Lo strato di collegamento

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1 Marco Listanti Lo strato di collegamento Parte 2 Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

2 2 Marco Listanti ontrollo d errore e controllo di lusso Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

3 End-to-End vs. Hop-by-Hop 3 Una unzione può essere eseguita Esempi da estremo a estremo (end-to-end) (Strato di trasporto) tratta per tratta (hop-by-hop) (Strato di Data link) ontrollo d errore eseguito in ogni hop del percorso di rete oppure solamente tra sorgente e destinazione ontrollo di lusso eseguito in ogni hop del percorso di rete oppure solamente tra sorgente e destinazione Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

4 4 Marco Listanti utomatic Repeat Request (RQ) Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

5 utomatic Repeat Request (RQ) 5 Obiettivo assicurare che una sequenza di PDU sia consegnata in ordine e senza errori o duplicazioni in presenza di un servizio oerto dagli strati sottostanti che introduce errori e/o perdite Possibili procedure alternative Stop-and-Wait RQ Go-Back N RQ Selective Repeat RQ Elementi chiave delle procedure RQ odici di rivelazione d errore Riscontri positivi () Riscontri negativi (N) Timeout Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

6 Stop-and-Wait RQ 6 L entità trasmette tt una rame ed aspetta l Pacchetto Dopo ogni trasmissione viene attivato un temporizzatore Transmitter () Frame inormativa Frame di controllo Receiver (B) Pacchetto error-ree Header Pacchetto R Header R Frame di controllo () Frame Inormativa Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

7 Numeri di Sequenza 7 Frame persa B perso B Frame 0 Time-out Frame Time-out Frame Frame 0 Frame Frame Frame 2 Frame 2 Time Time L entità emittente () si comporta sempre nello stesso modo Nel secondo caso, l entità ricevente (B) riceve la rame due volte (duplicazione) B rivela la duplicazione mediante il numero di sequenza (S last ) contenuto nell header di ciascuna rame Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

8 Numeri di Sequenza 8 Esaurimento prematuro del time-out Time-out Frame 0 Frame 0 B Frame Frame 2 Time La stazione emittente interpreta in modo scorretto gli Per il secondo riscntra la rame che invece è persa Occorre inserire il numero di squenza anche negli (R next ) indica il numero di sequenza della prossima rame che il ricevitore si aspetta di ricevere implicitamente it t riscontra tuttett le rame con numero di sequenza R <RR Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

9 Numero di sequenza -Bit S last Timer R next Transmitter S last Receiver B R next Stato: (S last, R next ) (0,0) Error-ree rame 0 (0,) per la arriva al ricevitore per la rame rame 0 arriva al arriva al trasmettitore Error-ree rame trasmettitore arriva al ricevitore (,0) (,) Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

10 Stop-and-Wait RQ (Trasmitter) 0 Stato Ready ttesa di una richiesta di invio di un pacchetto dallo strato superiore Quando arriva una richiesta, si trasmette la rame con numero di sequenza S last e completa di R Transizione nello stato Wait Stato Wait ttesa del riscontro della rame emessa o dell esaurimento del timeout (la ricezione delle richieste dallo strato superiore sono bloccate) Se il timeout scade viene ritrasmessa la rame e viene riavviato il timer Se viene ricevuto un Se il numero di sequenza non è corretto l è ignorato Se il numero di sequenza è corretto (Rnext=Slast+), la rame è accettata e si torna nello stato Ready Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

11 Stop-and-Wait RQ (Receiver) Sempre nello stato Ready ttesa dell arrivo di una nuova rame Quando arriva una rame viene eseguito il controllo d errore (R) Se non sono rivelati errori e il numero di sequenza è corretto (Slast=Rnext) la rame è accettata viene aggiornato il valore di Rnext viene emesso l con valore Rnext il pacchetto è consegnato allo strato superiore Se non sono rivelati errori e il numero di sequenza non è corretto la rame è scartata viene emesso un with Rnext ( duplicato) Se sono rivelati errori la rame è scartata Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

12 Modello Stop-and-Wait RQ 2 t 0 = tempo totale di traserimento di una rame t proc B t prop t t proc t ack t prop t 2t 2t t n t 0 prop proc ack Lunghezza di una rame t 2t R n a R Lunghezza di un 2 prop proc Bit rate canale Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

13 3 Eicienza su un canale senza-errori Rate di trasmissione eicace c bit di overhead 0 numero di bit inromativi consegnati a destinazione n n o R e tempo totale necessario per la consegna dei bit inormativi t0, Eicienza di trasmissione 0 R e R n n t 0 R o n a n n n 2( t o prop p t n proc Eetto dell overhead di una rame. ) R Eetto di un Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204 Eetto del prodotto Banda-Ritardo

14 4 Esempio: Impatto del prodotto banda-ritardo n =250 byte =0000 bits, n a =n o =25 byte = 200 bit 2xDelayxBW Eiciency ms 200 km 0 ms 2000 km 00 ms km sec km Mbit/s % % 0 5 9% 0 6 % Gbit/s 0 6 % % % % La tecnica Stop-and-Wait non è eiciente in link ad alta velocità o con elevati ritardi di propagazione Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

