3 Camada de ligação de dados

Transcrição

1 3 Camada de ligação de dados 1/69

2 3.2 Protocolos de controlo de erros e fluxo de dados Interfaces e transmissão de dados 3.2 Backward Error Correction. Estratégias ARQ e controlo de fluxo de dados 2/69

3 3.2.1 Princípios de transmissão fiável de dados - ARQ Interfaces e transmissão de dados Princípios de transmissão fiável de dados Técnicas ARQ Automatic repeat request 3/69

4 Introdução ARQ Interfaces e transmissão de dados Princípios de transmissão fiável de dados (rdt) Controlo de erros Têm por objectivo assegurar a retransmissão de trama de dados não correctamente recebidas (após a detecção do erro) O método ao qual recorrem os sistemas que automaticamente pedem a retransmissão dos dados ao emissor é chamado ARQ Automatic repeat request Controlo de fluxo É necessário assegurar que o emissor não sobrecarrega o receptor com quantidade de dados superior à que este consegue suportar Ordenamento das tramas É necessário assegurar que as tramas sejam entregues pelo receptor à aplicação por ordem. Para tal é necessário que as tramas sejam numeradas 4/69

5 Princípios de transmissão fiável de dados (rdt) Implementação de um serviço fiável sobre um canal não fiável As características do canal não fiável determinam a complexidade do protocolo de transferência de dados fiável 5/69

6 Princípios de transmissão fiável de dados (rdt) Conceitos utilizados ao longo do capítulo rdt (reliable data transfer) udt (unreliable data transfer) 6/69

7 Princípios de transmissão fiável de dados (rdt) Conceitos utilizados ao longo do capítulo Representação da máquina de estados finita (FSM) dos protocolos ARQ Estado: Quando se esperam eventos O próximo estado é unicamente determinado pelo próximo evento 7/69

8 Princípios de transmissão fiável de dados (rdt) Estratégia básica do método ARQ As tramas de dados são protegidas por um código detector de erros São realizadas confirmações positivas de tramas de dados correctamente recebidas, por meio de tramas de controlo, genericamente designadas por ACK (Acknowledgement) A não recepção de uma trama ACK após um intervalo de tempo pré-definido (time-out) é interpretada pelo emissor como indício de uma trama de dados ainda não confirmada. Pode não ter sido correctamente recebida e que portanto pode ter de ser retransmitida É possível ainda usar tramas que realizam confirmação negativa (NAK), sinalizando explicitamente a necessidade de retransmissão. (Reduz o tempo de espera por time out ) O emissor mantém cópia de cada trama de dados transmitida, para eventual retransmissão; a recepção de confirmação permite-lhe descartar as tramas sinalizadas pelo receptor como correctamente recebidas 8/69

9 Métodos ARQ Princípios de transmissão fiável de dados (rdt) Métodos ARQ StopAndWait (ou Idle RQ) - Utilizado transmissão orientada ao caracter Utilizado em alguns protocolos Internet (TFTP) Subdivisões ARQ Continuous RQ (Pipeline) Estratégias de retransmissão selective repeat ou repetição selectiva Utilizados transmissão orientada ao bit Estratégias de retransmissão GO BACK N ou voltar atrás N 9/69

10 Canal ideal Interfaces e transmissão de dados Princípios de transmissão fiável de dados (rdt) Canal ideal Canal que está na camada inferior é perfeitamente fiável Não há erros nos bits Não há perda de pacotes Máquinas de estados separadas para o emissor e o receptor Emissor envia dados para o canal Receptor lê dados do canal Nota: Para simplificação, estamos a considerar apenas a transferência de dados unidireccional No entanto a informação flúi nos dois sentidos 10/69

11 Canal com erros Interfaces e transmissão de dados Princípios de transmissão fiável de dados (rdt) Canal com erros Confirmação positiva dos dados com ACK s Confirmação negativa dos dados com NACK s Os dados são retransmitidos em caso de recepção do NACK O receptor diz explicitamente se recebeu os dados correctamente ou não Reenvio 11/69

