8.7.2. Формат кадра протоколов с обнаружением ошибок

Формат кадра зависит от своего функционального назначения, типа протокола и режима передачи. Тем не менее, можно выделить некую обобщенную структуру кадра. Такой кадр содержит два флага (FLAG), поле управления (CONTR), поле информации (INFORM) и контрольную последовательность кадра (FCS — Frame Check Sequense), часто называемую также полем циклического избыточного кода (CRC — Cyclical Redundancy Check):

FLAG

CONTR

INFORM

FCS

FLAG

Рис.8.39. Обобщенная структура кадра

Флаги состоят из уникальной последовательности <01111110> и предназначены для установления и поддержания синхронизации передачи. Флаговая последовательность позволяет приемнику распознать начало и конец принимаемого кадра.

Поле управления содержит команды, ответы, а также порядковые номера, используемые для контроля прохождения данных в канале между приемником и передатчиком. Формат и содержание поля управления могут варьировать в зависимости от конкретного типа кадра конкретного протокола.

Информационное поле содержит данные пользователя или прикладного процесса передаваемые получателю.

Контрольная последовательность кадра используется для обнаружения ошибок передачи между двумя устройствами. Передающее устройство вычисляет FCS и включает его в состав кадра. В свою очередь принимающее устройство производит аналогичные вычисления над принятым кадром и сравнивает полученный результат с полем FCS. Если имеет место совпадение, то считается, что передача прошла без ошибок. В случае несовпадения контрольных последовательностей кадра, считается, что была ошибка. Принимающее устройство посылает подтверждение на повторную передачу кадра.

8.7.3. Методы повторной передачи (arq)

Возможен ряд вариантов механизма повторной передачи ARQ. Каждый правильно принятый кадр может быть подтвержден отдельным специальным кадром, либо подтверждение может быть вставлено в управляющее поле информационных кадров, переносящих данные в обратном направлении. В последнем случае также должны применяться специальные кадры подтверждения, поскольку информационного кадра в нужный момент может не оказаться.

Существует два вида подтверждения о приеме: положительное (АСК) и отрицательное (NACK или NAK). Но в любом случае во избежание перегрузок должны применяться перерывы. Передающая сторона, не получившая ответа (АСК или NACK) в течение заданного промежутка времени после передачи, повторяет соответствующий кадр. Чтобы организовать процедуру перерывов, кадры должны сохраняться в накопителе передающей стороны до получения подтверждения правильности передачи.

Существует три основных способа обработки ответов на положительные и отрицательные подтверждения:

- Стартстопный, или передача с остановкой и ожиданием (SAW — Stop And Wait), часто называемый блочным методом передачи.

- С возвращением на N кадров (GBN — Go Back N), также называемый потоковым методом передачи.

- Метод выборочного (селективного) повтора (SR — Selective Repeat).

Кратко рассмотрим принцип работы перечисленных процедур.

SAW

Согласно этой процедуре без подтверждения может быть передан только один кадр. После передачи очередного кадра передающая сторона ждет подтверждения. Если поступает отрицательное подтверждение или произойдет превышение времени тайм-аута, кадр передается повторно. Кадр сбрасывается (стирается) из накопителя передатчика лишь после получения положительного подтверждения. Временная диаграмма работы процедуры ARQ типа SAW изображена на рис. 8.40.

Данную процедуру удобно использовать при полудуплексной связи, когда передача сторон чередуется. Однако она неэффективна в случае организации полнодуплексной связи, особенно, если время распространения сигнала по каналу значительно больше времени передачи кадра, что типично для спутниковых и ряда других каналов.

Производительность СПД со схемой ARQ типа SAW определяется выражением:

,

где — вероятность безошибочной передачи кадра из бит; — скорость передачи, выраженная в бит/с; — средняя задержка между двумя успешными передачами, (время ожидания) с.

Если время распространения пренебрежимо мало (при небольшой протяженности канала либо по причине низкой скорости передачи), процедура SAW не приведет к серьезному снижению производительности всей системы.

GBN

Вданном случае кадры передаются непрерывно без ожидания подтверждения приема определенного количества кадров. При получении отрицательного подтверждения или по истечении установленного времени ожидания неподтвержденный кадр, и все последующие кадры передаются повторно. Пример такой передачи по процедуре GBN представлен на рис. 8.41.

Производительность схемы GBN может быть вычислена с помощью следующего выражения:

,

где — задержка кругового распространения, т.е. промежуток времени от момента начала передачи кадра до момента получения подтверждения на него.

В практических версиях процедур GBN не все кадры требуют подтверждения. Положительное подтверждение может служить подтверждением правильной передачи не только данного кадра, но и всех предшествующих ему.

SR

Согласно процедуре SR повторная передача данных осуществляется только для кадра, на который поступило отрицательное подтверждение либо истекло время тайм-аута подтверждения. Данная процедура, по сравнению с процедурами SAW и GBN, существенно увеличивает пропускную способность СПД. Но для передачи и приема кадров не по порядку их номеров на приемной стороне должен находиться буферный накопитель с произвольным доступом. С увеличением задержки распространения сигнала в канале связи необходимо увеличивать буферную память. Очевидно, реализация процедуры SR является более сложной и дорогостоящей. По этой причине она долго не могла найти широкого коммерческого применения. Даже в наиболее совершенном на сегодняшний день протоколе V.42 процедура селективного повтора не является обязательной. Временная диаграмма передачи кадров согласно процедуре SR показана на рис. 8.42.

Эффективность СПД со схемой ARQ типа SR в идеальном случае зависит только от вероятности безошибочного приема кадров, то есть от качества канала связи.

.

Сравнивая приведенные выше выражения для производительности трех основных схем ARQ, нетрудно заметить, что при условии короткого расстояния и низкой скорости передачи (,, ) эффективность систем передачи становится равной между собой и зависит исключительно от качества канала связи (вероятности ) С другой стороны, при увеличении расстояния и возрастании скорости передачи (,, ), стратегия селективной повторной передачи оказывается вне конкуренции.