//009 Βασικές εργασίες του επιπέδου ζεύξης ηµιουργία πλαισίων Έλεγχος σφαλµάτων Έλεγχος ροής Σχέση µεταξύ πακέτων (επιπέδου δικτύου) και πλαισίων (επι

Transcript

1 //009 Επίπεδο ζεύξης δεδοµένων Εφαρµογών Παρουσίασης Συνόδου ιακίνησης ικτύου Ζεύξης Ζεύξης Φυσικό Τι κάνει το επίπεδο ζεύξης Χρησιµοποιεί τις υπηρεσίες του φυσικού επιπέδου, ήτοι την (ανασφαλή) µεταφορά δεδοµένων, και παρέχει ασφαλή µεταφορά. Χρησιµοποιεί () κώδικες διόρθωσης λαθών ανίχνευσης ή () κώδικες ανίχνευσης (και διόρθωσης) µε ανα.

2 //009 Βασικές εργασίες του επιπέδου ζεύξης ηµιουργία πλαισίων Έλεγχος σφαλµάτων Έλεγχος ροής Σχέση µεταξύ πακέτων (επιπέδου δικτύου) και πλαισίων (επιπέδου ζεύξης)

3 //009 ικτύου ικτύου Ζεύξης Αξιόπιστος νοητός σωλήνας Ζεύξης Αναξιόπιστος νοητός σωλήνας Φυσικό Φυσικό Ηλεκτρικά ή οπτικά σήµατα Υπηρεσίες παρεχόµενες στο επίπεδο Ζεύξης (Ι)

4 //009 Υπηρεσίες παρεχόµενες στο επίπεδο ζεύξης (ΙΙ) Η θέση του πρωτοκόλλου ζεύξης 7 Πλαισίωση Το αρχικό ρεύµα από bits διασπάται σε κοµµάτια, που τοποθετούνται σε πλαίσια. Τα πλαίσια εξυπηρετούν και τον σκοπό του ελέγχου λαθών µε εισαγωγή bits ελέγχου. 8

5 //009 Εντοπισµός των ορίων των πλαισίων Μέτρηση χαρακτήρων Χαρακτήρες αρχής και τέλους µε παραγέµισµα χαρακτήρων Σηµαίες αρχής και τέλους µε παραγέµισµα µε bits. Παραβιάσεις της κωδικοποίησης του φυσικού στρώµατος. 9. Μέτρηση χαρακτήρων Η µέτρηση χαρακτήρων βασίζεται στην ύπαρξη ενός δείκτη στην αρχή ενός πλαισίου, που δείχνει πόσοι χαρακτήρες ακολουθούν. Αν καταστραφεί χάνεται ο συγχρονισµός, π.χ.: 0

6 //009. Χρήση χαρακτήρων-σηµαιών (flag bytes) Βασίζεται στην ύπαρξη ενός ειδικού χαρακτήρα στην αρχή και στο τέλος ενός πλαισίου. Ακολουθίες από bits δεδοµένων που κατά τύχη µοιάζουν µε σηµαίες επισηµαίνονται µε την πρόθεση ενός ESC:. Χρήση bits-σηµαιών Βασίζεται στην ύπαρξη µιας ειδικής ακολουθίας από bits στην αρχή και στο τέλος ενός πλαισίου: 00 Σε ακολουθίες από bits δεδοµένων που κατά τύχη περιέχουν πέντε στη σειρά προστίθεται κατόπιν ένα 0.

