--PAGE_BREAK--3.2.2 «Эхо» с ретрансляцией контрольных бит CRC (Эхо2)
Чаще используется другая разновидность этого протокола: оправляемые в прямой канал пакеты данных в передающем модуле кодируются помехоустойчивым циклическим кодом, контрольные биты CRC сохраняются в буфере, а в канал отправляются только биты данных. На приемной стороне пакет данных сохраняется в буфере и тоже кодируется. Сформированные биты CRC отправляются по обратному каналу передающему модулю А. Производится сравнение контрольных бит. На основании этого сравнения делается вывод о верности пакета в буфере приемника пункта B.
Простейшим вариантом работы модуля-отправителя является отправление пакета по прямому каналу и ожидание, пока по обратному каналу не придут его контрольные биты (аналогично алгоритму ARQ с остановкой и ожиданием). Однако может использоваться, так же, как в протоколах с РОС, и метод непрерывной передачи пакетов с сопутствующей нумерацией, механизмом «окна» и всеми вытекающими протокольными действиями.[11]
Незамеченные ошибки могут возникнуть в двух случаях:
– во-первых, при таком искажении кадра, которому не сопутствует изменение контрольной суммы, т.е. когда содержимое кадра исказилось, но таким образом, что вновь вычисленные контрольные биты совпадают с контрольными битами, вычисленными для прежнего (неискаженного) кадра.[12]
– во-вторых, когда кадр искажен в прямом канале, на приемной стороне получено свое значение CRC, которое при передаче по обратному каналу подверглось такому искажению, что совпало с CRC передатчика, отображающим отправленный (неискаженный) пакет.
4. Эффективность протоколов с обратной связью Как следует из рис. 1, в отсутствие ошибок в каналах время передачи пакета данных под управлением рассматриваемого протокола равно длительности протокольного цикла Тпц. Как уже было отмечено, в этом времени цикла можно выделить долю «полезного», «чистого» времени, связанного с транспортировкой бит данных, и есть время, которое должно быть отнесено к «накладным расходам», обусловленным особенностями протокола.
Если ошибки в сигналах на физическом уровне не исключены, то передача одного пакета данных может потребовать двух протокольных циклов или трех или еще большего их числа. Следовательно, в общем случае в рассматриваемом протоколе время доставки пакета данных (без замеченных на приемной стороне ошибок) есть величина случайная.
Принимая это во внимание, эффективность протокола обычно, предлагается оценивать показателем, похожим на понятие КПД в технике, который отражает влияние различных факторов, действующих в системе передачи
Если имеется возможность наблюдать процесс передачи данных достаточно длительное время, численное значение U можно найти экспериментально:
, (1)
где Tпередачи – суммарное время, в течение которого станция‑отправитель передает в канал кадры данных.
Tобщее – общее время, затраченное на передачу, включает Tпередачи плюс время, затраченное на обработку, ожидание, повторные передачи кадров и прочие накладные расходы.
4.1 Эффективность протокола ARQ-SAW
Проследим влияние на эффективность различных параметров.
Протокольный цикл в данном случае включает (см. рис. 1)
Tпц=2Tз+Tпк+TпACK+Tок+TоACK (2)
Здесь:
Tпк – время передачи кадра данных в прямой канал (пропорционально длине кадра и тактовому интервалу);
TпACK – время передачи извещения ACK или NAK (пропорционально длине извещения и тактовому интервалу в обратном канале);
Tз – задержка из-за конечного времени распространения сигнала в физической среде (считается, что она одинакова в прямом и обратном каналах);
Tок – интервал «обработки» кадра декодером прямого канала;
TоACK – интервал обработки извещения декодером обратного канала.
Из формулы и рис. 1 видно, что накладные расходы времени в пределах одного протокольного цикла могут быть весьма различными в зависимости от «игры параметров» в тех или иных конкретных условиях. Например, если с малой скоростью передаются длинные кадры данных, возможно, что исследователь сочтет возможным пренебречь величинами TпACK, Tок и TоACK. Приняв это допущение и временно предположив отсутствие ошибок в кадрах (никакой кадр не передается дважды), получим эффективность
. (3)
Если снять допущение о безошибочных кадрах (пусть вероятность ошибки в кадре равна Pк), то каждый кадр будет передаваться в среднем не 1 раз, а Nп раз (из-за повторных передач), причем
Nп=. (4)
Поэтому эффективность снизится в Nп раз:
, (5)
Одним из факторов, влияющим в данном случае на величину U является интенсивность ошибок в опознавании бит на физическом уровне. С увеличением вероятности происхождения ошибки снижается эффективность протокола, т. к. происходит больше повторных передач.
