Strato di Linea. Prof. Franco Callegati Scopo dello strato di linea è quello di

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1 Strato di Linea Prof. Franco Callegati Funzioni dello strato di linea Scopo dello strato di linea è quello di rendere affidabile e sicuro il servizio di collegamento che lo strato 2 offre alle entità di strato 3 Le funzioni tipicamente svolte dallo strato 2 sono strutturazione del flusso di dati Le PDU di strato 2 sono dette trame o frame controllo e gestione degli errori di trasmissione controllo di flusso controllo di sequenza gestire il protocollo di accesso per un collegamento puntomultipunto Non tutti i protocolli di strato 2 svolgono tutte queste funzioni, alcuni implementano solo dei sottoinsiemi 2 1

2 Problematiche di Sincronismo Nelle trasmissioni numeriche per riconoscere i bit in ricezione occorre determinare gli istanti di campionamento ricostruire il sincronismo di cifra È un problema dello strato 1 che ha dei riflessi sullo strato 2 Un circuito nel ricevitore estrae il segnale di sincronismo ma ha bisogno di agganciarsi Sono possibili due modalità Il canale può essere tenuto sempre pieno di bit L aggancio avviene in fase di inizializzazione e viene poi sempre mantenuto Il protocollo di linea deve garantire la presenza di segnale anche quando non ha dati da trasmettere Il canale può avere momenti di vuoto di segnale All inizio di ogni nuova trasmissione deve essere inserito un preambolo di sincronismo 3 Il sincronismo di trama Il sincronismo di cifra garantisce la corretta lettura dei singoli bit Rimane il problema di distinguere le PDU una dall altra Si deve garantire il sincronismo di trama Protocolli asincroni a livello di trama Le trame possono iniziare e finire in ogni istante Informazioni aggiuntive (nel PCI) vengono usate per riconoscere correttamente inizio e fine delle trame Protocolli sincroni a livello di trama Le trame devono iniziare e terminare in istanti predefiniti Non sono necessarie PCI per il sincronismo 4 2

3 Riconoscimento degli errori: la codifica Prof. Franco Callegati Gestione dell errore : la codifica Per gestire l errore di trasmissione è necessario codificare i dati È necessario aggiungere dei bit ai dati k bit vengono codificati in una parola di n bit (r=n-k) Sono disponibili 2 n parole di codice per trasportare 2 k messaggi 2 k sono parole di codice ammesse (valide) 2 n - 2 k sono parole di codice non ammesse (invalide) Codici a correzione di errore Permettono di individuare nelle trame ricevute i bit errati e correggerli Codici a rivelazione di errore Si limitano a indicare se nella trama ricevuta ci sono dei bit errati Richiedono la ritrasmissione delle trame errate 6 3

4 Tipi di codifica in un trasmettitore Sorgente Codifica di Sorgente Codifica di Canale Codifica di Linea Mezzo Fisico Codifica Crittografica A ognuno di questi blocchi corrisponde una Decodifica in ricezione Le operazioni di codifica possono essere combinate in vari modi (canale/linea, sorgente/canale, ) La crittografia può essere inserita in diversi punti e in diversi strati dell architettura OSI 7 Tipi di codifica Codifica di sorgente: elimina la ridondanza intrinseca delle sorgenti diminuisce la velocità di emissione senza comprometterne la fruibilità dell informazione Codifica di canale: aggiunge bit di ridondanza per il controllo dell errore Codifica di linea: trasforma la sequenza di bit in una di simboli (in generale multilivello) per adattare il segnale trasmesso al mezzo trasmissivo Codifica crittografica: trasforma la sequenza dei simboli rendendola incomprensibile a chi non possegga ulteriori specifiche informazioni (chiavi) autenticazione, riservatezza, paternità, firma elettronica, 8 4