15 5 Eicienza su un canale con errori Sia PP = probabilità bilità che una rame arrivi i senza errori / ( P ) = numero medio di trasmissioni necessarie per avere una trasmissione corretta di una rame t 0 /( P ) = tempo medio di traserimento di una rame SW R e R n n t 0 P R o n a n no n 2( t prop p t n proc ( ) R P ) Eetto della probabilità di perdita delle rame Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

16 Esempio: Impatto del Bit Error Rate 6 n =250 byte = 0000 bit, n a =n o =25 byte = 200 bit alcolo dell eicienza per un BER p=0, 0-6, 0-5, 0-4 P ( p) n e n p per grandi valori din e per piccoli valori di p P Eiciency R= Mbps T prop = ms 88% 86.6% 6% 79.2% 32.2% 2% Gli errori introducono un eetto signiicativo quando il prodotto n p si avvicina i ad Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

17 Go-back N RQ 7 Miglioramento del protocollo Stop-and-Wait Elimina le attese dei riscontri Il canale è mantenuto occupato inviando altre rame Utilizza una inestra in trasmissione di ampiezza W s rame Usa m bit per la numerazione delle rame Se vengono ricevuti gli delle rame emesse prima di esaurire la inestra, la inestra è aggiornata e la trasmissione delle rame può continuare Se la inestra si esaurisce, la trasmissione viene interrotta in attesa degli Se non sono ricevuti, allo scadere di un timeout le rame della inestra vengono ritrasmesse Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

18 Go-back-N RQ 8 W s = 4 Timeout scaduto r r r r r r r r r r r r r r Time B 2 3 rame uori sequenza R next Le rame con errori e uori sequenza sono scartate Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

19 Go-Back-N Transmitter & Receiver 9 Transmitter rame trasmesse e riscontrate Finestra in emissione... Timer Timer Timer S last S recent S last +W s - Buer S last S last +... S recent... S last +W s - Frame più vecchia non riscntrata Trama più recente max numero di sequenza ammesso Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204 Receiver Frame ricevute e riscontrate Finestra in ricezione R next Il Receiver accetta solo rame corrette e in sequenza (con numero di sequenza = R next ) Quando arriva una nuova rame in sequenza, viene incrementato di uno R next, quindi la inestra in ricezione slitta di una unità

20 Sliding window 20 Transmitter rame trasmesse e riscontrate Finestra in emissione... S last S recent S last +W s - Numeri di sequenza a m bit modulo M = 2 m 2 m 0 Il Transmitter attende gli (con numero di sequenza S S last ) Quando arriva un, con numero di sequenza S, viene posto S last = S L estremo superiore della inestra sarà quindi S last + W s + Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204 S last inestra in emissione i + W s i + i 2

21 Dimensione massima della inestra 2 W s = M = 2 m = 4 r r r r r r r r Time B R next Il massimo valore della inestra è uguale a W s = = M - = 2 m - Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204 Il receiver ha R next = 0, ma non è in grado di distinguere se il suo per la rame 0 è stato ricevuto e quindi la rame arrivata è nuova oppure si tratta della ritrasmissione i i della vecchia rame 0

22 Dimensione massima della inestra 22 W s = M = 2 m - = 3 r 0 r r r r r Time B 2 3 Il Receiver ha R next = 3, R next quindi scarta la rame è sicuro che la rame 0 arrivata è una duplicazione i e quindi la scarta Il massimo valore della inestra è uguale a W s = M - = 2 m - Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

23 Piggybacking 23 Transmitter Receiver S B recent R B next S recent R next Receiver Transmitter inestra in ricezione B inestra in ricezione R next Finestra in trasmissione... R B next B Finestra in trasmissione... S last S last+w s- S B last S B last+w B s- Timer S last Buer Timer S B last last Timer Timer S last+ Timer... Le rame uori... S recent Timer... sequenza sono... S last+w s- scartate Timer Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204 S B last+ S B recent Timer S B last+w B s- Buer

24 24 Dimensionamento della inestra e del timeout T out T proc T prop T T T prop Il valore del Timeout (T out ) deve essere la somma delle seguenti componenti due tempi di propagazione + un tempo di processing = 2 T prop + T proc Un tempo di trasmissione di una rame inormativa T Un tempo di trasmissione della rame, T W s deve esere grande abbastanza da poter mantenere il canale occupato per tutto il periodo T out Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

25 Dimensione della inestra vs. prodotto banda-ritardo 25 Frame = 250 bytes =0,000 bits, R = Mbps 2(t prop + t proc ) 2 x Delay x BW Window ms 000 bits 0 ms 0, bits 2 00 ms 00, bits second,000,000, bits 0 Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

26 Eicienza del Go-Back-N 26 Tempo di traserimento di una rame t GBN t ( P ) P { t Ws t } P t Ws t P P Eicienza n n o no t n GBN GBN ( P ) R ( W ) P s Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

