Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл - Компьютерные сети (1114668), страница 72
Текст из файла (страница 72)
В данной модели канальный уровень отправителядаже не должен просматривать полученный по линии кадр: его содержимое не имеетзначения, поскольку сам кадр означает только одно: подтверждение.Единственное отличие процедуры receiver2 от receiver1 заключается в том, чтопосле передачи пакета сетевому уровню receiver2 посылает кадр подтверждения обратно отправителю, после чего идет на следующую итерацию цикла.
Поскольку дляотправителя важно только прибытие ответного кадра, а не его содержание, то получателю не нужно заполнять кадр специальной информацией.3.3.3. Симплексный протокол с ожиданиемдля зашумленных каналовТеперь рассмотрим реальную ситуацию: канал связи, в котором могут быть ошибки.Кадры могут либо портиться, либо теряться. Однако мы будем предполагать, что есликадр будет поврежден при передаче, то приемная аппаратура определит это при подсчете контрольной суммы.
Если кадр будет поврежден таким образом, что контрольнаясумма совпадет, что очень маловероятно, то этот протокол (и любой другой протокол)передаст неверный пакет сетевому уровню.На первый взгляд может показаться, что нужно лишь добавить таймер к протоколу 2. Получатель будет возвращать подтверждение только в случае полученияправильных данных. Неверные пакеты будут просто игнорироваться. Через некотороевремя у отправителя истечет интервал времени, и он отправит кадр еще раз.
Этот процесс будет повторяться до тех пор, пока кадр, наконец, не прибудет в целости.В приведенной выше схеме имеется один критический недостаток. Прежде чемчитать дальше, попытайтесь понять, что же неверно в данном алгоритме.Чтобы осознать, чем плох данный вариант протокола, вспомните, что цель канального уровня заключается в предоставлении безошибочной прозрачной связи между248 Глава 3. Канальный уровеньдвумя процессами сетевого уровня.
Сетевой уровень машины A передает серию пакетов своему канальному уровню, который должен гарантировать доставку идентичнойсерии пакетов сетевому уровню машины B ее канальным уровнем. В частности, сетевойуровень машины B не может распознать недостачу пакета или дублирование пакета,поэтому канальный уровень должен гарантировать, что дублирования пакетов не произойдет ни при каких обстоятельствах.Рассмотрим следующий сценарий.1.
Сетевой уровень машины A передает пакет 1 своему канальному уровню. Пакетдоставляется в целости на машину B и передается ее сетевому уровню. Машина Bпосылает кадр подтверждения назад на машину A.2. Кадр подтверждения полностью теряется в канале связи. Он просто не попадаетна машину A. Все было бы намного проще, если бы терялись только информационные — но не управляющие — кадры, однако канал связи, к сожалению, не делаетмежду ними большой разницы.3. У канального уровня машины A внезапно истекает отведенный интервал времени.Не получив подтверждения, он предполагает, что посланный им кадр с даннымибыл поврежден или потерян, и посылает этот кадр еще раз.4.
Дубликат кадра в целости прибывает на канальный уровень машины B и передается на сетевой уровень. Если машина A посылала на машину B файл, то частьэтого файла продублировалась, таким образом, копия файла на машине B будетневерной. Другими словами, протокол допустил ошибку.Понятно, что необходим некий механизм, с помощью которого получатель смогбы отличать новый кадр от переданного повторно. Наиболее очевидным способомрешения данной проблемы является помещение отправителем порядкового номеракадра в заголовке кадра. Тогда по номеру кадра получатель сможет понять, новый этокадр или дубликат.Поскольку протокол должен быть нейтральным и эффективным, отводить в кадремного места под заголовок нежелательно. Возникает вопрос: каково минимальноеколичество бит, достаточное для порядкового номера кадра? В заголовке можно выделить 1 бит, несколько бит, 1 байт или несколько байт. Важно, чтобы порядковыеномера были достаточно большими для правильной работы протокола, или же отпротокола будет мало толку.Единственная неопределенность в данном протоколе может возникнуть междукадром m и следующим за ним кадром m + 1.
Если кадр m потерян или поврежден,получатель не подтвердит его, и отправитель пошлет его еще раз. Когда он будетуспешно принят, получатель пошлет отправителю подтверждение. Именно здесь находится источник потенциальной проблемы. В зависимости от того, будет полученоподтверждение или нет, отправитель может послать кадр m или кадр m + 1.На стороне отправителя событием, запускающим передачу кадра m + 1, являетсяприбытие подтверждения получения кадра m. Но это означает, что кадр m – 1 уже былотправлен и подтверждение его получения было отправлено и получено. В противномслучае протокол не стал бы посылать новый кадр.