5 Codifica di canale: correzione o rivelazione? PROBLEMA Trasmissione di 1 Mbit di dati in trame lunghe 1000 bit Codice a correzione di errore richiede 10 bit aggiuntivi per trama Codice a rivelazione richiede 1 solo bit per trama Alla rivelazione dell'errore fa seguito la ritrasmissione Caso 1: tasso di errore per bit del canale pari a 10-6 In media una ritrasmissione ogni 1000 trame bit nel caso a correzione, =2001 nel caso a rivelazione Caso 2: tasso di errore per bit del canale pari a 10-5 In media una ritrasmissione ogni 100 trame bit nel caso a correzione, *1001=11010 nel caso a rivelazione. Caso 3: tasso di errore per bit del canale pari a 10-4 In media una ritrasmissione ogni 10 trame bit nel caso a correzione, *1001= nel caso a rivelazione. Conviene la rivelazione Circa equivalente Conviene la correzione 9 In generale Correzione di errore (anche forward error correction o FEC) Richiede molti bit aggiuntivi Permette la correzione dei dati errati in base ai soli dati ricevuti Rivelazione d'errore Richiede pochi bit aggiuntivi di controllo Rende necessaria la ritrasmissione dei dati errati In linea con l esempio precedente Conviene la rivelazione se il canale è affidabile per cui ci sono pochi errori Conviene la correzione se il canale produce molti errori di trasmissione Nelle reti di solito Si usano codici a correzione di errore nello strato fisico Si usa la rivelazione di errore come parte dei protocolli di linea 10 5

6 Protocolli asincroni a carattere Prof. Franco Callegati Protocolli asincroni a carattere Sono i primi protocolli per terminali e prevedono scambio di caratteri con l Host computer Sono un primo embrionale esempio d implementazione di alcune delle funzioni del protocollo di linea Non bene inquadrabili nel modello OSI Si dicono asincroni perché trasmettono un carattere alla volta in istanti scelti senza alcun vincolo temporale Il preambolo di sincronismo è un bit (detto bit di START) sono adatti per velocità fino a qualche Kbit/s Bit di START Bit di informazione Nuovo carattere t Linea idle Bits di STOP 12 6

7 Controllo della trasmissione dei caratteri Grande varietà di scelte Bit di START: 1 o 1,5 Bit di STOP: 1, 1,5 o 2 Bit di dati: in accordo col set di caratteri: 6 o 7+1 di parità o 8 Ci sono poi delle convenzioni per gestire il dialogo Alcuni caratteri vanno interpretati come caratteri di controllo un carattere speciale detto Escape o Data Link Escape (DLE) precede i caratteri che vanno interpretati come controlli (sequenze di Escape) Grandissima varietà e incompatibilità nelle implementazioni 13 Controllo dell errore: il bit di parità Al termine del singolo carattere si aggiunge un bit per il controllo dell errore Parità pari (even parity check): Il numero complessivo di bit a 1 deve essere pari Parità dispari (odd parity check): Il numero complessivo di bit a 1 deve essere dispari Esempio A in codice ASCII a 7 bit = Carattere trasmesso di 8 bit con parità pari Carattere trasmesso di 8 bit con parità dispari Il codice di parità permette la rivelazione di errori su qualunque numero dispari di bit 14 7

8 Procedura di dialogo Protocollo a finestra Prof. Franco Callegati Controllo di sequenza Durante la trasmissione può accadere che: alcune trame vadano perdute, alcune trame vengano ricevute più di una volta e quindi replicate le trame vengano ricevute in ordine diverso da quello di trasmissione E pertanto necessario controllare che le trame ricevute siano nella giusta sequenza Numerazione delle trame Attenzione a non confondere trame diverse con uguale numero di sequenza 16 8

