in270 Datakommunikasjon, vår 03 forelesningsnotater, kap. 4

Transkript

1 in270 Datakommunikasjon, vår 03 forelesningsnotater, kap. 4 c Ketil Danielsen Høgskolen i Molde 7. februar 2003 Protocol Basics Feilkontroll to overføringsformer best-try, best-effort, connection-less reliable, connection-oriented: Krever feilkontroll feilkontroll=feilsjekk+feilkorrigering hensikt: avsender vil garantere sin klient/bruker feilfri kommunikasjon feilsjekk: diskutert i kap. 3 (test: nevn tre viktige algoritmer for feilsjekk) feilkontrollsalgoritmer: Idle og Continuous RQ Idle RQ PDU: Protocol Data Unit. Idle RQ har I, ACK og NAK Protocol Entity: Sender (Primary) og Mottaker (Secondary) avsender kan max. ha én datapakke ubekreftet avsender sender datapakke nummer N, d.v.s. I(N): implisitt tilbakemelding fra mottaker: I(N) mottas uten bitfeil: mottaker sender ACK(N) 1

2 I(N) mottas med bitfeil: mottaker gjør ingenting og avsender vil vente en tid (send timeout) og sende I(N) om igjen. Manglende ACK(N) er implisitt informasjon til avsender om at noe galt skjedde. hvis ACK(N) forsvinner vil avsender vente på tilbakemeldingen som aldri kommer, og til slutt (etter send timeout sek.) sende I(N) om igjen. eksplisitt tilbakemelding fra mottaker: I(N) mottas uten bitfeil: mottaker sender ACK(N) I(N) mottas med bitfeil: mottaker sender NAK(N) hvis ACK(N) eller NAK(N) forsvinner vil avsender vente på en tilbakemelding som aldri kommer, og til slutt (etter send timeout sek.) sende I(N) om igjen. timer er vanskelig å sette optimalt for kort timer: timeout skjer før det i det hele tatt er mulig for mottaker s svar å ankomme avsender. Kopi av I(N) sendes derfor for tidlig og en bruker unødig tid per pakke. for lang timer: timeout skjer lenge etter at mottaker s svar burde ha ankommet avsender. Ventetiden kunne ha vært benyttet til å retransmittere I(N) og, igjen, en bruker unødig tid per pakke. optimal timer: rundetiden pluss litt tid for å fange opp variasjon i prosesseringstid. Rundetid er den tid det tar fra første bit i I(N) går ut på datakanalen, til siste bit i ACK(N) mottas. Idle RQ kalles av og til Stop-and-Wait eller Send-and-Wait (barn med mange navn) sekvensnummer alle PDU inneholder sekvensnummer slik kan dupliserte/manglende PDU oppdages sender har en N(S), mottaker har en N(R) tellere som viser hva som er neste sekvensnummer en forventer PDUer har et hode med sekvensnummer. Bruker f.eks. ASCII-tegn som SOH, ACK og NAK i tillegg til de tidligere nevnte SYN, STX, ETX og DLE. utnyttelsesgrad: 2

3 ideelt: ingen støy, svekkelse eller pakketap i datakanalen og en trenger ikke feilsjekk og feilkorrigering. Maksimum tid en bruker per I-pakke er sendeforsinkelsen, nemlig T ix =(antall bits per I-pakke)/(kanalens bitrate) virkelighet: en må utføre feilkorrigering. I Idle RQ må avsender vente en tid T t som er lik tiden mellom I(N) og I(N+1). D.v.s. tid mellom I(N) s første bit går ut på datakanalen til første bit på I(N+1) går ut. T t = T ix + T p + T ip + T ax + T p + T ap, T ix : sendeforsinkelse for I(N). T ix =(antall bit i I-pakken)/ (datakanalens bitrate). T ax : sendeforsinkelse for ACK(N). T ax =(antall bit i ACK-pakken)/ (datakanalens bitrate). T p : kanalforsinkelse. T p =(datakanalens lengde i meter)/ (signalets hastighet i meter/sekund) T ip : prosesseringstid hos mottaker. Når mottaker har hele I(N) i sine bufre kan han lese sjekksum og kontrollere om pakken er korrekt mottatt. T ap : prosesseringstid hos avsender. Når avsender har hele ACK(N) i sine bufre kan han lese sjekksum og kontrollere om pakken er korrekt mottatt. forenkling vanligvis er T ix mye større enn T ax (fordi det er få bits i en ACK(N) pakke) så en ignorerer T ax, d.v.s. T ax =0 vanligvis er prosesseringstid hos mottaker og avsender så liten i forhold til T ix og T p at en ignorerer disse, d.v.s. at T ip = T ap = 0 restanse: T t = T ix + 2T p utnyttelsesgrad: Det tar T ix + 2T p å sende en I-pakke i den virkelige verden mens det i den utopiske verden ville tatt kun T ix. Utnyttelsesgraden er derfor: U = T ix /(T ix + 2T p ) = 1/(1 + 2a) der a = T p /T ix, nemlig Halsall s forsinkelsesforhold fra Kap. 2. viktig: en ser at kortere datakanaler gir bedre utnyttelsesgrad (lavere T p ) eksempel: 1 Mb/s, 1 km, UTP, 1000 bit per I(N) pakke. a = 10 3 m m/s 10 3 b 10 6 b/s = s 10 3 s 3 = =.005