Следовательно, неопределенностьможет возникнуть только между двумя соседними кадрами.Таким образом, должно быть достаточно всего одного бита информации (со значением 0 или 1). В каждый момент времени получатель будет ожидать прибытия кадра3.3. Элементарные протоколы передачи данных на канальном уровне 249с определенным порядковым номером. Кадр с верным номером принимается, передается сетевому уровню, затем отправляется подтверждение его получения. Номерследующего ожидаемого кадра увеличивается по модулю 2 (то есть 0 становится 1,а 1 — 0). Кадр с неверным номером отбрасывается как дубликат. Однако последнееподтверждение повторяется, чтобы сообщить отправителю, что кадр получен полностью.Пример подобного протокола приведен в листинге 3.4.
Протоколы, в которыхотправитель ожидает положительного подтверждения, прежде чем перейти к пересылке следующего кадра, часто называются PAR (Positive Acknowledgement withRetransmission — положительное подтверждение с повторной передачей) или ARQ(Automatic Repeat reQuest — автоматический запрос повторной передачи). Подобнопротоколу 2, он также передает данные только в одном направлении.Листинг 3.4. Протокол с положительным подтверждением и повторной передачей/* Протокол 3 (PAR) обеспечивает симплексную передачу данных по ненадежному каналу.
*/#define MAX_SEQ 1/* в протоколе 3 должно быть равно 1 */typedef enum {frame_arrival, cksum_err, timeout} event_type;#include "protocol.h"void sender3(void){seq_nr next_frame_to_send;frame s;packet buffer;event_type event;next_frame_to_send = 0;from_network_layer(&buffer);while (true) {s.info = buffer;s.seq = next_frame_to_send;to_physical_layer(&s);start_timer(s.seq);wait_for_event(&event);/* порядковый номер следующего исходящегокадра *//* временная переменная *//* буфер для исходящего пакета *//* инициализация исходящих последовательныхномеров *//* получить первый пакет у сетевого уровня *//*/*/*/*/*сформировать кадр для передачи */вставить порядковый номер в кадр */послать кадр по каналу */запустить таймер ожидания подтверждения */ждать события frame_arrival, cksum_err илиtimeout */if (event == frame_arrival) {from_physical_layer(&s); /* получить подтверждение */if (s.ack == next_frame_to_send) {from_network_layer(&buffer); /* получить следующий пакет *//* у сетевого уровня */inc(next_frame_to_send);/* инвертировать значение переменной *//* next_frame_to_send */}}}}void receiver3(void)продолжение 250 Глава 3.
Канальный уровеньЛистинг 3.4 (продолжение){seq_nr frame_expected;frame r, s;event_type event;frame_expected = 0;while (true) {wait_for_event(&event); /* ожидание возможных событий: frame_arrival, cksum_err */if (event == frame_arrival) {/* прибыл неповрежденный кадр */from_physical_layer(&r);/* получить прибывший кадр */if (r.seq == frame_expected) {/* именно этот кадр и ожидался */to_network_layer(&r.info); /* передать данные сетевому уровню */inc(frame_expected);/* в следующий раз ожидать кадр с другим *//* порядковым номером */}s.ack = 1 - frame_expected; /* номер кадра, для которого посылается *//* подтверждение */to_physical_layer(&s);/* ни одно из полей не используется */}}}Протокол 3 отличается от своих предшественников тем, что и отправитель, и получатель запоминают номера кадров. Отправитель запоминает номер следующего кадрав переменной next_frame_to_send, а получатель запоминает порядковый номер следующего ожидаемого кадра в переменной frame_expected.
Перед бесконечным цикломв каждой процедуре размещена короткая фаза инициализации.Передав кадр, отправитель запускает таймер. Если он уже был запущен, он настраивается на отсчет нового полного интервала времени. Период выбирается достаточнобольшим, чтобы даже в худшей ситуации кадр успел дойти до получателя, получательуспел его обработать и подтверждение успело вернуться к отправителю. Только поистечении отведенного времени можно утверждать, что потерялся кадр или его подтверждение, а значит, необходимо послать дубликат.
Если время, после которого наступает тайм-аут, сделать слишком коротким, то передающая машина будет повторнопосылать слишком много кадров, в которых нет необходимости. Хотя лишние кадрыв данном случае не повлияют на правильность приема данных, они повлияют на производительность системы.После передачи кадра отправитель запускает таймер и ждет какого-либо события.Возможны три ситуации: либо придет неповрежденный кадр подтверждения, либо будет получен поврежденный кадр подтверждения, либо просто истечет интервал времени. В первом случае отправитель возьмет у сетевого уровня следующий пакет и положитего в буфер, поверх старого пакета. Кроме того, он увеличит порядковый номер кадра.Если же прибудет поврежденный кадр подтверждения или время истечет, то ни буфер,ни номер не будут изменены, и будет послан дубликат кадра. В любом случае затем отправляется содержимое буфера (либо следующий пакет, либо дубликат предыдущего).Когда неповрежденный кадр прибывает к получателю, проверяется его номер.Если это не дубликат, то кадр принимается и передается сетевому уровню, после чего3.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