9 Automatic Repeat request (ARQ) Garantisce un corretto trasferimento dei dati se la rivelazione degli errori è corretta Si assume un canale sequenziale le trame arrivano nella stessa sequenza con cui sono inviate a meno degli errori tutte sperimentano ritardi di propagazione circa uguali Il ricevitore controlla le trame ricevute Individua trame errate, utilizzando codici a rivelazione d'errore trame replicate o fuori sequenza utilizzando la numerazione Ignora le trame errate Scarta le trame replicate o fuori sequenza Fa partire le procedure di ritrasmissione delle trame perse o scartate 17 Numerazione delle trame Trasmettitore e ricevitore mantengono due contatori: N(S) conta in modo sequenziale le trame inviate N(R) conta le trame ricevute in modo corretto se si comincia a numerare la trame da N(S)=0 N(S) riporta il numero dell ultima trama inviata N(R) riporta il numero successivo a quello dell ultima trama correttamente ricevuta A N(S) = 0 N(R) = 0 N(S) = 1 N(R) = 0 B N(S) = 0 N(R) = 1 N(S) = 2 N(R) = 1 N(S) = 3 N(R) = 2 N(S) = 1 N(R) =

10 Conferma (Acknowledge) Il trasmettitore non può sapere se le trame inviate siano state correttamente ricevute a meno di ricevere una conferma dal ricevitore La corretta ricezione viene confermata dal ricevitore inviando al trasmettitore il proprio valore di N(R) Quando una trama viene ricevuta in modo corretto allora N(R) viene aumentato di 1 Quando una trama viene ricevuta in modo non corretto viene ignorata e N(R) non viene modificato La conferma della corretta ricezione può essere Esplicita Ogni trama ricevuta correttamente genera una trama di conferma Implicita (cumulativa) Una trama di conferma con N(R)=n conferma la ricezione corretta della trama n-1 e di tutte le trame precedenti non ancora confermate In piggybacking Viaggia inserita (a cavalluccio ) in una trama contenente dati utili 19 Trame ACK Servono trame specializzate per inviare la sola conferma nel caso in cui Il protocollo ARQ non possa usare il piggybacking Il trasmettitore non abbia trame da trasmettere Le trame di acknowledge o trame ACK Sono trame specializzate che non portano dati di utente ma solamente informazioni di controllo per il protocollo Non è necessario numerare le trame ACK I protocolli ARQ tipicamente confermano la ricezione delle trame che portano dati d utente non confermano la ricezione delle trame ACK (conferma della conferma) Non è necessario controllare la sequenza delle trame ACK 20 10

11 Finestra di trasmissione e Numerazione Finestra di trasmissione W W = numero massimo di trame che il trasmettitore può inviare senza ricevere alcuna conferma La numerazione delle trame viene effettuata modulo M M = 2 n dove n è il numero di bit utilizzati per la numerazione La numerazione delle trame trasmesse scorre nel tempo (sliding window) Finestra W=4 Trasmetto 0, 1, 2, Ricevuto ACK 1 Trasmetto Ricevuto ACK 2 Trasmetto 5 21 Time out Il protocollo può entrare in stallo (deadlock) Se le trame informative sono perdute Se gli ACK sono perduti È necessario un time out per riprendere il dialogo Un orologio parte al termine della trasmissione di ciascuna trama Se si raggiunge il time out senza avere conferma si ritrasmette la trama N(S) = 0 N(R) = 0 N(S) = 1 N(R) = 0 Time out N(S) = 0 N(R) = 0 N(S) = 1 N(R) = 0 X X N(R) = 1 N(R) =

12 Quanto deve essere lungo il Time out? Time out troppo breve Non si attende l arrivo dell ACK Invio non necessario di trame duplicate Time out troppo lungo Inutile attesa prima di ritrasmettere le trame errate Time out Time out Troppo presto In entrambi i casi Si spreca capacità di trasmissione (banda) Degradano le prestazioni Tempo perso 23 La finestra Per quale motivo imporre W finito e sospendere la trasmissione delle trame? Garantire unicità di numerazione delle trame Trame con identica numerazione diventano indistinguibili Un numero di sequenza può essere riutilizzato solamente dopo che la ricezione della trama relativa è stata confermata Garantire controllo di flusso automatico Il trasmettitore non deve saturare il ricevitore Non ci si può affidare ad una esplicita comunicazione da parte del ricevitore Che non può sapere quante trame sono in arrivo a causa del ritardo di propagazione La dimensione della finestra garantisce il ricevitore che deve essere in grado di accettare almeno una finestra di trame 24 12

