Компьютерные сети. 5-е издание полностью

Возьмем в качестве примера канал с полосой пропускания 50 Кбит/с, в котором на пересылку кадра в одну сторону тратится 250 мс. Значение BD равно 12,5 Кбит/с или 12,5 кадра, каждый из которых включает 1000 бит. 2BD + 1 равно 26 кадрам. Отправитель начинает, как и ранее, с передачи кадра 0 и отправляет очередной кадр каждые 20 мс. К тому моменту, когда он закончит отправку 26 кадров (в момент времени t = 520 мс), как раз прибудет подтверждение кадра 0. Затем подтверждения станут прибывать каждые 20 мс. Таким образом, отправитель будет получать разрешения на передачу следующего кадра как раз вовремя. Начиная с этого момента у отправителя будет 25 или 26 неподтвержденных кадров и, следовательно, достаточно будет окна размером 26.

Если размер окна невелик, то канал будет загружен не на 100 %, так как иногда отправитель будет блокироваться. Загрузку можно выразить как долю времени, когда отправитель не заблокирован:

Это значение выражает верхнюю границу, так как не учитывает время на обработку кадра. Также считается, что длина кадра подтверждения равна нулю — обычно они действительно короткие. Из этого неравенства понятно, что для больших значений BD необходимо выбирать большое значение размера окна w. Если задержка большая, то отправитель быстро опустошит свое окно даже при средней полосе пропускания, как в примере со спутником. Если полоса пропускания широкая, то даже при средней задержке отправитель быстро опустошит окно, если только оно не отличается особо крупным размером (например, канал с пропусной способностью 1 Гбит/с и задержкой в 1 мс удерживает 1 Мбит). Если у протокола с ожиданием значение w = 1, то даже если задержка распространения равна всего одному кадру, его эффективность уже падает ниже 50 %.

Такая техника, когда в пути находится сразу несколько кадров, называется конвейерной обработкой (pipelining). При конвейерном режиме передачи кадров по ненадежному каналу возникает ряд серьезных проблем. Во-первых, что произойдет, если повредится или потеряется кадр в середине длинного потока? Большое количество последующих кадров прибудет к получателю прежде, чем отправитель обнаружит, что произошла ошибка. Когда поврежденный кадр приходит к получателю, он, конечно, должен быть отвергнут, однако что должен делать получатель со всеми правильными последующими кадрами? Как уже говорилось, получающий канальный уровень обязан передавать пакеты сетевому уровню, соблюдая строгий порядок.

Существует два базовых подхода к исправлению ошибок при конвейерной обработке. Они проиллюстрированы на рис. 3.13.

Рис. 3.13. Конвейеризация и коррекция ошибок: а — эффект при размере окна 1; б — эффект при размере окна больше 1

Первый способ называется возвратом на n (go-back-n) и заключается просто в игнорировании всех кадров, следующих за ошибочным. Для таких кадров подтверждения не посылаются. Эта стратегия соответствует приемному окну размера 1. Другими словами, канальный уровень отказывается принимать какой-либо кадр, кроме кадра со следующим номером, который он должен передать сетевому уровню. Если окно отправителя заполнится раньше, чем истечет период времени ожидания, конвейер начнет простаивать. Наконец, лимит времени у отправителя истечет, и он начнет передавать повторно сразу все кадры, не получившие подтверждения, начиная с поврежденного или потерянного кадра. Такой подход при высоком уровне ошибок может привести к потере большой доли пропускной способности канала.

На рис. 3.13, б изображен возврат на n для случая большого окна приемника. Кадры 0 и 1 корректно принимаются, и высылается подтверждение этого факта. Однако кадр 2 потерялся или был испорчен. Ничего не подозревающий отправитель продолжает посылать кадры, пока не выйдет время ожидания кадра 2. Только после этого он возвращается к месту сбоя и заново передает все кадры, начиная с кадра 2 (отправляя 2, 3, 4 и т. д.).

Другая общая стратегия обработки ошибок при конвейерной передаче кадров, называемая выборочным повтором (selective repeat), заключается в том, что получатель хранит в буфере все правильные кадры, принятые им после неверного или потерянного кадра. При этом неверный кадр отбрасывается. Когда заканчивается время ожидания подтверждения, отправитель отправляет еще раз только самый старый кадр, для которого не пришло подтверждение. Если вторая попытка будет успешной, получатель сможет последовательно передать накопившиеся пакеты сетевому уровню. Выборочный повтор используется, когда размер окна получателя больше 1. Он может потребовать, чтобы канальному уровню получателя было доступно большое количество памяти.

Выборочный повтор часто комбинируется с отправкой получателем «отрицательного подтверждения» (NAK — Negative Acknowledgement) при обнаружении ошибки, например, при неверной контрольной сумме или при измененном порядке следования кадров. NAK стимулируют повторную отправку еще до того, как закончится время ожидания подтверждения от отправителя. Таким образом, эффективность работы несколько повышается.