Методы восстановления искаженных и потерянных кадров

Большинство методов коррекции ошибок и восстановления потерянных информационных кадров в современных телекоммуникационных сетях основаны на повторной передаче данных. Для принятия решения на повторную передачу источник информации нумерует передаваемые кадры и для каждого кадра ожидает от приемника так называемой квитанции. Возвращаемые квитанции могут быть положительными и отрицательными. Положительная квитанция высылается, если переданный кадр был получен приемником и данные в нем не искажены. Время отправки и ожидания положительной квитанции ограничено. При превышении временного лимита кадр считается утерянным и передается источником информации в канал связи повторно. Приемник в случае получения кадра с искаженными данными может отправить отрицательную квитанцию, указывающую на необходимость повторной передачи информационного кадра.

В телекоммуникационных сетях и сетях ЭВМ используется два основных метода организации обмена квитанциями:

- метод с остановкой и ожиданием;

- метод с организацией «скользящего окна».

Метод с остановкой и ожиданием предусматривает, чтобы источник, пославший кадр, ожидал получения квитанции (положительной или отрицательной) от приемника и только после этого посылал следующий кадр (или повторял искаженный). Если же квитанция не приходит в течение тайм-аута, то кадр (или квитанция) считается утерянным и его передача повторяется. На рис. 2.25 видно, что в этом случае производительность обмена данными существенно снижается, ‑ хотя передатчик и мог бы послать следующий кадр сразу же после отправки предыдущего, он обязан ждать прихода квитанции. Снижение производительности этого метода коррекции особенно заметно на низкоскоростных каналах связи, то есть в корпоративных и глобальных сетях.

 

 

Рис. 2.25. Метод обмена квитанциями с остановкой и ожиданием

 

Метод «скользящего окна» позволяет повысить коэффициент использования канала связи. Он предусматривает непрерывную передачу источником данных некоторой ограниченной последовательности информационных кадров без получения на эти кадры положительных ответных квитанций. Количество кадров, которые разрешается передавать таким образом, называется размером окна. Рис. 2.26 иллюстрирует данный метод для окна размером в W кадров.

 

Рис. 2.26. Метод «скользящего окна»

 

В начальный момент, когда еще не послано ни одного кадра, окно определяет диапазон кадров с номерами от 1 до W включительно. Источник начинает передавать кадры и получать в ответ квитанции. Для простоты предположим, что квитанции поступают в той же последовательности, что и кадры, которым они соответствуют. В момент t1 при получении первой квитанции K1 окно сдвигается на одну позицию, определяя новый диапазон от 2 до (W+1).

Отправка кадров и получение квитанций осуществляются достаточно независимо друг от друга. Рассмотрим произвольный момент времени t_n, когда источник получил квитанцию на кадр с номером n. Окно сдвинулось вправо и определило диапазон разрешенных к передаче кадров от (n+1) до (W+n).

Все множество кадров, формируемых источником, можно разделить на следующие группы (рис. 2.26):

- кадры, с номерами от 1 до n уже были отправлены и квитанции на них получены, то есть они находятся за пределами окна слева;

- кадры, начиная с номера (n+1) и кончая номером (W+n), находятся в пределах окна и потому могут быть отправлены не дожидаясь прихода какой-либо квитанции;

- кадры с номерами, большими или равными (W+n+1), находятся за пределами окна справа и поэтому пока не могут быть отправлены.

Итак, при отправке кадра с номером n источнику разрешается передать еще W-1 кадров до получения квитанции на кадр n, так что в сеть последним уйдет кадр с номером (W+n-1). Если же за это время квитанция на кадр n так и не пришла, то процесс передачи приостанавливается, и по истечении некоторого тайм-аута кадр n (или квитанция на него) считается утерянным, и он передается снова.

Если поток квитанций поступает регулярно, в пределах допуска в W кадров, то скорость обмена достигает максимально возможной величины для данного канала и принятого протокола.

Метод «скользящего окна» более сложен в реализации, чем метод с остановкой и ожиданием, так как передатчик должен хранить в буфере все кадры, на которые пока не получены положительные квитанции. Кроме того, требуется отслеживать несколько параметров алгоритма:

- размер окна W;

- номер кадра, на который получена квитанция;

- номер кадра, который еще можно передать до получения новой квитанции.

Метод «скользящего окна» имеет два параметра, существенно влияющих на эффективность передачи данных между передатчиком и приемником, ‑ это размер окна W и величина таймаута ожидания квитанции.

В надежных сетях, когда кадры искажаются и теряются редко, для повышения скорости обмена данными размер окна целесообразно увеличивать, так как при этом передатчик будет посылать кадры с меньшими паузами.

В ненадежных сетях размер окна следует уменьшать, так как при частых потерях и искажениях кадров резко возрастает объем вторично передаваемых через сеть кадров, а значит, полезная пропускная способность сети будет падать.

Выбор длительности таймаута зависит не от надежности сети, а от задержек передачи кадров телекоммуникационной сетью.

Во многих реализациях метода «скользящего окна» величина окна и тайм-аут выбираются адаптивно, в зависимости от текущего состояния сети.