13 Finestra e numerazione Campo di numerazione finito (k bit M =2 k diversi numeri di sequenza) deve essere W M-1 W=2, modulo 2 W=2, modulo 3 N(S) = 0 N(S) = 0 N(S) = 1 N(S) = 1 Time out X X N(R) = 1 N(R) = 0 Time out X X N(R) = 1 N(R) = 2 N(S) = 0 N(S) = 1 Nuova trama? N(S) = 0 N(S) = 1 Ritrasmessa (N(S)=0 e non N(S)=2) 25 Esempio: un intera finestra errata Esempio: W=2 k=1 M=2 Esempio: W=2 k=2 M=4 N(S) N(R) N(S) N(R) N(S) N(R) N(S) N(R)

14 Controllo di flusso Accorda la velocità del trasmettitore alla capacità di elaborare informazioni del ricevitore Il ricevitore Deve essere in grado di gestire un intera finestra Memorizzazione ed elaborazione di W trame Accorda il flusso di trame in arrivo tramite le conferme A regime un nuova trama ogni T e T e = tempo necessario per elaborare una trama N(S) N(R) Esempio: W=4 k=3 M=8 N(S) N(R) T e -- 1 ACK -- 2 ACK -- 3 ACK -- 4 ACK -- 5 ACK -- 6 ACK 27 Recupero dell errore: go-back-n ARQ Viene persa la trama N Il ricevitore Scarta tutte le trame successive a quella errata Segnale al trasmettitore la mancata ricezione della trama N Il trasmettitore Ritrasmette tutte la trame a partire dalla numero N Vantaggi Semplicità operativa Ridotta complessità nel ricevitore Svantaggi Inefficienza Si ritrasmettono trame senza che questo sia strettamente necessario N(S) = 5 N(S) = 6 N(S) = 7 N(S) = 5 N(S) = 6 N(S) = 7 W=3 X RJ,N(R)=5 RJ,N(R)=5 N(R) = 6 N(R) =

15 Selective repeat ARQ Viene persa la trame N Il ricevitore Scarta solamente la trama errata Segnala la mancata ricezione della trama N Il trasmettitore Ritrasmette solamente la trama N Il ricevitore Riordina le trame nella memoria di ricezione Vantaggi Maggiore efficienza Svantaggi Complessità del ricevitore Deve tenere in memoria le trame correttamente ricevute fintanto che non può consegnarle allo strato superiore nella giusta sequenza N(S) = 0 N(S) = 1 N(S) = 2 N(S) = 0 W=3 X SRJ,N(R)=0 N(R) = 3 29 Esempio 3 bit di numerazione W=3 Conferma esplicita Durante il dialogo La sequenza di ACK e REJECT garantisce il corretto recupero degli errori Il time-out viene utilizzato se si perde Un intero gruppo di ACK L ultima trama N(S) N(R) Start Go-back-n Time-out 6 1 N(S) N(R) -- 1 ACK 0 2 ACK in piggybak ACK -- 4 ACK -- 4 REJECT -- 4 REJECT -- 5 ACK ACK -- 7 ACK 30 15

16 Il protocollo stop-and-wait (W=1) È un caso particolare di protocollo a finestra con W=1, e trasmissione di trame informative in una sola direzione per volta A invia una trama a B e poi deve fermarsi ad aspettare l ACK (stop-and-wait) B riceve Se la trama è corretta invia una trama di conferma Se la trama è errata, tace A trasmette Una nuova trama se riceve l'acknowledgment da B La stessa trama se scade il time out, che indica che B non ha ricevuto la trama È sufficiente una numerazione modulo 2 (1 bit) 31 Protocollo HDLC Prof. Franco Callegati 16