12 Princípios de transmissão fiável de dados (rdt) Canal com erros Problemas deste protocolo: O que acontece se os ACK s / NACK s se perderem? O emissor não sabe o que aconteceu no receptor A retransmissão pode originar pacotes duplicados Soluções possíveis? O emissor envia ACK s / NACK s referentes aos ACK s / NACK s do receptor? Problema mantém-se se os ACK s / NACK s do emissor se perderem Retransmissão dos dados Podem ser transmitidos pacotes correctamente recebidos (Duplicação) Solução Tratamento de duplicados Emissor acrescenta nº de sequência a cada pacote Emissor retransmite o pacote corrente se ACK ou NACK se corromper Receptor descarta pacotes duplicados Mesmo nº de sequência 12/69

13 Estratégia Stop And Wait Interfaces e transmissão de dados Estratégia StopAndWait 13/69

14 Estratégia StopAndWait Implícito -> (Por temporização) Pedido de retransmissão Explícito -> (Por trama NACK) 14/69

15 Operação sem erros Interfaces e transmissão de dados Estratégia StopAndWait Funcionamento Normal em que não há a ocorrência de erros O emissor suspende a transmissão até receber a trama ACK ou NACK ou time out ACK concede crédito para transmitir nova trama de dados (Pára o temporizador de transmissão) Tramas são numeradas (N) o ACK contém o número da trama correctamente recebida (convenção) 15/69

16 Retransmissão implícita Estratégia StopAndWait Retransmissão implícita A retransmissão implícita ou time-out ocorre quando a trama emitida não chega ao receptor ou (caso chegue), quando a trama ACK não chegue ao emissor Esta retransmissão é despoletada pelo expirar de um temporizador de transmissão Cenário 1 A trama de dados não chega ao receptor O emissor não vai receber ACK, por fim de temporização reenvia a mesma trama Trama perdida 16/69

17 Estratégia StopAndWait Retransmissão implícita Cenário 2 A trama de dados chega ao receptor. A trama ACK não chega ao emissor O emissor não vai receber ACK, por fim de temporização reenvia a mesma trama Ao receptor irão chegar duas tramas com o mesmo nº de sequência (N). Este apaga uma delas e reenvia a trama ACK (N) Ack Perdido 17/69

18 Estratégia StopAndWait Retransmissão implícita Cenário 3 O temporizador de transmissão expira antes da recepção da trama ACK O emissor não vai receber ACK, por fim de temporização reenvia a mesma trama Ao receptor irão chegar duas tramas com o mesmo nº de sequência (N). Este apaga uma delas e reenvia a trama ACK (N) Temporizador expira prematuramente 18/69

19 Retransmissão explícita Interfaces e transmissão de dados Estratégia StopAndWait Retransmissão explícita Pedido de retransmissão explícito ocorre quando o receptor detecta uma trama corrompida Ao receber a trama NACK (N), o emissor sabe que terá de reenviar a trama com o numero de sequência N. O temporizador de emissão é reiniciado. 19/69

20 Controlo de fluxo Interfaces e transmissão de dados Estratégia StopAndWait Controlo de fluxo dos dados O Stop and Wait constitui um mecanismo de Controlo de Fluxo, pois ACK autoriza o emissor a transmitir uma nova trama de dados (concede um crédito implícito de uma unidade) o emissor suspende a transmissão até receber ACK ACK concede crédito para transmitir uma nova trama de dados O processo de comunicação introduz um atraso inevitável entre o envio de uma trama de dados e a recepção do ACK respectivo; o receptor pode introduzir deliberadamente um atraso adicional,retardando (ou até cancelando) o envio de ACK no primeiro caso o Controlo de Fluxo é indirecto e certamente indesejável no segundo caso o Controlo de Fluxo é intencional, mas um atraso excessivo no envio de ACK pode ser confundido com ausência de confirmação (time-out) e despoletar uma retransmissão desnecessária, pelo que este mecanismo deve ser usado com prudência 20/69