Из приведенных формул видно, что эффективность U зависит также от отношения (Tз)/Tпк. Если (Tз)/Tпк
Вышесказанное относится к простейшему протоколу с автоматическим запросом на повторение.
4.2 Эффективность протоколов ARQ-GBn
Более сложны рассуждения для протокола с возвратом на n шагов назад. Его эффективность будет зависеть еще и от параметра n.
Допустим, ошибок в кадрах не происходит. Пусть также окно достаточно широкое, а время задержки достаточно мало:
2TзnTпк (6)
Допустим, что первое ответное подтверждение успеет прийти до того, как будет передан последний n-й кадр окна. Окно будет непрерывно скользить, а передатчик ни разу не возвратится назад для повторной передачи, т. к. все кадры будут своевременно подтверждены. В этом случае, если пренебречь временем обработки кадров на сторонах канала, эффективность равна 100%.
Если по каким-либо причинам неравенство (6) не выполняется (окно мало, либо слишком велика задержка распространения, либо передается слишком много бит в единицу времени), то даже при отсутствии ошибок в кадрах придется производить повторную передачу вследствие того, что подтверждения опаздывают.
Наличие ошибок в кадрах прямого направления вызывает возвращение назад и повторную передачу до n добавочных кадров для каждого ошибочного кадра. Например, даже при выполнении неравенства (6) эффективность уже не будет 100%-ной. Если всего надо передать N кадров, а среди них искажаются в среднем NPк кадров, то
. (7)
Как было отмечено выше, источником неэффективности протокола с возвратом на n шагов назад также могут быть наличие ошибок в обратном канале и длинные кадры обратного направления. Иногда потери эффективности из-за этих причин могут быть уменьшены путем выбора большей ширины окна n.
4.3 Эффективность протокола ARQ-SR
Как говорилось ранее, протокол с выборочным повтором отличается от протокола с возвратом на n шагов назад стратегией обработки ошибок в кадрах. Поэтому при отсутствии ошибок его эффективность зависит от тех же факторов.
Более действенно работает протокол с выборочным повтором при наличии ошибок, т. к. в этом случае повторно передаются только искаженные пакеты. Теоретически, при выборочном повторе может быть достигнута предельно возможная эффективность в условиях присутствия ошибок, равная U = 1‑Pк.
4.4 Эффективность протоколов ИОС
Рассмотрим кратко вопрос об эффективности протоколов с информационной обратной связью. Напомним, что при протоколе с ретрансляцией всего пакета каждый пакет вынужден передаваться не менее, чем дважды: один раз по прямому каналу и один раз по обратному. Поэтому его эффективность, как правило, меньше 50%. Для протокола с ретрансляцией CRC значение U будет определяться используемым циклическим кодом.[13] Вообще говоря, эффективность протоколов с ИОС будет тоже определяться стратегией работы передатчика: останавливается тот или нет после посылки первого кадра, ожидая эхо-сигнала, который здесь выступает как аналог подтверждения. Характер зависимости эффективности от этих факторов аналогичен протоколам с РОС.
Приведенные формулы для величины U не отражают всей полноты протокольных нюансов и призваны лишь пояснить понятие эффективности. Более тщательный подход к делу должен учитывать ненулевые времена обработки кадров и извещений, нужно принимать во внимание то, что кадры могут иметь переменную длину, брать в расчет наличие тайм-аутов, а также возможность появления ошибок пачками и др.
Альтернативой использованию формул является моделирование передачи данных под управлением тех или иных протоколов в интересующих нас условиях.
Добавим, что общая оценка того или иного протокола канального уровня не должна ограничиваться лишь оценкой его эффективности. Важное место при этом занимает также вопрос, насколько помехоустойчив метод кодирования / декодирования. Если высокоэффективный в смысле величины U протокол использует для кодирования пакетов код со слабой помехоустойчивостью, то много ошибок не будет замечено и получателю будут переданы недостоверные данные.
Имеет смысл говорить об обеспечении эффективности U при обеспечении помехоустойчивости не менее заданной.