17 High-level Data Link Control (ISO 4335) HDLC è il più diffuso protocollo di strato 2 Deriva dal protocollo SDLC utilizzato nella rete SNA di IBM Da HDLC derivano altri protocolli quali LAP-B (Link Access Procedure) : raccomandazione X.25 per reti pubbliche per dati LAP-D : rete ISDN PPP : connessioni punto-punto di Internet L'unità informativa è il bit (non il carattere) si dice che HDLC è orientato al bit Sincronismo in HDLC Asincrono a livello di trama Sincrono a livello di bit 33 Servizi HDLC fornisce un servizio connection oriented Consente la gestione di collegamenti: punto-punto e punto-multipunto a breve e lunga distanza full-duplex e half-duplex Il controllo della comunicazione può essere di tipo primario-secondario (master-slave) con stazioni di pari importanza (peer-to-peer) Questi servizi sono tutti previsti e selezionabili all'atto di instaurazione della connessione 34 17

18 Stazioni e configurazioni Tipi di stazioni: primarie: aventi la capacità di comandare le operazione sul collegamento (inizio e fine della comunicazione ecc.), secondarie: operano solamente a fronte di un comando proveniente da una stazione primaria, combinate: in grado di funzionare sia come primarie sia come secondarie, Configurazioni del collegamento: sbilanciato: obbligatorio per collegamenti puntomultipunto e opzionale per quelli punto-punto, fra una stazione primaria ed una o più stazioni secondarie bilanciato: solamente in comunicazioni punto-punto fra due stazioni combinate. 35 Principali modi di trasferimento delle informazioni Normal response mode (NRM) Tipico di un calcolatore con i suoi terminali, collegati in parallelo su di un bus La stazione primaria (master) inizia la comunicazione inviando trame dette comandi alle secondarie Le stazioni secondarie (slave) possono solamente rispondere al master a fronte di una richiesta esplicita (polling) inviando trame dette risposte Occorre un indirizzo per identificare le secondarie Asyncronous balanced mode (ABM) Dialogo fra due stazioni combinate, che possono fungere alternativamente da primaria e secondaria Possono iniziare entrambe in qualunque momento la comunicazione 36 18

19 La trama 1 byte 1 byte 1 byte variabile 2 byte 1 byte Flag Address Control Dati di strato 3 FCS Flag La trama si compone di: FLAG - 8 bit, usato per delimitare la trama, ADDRESS - 8 bit (estenbile a 16), contiene l'indirizzo, del destinatario o della sorgente a seconda dei casi, CONTROL - 8 bit (estendibile a 16) serve per definire il tipo di trama, DATI lunghezza variabile, un numero qualunque di bit contiene i dati di utente (livello 3) FCS (Frame Cecking Sequence) - 16 bit, contiene i bit per il controllo d'errore. 37 FLAG Il FLAG (bandiera) è una speciale sequenza di 8 bit Il FLAG determina il sincronismo a livello di trama (funzione di framing) Ricevendo il flag di inizio e di fine il ricevitore sa esattamente dove inizia e dove finisce la trama Il funzionamento corretto del protocollo dipende dal corretto riconoscimento dei FLAG Si deve garantire la trasparenza dei dati: la trama HDLC deve poter trasportare qualunque sequenza di bit come dati di utente 38 19

20 Bit Stuffing Problema: se nei dati è presente una sequenza di bit uguale al flag, si avrà una errata delimitazione della trama La soluzione è il bit stuffing Trasmettitore Inserisce il flag di inizio Se vede nei dati una sequenza di 5 bit con valore 1 gli appende automaticamente uno 0 in coda; Ricevitore Riconosce il flag di inizio Se vede una sequenza di 5 bit con valore 1 esamina quello che segue: Se è uno 0 lo toglie e continua Se è un 1 seguito da uno 0 riconosce il flag di fine 39 ADDRESS Nelle comunicazioni punto-multipunto Contiene sempre l'indirizzo della stazione secondaria Quando invia i dati il master ha il significato di indirizzo di destinazione Quando invia i dati lo slave ha il significato di indirizzo di sorgente Master ADD. = 2 ADD. = 2 Slave 1 Slave 2 Slave 3 Non è necessario nelle comunicazioni punto-punto, ma viene mantenuto con le stesse regole per uniformità. Il campo address può essere esteso a più byte Se il primo bit è 0, l indirizzo continua Se il primo bit è 1, quello è l ultimo byte dell indirizzo 40 20