21 Numeração sequência. Identificadores Interfaces e transmissão de dados Estratégia StopAndWait Identificadores de trama - Numeração de sequência Qual o número mínimo de identificadores da trama? I(0) Timer expira X Ack(0) I(0) Duplicação do pacote na perda do ACK O receptor não sabe que o emissor não recebe ACK. Não vai descartar a trama e aceita a duplicação O número de identificadores da trama têm que ser igual a 2 (0 e 1 ) O receptor ao receber a trama 0, imediatamente espera a trama 1. Caso espere trama 1 e receba trama 0, descarta-a -> Evita duplicação 21/69

22 Estratégia StopAndWait Identificadores de trama - Numeração de sequência Resumo No caso ideal de não ocorrerem erros nem ser necessário controlar o fluxo do emissor, este poderia enviar tramas a qualquer momento sem quaisquer restrições e sem necessidade de as identificar O mecanismo de Controlo de Erros ARQ, exige que sejam identificadas as tramas de dados correctamente recebidas (e que assim são confirmadas) e as não recebidas ou recebidas com erros (e que portanto requerem retransmissão) O mecanismo de Controlo de Fluxo exige também um processo de referenciar tramas de dados para efeito da concessão de crédito Os protocolos de Ligação de Dados devem providenciar um mecanismo de identificação (numeração) de tramas de dados O número de sequência N(s) de uma trama de dados deve ser transportado no respectivo cabeçalho Tramas de controlo devem referenciar tramas de dados transmitidas em sentido oposto, por meio de um número de sequência N(r) no seu cabeçalho 22/69

23 Desempenho Interfaces e transmissão de dados Estratégia StopAndWait Notas gerais sobre desempenho Utilização do canal (U): Fracção de tempo de ocupação útil dos canais de transmissão alugados ou comprados pelo Operador de rede Operação por ciclos: Quando os sistemas de comunicação possuem funcionamento cuja evolução temporal pode ser dividida Em troços de operação funcionalmente idênticos. Designa-se por ciclo cada um destes troços de operação Utilização em sistemas de operação por ciclos: É a relação entre o tempo ocupado no ciclo com informação útil e a duração total do ciclo U = V W (4.12) V = Tempo ocupado no ciclo com informação útil W = Duração total do ciclo 23/69

24 Sem erros Interfaces e transmissão de dados Estratégia StopAndWait Desempenho do StopAndWait V = Tempo ocupado no ciclo com informação útil W = Duração total do ciclo Neste sistema, o intervalo entre o fim da recepção correcta de dois ACK s consecutivos define 1 ciclo Utilização sem erros de transmissão e desprezando duração de ACK e tempos de processamento das tramas pelos DTE s é dada por: L T x = R Tx 1 1 U = = = (4.12) d t p T + 2 T 1+ 2T / T 1+ 2a Com: = v x p p x Ou 2Tp = Round Trip Time RTT = 2T p t a = T 24/69 p x p [s] [s]

25 Estratégia StopAndWait Desempenho do StopAndWait Ciclo de operação num sistema real mas sem erros W = Duração total do ciclo V = Tempo ocupado no ciclo com informação útil U = T ix + 2T p T + T ix ip + T ax + T ap (4.13) 25/69

26 Desempenho com erros Interfaces e transmissão de dados Estratégia StopAndWait Desempenho do StopAndWait Ciclo de operação num sistema com erros Desprezando os tempos de processamento nos DTE s e Comprimento da trama NACK/ACK (Assumindo que as tramas ACK e NACK nunca estão erradas ) Duração do ciclo de operação W I(0) Nack(0) I(0) ack(0) V Tix 1 U = = = W N ( T + 2T ) N + (4.15) t ix p t ( 1 2a) A duração total do ciclo vem multiplicada pelo nº médio de transmissões t ( T + t ) W N 2 = N t -> Nº médio de transmissões por ciclo x p (4.14) N r Nº médio de transmissões N r 1 = 1 P F (4.16) Utilização em função da probabilidade de erro de trama (Substituir 4.16 em 4.15) U = 1 P F ( 1+ 2a) (4.17) 26/69