5. Моделирующая программа OSI_2 Лабораторная работа проводится при помощи компьютерной программы, моделирующей работу протоколов канального и только канального уровня. Она имитирует те процессы с обратной связью, которые происходят после того, когда на 2‑й уровень одного устройства сети (станции-отправителя) с вышестоящего уровня поступает пакет данных, предназначенный к передаче на 2‑й уровень другого устройства сети (станции-получателя). Модель «не видит» процессы получения доступа к среде распространения сигналов. Предполагается, что постоянное соединение станций-абонентов уже заранее установлено, что процедуры «разборки» сообщений на пакеты на передающей стороне и «сборки» их в сообщения на приемной не отнимают времени и не создают проблем. Не моделируются вставки и выпадения кадров.
Это все явления, не относящиеся к канальному уровню по классификации OSI‑модели систем.
Имитируются процессы, протекающие на канальном уровне с момента поступления пакета данных от вышестоящего уровня: кадрирование, кодирование и отправление кадров, воздействие ошибок, возникающих на физическом уровне, прием и декодирование с использованием циклического кода с заданным порождающим многочленом.
В качестве единицы модельного времени принят ВТ (BitTime), т.е. один тактовый интервал, в течение которого передается один бит в точке порта пользовательского компьютера (или другого источника данных).
В процессе имитации передачи происходит учет общего времени передачи (множества пакетов), а также сбор статистических данных, которые позволяют оценить и сравнить эффективность различных протоколов канального уровня в зависимости от тех или иных характеристик канала, пакета, характера и интенсивности ошибок, определенных исследователем.
5.1 Функциональные модули модели
В каталоге программы OSI_2 находится исполняемый файл osi_2.exe и два подкаталога:
· IN
· RESULTS
В каталоге IN хранятся файлы с входными данными для работы программы, имеющие расширение *.in. В каталоге RESULTS – текстовые файлы с результатами моделирования программы, имеющие расширение *.txt.
Для работы программы требуется компьютер IBM PC c ОС Windows’9X, Windows NT 4.0, Windows 2000 или ХР.
5.2 Функциональная схема пользовательского интерфейса Функциональная схема интерфейса с пользователем приведена на рис. 2.
После запуска программы на экране появляется главное окно программы. В верхней части окна находится Главное меню программы. Под главным меню расположена Панель управления, которая для удобства работы с программой содержит кнопки быстрого вызова операций. Под Панелью управления расположена Область просмотра результатов моделирования. Внизу главного окна расположена Панель состояния модели (подсказок).
Главное меню содержит следующие пункты:
· Файл
· Параметризация
· Моделирование
Позиция Файл главного меню содержит следующие пункты:
· Создать – очистить область просмотра главного окна и параметры моделирования, приготовив их для ввода спецификаций входных данных.
· Открыть – открыть текстовый файл для просмотра в главном окне программы. Предназначен для просмотра сохраненных результатов предыдущих прогонов модели.
Рис. 2. Функциональная схема пользовательского интерфейса
· Сохранить – сохранить результаты моделирования в текстовом файле.
· Сохранить как… – сохранить результаты моделирования в файле с другим именем.
· Печать – вывести результаты моделирования (содержимое области просмотра) на принтер.
· Выход – выход из программы.
При выборе пункта Параметризация появляется диалоговое окно задания параметров модели.
Позиция Моделирование главного меню содержит два пункта:
· Начать моделирование;
· Результаты моделирования;
Выбор пункта Начать моделированиезапускает процесс моделирования передачи данных. При этом появляется окно с индикатором хода (процента выполнения) процесса моделирования. При нажатии на кнопку Отмена система просит подтвердить прекращение процесса моделирования. При завершении или прекращении моделирования в главное окно программы выводятся результаты моделирования.
Выбор пункта Результаты моделирования приводит к выводу в главное окно программы результатов последнего моделирования (Это могут быть и результаты предшествующих прогонов модели, если загрузить файл результатов другого процесса).
Позиция «?» главного меню содержит пункт О программе, при выборе которой выводится информация о программе.
Под главным меню расположена Панель управления, которая для удобства работы с программой содержит следующие кнопки:
· Создать (Очистить от старого и создать)
· Открыть…
· Сохранить
· Сохранить как…
· Параметризация модели
· Начать моделирование
5.3 Параметризация модели При выборе пункта Параметризация появляется диалоговое окно задания параметров модели. Это окно содержит две закладки: Протокол и Канал, которые предназначены для ввода параметров протокола и каналов (прямого и обратного).
продолжение
--PAGE_BREAK--