4.3. Восстановление информационных кадров
Приведем описание алгоритма передачи последовательности кадров Х.25 в условиях помех в каналах связи. Такой алгоритм называется управлением потоками на канальном уровне. Все передаваемые «I» кадры заносятся в буфер передатчика и ожидают получения положительного подтверждения от противоположной принимающей стороны. По запросу противоположной стороны производится повторная выдача из буфера принятых с искажениями «I» кадров. В измененном алгоритме восстановление блоков данных из-за помех в каналах связи применяется и в других технологиях сетей связи как, например, на транспортном уровне IP-сети, в сети ТфОП и др. Достаточно подробное изложение алгоритма управления потоками в Х.25 приводится для описания в следующей главе принципов составления алгоритмов программного обеспечения.
На канальном уровне Х.25 восстановление искаженных кадров предусматривает нумерацию передаваемых «I» кадров. Для описания метода в рекомендации ITU-T Х.25 введены следующие обозначения:
V(S) – переменная состояния передачи.
N(S) – порядковый номер передаваемого кадра «I». N(S) устанавливается равным V(S).
V(R) – переменная состояния приема.
N(R) - порядковый номер I-кадра, ожидаемого на прием.
V(S) означает текущий порядковый номер кадра «I», содержащего пакет данных и подлежащего передаче на физический уровень. Переменная V(S) в нормальном режиме функционирования звена данных принимает значения по модулю 8 (в цикле от 0 до 7), в расширенном режиме - по модулю 128 (в цикле от 0 до 127). Расширенная нумерация применяется в каналах с большим временем задержки (межконтинентальная связь или спутниковые каналы). По окончании передачи кадра значение V(S) увеличивается на единицу.
Переменная V(R) содержит текущее значение порядкового номера очередного кадра «I», который ожидают на приеме. Для V(R), как и для V(S), приняты нормальный и расширенный режимы нумерации. После приема I-кадра, в котором не обнаружены ошибки, и номер которого совпадает с ожидаемым приемной стороной N(S)=V(R), значение V(R) увеличивается на единицу.
N(R) – порядковый номер I-кадра, ожидаемого на прием. N(R) содержится в заголовке (З2) принимаемых кадров «I» и в супервизорных кадрах RR, REJ, RNR. N(R) в кадрах RR и «I» указывает, что переданные с противоположной стороны канала кадры «I» с номерами N(S)<N(R) были приняты правильно.
Информационный кадр «I» содержит оба параметра N(S) и N(R). Информационные кадры стираются из буфера повторной передачи при подтверждении правильного приема.
Супервизорный кадр готовность к приему RR (receive ready) является положительной квитанцией, поступающей от принимающей стороны, и указывает на то, что переданные «I» кадры с номерами N(S)<N(R) приняты правильно и могут быть стерты из буфера повторной передачи. Здесь N(R) является параметром кадра RR. В случае приема «I» кадра входящий в него параметр N(R) также является положительной квитанцией кадров буфера с N(S)<N(R).
Супервизорный кадр отказ REJ (reject) является отрицательной квитанцией и указывает, что «I» кадры, с номерами N(S)<N(R) приняты правильно. А кадры с номерами, начиная с N(S)=N(R), должны быть повторно переданы из буфера. Повтор из буфера «I» кадров может потребоваться также по истечении определенного времени, в течение которого не была получена положительная квитанция RR о приеме. Предельное число «I» кадров, переданных и не получивших подтверждение RR, называется шириной окна W. В этом случае очередной пакет данных с сетевого уровня не инкапсулируется в кадр «I» для передачи в канал.
Если в приемник поступил «I» кадр, в котором не обнаружены ошибки и с ожидаемым номером N(R), то служебные поля канального уровня (З2 и К2) отбрасываются, и входящий в кадр пакет данных передается с канального на сетевой уровень. На рис. 4.5 приведена временная диаграмма обмена «I» кадрами между пунктами А и Б (случай приема «I» кадров без искажения, исходное состояние V(S)=V(R)=0, буферы повтора пустые).
Рис. 4.5. Временная диаграмма обмена «I» кадрами, принятыми с канала без искажений
Обозначения:
I (i, j) – информационный кадр с параметрами N(S)=i, N(R)=j
RR(j) – кадр RR с параметром N(R)=j
Крестиком отмечен искаженный в канале кадр. Ниже приведено описание последовательности операций.
Передача «I» кадра с параметрами N(S)=0, N(R)=0. Запись кадра «I» в буфер станции А. Изменение текущего значения V(S):=V(S) + 1, т.е. V(S)=1 (на станции А).