27 Estratégia StopAndWait Desempenho do StopAndWait Cálculo do nº médio de transmissões Nr Desprezando os tempos de processamento nos DTE s e Comprimento da trama NACK/ACK Duração do ciclo de operação W I(0) Nack(0) I(0) ack(0) A duração total do ciclo vem multiplicada pelo nº médio de transmissões t ( T + t ) W N 2 = N r -> Nº médio de transmissões por ciclo Cálculo do nº médio de transmissões (Assumindo que as tramas ACK e NACK nunca estão erradas ) N e sendo a probabilidade de erro de trama P F = 1 (1 P e ) i tentativas Probabilidade de transmissão com sucesso à i ésima tentativa: P )( P )( P )...(1 P ) i 1 P[i transmissões num ciclo] = ( P F ) (1 P F x ) p ( F F F F i-1 = Falhas Sucesso O valor médio de transmissões N r é a o produto da probabilidade de ocorrência de cada evento individual: i N t= E i = [ transmissões] i( PF ) (1 PF ) = i (4.19) Com: ix =,( 1 < X < 1) 2 = 1 1 P i= 1 (1 X ) i (4.18) (4.14) F 27/69

28 Exemplo aplicação sem erros Interfaces e transmissão de dados Estratégia StopAndWait Desempenho do StopAndWait Exemplo de aplicação utilização do Stop and Wait sem erros Qual a utilização da ligação, se se transmitir uma série de tramas de 1000 bits de comprimento através dos 8 1 seguintes tipos de meios: (Assuma que a velocidade de propagação do meio é 2 10 ms e a taxa de erros de bit é 0) a) Par entrançado de 1Km a i) R=1 Kbps e ii) R=1Mbps R: i) U=0.99, ii) U=0.99 b) Linha alugada de 200Km a i) R=1 Kbps e ii) R=1Mbps R: i) U=0.99, ii) U=0.33 c) Ligação Satélite de 50000Km a i) R=1 Kbps e ii) R=1Mbps R: i) U=0.67, ii) U= /69

29 Considerações e conclusões Stop and Wait Interfaces e transmissão de dados Estratégia StopAndWait Desempenho do StopAndWait Baseando-nos no resultado anterior, podemos tirar algumas conclusões: 1- Para o caso de ligações de curta distância e a < 1, U=99%, e é independente da taxa de transmissão de dados. O protocolo StopAndWait é adequado para distâncias curtas e taxas de transmissão modestas (Ex: modems utilizando a rede telefónica) 2- Para o caso de ligações terrestres de longa distância, U é elevada para taxas de transmissão baixas e baixa para taxas de transmissão elevadas. 3- A eficiência é muito baixa para ligações por satélite Conclusão O StopAndWait não é apropriado para ligações de alto débito como as utilizadas em LAN e a maioria das utilizadas em WAN. É ineficiente quando o tempo de propagação é superior ao round trip time (Só pode enviar uma trama por cada round trip time => Quanto menor o tamanho da trama, menor a eficiência 29/69

30 Demos com Applets Java Interfaces e transmissão de dados Exercícios de aplicação Verificação experimental das estratégias ARQ Utilização do Applet Java : Data Link Protocols Simulation 30/69

31 Protocolos em Pipeline Interfaces e transmissão de dados Protocolos em Pipeline 31/69

32 Protocolos em Pipeline O emissor permite múltiplos pacotes ainda não confirmados, a caminho O intervalo de nºs de sequência tem que aumentar Tem que existir armazenamento (bufferização) no emissor e /ou Receptor Duas estratégias genéricas de protocolos em PipeLine Voltar atrás N (GoBack N) Repetição selectiva 32/69

33 GoBAckN Interfaces e transmissão de dados Protocolos em Pipeline Estratégia GoBackN (Votar atrás N) 33/69

34 Protocolos em Pipeline Estratégia Go-Back-N (Voltar atrás N) Envio várias tramas de cada vez (pipelining) sem esperar ACK (Janela de envio) Após 1 erro, são retransmitidas todos os pacotes de dados que ainda não tinham sido confirmados (Ack) Tenta garantir que os pacotes chegam em sequência ao receptor Ex: Para Janela = 3 Teoricamente (sem erros) multiplica a utilização pelo tamanho da janela de envio 34/69

