Канальный уровень модели osi: Обнаружение и исправление ошибок

Роль канального уровня в обнаружении и исправлении ошибок

Канальный уровень отвечает за надежную передачу данных между устройствами в рамках одной сети. Одной из ключевых задач этого уровня является обнаружение ошибок, которые могут возникнуть из-за помех, искажений сигнала или потери данных при передаче через физическую среду. В некоторых случаях он также выполняет исправление ошибок, чтобы обеспечить целостность данных.

Типы ошибок на канальном уровне

1. Ошибки одиночных битов:

   • Один бит данных изменяется (например, 0 становится 1 или наоборот).

2. Ошибки групп битов (burst errors):

   • Несколько последовательных битов искажаются одновременно.

3. Потеря данных:

   • Часть данных теряется при передаче.

Методы обнаружения ошибок

Канальный уровень использует различные механизмы для обнаружения ошибок:

1. Контроль четности (Parity Check):

   • К данным добавляется один бит четности (парный или непарный).

   • Парный контроль: число единиц в данных (включая бит четности) должно быть четным.

   • Непарный контроль: число единиц должно быть нечетным.

   • Преимущества: простота реализации.

   • Недостатки: не обнаруживает ошибки в случае изменения двух битов.

2. Контроль по модулю 2 (Checksum):

   • Суммируются все биты данных, и результат записывается в контрольное поле.

   • При получении данных получатель вычисляет сумму и сравнивает с переданным значением.

3. Циклический избыточный код (CRC, Cyclic Redundancy Check):

   • Один из самых популярных методов.

   • Данные интерпретируются как многочлен, который делится на заранее заданный делитель.

   • Остаток от деления (CRC) добавляется к кадру.

   • При приеме данных выполняется та же операция: если остаток равен 0, данные считаются корректными.

   • Преимущества: высокая вероятность обнаружения ошибок, особенно при групповых искажениях.

4. Контроль длины кадра:

   • Заголовок кадра содержит поле длины. Если реальная длина не совпадает с указанной, это признак ошибки.

Методы исправления ошибок

Канальный уровень может исправлять ошибки, чтобы уменьшить необходимость повторной передачи данных:

1. Повторная передача данных (ARQ, Automatic Repeat Request):

   • Если обнаружена ошибка, приемник запрашивает повторную отправку данных.

   • Протоколы ARQ:

     • Stop-and-Wait ARQ: отправитель ожидает подтверждения после каждой передачи.

     • Go-Back-N ARQ: отправитель пересылает все кадры, начиная с ошибочного.

     • Selective Repeat ARQ: пересылаются только ошибочные кадры.

2. Коды с исправлением ошибок (FEC, Forward Error Correction):

   • Дополнительные биты (избыточность) добавляются для автоматического исправления ошибок без повторной передачи.

   • Примеры:

     • Коды Хэмминга: исправляют одиночные ошибки и обнаруживают двойные.

     • Коды Рида-Соломона: широко применяются в сетях и оптических дисках.

3. Двойное резервирование:

   • Данные передаются дважды, и сравниваются полученные копии.

   • Используется в критически важных системах (например, в авиации).

Примеры использования в протоколах

1. Ethernet:

   • Использует CRC для обнаружения ошибок.

   • Если ошибка обнаружена, кадр отбрасывается, и отправитель повторяет передачу.

2. Wi-Fi (802.11):

   • Использует контроль четности и ARQ.

   • В некоторых случаях применяется FEC для уменьшения количества повторных передач.

3. HDLC (High-Level Data Link Control):

   • Использует CRC для проверки целостности.

Преимущества и недостатки обнаружения и исправления ошибок

Методы	Преимущества	Недостатки
CRC	Высокая точность, низкая избыточность.	Не исправляет ошибки, требует повторной передачи.
FEC	Исправляет ошибки без повторной передачи.	Увеличивает объем передаваемых данных.
ARQ	Обеспечивает надежность передачи.	Увеличивает задержки из-за повторных запросов.

Заключение

Канальный уровень обеспечивает надежность передачи данных с помощью методов обнаружения и исправления ошибок. Методы, такие как CRC и FEC, широко используются в современных сетях для минимизации влияния помех и повышения эффективности передачи. Выбор конкретного метода зависит от требований к скорости, надежности и доступной пропускной способности.