21 Campo CONTROL: tipi di trame Il campo control viene utilizzato per distinguere tre tipi di trame: trame Informative (Information) trame di Supervisione (Supervisory) trame Non numerate (Unnumbered) bit Informative - I 0 N(S) P/F N(R) Supervisione - S 1 0 S P/F N(R) Non numerate - U 1 1 M P/F M 41 Trame di supervisione Servono per regolare il dialogo quando non si hanno dati da trasmettere (e quindi non si usano trame informative) avvengano eventi imprevisti di varia natura che richiedono l invio di una specifica informazione Contengono il solo numero N(R) di trama ricevuta e sono quattro : Receiver Ready (RR) (S = 00) : Conferma la ricezione delle trame fino a N(R)-1 e conferma che il ricevitore è pronto a riceverne altre Receiver not Ready (RNR) (S = 01) : Conferma la ricezione delle trame fino a N(R)-1, ma sospende l'invio di altre trame fino all'invio di un RR Reject (REJ) (S = 10) : rifiuta esplicitamente una trama errata e chiede di ripartire da N(R) Selective reject (SRJ) (S = 11) : chiede la ritrasmissione di una trama errata quando si usa un protocollo selective repeat 42 21

22 Trame non numerate Sono utilizzate per tutte la varie funzioni di controllo Non contengono numerazione Non alterano la sequenzialità delle trame Esempi: SNRM (Set Normal Response Mode) Richiede l apertura di una connessione NRM SABM (Set Asynchronous Balanced Mode) Richiede l apertura di una connessione ABM DISC (Disconnet) Richiede la chiusura di una connessione ABM UA (Unnumbered Ack) Conferma l apertura o la chiusura 43 Il bit P/F Il bit Poll/Final ha significato diverso a seconda del tipo di dialogo NRM viene posto ad 1 dal master quando intende interrogare (Poll) una stazione slave questa risponde con diverse trame, l'ultima delle quali ha il bit P/F=1 (Final), cosicché cede di nuovo il controllo della linea al master ABM Normalmente vale 0; viene posto a 1 solo nelle trame ritrasmesse a causa della scadenza di un Time Out 44 22

23 FCS: Frame Checking Sequence La trasmissione fisica dei bit è in generale affetta da problemi dovuti a: disturbi, interferenza, perdita di sincronismo ecc. Un certo numero di bit possono essere ricevuti in modo errato o non essere ricevuti affatto Tasso d'errore del collegamento fisico (canale) Il campo FCS (detto anche CRC, Cyclic Redundancy Check) serve per controllare la correttezza dei dati 45 Varianti di HDLC Formato esteso Il campo Control è fatto di 2 byte N(S) e N(R) e sono a 7 Bit possono contare modulo 128 Il dialogo deve iniziare con SABME (SABM Extended) o con SNRME (SNRM Extended) Utile quando si hanno ritardi grandi (es. canali via satellite) 0 N(S) P/F N(R) Modalità connectioless E definita una trama U detta UI (Unnumbered Information) che ammette un campo Informativo 0 (campo Control= ) Si trasmettono tutte trame UI Non sono presenti N(S) e N(R) e non si può fare recupero di errore o controllo di flusso e di sequenza 46 23

