RETI DI CALCOLATORI - Protocolli a finestra

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1 EI DI CALCOLAOI - Protocolli a finestra Copyright ecniche AQ (protocolli a finestra) Gruppo eti LC nome.cognome@polito.it Quest opera è protetta dalla licenza Creative Commons NoDerivs-NonCommercial. Per vedere una copia di questa licenza, consultare: oppure inviare una lettera a: Creative Commons, 559 Nathan Abbott Way, Stanford, California 9435, USA. his work is licensed under the Creative Commons NoDerivs- NonCommercial License. o view a copy of this license, visit: or send a letter to Creative Commons, 559 Nathan Abbott Way, Stanford, California 9435, USA. EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 2 ecniche per la protezione dagli errori di trasmissione Codifica a blocco per controllo di errore FEC (Forward Error Correction) AQ (Automatic etransmission request) n bit k bit utente n-k bit parità 2 k possibili combinazioni EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 3 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra n 2 k 2 n 2 k EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 5 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 6 Pag.

2 EI DI CALCOLAOI - Protocolli a finestra 2 n 2 k 2 n 2 k???? EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 7 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 8 Esempi di protezione dagli errori Esempi di protezione dagli errori bit di parità (riconosce errori in numero dispari) codice a ripetizione (decisione a maggioranza: permette di correggere errori) parità di riga e colonna (consente la correzione di errori singoli) EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 9 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - Intestazione pacchetti Si introducono bit di parità tra le informazioni di controllo all interno delle Sovente i bit di parità sono calcolati con un codice ciclico e sono detti CC (cyclic redundancy check) PCI SDU BI DI PAIA FEC e AQ FEC (forward error correction): i bit di parità sono usati per cercare di correggere gli errori AQ (automatic retransmission request): i bit di parità sono usati per cercare di rivelare gli errori EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 2 Pag. 2

3 EI DI CALCOLAOI - Protocolli a finestra Controllo congiunto su una connessione di errore flusso sequenza Si introducono bit di numerazione tra le informazioni di controllo all interno delle AQ PCI NUMEA ZIONE SDU BI DI PAIA AQ re tecniche AQ: (Alternating bit) Go back N Selective repeat Descriviamo le tre tecniche in un ambiente di comunicazione unidirezionale PCI SDU PCI EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 3 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 4 AQ Pacchetto dati: bit di parità per controllo errore sui dati e intestazione N(), numero d ordine indirizzi AQ Pacchetto riscontro: bit di parità solo sull intestazione N(), numero d ordine atteso indirizzi V() PCI SDU V() V() PCI V() EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 5 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 6 Il trasmettitore: invia una dopo avere fatta una copia e averla memorizzata nel buffer di trasmissione attiva un orologio (tempo di timeout) si pone in attesa della conferma di ricezione (acknowledgment - ACK) se scade il timeout prima dell arrivo della conferma, ripete la trasmissione Il trasmettitore, quando riceve un ACK: controlla la correttezza dell ACK controlla il numero di sequenza se l ACK è relativo all ultima trasmessa, si abilita la trasmissione della prossima altrimenti ACK è ignorato EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 7 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 8 Pag. 3

4 EI DI CALCOLAOI - Protocolli a finestra Il ricevitore, quando riceve una : controlla la correttezza della controlla il numero di sequenza se la è corretta, invia la conferma di ricezione se la è quella attesa, essa viene consegnata ai livelli superiori Inizializzazione: V() = al trasmettitore al ricevitore V()= V()= EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 9 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 2 rasmissione di una con N() = V() Avvio dell orologio icezione di una Controllo di correttezza Controllo di sequenza: N() = V()? N()= SDU N()= SDU V()= V()= V()= V()= EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 2 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 22 Incremento di V() rasmissione di un ACK con N() = V() icezione di un ACK Controllo di sequenza: N() = V() +? Arresto dell orologio Cancello dal buffer di trasmissione copia della N()= N()= V()= V()= V()= V()= EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 23 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 24 Pag. 4

5 EI DI CALCOLAOI - Protocolli a finestra Incremento di V() V() = al trasmettitore V() = al ricevitore N()= V()= V()= V()= V()= EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 25 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 26 rasmissione di una con N() = V() Avvio dell orologio icezione di una Controllo di correttezza Controllo di sequenza: N() = V()? N()= SDU N()= SDU V()= V()= V()= V()= EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 27 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 28 Incremento di V() rasmissione di un ACK con N() = V() icezione di un ACK Controllo di sequenza: N() = V() +? Arresto dell orologio N()=2 N()=2 V()= V()=2 V()= V()=2 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 29 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 3 Pag. 5

