canal, esse protocolo permite que um único nó transmita continuamente à taxa total do canal, R, quando ele for o único nó ativo.

SLIDE 17 SLOTTED ALOHA – EXPLICANDO FIGURA

Os únicos intervalos “não desperdiçados” serão aqueles em que exatamente um nó transmite. Um intervalo em que exatamente um nó transmite é denominado um intervalo bem-sucedido.

A eficiência de um protocolo de acesso múltiplo com intervalos é definida como a fração (calculada durante um longo tempo) de intervalos bem-sucedidos no caso de haver grande número de nós ativos, cada qual tendo sempre grande número de quadros a enviar. Note que, se não fosse usado nenhum tipo de controle de acesso e cada nó retransmitisse logo após a colisão, a eficiência seria zero. É claro que o slotted ALOHA aumenta a eficiência para além de zero, mas em quanto?

SLIDE 18 – exemplificar:

Imagine o pobre administrador de rede que comprou um sistema slotted ALOHA de 100 Mbits/s esperando poder usar a rede para transmitir dados entre um grande número de usuários a uma taxa agregada de, digamos, 80 Mbits/s! Embora o canal seja capaz de transmitir um dado quadro à taxa máxima do canal de 100 Mbits/s, no final, a vazão que se consegue com esse canal é de menos de 37 Mbits/s.

Portanto este não é um protocolo tão eficiente para uma rede com muitos nós enviando, sempre, informações.

SLIDE 23 – falar sobre a dificuldade dos outros protocolos

Em particular, um nó não se preocupa se por acaso outro está transmitindo quando ele começa a transmitir nem para de transmitir se outro nó começar a interferir em sua transmissão. Em nossa analogia do coquetel, os protocolos ALOHA se parecem muito com um convidado mal-educado que continua a tagarelar mesmo quando outras pessoas estão falando.

Como seres humanos, temos protocolos que nos levam não somente a nos comportar com mais civilidade, mas também a reduzir o tempo que gastamos “colidindo” com outros durante a conversação e, por conseguinte, a aumentar a quantidade de dados que trocamos durante nossas conversas. Especificamente, há duas regras importantes que regem a conversação educada entre seres humanos:

Ouça antes de falar. Se uma pessoa estiver falando, espere até que ela tenha terminado. No mundo das redes, isso é denominado detecção de portadora — um nó ouve o canal antes de transmitir. Se um quadro de outro nó estiver atualmente sendo transmitido para dentro do canal, o nó então esperará até que não detecte transmissões por um período de tempo curto, e então iniciará a transmissão.

Se alguém começar a falar ao mesmo tempo que você, pare de falar. No mundo das redes, isso é denominado detecção de colisão — um nó que está transmitindo ouve o canal enquanto transmite. Se esse nó detectar que outro nó está transmitindo um quadro interferente, ele para de transmitir e espera por algum tempo antes de repetir o ciclo de detectar-e-transmitir-quando-ocioso.

SLIDE 25

No tempo t0, o nó B percebe que o canal está ocioso, pois nenhum outro nó está transmitindo no momento. Assim, o nó B começa a transmitir e seus bits se propagam em ambas as direções ao longo do meio de transmissão.

A propagação para baixo dos bits de B na Figura 5.12 com o aumento do tempo indica que é preciso uma quantidade de tempo de valor diferente de zero para que os bits de B de fato se propaguem (apesar de quase à velocidade da luz) ao longo do meio de transmissão. No tempo t1 (t1 > t0), o nó D tem um quadro para enviar.

Embora o nó B esteja transmitindo no tempo t1, os bits que estão sendo transmitidos por B ainda não alcançaram D. Assim, D percebe o canal como ocioso em t1. De acordo com o protocolo CSMA, D começa então a transmitir seu quadro. Pouco tempo depois, a transmissão de B passa a interferir na transmissão de D em D. Fica evidente, pela Figura 5.12, que o tempo de atraso de propagação fim a fim de canal para um canal de difusão — o tempo que leva para que um sinal se propague de um dos extremos do canal para outro — desempenhará um papel crucial na determinação de seu desempenho. Quanto mais longo for esse atraso de propagação, maior será a chance de um nó que detecta portadora ainda não poder perceber uma transmissão que já começou em