Прием без ошибок I (0,0) на станции Б. Номер кадра N(S) совпадает с ожидаемым номером V(R), то есть N(S)=V(R)=0. Изменение текущего состояния приема V(R):=V(R)+1, т.е. V(R)=1 в Б.
Подтверждение приема кадра I (0,0), т.е. передача положительной квитанции RR(1).
Прием RR(1) и стирание из буфера кадра I (0,0).
Передача кадра I (1,0), запись его в буфер, V(S)=2.
Прием без ошибок I (1,0) на станции Б, V(R)=2.
Подтверждение приема I (1,0), т.е. передача квитанции RR(2).
Прием искаженного в канале кадра RR(2). Кадр отбрасывается.
Передача очередного «I» кадра I (2,0), запись его в буфер (в буфере станции А теперь записаны два кадра I (1,0), I (2,0), которые ждут подтверждения об их приеме на станции Б), V(S)=3.
Прием безошибочного I (2,0) на станции Б, V(R)=3.
Передача «I» кадра со станции Б на станцию А с параметрами N(S)=0, N(R)=3, т.е. I (0,3). V(S)=1 (на станции Б), запись в буфер I (0,3) на станции Б. Этот кадр одновременно является квитанцией правильного приема станцией Б «I» кадров с номерами 1 и 2.
Прием без ошибок I (0,3), стирание из буфера станции А кадров I (1,0) и I(2,0).
В приведенной на рис. 4.5 диаграмме все «I» кадры принимаются неискаженными. Поэтому операции приема этих кадров (2, 6, 10 на станции Б и 12 на станции А) завершаются передачей входящих в них пакетов данных на сетевой уровень.
На рис. 4.6 представлена диаграмма, включающая прием некоторых искаженных кадров «I». Для наглядности диаграммы параметры V(S) и V(R) на рисунке не приведены.
Как видно из диаграммы, искаженные в канале кадры I(2,0), I(3,0), I(4,0) при получении кадра REJ(1) передаются на станцию Б повторно из буфера. Кадры I(0,0) со станции А и I(0,4), I(1,5) со станции Б повторно из буферов не передаются, поскольку они подтверждаются соответственно кадрами RR(1), I(4,1) и RR(2). Необходимо отметить, что нумерация кадров N(S) и N(R) циклическая. При нормальной нумерации для этого отводится 3 бита, а при расширенной - 7 бит. Напомним, что под шириной (размером) окна W понимается максимальное число неподтвержденных кадров в буфере. При заполнении такого числа кадров в буфере согласно алгоритму требуется перейти к повторной передаче этих кадров из буфера. Чем выше пропускная способность канала и больше протяженность канала, тем размер окна выше.
Рис. 4.6. Временная диаграмма восстановления «I» кадров при приеме отрицательной квитанции REJ
Рассчитаем величину задержки кадра длинной порядка 128 байт при скорости передачи 64 кбит/с. Задержка составляет 128 байт / 64 кбит/с = 16 мсек. Сравним эту величину со временем задержки распространения кадра по спутниковому каналу протяженностью 72000 км, приняв скорость распространения сигнала равной скорости света в вакууме – 300000 км/с. Эта величина составляет 72000 км / 300000 км/с = 240 мсек, т.е. в канале одновременно могут находиться 15 кадров (240/16). Отсюда ясно, почему при использовании спутниковых каналов в сети Х.25 применяется расширенная нумерация и соответственно большая ширина окна W , чем при нормальной нумерации.
Порядковая нумерация не всегда гарантирует доставку отдельного кадра. В тех случаях, когда гарантированная доставка является важным фактором, также используются таймеры передатчика. Передатчик даёт приёмнику определённое количество времени на подтверждение успешной передачи. Если за выделенное время подтверждение от приёмника не происходит, то передатчик повторно посылает кадр.
На рис. 4.7 и рис. 4.8 приведены диаграммы повтора «I» кадров из буфера по истечении тайм-аута. Примеры приведены для случая запрета передачи очередного кадра «I» при числе ожидающих в буфере повтора «I» кадров равном окну W (W=4).
Как видно из диаграммы, по истечении тайм-аута кадр «I» повторяется из буфера. Причиной повторения по таймеру может быть искажение только «I» кадров (рис. 4.7), либо искажение кадров «I» и кадров подтверждения RR (рис. 4.8). В случае правильного приема кадра I(0,0) пакет сетевого уровня должен быть отправлен на сетевой уровень, но повторный прием кадра I(0,0) считается копией уже принятого кадра, а поэтому он сбрасывается, т.е. не пересылается на сетевой уровень.
Рис. 4.7. Временная диаграмма восстановления кадра «I» по истечении тайм-аута
Рис. 4.8. Временная диаграмма сброса копии «I(0,0)» кадра, принятого повторно от станции Б, по истечении тайм-аута на станции А