35 Janela deslizante Interfaces e transmissão de dados Protocolos em Pipeline Estratégia Go-Back-N (Voltar atrás N) Parâmetros Janela de até K tramas transmitidas ainda não confirmados ACK(n): Confirma todas as tramas até ao nº de seq. n (ACK cumulativo) Temporizador único para a trama mais antiga por confirmar Timeout (n): Retransmite trama n e todos as tramas com nº seq. Superior na Janela O número de bits enviado no cabeçalho, que identifica o número da trama é limitado l Com bits representam-se números de sequência Os pacotes de dados são numerados módulo utilizados para codificar os M números de sequência 2 l M = 2 l l sendo o número de bits 35/69

36 Operação Interfaces e transmissão de dados Protocolos em Pipeline Estratégia Go-Back-N (Voltar atrás N) Exemplo operação sem erros para Janela de envio (K) = 4 Continuaria a enviar até limite K Incrementa Txseqno. Não incrementa Sendbase até receber Ack Recebe Ack Incrementa Sendbase e avança K Nota: Cada trama enviada é confirmada uma a uma 36/69

37 Protocolos em Pipeline Estratégia Go-Back-N (Voltar atrás N) Exemplo operação com erros (perda trama informação) para Janela de envio (K) = 4 Janela esgota. Pára transmissão Recebe Ack Incrementa Sendbase e avança K Reenvia todas as tramas dentro da janela de transmissão Descarta tramas recebidas fora de ordem Garante tramas recebidas ordem correcta 37/69

38 Protocolos em Pipeline Estratégia Go-Back-N (Voltar atrás N) Exemplo operação com erros (perda trama Ack) para Janela de envio (K) = 4 Janela esgota. Pára transmissão Recebe Ack Incrementa Sendbase duas unidades e avança Ks duas unidades Acknowlegment cumulativo 38/69

39 Desempenho Interfaces e transmissão de dados Protocolos em Pipeline Desempenho dos protocolos em pipeline Cenário de operação sem erros Cenário 1 - Emissor nunca esgota a janela de envio. U V = W T ix KTix + 2T p 1 pois KT T + 2T ix ix p Cenário 2 - Emissor esgota a janela de envio. U V = W KTix T + 2T ix p K 1+ 2a pois KT < T + 2T ix ix p 39/69

40 Protocolos em Pipeline Desempenho dos protocolos em pipeline Cenário de operação sem erros Consideremos 2 cenários para a análise da utilização K 2 a : A trama ACK chega ao emissor (A) antes que este exauste a janela de transmissão. (A pode transmitir continuamente sem qualquer pausa. A utilização é máxima = 1) K < 2 a +1 2 a : A exausta a sua janela a t e não consegue enviar mais tramas até 0 + K deste modo a utilização da linha depende da relação de K unidades de tempo com 2 a +1 unidades de tempo Taxa Utilização Go-Back-N sem erros de transmissão U = 1 2 K a + 1, K 2a + 1, K < 2a + 1 (4.20) 40/69

41 Protocolos em Pipeline Desempenho dos protocolos em pipeline N r = E Taxa de utilização GoBackN com erros Cuidados a ter no cálculo do nº médio de transmissões Por cada erro, é agora necessário a transmissão de K tramas de dados (em vez de uma) f(i) é o nº total de tramas transmitidas caso a trama original seja transmitida i vezes f ( i) = 1+ ( i 1) K = (1 K) + Ki (4.21) Ex: Se transmitir a trama original 3 vezes, com k=3. Até à transmissão ter sucesso Transmiti 1+(3-1).3 = 7 tramas Ok Ack Nº médio de transmissões Com Janela = 3, até à transmissão ter sucesso, transmiti 3 vezes a trama original e enviei 7 tramas de dados i 1 [ Nº de tramas enviadas até trasmitir uma trama com sucesso] = f ( i) PF (1 PF i= 1 ) (4.22) 41/69