6 EI DI CALCOLAOI - Protocolli a finestra Incremento di V() V() = 2 al trasmettitore V() = 2 al ricevitore N()=2 V()=2 V()=2 V()=2 V()=2 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 3 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 32 La numerazione delle è: indispensabile ciclica (numero di bit intestazione e contatori finiti) V() V() = V() = V() = V() = V() = 2 N () = N () = N () = N () = 2 V() V() = V() = V() = 2 V() = 2 Un solo bit per la numerazione: Alternating bit protocol V() V() V() = V() = V() = V() = V() = N () = N () = N () = N () = V() = V() = EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 33 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 34 Alternating bit protocol icezione di una errata V() V() = V() = N () = N () = V() V() = V() V() = V() = N () = N () = V() V() = V() = V() = V() = N () = N () = V() = V() = V() = N () = V() = V() = EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 35 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 36 Pag. 6

7 EI DI CALCOLAOI - Protocolli a finestra icezione di una errata V() V() V() = N () = V() = V() = V() = icezione di una conferma errata V() V() V() = V() = N () = N () = V() = N () = V() = N () = V() = La regolazione del timeout è delicata EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 37 V() = V() = N () = V() = N () = EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 38 icezione di una conferma errata V() V() V() = N () = V() = V() = N () = N () = V() = N () = V() = Se non numerassi, non scarterei al ricevitore Canale non sequenziale V() V() V() = N () = V() = N () = V() = V() = V() = N () = N () = V() = V() = EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 39 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 4 Canale non sequenziale V() V() V() = V() = N () = N () = V() = Canale non sequenziale V() V() V() = V() = N () = N () = V() = V() = V() = N () = N () = V() = V() = V() = N () = N () = EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 4 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 42 Pag. 7

8 EI DI CALCOLAOI - Protocolli a finestra Canale non sequenziale V() V() V() = V() = N () = N () = V() = Canale non sequenziale Su un canale non sequenziale si possono verificare malfunzionamenti: perdita di duplicazione di V() = V() = N () = N () = V() = V() = EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 43 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 44 Canale non sequenziale con numerazione modulo 4 V() = V() = V() N () = N () = V() V() = Canale non sequenziale con numerazione modulo 4 V() = V() = V() N () = N () = 2 V() V() = V() = 2 V() = V() = N () = V() = N () = V() = EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 45 V() = 2 V() = 2 V() = 3 N () = 2 V() = 2 N () = 3 V() = 3 V() = 3 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 46 Canale non sequenziale con numerazione modulo 4 V() = 3 V() = 3 V() N () = 3 N () = V() V() = 3 Canale non sequenziale con numerazione modulo 4 V() V() V() = V() = V() = N () = N () = V() = N () = V() = N () = V() = N () = V() = N () = V() = EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 47 V() = EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 48 Pag. 8

9 EI DI CALCOLAOI - Protocolli a finestra Canale non sequenziale con numerazione modulo 4 Il protocollo si blocca: servono meccanismi per ripartire Si riducono le possibilità di malfunzionamento usando: un maggior numero di bit per la numerazione un tempo di vita massimo per le e gli ACK Go Back N Il protocollo può essere poco efficiente a causa di elevati ritardi di attesa delle conferme Permettere la trasmissione di più di una prima di fermarsi in attesa delle conferme migliora le prestazioni: Go Back N EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 49 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 5 Finestra di trasmissione La finestra di trasmissione W rappresenta la quantità massima di in sequenza che il trasmettitore è autorizzato ad inviare in rete senza averne ricevuto riscontro (ACK) Dimensione della finestra limitata dalla quantità di memoria allocata appresenta anche il massimo numero di contemporaneamente presenti sul canale o in rete Finestra di ricezione La finestra di ricezione W determina la sequenza di che il ricevitore è disposto ad accettare in un dato istante di tempo Dimensione della finestra limitata dalla quantità di memoria allocata EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 5 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 52 Finestra di trasmissione Finestra di ricezione unitaria confermate in attesa di conferma che possono essere trasmesse W che non possono ancora essere trasmesse n confermate W attesa fuori sequenza che non possono essere accettate n EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 53 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 54 Pag. 9

10 EI DI CALCOLAOI - Protocolli a finestra Go Back N Il trasmettitore con finestra N: invia fino ad N = W, facendo di ognuna una copia attiva un solo orologio per le N (che viene resettato ad ogni trasmissione di ) si pone in attesa delle conferme di ricezione (ACK) se scade il timeout prima dell arrivo delle conferme, ripete la trasmissione di tutte le non ancora confermate Go Back N Il ricevitore, quando riceve una : controlla la correttezza della controlla il numero di sequenza se la è corretta invia la conferma di ricezione se la contiene il primo numero di sequenza non ancora ricevuto, viene consegnata ai livelli superiori EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 55 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 56 Semantica dei pacchetti di riscontro La semantica associata al pacchetto di riscontro può essere: ACK individuale (o selettivo): si notifica la corretta ricezione di un pacchetto particolare. ACK(n) significa ho ricevuto il pacchetto n ACK cumulativo: si notifica la corretta ricezione di tutti i pacchetti con numero di sequenza inferiore a quello specificato nell ACK. ACK(n) significa ho ricevuto tutto fino ad n escluso ACK negativo (NAK): si notifica la richiesta di ritrasmissione di un singolo pacchetto. NAK(n) significa ritrasmetti il pacchetto n rasmettitore e icevitore si devono accordare preventivamente sulla semantica degli ACK EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 57 Piggybacking Nel caso di flussi di informazione bidirezionali, è sovente possibile scrivere l informazione di riscontro (ACK) nella intestazione di di informazione che viaggiano nella direzione opposta. EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 58 Posizioni relative corrette tra W e W W Numerazione La numerazione delle è ciclica: k bit di numerazione numerazione modulo 2 k n W EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 59 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 6 Pag.

