Поле проверки ошибок

Использует для обнаружения ошибок передачи данных по каналам связи. Для того чтобы заполнить это поле используется метод циклического контроля по избыточности. Данный метод даёт высокую вероятность по обнаружению ошибок с точностью до 10^-8.

И всё это завершается флагом (01111110).

Во многих протоколах, структура кадра очень похожа на HDLC. В некоторых протоколах отсутствует уровень LLC2, следовательно, отсутствует поле контроля и управления. Следовательно, при возникновении ошибок их исправление будет возложено на сетевой уровень, что естественно увеличивает быстродействие.

Для реализации функций обнаружения ошибок используется проверочное поле. Существует два метода исправления ошибок:

1. Расширить проверочное поле достаточным количеством разрядов, чтобы оно содержало информацию для исправления ошибочного бита (Не выгодно расширять проверочное поле, т. к. кадр увеличивается в размерах и может перегружать каналы связи ненужной информацией).

2. Удалить этот кадр и запросить его передачу заново (повторная передача, что является быстрее и надёжнее).

 

Методы повторной передачи

ARQ (AutomatedRequest) – методы автоматического запроса повторной передачи.

Возможен ряд вариантов повторной передачи данных, либо отсутствие этой передачи.

1. Каждый правильно дошедший кадр (который дошёл без ошибок) может быть подтверждён специальным кадром подтверждения (положительная квитанция ASK).

Это положительная квитанция [34] = 00.

2. Каждый правильно переданный кадр может быть подтверждён путём (ASK) супервизорного кадра, вставленного в ответный кадр, который передается в обратном направлении.

3. Использование отрицательного подтверждения (приход сообщения с ошибкой).

Специальный супервизорный кадр [34] = 01.

4. Использование процедур Timeout’а – когда передающая сторона по истечению некоторого времени повторно передает кадр, для которого истекло время ожидания ответа.

 

Три метода автоматического запроса повторной передачи (ARQ)

1. SS Метод (протокол) с остановками и ожиданием – этот метод называется методом с простоями.

Это простейший метод ARQ – в процессе передачи передающая сторона передает кадр и ждёт подтверждения. Если получили ASK, то передается новый кадр. Если передается NAK или истекает время ожидания (Timeout), то происходит повторная передача. Используется для полудуплексных каналов связи.

2. Метод (протокол) с N-возвращениями (N шагов назад). Это непрерывный метод передачи.

Самый распространенный реально используемый протокол передачи данных. Передача производится непрерывно с передающей стороны без ожидания подтверждения.

Число N показывает максимальное число кадров, находящихся в процессе передачи. Под N понимается размер окна. Данный механизм называется механизмом «скользящего окна». Обычная 0…7, расширенная 0…127.

Текущему номеру кадра передается сдвиг, т.е. максимально возможное значение.

Пример:

N = 5 – размер окна.

Размер окна оговаривается до передачи на этапе установления соединения с помощью ненулевых кадров.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11…

( Текущий кадр подчеркнут)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11… - на 1 пришел ASK, тогда -

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 – на 4 пришел ASK тогда

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 – на 6 пришел NAK тогда

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 – и так далее

 

Метод скользящего окна используется не только на канальном уровне, но и в протоколе TCP (по своей методике реализации). Размерность окна будет охватывать число передаваемых кадров.

3. Метод выборочного повторения (метод селективного отказа). Реализуется с помощью четвертого типа супервизорного кадра. Повторно передается только тот кадр, который пришёл с ошибкой. Редко используется. Возникает проблема упорядочивания кадров по номерам. Используется наиболее длинный путь. Важно, чтобы на пути было больше центров коммутации (повторителей).

 

Анализ пропускной способности или анализ производительности методов повторной передачи

Производительность – это количество правильно переданных кадров за единицу времени. А значит соответствующий анализ производится для максимального значения производительности.

Для осуществления анализа вносятся следующие предположения:

1. Нумерация кадров неограниченна.

2. Передающая сторона (станция) работает в режиме насыщения (в каждый момент времени есть кадр для передачи).