7 //009 Εκµετάλλευση της κωδικοποίησης του φυσικού στρώµατος Π.χ. όταν το φυσικό στρώµα χρησιµοποιεί κωδικοποίηση δύο παλµούς ανά bit, π.χ. υψηλό-χαµηλό για το και χαµηλό- υψηλό για το «0», µπορούν να χρησιµοποιηθούν οι συνδυασµοί υ-υ υ ή χ-χ για την αρχή ή το τέλος ενός πλαισίου. Επίδραση του θορύβου στη Ο θόρυβος είναι ένα ανεπιθύµητο σήµα που προστίθεται στο µεταδιδόµενο σήµα και προκαλεί την αλλοίωσή του στον δέκτη. Στην περίπτωση του ψηφιακού σήµατος αλλοιώνονται ορισµένα bits, δηλαδή το εκλαµβάνεται ως 0 και αντίστροφα. O τύπος του Shannon C=Blog (+S/N), όπου Βείναι το εύρος ζώνης του µέσου και S/Nείναι ο λόγος ισχύων του σήµατος προς το (θερµικό) θόρυβο προσδιορίζει τον ρυθµό ς C,που αν δεν παραβιασθεί µπορούµε να εξασφαλίσουµε µε αυθαίρετα µικρό ποσοστό λαθών. Το θeώρηµα Shannonδεν εξηγεί πώς η παραπάνω ποιότητα ς θα επιτευχθεί, αλλά σήµερα γνωρίζουµε δυο τρόπους αντιµετώπισης των σφαλµάτων, την διόρθωση µε κώδικες και την ανα (αφού χρησιµοποιηθούν κώδικες ανίχνευσης σφαλµάτων). 7

8 //009 Κωδικοποίηση Η Η διόρθωση λαθών µέσω κωδίκων βασίζεται στον πλεονασµό, δηλ. στην αύξηση του αριθµού των bits του µηνύµατος, ώστε αν συµβούν σφάλµατα να παράγονται συνδυασµοί που δεν προβλέπονται, όπως π.χ. αν σε µια λέξη της φυσικής γλώσσας αλλοιωθούν λίγα γράµµατα συνήθως είµαστε σε θέση να την µαντέψουµε. Στην κωδικοποίηση κατά τµήµατα µήκους k, για κάθε τµήµα παράγεται ένα νέο τµήµα µήκους n (n>k). Tα α πρόσθετα r=n-k bits λέγονται bits ελέγχου και προκύπτουν από συνδυασµό των προηγουµένων k.. Έτσι από ένα σύνολο µε αρχικά k δυνατές «λέξεις» παίρνουµε n δυνατές λέξεις (µήκους n).από αυτές µόνο οι k είναι οι παραδεκτές «κωδικές λέξεις», δηλ. ορθές. n k 8

9 //009 Αν συµβούν σφάλµατα, η νέα λέξη θα πέσει µε µεγάλη πιθανότητα σε µια από τις n - k µη παραδεκτές λέξεις και θα ανιχνευθεί ως εσφαλµένη. Εφόσον είναι πιο κοντά σε µια από τις κωδικές λέξεις θα µπορέσει να «διορθωθεί». 7 Παράδειγµα : Ανίχνευση λαθών µε bits ισοτιµίας Η δυνατότητα ενός κώδικα για ανίχνευση λαθών είναι µεγαλύτερη από τη δυνατότητα διόρθωσης. Αντί για k bits στέλνουµε k+ bits, όπου το τελευταίο bitπροκύπτει από την δυαδική πρόσθεση των προηγουµένων, π.χ. αντί για 000 στέλνουµε 0000 και αντί για 00 στέλνουµε 00. Ανιχνεύεται σίγουρα το πολύ ένα λάθος. 8 9

10 //009 Παράδειγµα : ιόρθωση λαθών µε τετραγωνικό κώδικα. Έστω k=9. Μπορούµε να υλοποιήσουµε ένα κώδικα µε r=, δηλαδή αντί του abcdefghi να µεταδοθεί abcdefghijklmno, όπου j=a+b+c, k=d+e+f, κλπ. δηλαδή a b c d e f g h i m n o j k l Πόσα λάθη διορθώνει ο κώδικας; 9 Sto and Wait (I) 0 0