11 EI DI CALCOLAOI - Protocolli a finestra Numerazione Go Back N 3 bit di numerazione W W = = W 2 3 W EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 6 rasmettitore è significativamente più complesso rispetto al caso dello quantità di memoria gestione dell orologio algoritmi icevitore inalterato (finestra ) Si possono usare conferme cumulative (su gruppi di ) orologio al ricevitore La finestra di trasmissione non può avere dimensioni arbitrarie: W < 2 k EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 62 Selective repeat Finestra di ricezione maggiore di Nel protocollo Go back N il ricevitore può accettare solo in sequenza Accettare corrette, ma fuori sequenza, migliora le prestazioni: Selective repeat Il protocollo Selective epeat usa finestra di trasmissione e finestra di ricezione di dimensioni maggiori di (di solito di pari dimensione) Esistono diverse possibili implementazioni che si differenziano per: uso di ACK selettivi o cumulativi; uso di timer associati alle singole o alla finestra comportamenti del trasmettitore e del ricevitore Descriviamo caso con ACK cumulativi e timer associati alla finestra confermate e consegnate al livello superiore da consegnare al livello superiore W attese n fuori sequenza che non possono essere accettate EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 63 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 64 Selective repeat Il trasmettitore: invia fino ad N = W, facendo di ognuna una copia attiva un solo orologio per le N (che viene resettato ad ogni trasmissione di ) si pone in attesa delle conferme di ricezione (ACK) se scade il timeout prima dell arrivo delle conferme, ripete la trasmissione di tutte le non ancora confermate Selective repeat Il ricevitore: riceve una controlla la correttezza della controlla il numero di sequenza EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 65 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 66 Pag.

12 EI DI CALCOLAOI - Protocolli a finestra Selective repeat Il ricevitore: se la è corretta ed in sequenza la consegna al livello superiore (eventualmente insieme ad altre ricevute in sequenza) se la è corretta ma non in sequenza: se è entro la finestra di ricezione la memorizza se è fuori dalla finestra di ricezione la scarta invia un ACK relativo all ultima ricevuta in sequenza Selective repeat - Osservazioni In caso di perdita singola, questa versione del protocollo si comporta come il go back N in termini di velocità di trasmissione (throughput) occupazione del canale Si ottengono vantaggi rispetto al go back N se < tempo trasmissione della finestra nuovo ACK permette di spostare in avanti la finestra prima di completarne la ritrasmissione in presenza di perdite ripetute sui dati poiché si memorizza in ricezione, è sufficiente che una sola copia di ogni pacchetto sia arrivata al ricevitore Modificando il comportamento del trasmettitore, e vincolandolo a ritrasmettere solo il primo pacchetto (perso) nella finestra si riduce l occupazione del canale (si recupera pacchetto perso ogni ) Migliori prestazioni si hanno adottando ack selettivi Mandare in ogni ACK una fotografia della finestra del ricevitore EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 67 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 68 Selective repeat Nel protocollo selective repeat vale la relazione W +W 2 k che lega la dimensione delle finestre di X e X con i k bit di numerazione Nel seguente esempio, illustriamo quali problemi si possono verificare se la relazione viene violata Nell esempio: W = 3, W = 2, k = 2 Ipotesi: timer su finestra Selective repeat 2 Errore: accettato come nuovo! 2 3 W 3 W Errore: scartato indebitamente! EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 69 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 7 isultato Non rispettare la relazione finestra/numerazione ha avuto come conseguenza: pacchetto erroneamente accettato due volte! pacchetto erroneamente scartato! Velocità di trasmissione (throughput) hroughput di un generico protocollo a finestra in assenza di errori finestra _ trasmissio ne min, velocità _ linea Connessioni corte ottengono throughput maggiore a pari finestra EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 7 EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 72 Pag. 2

13 EI DI CALCOLAOI - Protocolli a finestra Velocità di trasmissione (throughput) Per regolare il throughput posso agire su round trip time (ritardando invio di ack) genero ritrasmissioni dimensione finestra EI DI CALCOLAOI Protocolli a finestra - 73 Pag. 3