3. Длина кадров фиксирована (в качестве этого фиксированного значения принимается средняя длина кадра).

 

Протокол с N-возвращениями (протокол непрерывной передачи)

Вносится ряд предположений:

1. Порядковые номера кадров не ограничены

2. Передающая станция находится в режиме насыщения (всегда есть кадр для передачи)

Через время передающая сторона получает либо положительную, либо отрицательную квитанцию. Если ни то и не другое, то время Timeout и опять повторно передается текущий кадр.

E(-) – отрицательная квитанция

P – вероятность ошибки при передаче

1-P – вероятность правильной передачи

Анализ эффективности метода

0) - случайный интервал времени между правильно переданными кадрами.

c Pr = 1 – P

1) c Pr = Р(1 – P)

2) c Pr = Р²(1 – P)

n) c Pr = Рⁿ(1 – P) (геометрическое распределение)

Предусмотрен механизм скользящего окна.

Геометрический ряд

– средний интервал времени между правильно переданными кадрами.

(N) – максимальная производительность [кадр/сек]

(SS)

, если t_п<<t_i (а фактически так и есть) тогда

При нет разницы между SS методом и методом с N возвращениями.

Протокол SS превращается в протокол с непрерывной передачей (N-передачей).

Тогда,

Примеры:

1.

a = 4; P = 0,01

SS: .

N:

Метод с N возвращениями в 4 раза эффективнее SS метода.

2. l = 1200 бит, С = 9600 бит/с

L = 200 км, v = 160 000 км/с

t_p = 1,25 мс

– время распространения кадра

Можно использовать любой протокол, т. к. в плане производительности разницы нет.

Для второго метода, если подтверждение идет по информационному кадру, то

Тогда получается, что протокол с N возвращениями лучше, чем протокол SS.

В спутниковых каналах связи из-за большей длины волны, большая длина кадра, большая вероятность ошибки.

Время распространения tp = 280 мс

с = 4800 бит/сек –

с = 4800 бит/сек –

Определение оптимальной длины карда

Кадр состоит из 2-х полей: l' – служебная информация и l – полезная длина кадра. l' = 48 бит.

l+l’ – общая длина кадра

Варьируется длина l, если увеличить l – пропускная способность увеличится, а если уменьшить l – передача становится надежнее, меньше число ошибок.

Найдем оптимальный баланс между параметрами.

l

l'

– для определения оптимальной длины

Построение модели ошибок

Данная модель характерна для спутников каналов связи.

P_b – вероятность независимой битовой ошибки (бит-ориентированный метод) – это вероятность того, что 1 бит будет передан с ошибкой и это никаким образом не связано с другими битами.

1-P_b = q_b – вероятность того, что бит передан без ошибки.

q_b^{(l +l')} – вероятность того, что все кадры были переданы правильно.

1-q_b^{(l + l')} – вероятность того, что передача произошла с ошибкой.

На основе вышесказанного:

P = P_b(l + l') – характерно для наземных каналов связи.

P =1 – (1 - P_b)^{(l + l')} – характерно для спутниковых каналов связи.

За основу берется метод с N возвращениями: [кадр/сек]

[бит/сек] – объем полезной информации, передаваемой за единицу времени (единица полезной информации)

Если С – пропускная способность канала связи, тогда – коэффициент полезного использования пропускных способностей канала связи в сети передачи данных.

l=?????, чтобы max

Какова длина кадра, чтобы коэффициент полезного использования пропускных способностей канала связи в сети передачи данных был максимальным?

Строим модель ошибок

– уравнение касательной к точке

Данное уравнение определяет длину кадра, при которой канал эксплуатируется максимально.

При малых значениях l вероятность ошибок (незначительная).

При больших значениях l вероятность возникновения ошибок P_b увеличивается, а значит полезное использование каналов связи уменьшается.

Сетевой уровень

Основная функция сетевого уровня – функция маршрутизации – это выбор наилучшего пути передачи данных в зависимости от выбранного критерия. Единицей измерения данных является пакет.