27 Impatto del BER su GBN 27 n =250 bytes = 0000 bits, n a =n o =25 bytes = 200 bits Random bit errors with p=0, 0-6, 0-5, 0-4 R = Mbps, Delay = 00 ms Mbps x 00 ms = bits = 0 rames W s = Eiciency S&W 89% 8.9% 88% 8.8% 80% 8.0% 33% 3.3% GBN 98% 88.2% 45.4% 4.9% Go-Back-N è migliore si S&W nei casi di elevato valore del prodotto banda ritardo Go-Back-N diviene ineiciente se il BER cresce Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

28 Selective Repeat RQ 28 Go-Back-N RQ è ineiciente poichè, in caso di ritrasmissione, è riemesso un numero elevato di rame, anche se ricevute correttemente dal receiver Selective Repeat ritrasmette solo le rame che sono state perse l esaurimento del Timeout determina la ritrasmissione solo della rame corrispondente La ricezione di un N causa la ritrasmissione della trama non riscontrata più vecchia Il Receiver gestisce una inestra in ricezione che indica i numeri di sequenza che possono essere accettati Farme corrette, ma uori sequenza con numero disequenza compreso nella inestra in ricezione non sono scartate, ma sono buerizzate Un arrivo di una rame con Rnext determina lo scorrimento della inestra in trasmissione Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

29 Selective Repeat RQ 29 r 0 r r 2 r 3 r 4 r 5 r 6 r 2 r 7 r 8 r 9 r 0 r r 2 Time B 2 N Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

30 Selective Repeat RQ 30 Transmitter Finestra in trasmissione... Receiver Finestra in trasmissione... rame trasmesse e riscontrate S last S recent S last +W s - rame ricevute e riscontrate R next R next +W r - Timer S last R next + Timer Timer S last +... Buer R next S recent... R next + W r - S last + W s - Buer massimo numero di sequenza accettato Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

31 Finestre in trasmissione e ricezione 3 Transmitter 2 m - 0 Receiver 2 m R next 2 S last Finestra in trasmissione i Finestra in ricezione i j i + W s i + j + W r I limiti della inestra si spostano I limiti della inestra si spostano in avanti di k se arriva un in avanti di se arriva una con R next = S last + k rame con numero di sequenza = R k =,, W s - next Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

32 Valori massimi di W s e W r 32 Esempio: M=2 2 =4, W s =3, W r =3 Frame 0 ritrasmessa Finestra in trasmissione {0,,2} {,2} {2} {.} r0 r r2 r0 Time B 2 3 Finestra in ricezione i {0,,2} {,2,3} {230} {2,3,0} {30} {3,0,} La vecchia rame 0 è accettata perchè ricade nella inestra di ricezione Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

33 Valori massimi di W s e W r 33 Esempio: M=2 2 =4, W s =2, W r =2 Frame 0 ritrasmessa Finestra in trasmissione {0,} {} {.} r0 r r0 Time B 2 Finestra in ricezione i {0,} {,2} {2,3} Il massimo valore permesso è W s + W r = 2 m Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204 La vecchia rame 0 è riiutata perchè ricade uori dalla inestra di ricezione

34 Perchè W m s + W r = 2 34 Il Transmitter emette le rame da 0 a W s -; la inestra di trasmissione è vuota Tutte le rame arrivano al receiver Tutti gli s sono persi Il Transmitter riemette la rame 0 2 m - 0 La inestra di ricezione i inizia i i a {0,, W r } La inestra di ricezione slitta a {W s,, W s +W r -} Il ricevitore riiuta la rame 0 perchè è uori dalla inestra di ricezione 0 2 m - W S last 2 s +W r - 2 Finestra in trasmissione W s - Finestra in ricezione R next W s Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

35 Eicienza del Selective Repeat 35 ssumiamo P = rame loss probability Il numero di trasmissioni richieste per traserire una rame è /(-P ) Il tempo di traserimento è quindi L eicienza è data da t / (-P ) SR n n o t /( P ) R ( no )( n n P ) Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

36 Esempio: Impatto del BER sul Selective Repeat 36 n =250 bytes = 0000 bits, n a =n o =25 bytes = 200 bits Random bit errors with p=0, 0-6, 0-5, 0-4 R = Mbps, Delay = 00 ms Eiciency S&W 8.9% 8.8% 8.0% 3.3% GBN 98% 88.2% 45.4% 4% 4.9% SR 98% 97% 89% 36% Il Selective Repeat ha prestazioni migliori rispetto a GBN e S&W, ma l eicienza diminuisce al crescere del BER Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204

37 onronto tra i metodi RQ 37 Selective-Repeat no SR ( P )( ) ( P ) n Go-Back-N P P GBN ( W ) P LP Stop-and-Wait ( P ) SW n 2( t t a prop n n S ssumiamo n a e n o trascurabili rispetto a n, e L = 2(t prop +t proc )R/n =(W s -) proc ) R Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204 P L per P 0, SR & GBN uguali per P, GBN & SW uguali

38 Eicienza RQ 38 Eicien ncy RQ Eiciency om parison Selective Repeat Go Back N 0 Stop and Wait Go Back N 00 - LOG(p) BER Stop and Wait 0 Telecomunicazioni per l erospazio - Pro. Marco Listanti /204 Prodotto banda ritardo = 0, 00