11 //009 Sto and Wait (II) NAK NAK Sto and Wait (III) NAK

12 //009 Sto and Wait (IV) NAK Go Back N (I) 7

13 //009 Go Back N (II) NAK NAK Selective Reeat (I) 7

14 //009 Selective Reeat (II) NAK NAK 7 Sto and Wait: Εµπλεκόµενα µεγέθη S NAK µ NAK =(µήκος πακέτου σε bits)/(ταχύτητα ς καναλιού σε bits/sec) =(µήκος επιβεβαίωσης)/(ταχύτητα ς καναλιού σε bits/sec) µ=χρόνος διάδοσης από τον ποµπό στο δέκτη= =(απόσταση ποµπού δέκτη)/(ταχ. διάδοσης στο µέσο*) S=ελάχιστο χρονικό διάστηµα µέχρι την επόµενη εκποµπή * Της τάξης µεγέθους της ταχύτητας του φωτός, π.χ m/sec 8

15 //009 Sto and Wait: Απόδοση (διαπερατότητα) χωρίς σφάλµατα (I) S µ µ η = S = µ + + ' 9 Sto and Wait: Απόδοση χωρίς σφάλµατα (II) S µ Π.χ. για απόσταση 00 km, ταχύτητα ς kb/sec, πακέτα µήκους 000 bits, επιβεβαίωση 0 bits: = 000 / 0 sec= 7.8 msec ' = 8/ 0 sec= 0.87 msec µ = 00 0 η= S = µ + 8 /.8 0 sec= 0. µsec + ' 000 = = ' 00 0

16 //009 Sto and Wait: Απόδοση µεσφάλµατα (I) S NAK µ NAK µ η SW = = ( N + ) S ( N + )(µ + + ') N = µέσος αριθµός εσφαλµένων µεταδόσεων κάθε πακέτου. Πώς υπολογίζεται το µέσο πλήθος εσφαλµένων µεταδόσεων Αν υποτεθούν ανεξάρτητα σφάλµατα µε πιθ. e ανά : Pr{ N = k} = ( e) e N = k ( k = 0,,,...) k k Pr{ N = k} = k( e) e = k= 0 k= 0 e e

17 //009 Go-Back-N, Selective Reeat: Απόδοση χωρίς σφάλµατα. 7 η= Go Back N,απόδοση µε σφάλµατα: S NAK η η GBN GBN = > η NS+ SW NAK = ( N +) S 7

18 //009 Selective Reeat,απόδοση µε σφάλµατα: S NAK NAK η η SR SR = > η N+ GBN = = N + NS+ Πρωτόκολλα ανας: είκτες επίδοσης ιαπερατότητα: Ποσοστό του χρόνου που αξιοποιείται το κανάλι. Καθυστέρηση: Μέσος συνολικός χρόνος παράδοσης ενός πακέτου. Ουρά: Αριθµός πακέτων που συσσωρεύονται προς. Τελικός ρυθµός σφαλµάτων (που δεν διορθώνονται). Ποιόν ενδιαφέρει καθένας από τους παραπάνω δείκτες; 8

19 //009 Απαιτήσεις από το πρωτόκολλο Απαιτήσεις επίδοσης ιαπερατότητα Καθυστέρηση Ρυθµός σφαλµάτων Ουρά Εργαλεία: Θεωρία αναµονής Προσοµοίωση Λειτουργικές απαιτήσεις Ορθότητα Αντοχή Εργαλεία: Αυτόµατα Λογισµοί διεργασιών Αλγόριθµοι Γραφοθεωρία 7 Μηχανές πεπερασµένων καταστάσεων Αναµονή δεδο- µένων πακέτου (α) Ποµπός Αναµονή πακέτου πακέτου (β) έκτης 8 9

20 //009 t: Έτοιµος για νέα t: Αναµονή απάντησης NAK t: Έτοιµος για επανάληψη ς 9 r: Αναµονή για είσοδο πακέτου r: Έλεγχος αφιχθέντος πακέτου, NAK 0 0

21 //009,NAK ΝΑΚ t, r t, r t, r ΝΑΚ,NAK, NAK t, r t, r t, r NAK,?K t: Έτοιµος για νέα 0 t: Αναµονή απάντησης 0 t: Έτοιµος για επανάληψη ς 0 t: Έτοιµος για νέα t: Αναµονή απάντησης t: Έτοιµος για επανάληψη ς NAK,?K

22 //009 ιερεύνηση του χώρου των καταστάσεων Ανάλυση προσιτότητας α γ β δ β α γ α β β γ