42 Protocolos em Pipeline Desempenho dos protocolos em pipeline N t Taxa de utilização GoBackN com erros Cuidados a ter no cálculo do nº médio de transmissões i 1 = (1- K) PF (1 PF ) + K i= 1 i= 1 ip i 1 F (1 P F K ) = 1 K + 1 P F 1 PF + KP = 1 P F F N t 1 PF + KP = 1 P F F (4.23) Com = i 1 1 X i 1 =,( 1 < (1 X ) X < 1) 42/69

43 Protocolos em Pipeline Desempenho dos protocolos em pipeline Taxa de utilização GoBackN com erros Voltando à expressão 4.20, da utilização do GoBackN, incluindo o nº médio de transmissões U 1 N r = K N t (2 a + 1) Subsituindo 4.23 em 4.24, K 2 a + 1, K < 2 a + 1 (4.24) Taxa Utilização Go-Back-N com erros de transmissão U = (1 P ) 1+ Pf ( K 1) K(1 Pf ) (2a + 1)[1 + Pf ( K 1)] f, K 2a + 1, K < 2a + 1 (4.25) 43/69

44 Relação M com K Interfaces e transmissão de dados Protocolos em Pipeline Estratégia Go-Back-N (Voltar atrás N) Relação do tamanho da Janela com o módulo de numeração dos pacotes Cenários em que se perdem todos os ACK s Caso K = M: Caso K < M: A numeração não é suficiente para A numeração permite que o receptor permitir detecção de tramas duplicadas Espere a trama seguinte. Evita duplicação 44/69

45 Protocolos em Pipeline Estratégia Go-Back-N (Voltar atrás N) Relação do tamanho da Janela com o módulo de numeração dos pacotes Para evitar duplicação no Go-Back-N: M K +1 (4.26) 45/69

46 Demos com Applets Java Interfaces e transmissão de dados Exercícios de aplicação Verificação experimental das estratégias ARQ Utilização do Applet Java : Data Link Protocols Simulation 46/69

47 SelectiveRepeat Interfaces e transmissão de dados Protocolos em Pipeline Estratégia Selective Repeat (Repetição Selectiva) 47/69

48 Protocolos em Pipeline Estratégia Selective Repeat (Repetição Selectiva) Emissor apenas reenvia pacotes para os quais o ACK não foi recebido Em caso de erros é de esperar melhor desempenho que o Go-Back-N Receptor também efectua o ACK individual de todos os pacotes correctamente recebidos Armazena os pacotes quando necessário para os poder entregar ordenados ao nível superior Necessita de memória (buffer) na recepção (ao contrário do Go-Back-N) Janela do emissor M Números de sequência consecutivos Novamente limita os números de sequência dos pacotes enviados, por confirmar 48/69

49 Janela deslizante Interfaces e transmissão de dados Protocolos em Pipeline Estratégia Selective Repeat (Repetição Selectiva) - Visão dos nºs de sequência no Emissor - Visão dos nºs de sequência no Receptor 49/69

50 Protocolos em Pipeline Estratégia Selective Repeat (Repetição Selectiva) Emissor Funcionamento simplificado (Ver notas sobre t. fiável de dados para mais detalhes) Caso dados para enviar: Se o próximo nº de sequência disponível cabe na janela, envia a trama Caso temporizador(n) expirou Reenvia apenas trama n, Reinicia temporizador da trama n Caso ACK(n) ε [sendbase, sendbase + K-1] (dentro da janela de emissão) Marca trama n como confirmada Se n é a trama mais antiga por confirmar, avança a base da janela para à próxima trama por confirmar Receptor Caso Trama(n) ε [rcvbase, rcvbase + K-1] (dentro da janela de recepção) Se fora de ordem: Armazena Se por ordem: Entrega à camada superior (Também entrega as tramas que tinha armazenado até esta) Envia ACK(n) Caso Trama(n) ε [rcvbase - K, rcvbase -1] (fora da janela de recepção) Ignora as tramas recebidas fora da janela de recepção 50/69

51 Operação Interfaces e transmissão de dados Protocolos em Pipeline Estratégia Selective Repeat (Repetição Selectiva) Operação sem erros : Janela K S =K R = 4. Perda trama Informação Sem erros : Funciona do mesmo modo que o Go-Back-N 51/69