4 Continuous RQ og U = 1/(1 + 2a) = 1/(1 +.01) =.99. positiv BER (bit error rate), la P være BER: avsender hvis P > 0 må gjennomsnittlig flere enn en I-pakke sendes for hver I-pakke som skal over datakanalen, d.v.s. en må retransmittere noen av I-pakkene. hvis P = 10 4 vil hver de bit være feil, eller, det er 1/10000 de dels sjanse for at en bit vil være feil ved ankomst hos mottaker Sjansen for at en pakke er feil ved ankomst er P f = 1 (1 P ) N der N er antall bit i pakken. Hvis P = 10 4 og det er 1000 bit per I-pakke vil P f = (1 ( ) 1000 = = =.095. D.v.s. at det er ca. 10 prosent sjanse for at en pakke må sendes om igjen p.g.a. bitfeil. i gjennomsnitt må en sende N r = 1/(1 P f ) antall I-pakker for hver I-pakke som må over. D.v.s. at når P f er 10 prosent vil N r = 1.105, og at i gjennomsnitt vil 1.1 pakke sendes per I-pakke. utnyttelsesgrad når P > 0: Istedet for at det virkelig tar T t å oversende hver I-pakke (se ovenfor), vil det ta N r T t per I-pakke. Derfor: U = 1/(N r (1 + 2a)), d.v.s. at i eksempelet ovenfor der a =.005 og N r = vil U = 1/(1.105(1 +.01)) =.896, d.v.s. at utnyttelsesgraden går ned fra nesten 100 prosent til 90 prosent p.g.a. at en må sende 10 prosent av I-pakkene om igjen! sender I() kontinuerlig, uten å vente på ACK() ubekreftede I() lagres i en retransmisjonsliste ved mottak av ACK(N) fjernes I(N) fra retransmisjonslisten mottaker mottar I(N), legger denne til mottakslisten, sender ACK(N) til avsender I() som er i korrekt rekkefølge tas av mottakslisten og videresendes til applikasjonsprosessen sender ACK() for hver I() mottatt uten bitfeil ideelt: BER=0 og alle I() går ut etter hverandre uten opphold. Utnyttelsesgraden blir U=100 prosent 4

5 virkelighet: BER>0. To feilkorrigeringsmetoder er selektiv repetering og go-back-n selektiv repetering implisitt, I(N) eller ACK(N) har bitfeil: Avsender mottar ACK(N+1) uten å ha mottatt ACK(N), og sender I(N) om igjen. eksplisitt (selektiv forkastelse), I(N) eller ACK(N) har bitfeil: mottaker sender NAK(N) og avsender sender I(N) om igjen etter mottak av NAK(N). Mottaker genererer ikke ACK() for I(N+1) o.s.v. før han har mottatt I(N) korrekt. Ergo: ACK(X) bekreftet korrekt mottak av alle I() til og med sekvensnummer X. Mottaker må derfor avbryte ACK()- generering hvis han har en NAK() ubesvart. PRO: kan gi høy utnyttelsesgrad, CON: krever mye minne hos avsender og mottaker for bufring av I() i retransmisjonsliste og mottaksliste. go-back-n ved bitfeil på I(N): mottaker genererer NAK(N), starter timeout for NAK(N) avsender resender alle I() fra og med N. mottaker ignorerer alt inntil I(N) er mottatt korrekt. ved bitfeil på ACK(N): avsender får ACK(N+1) uten å ha sett ACK(N), og sender I(N) om igjen. PRO: redusererer minnebehovet da avsender må avbryte utsendelsen av I() ved mottak av NAK(), CON: lavere utnyttelsesgrad ved BER>0. Lagdelt arkitektur application process (AP) bruker tjenestene fra protokoll-laget (f.eks. Idle RQ, Cont. RQ) veldefinert grensesnitt mellom lagene finite state machine, automata: Definerer tilstander og hendelser innen protokolllaget 5

6 Flytkontroll unngå at mottaker overbelastes med I-pakker han har bare et begrenset antall bufre tilgjengelig XON-XOFF: mottaker sender et signal (XOFF) til avsender når mottaksbufrene er k prosent full, f.eks. k = 75, og sender et klarsignal (XON) når han har tatt litt unna, f.eks. når bufrene er nede på 50 prosent full. Enkel å implementere, brukt mellom datamaskin og f.eks. printer. sliding window sendevindu K: max. antall ubekreftede I-pakker hos avsender mottaksvindu L: max. antall UWE, upper window edge: avsender øker UWE med 1 for hver I- pakke som sendes LWE, lower window edge: avsender øker LWE med 1 for hver ACKpakke som mottas kan bare sende neste I-pakke hvis (UWE-LWE K) bufferbehov avsender trenger K bufre i retransmisjonslisten (1 i Idle RQ) mottaker trenger 1 buffer for Go-Back-N, K bufre for selektiv repeat, og 1 i Idle RQ sekvensnumre Idle RQ: trenger minst 2 unike sekvensnummer go-back-n: trenger minst K + 1 unike sekvensnummer selektiv repeat: trenger minst 2K unike sekvensnummer vanligvis er sekvensnummeret-rommet utnyttet fullt for et visst antall bit, f.eks. for 8 bit sekvensnummer er rommet av unike sekvensnummer lik (0, 1,..., 254, 255) hvis K < 1 + 2a vil avsender måtte avbryte utsendelsen av I-pakker for å vente på meste ACK. Utnyttelsesgraden reduseres derfor til under 100 prosent Notatene er basert på kap. 4 i Fred Halsall, Data Communication, Computer Networks and Open Systems, 4de utgave, Addison-Wesley,