Delay Rechnung. Was ist die mittlere Wartezeit T eines Pakets bei idealem Kanalzugriff mit einer zentralen globalen Warteschlange?

Transkript

1 Delay Rechnung Betrachte: Kanal mit Kapazität C bps Exponential verteilte Paket Ankunftsrate von Pakete/Sekunde Exponential verteilte Paketlängen mit mittlerer Paketlänge von 1/ Bits/Frame Was ist die mittlere Wartezeit T eines Pakets bei idealem Kanalzugriff mit einer zentralen globalen Warteschlange? Was ist die mittlere Wartezeit T FDM von statischem FDM (andere Multiplexing Verfahren analog)? Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 16

2 Delay Rechnung an der Tafel Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 17

3 Dynamische Kanalzuweisung Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 18

4 Dynamische Kanalzuweisung Statisches Multiplexing nicht geeignet für Verkehr mit Bursts Wesentlicher Grund: Zeitweise ungenutzte Kanäle Telefon oder TV hat keine Bursts: statisches Multiplexing sinnvoll Computer Netze hingegen haben Traffic Bursts: wir brauchen hier eine andere Form der Kanalzuweisung Alternative: Weise Kanal Ressourcen den Quellknoten zu, die aktuell Daten zu senden haben Grundlagen der Rechnernetze - Medienzugriffskontrolle 19

5 Annahmen für folgende Protokolldefinitionen Stationsmodell (oder Terminal model) N unabhängige Stationen teilen sich eine Ressource Single Channel Annahme Ein einziger Kanal für alle Stationen Keine weiteren Kanäle über die Kontrollsignale kommuniziert werden können Kollisionsannahme Zu jedem Zeitpunkt kann nur ein Paket erfolgreich übertragen werden Zwei oder mehr zeitlich überlappende Pakete kollidieren und werden damit ungültig (Ausnahmen bestätigen die Regel) Bildquelle: Prof. Karl, Vorlesung Rechnernetze, WS 2011/2012 Grundlagen der Rechnernetze - Medienzugriffskontrolle 20

6 Annahmen für folgende Protokolldefinitionen Zeit Modell Kontinuierliche Zeit: Übertragungen können zu beliebigemzeitpunkt beginnen Zeit Slots: Zeit wird in Slots eingeteilt; Übertragungen können nur zu Slot Startpunkten stattfinden. Jede Slot kann ungenutzt, erfolgreich oder mit einer Kollision behaftet sein. Carrier Sensing Stationen können bzw. können nicht erkennen, ob der Kanal von einem? anderen benutzt wird oder nicht Detektion kann immer mit Ungenauigkeiten behaftet sein (z.b., überhören einer laufenden Übertragung) Time Time Bildquelle: Prof. Karl, Vorlesung Rechnernetze, WS 2011/2012 Grundlagen der Rechnernetze - Medienzugriffskontrolle 21

7 Bewertungen der folgenden Protokolle Wie bewertet tman die Effizienz i eines dynamischen Medienzugriffs? Intuition: es sollten soviele Pakete wie möglich so schnell wie möglich erfolgreich übertragen werden Bei hoher Last (viele Übertragungen pro Zeiteinheit): Durchsatz ist das entscheidende Maß stelle sicher dass möglichst viele Pakete erfolgreich übertragen werden Bei geringer Last (wenige Übertragungsversuche pro Zeiteinheit): Dl Delay itd ist das entscheidende d Maß Mß stelle tll sicher ih dass Pkt Pakete nicht zu lange warten müssen Fairness: Wied jede Station gleich wie die die anderen bedient? Grundlagen der Rechnernetze - Medienzugriffskontrolle 22

8 Erfolgreiche Pakete (S) Durchsatz über angebotener Last Ein Paket pro Paketzeit Ideales MAC Protocol Reale MAC Protocolle Ein Paket pro Paketzeit Paketankünfte Angebotene Last G = Anzahlder Pakete pro Paketübertragungszeit, die das Protokoll zur Abarbeitung erhält 23 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle

9 Stochastisches Modell für die angebotene Last Große Benutzerpopulation Ankommende Pakete Benutzer erzeugen unabhängig voneinander Pakete mit einer Gesamtrate von Paketen pro Zeiteinheit Grundlagen der Rechnernetze - Medienzugriffskontrolle 24

10 Motivation des Poisson Prozesses Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 25

11 Multiple Access Protokolle ALOHA und Slotted ALOHA Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 26

12 ALOHA Starte Übertragung wann immer ein Datenpaket vorliegt Bildquelle: Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks, 4th Edition, 2003 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 27

13 Wann ist ALOHA sinnvoll? Bildquelle: Prof. Karl, Vorlesung Rechnernetze, WS 2011/2012 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 28

14 Performance von ALOHA Annahmen für die Analyse: Dauer einer Paketübertragung sei konstant t. Sehr große Benutzerpopulation Gesamtpopulation erzeugt Pakete Poisson Verteilt mit einer mittlerenpaketrate von G Paketen pro Paketübertragungszeit t (G beinhaltet neue Pakete und die Pakete die nochmal übertragen werden müssen) Was ist der Durchsatz S an Paketen pro Paketübertragungszeit? Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 29

15 Tafelbild Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 30

16 Verbesserung Slotted ALOHA Starte Übertragung wann immer ein Datenpaket vorliegt Beginne die Übertragung jedoch nur zu Beginn von festen Zeit Slots Zeit Slot Paketankunft Paketübertragung Zeit Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 31

17 Performance von Slotted ALOHA Gleiche Annahmen für die Analyse: Dauer einer Paketübertragung sei konstant t. Sehr große Benutzerpopulation Gesamtpopulation erzeugt Pakete Poisson Verteilt mit einer mittlerenpaketrate von G Paketen pro Paketübertragungszeit t (G beinhaltet neue Pakete und die Pakete die nochmal übertragen werden müssen) Was ist der Durchsatz S an Paketen pro Paketübertragungszeit? Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 32

18 Tafelbild Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 33

19 Vergleich zwischen ALOHA und Slotted ALOHA S 1 Das Ideal 1 G Bildquelle: Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks, 4th Edition, 2003 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 34

20 Multiple Access Protokolle Carrier Sense Multiple Access (CSMA) Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 35

21 Carrier Sensing Start Höre in den Kanal Diese Vorgehensweise nennt man Carrier Sense Multiple Access (CSMA) Kanal frei? ja Sende Paket nein??? Frage: Kann man nach hören in den Kanal immer sicher sein, dass der Kanal frei ist? Ende Frage: Was ist mit der Nachricht zu tun, wenn der Kanal nicht frei ist? Wann kann die Nachricht übertragen werden? Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 36

22 CSMA und Propagation Delay Beispiel: 1 Propagation Delay 2 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 37

23 1 Persistent CSMA Start Beispiel: Höre in den Kanal Kanal frei? ja Sende Paket nein Warte solange bis Kanal frei wird Kollision? nein Ende ja Warte zufällige Zi Zeit Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 38

24 Nonpersistent CSMA Start Beispiel: Höre in den Kanal Kanal frei? ja Sende Paket nein Warte zufällige Zeit Kollision? nein Ende ja Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 39