52 Protocolos em Pipeline Estratégia Selective Repeat (Repetição Selectiva) Operação com erros : Janela K S =K R = 4. Perda trama Informação Fora de ordem Entrega todas por ordem 52/69

53 Relação M com K Interfaces e transmissão de dados Protocolos em Pipeline Estratégia Selective Repeat (Repetição Selectiva) Relação do tamanho da Janela com o módulo de numeração das tramas Exemplo: Selective Repeat Send Window = 3 Receive Window = 3 K s K r K s K r Pk 0 aceite (dentro do esperado) Há duplicação Pk 0 descartado (fora do esperado) Não há duplicação Nº identificadores = 3 - Receptor espera as tramas 0,1 ou 2 Nº identificadores = 6 - Receptor espera as tramas 3,4,5 As tramas 0,1,2 retransmitidas podem ser tomadas Nenhuma das tramas retransmitidas pode ser tomada como como novas (errado) nova (correcto) Nº identificadores = 4 - Receptor espera as tramas 3,0,1 As tramas 0,1 retransmitidas podem ser tomadas como novas (errado) 53/69

54 Protocolos em Pipeline Estratégia Selective Repeat (Repetição Selectiva) Relação do tamanho da Janela com o módulo de numeração das tramas Para evitar duplicação Selective Repeat M 2 (4.27) l 2 k, com M = (4.27) 54/69

55 Desempenho Interfaces e transmissão de dados Protocolos em Pipeline Estratégia Selective Repeat (Repetição Selectiva) Desempenho sem erros Sem erros, a taxa de utilização do selective repeat éigualao GoBackN Ver demonstração nos slides 40 e 41 e equação Taxa Utilização Selective repeat sem erros de transmissão U = 1 2 K a + 1, K 2a + 1, K < 2a + 1 (4.28) 55/69

56 Protocolos em Pipeline Estratégia Selective Repeat (Repetição Selectiva) Desempenho com erros Com erros basta dividir a utilização pelo nº médio de transmissões U 1 N = N r r K ( 2a + 1), K 2a + 1, K < 2a + 1 (4.29) O cálculo do nº médio de transmissões é efectuado da mesma forma que o StopAndWait Note-se que por cada erro apenas a trama original é re-enviada (Ver Slides 27 e 28) N r 1 = 1 P F (4.30) 56/69

57 Protocolos em Pipeline Estratégia Selective Repeat (Repetição Selectiva) Desempenho com erros Substituindo 4.30 em 4.29 Taxa Utilização Selective repeat com erros de transmissão U = 1 P F, K 2a + 1 K(1 P F ( 2a + 1) ), K < 2a + 1 (4.31) 57/69

58 Piggybacking Interfaces e transmissão de dados Protocolos em Pipeline Melhorias no funcionamento básico Técnica de piggyback ackowlegement ou simplesmente piggybacking Numa comunicação bidireccional, as tramas de dados flúem nos dois sentidos Se o receptor também tiver dados para transmitir, pode evitar o envio de ACK realizando a confirmação nas tramas de dados em sentido oposto Se o receptor não tiver dados para transmitir, usa ACK para realizar a confirmação Se o receptor tiver dados para transmitir mas não tiver dados para confirmar, referencia o número da próxima trama de dados que espera receber 58/69

59 Protocolos em Pipeline Melhorias no funcionamento básico piggybacking A trama de informação referencia a próxima trama esperada (ACK) com N(R) O Campo de controlo da trama transporta agora não só o número de sequência, N(S) mas também o número para ACK N(R) TRAMA DE INFORMAÇÃO FLAG ENDEREÇO CONTROLO INFORMAÇÃO CRC FLAG N(S) N(R) Numeração de Sequência da trama = N(S) Próxima trama que espera receber = N(R) 59/69

60 Protocolos em Pipeline Melhorias no funcionamento básico piggybacking Variáveis de estado e convenções Nota: Agora convenciona-se que ACK(N) confirma N-1. N indica qual a próxima trama que o receptor espera do emissor N(S) Representa o número de sequência da trama corrente enviada (S = Send) N(R) Também denominada acnowledgement number. Indica ao emissor qual a próxima trama que o receptor espera receber. Confirma todas as tramas anteriores até N(R)-1. (R = Receive). V(S) - É a variável de estado utilizada à emissão. Representa o próximo nº de sequência que o emissor tenciona utilizar. V(R) - É a variável de estado utilizada à recepção. Representa o próximo nº de sequência que o receptor espera receber do emissor. Na emissão, as variáveis V(S) e V(R) são copiadas para os campos N(S) e N(R) das tramas de informação a enviar. V(R) é copiado para o campo N(R) das tramas ACK 60/69

61 Protocolos em Pipeline Melhorias no funcionamento básico piggybacking 61/69

62 Protocolos em Pipeline Inicialização dos protocolos ARQ Motivos: Inicialização ARQ As variáveis de estado, têm que ser inicializadas no emissor e receptor. (SETUP) Não poderão circular tramas na rede durante esta inicialização (DISCONNECT) São necessárias novas tramas, cuja tarefa é a inicialização e o término da ligação. Fases envolvidas na ligação de dados: Fase 1 Inicialização com tramas dedicadas Não há transferência de informação. Fase 2 Transferência da informação. É nesta fase que se transfere a informação e ocorre controlo de fluxo se necessário Fase 3 Término da ligação. É nesta fase que se termina a ligação para mais tarde ser inicializada. Nota: A fase 3 é necessária, para que se garanta que ao inicializar a ligação, não haja tramas em trânsito. No StopAndWait não é necessária. 62/69

63 Protocolos em Pipeline Inicialização dos protocolos ARQ Um protocolo do tipo MASTER / SLAVE 63/69

64 Resumo Interfaces e transmissão de dados Princípios de transmissão fiável de dados Resumo Taxa de utilização (função de a) para as diversas técnicas de controlo de erros com P f = 10 3 a Relação do tamanho da Janela com o módulo de numeração das tramas 64/69

65 Princípios de transmissão fiável de dados Resumo desempenho Utilização StopAndWait Utilização GoBackN Utilização Selective Repeat Sem erros Sem erros Sem erros U 1 = 1+ 2a (4.12) U 1 = 2 K a + 1, K 2a + 1, K < 2a + 1 (4.20) U 1 = 2 K a + 1, K 2a + 1, K < 2a + 1 (4.29) Com erros U 1 PF = (4.19) ( 1+ 2a) U Com erros (1 Pf ) 1+ Pf ( K 1) = K(1 Pf ) (2a + 1)[1 + Pf ( K 1)], K 2a + 1 (4.25), K < 2a + 1 Com erros U = 1 P F K(1 P ) F ( 2a + 1), K 2a + 1, K < 2a + 1 (4.31) 65/69

66 Demos com Applets Java Interfaces e transmissão de dados Exercícios de aplicação Verificação experimental das estratégias ARQ Utilização do Applet Java : Data Link Protocols Simulation 66/69

67 Resumo Capítulo Interfaces e transmissão de dados Resumo Capítulo 3 Camada de ligação de dados 3.2 Controlo de erros. Estratégias ARQ e controlo de fluxo Príncipios de transmissão fiável de dados Técnicas ARQ Estratégias StopAndWait Conceitos Operação Numeração de tramas Desempenho Protocolos em PipeLine Conceitos gerais Estratégia GoBAckN Conceitos Operação Numeração de tramas e relação com Janela Desempenho Estratégia Selective Repeat Conceitos Operação Numeração de tramas e relação com Janela Desempenho Melhorias Pipeline - Piggybacking 67/69

68 Referências Stallings Data and Computer communications Cap. VII (Data Link Control Protocols) Leon Garcia Communication Networks, Cap. V (ARQ Protocols) Halsall Data Communications, Computer Networks and Open Systems 4th Edition Cap. IV (Protocol Basics) Bertsekas Data Networks 2nd Edition Cap. II (ARQ retransmision strategies) Shwartz Telecommunication Networks Cap. IV (Data Link Layer Performance analisys) Tanembaum Computer Networks 4th Edition Cap. III (data link layer. Sliding Window Protocols) 68/69

69 FIM 69/69