24 Protocollo PPP (RFC 1662 e 1663) Obiettivo: Controllare una trasmissione dati multiprotocollo su linea seriale PPP è simile a HDLC nella trasmissione dati Il campo Address è sempre (indirizzo di broadcast) Il campo Control è sempre di tipo UI La trama deve sempre contenere un numero intero di byte per cui invece di bit stuffing si usa byte stuffing Dopo il campo Control c e un campo Protocol di 1 o 2 byte che dice che tipo di protocollo di livello superioretrasporta il campo informativo Sono definiti due protocolli ausiliari per arricchire i servizi dello strato LCP (Link Conrtrol Protocol): per negoziare le opzioni a livello di Data Link NCP (Network Contol Protocol) per negoziare le opzioni a livello di Network 47 LCP e NCP Le caratteristiche di base del collegamento punto-punto vengono definite con LCP Ad esempio l autenticazione è parte della configurazione con eventuale scambio di password (protocolli PAP o CHAP) NCP Per rendere completamente utilizzabile il collegamento dai protocolli di rete potrebbero essere necessarie ulteriori configurazioni che dipendono dal protocollo di rete stesso È definito un NCP specifico per ogni protocollo di rete IPCP: NCP per IP Configurazione numero IP Uso o meno di compressione Più protocolli di rete possono utilizzare il medesimo canale PPP 48 24

25 Prestazioni dei protocolli di linea Prof. Franco Callegati Prestazioni Stop-and-Wait Efficienza del protocollo rapporto fra il tempo strettamente necessario ad inviare i bit di dati ed il tempo totale effettivamente impiegato D : dimensione campo dati in bit H : dimensione dell header (PCI) in bit, F=D+H : lunghezza totale del frame, A : lunghezza dell'ack, E, E : tempi di elaborazione per il controllo del frame in arrivo e per la preparazione del frame in partenza R : tempo di propagazione del segnale da un capo all'altro del collegamento, I = E+R ; I = E +R C, C : velocità dei canali di trasmissione T 0 T d R E H/C D/C E A/C R In generale il canale di andata e di ritorno possono essere diversi 50 25

26 Efficienza Tempo intercorso fra l invio di due frame successivi: T 0 = F/C + I + A/C + I Il tempo strettamente necessario per la trasmissione dei dati di utente è T d = D/C Efficienza: η = T d / T 0 = D / (C T 0 ) = D/(D+H+IC+I C+AC/C ) Per semplicità poniamo I = I, C = C, inoltre l ACK è praticamente composto dalla sola PCI, e quindi A H η = D/(D+2H+2IC) = D/(D+O) Overhead O = 2 H + 2 I C 51 Overhead Rappresenta la quantità di dati aggiuntivi introdotti dal protocollo O è una grandezza in bit L efficienza diminuisce al crescere di O O tiene conto di bit aggiuntivi di controllo (PCI) tempo non utilizzato dalla trasmissione a causa del protocollo ARQ Efficienza O/D L efficienza diminuisce Al crescere di H Molti bit per PCI All aumentare di C Linea molto veloce All aumentare di I Grandi distanze 52 26

27 Caso con errore Prima di trasmettere correttamente una trama possono avvenire k errori k 0 Il tempo necessario a trasmettere la trama, dati k errori, vale T k = k T e + T o Dove T o = (D + O)/C T e = D/C + H/C + T out Se P k è la probabilità di avere k errori, il tempo medio per trasmettere una trama vale E[T k ] = Σ k=0 T k P k = Σ k=0 (kt e + T o ) P k T k T e T e T 0 F/C T out F/C T out X X 53 Determinare P k Ipotesi Errore sulle trame i.i.d. (indipendenti ed identicamente distribuite, ossia di uguale probabilità)p F : prob. di ricevere una trama errata P k = prob{k trame errate seguita da 1 corretta} = P F k (1- P F ) Il numero medio di errori consecutivi risulta E[k] = P F / (1- P F ) 54 27

28 P k Ipotesi Trame errate i.i.d. (indipendenti e di uguale probabilità) P F = probabilità di errore per trama Una trama per essere ricevuta deve essere trasmessa senza errori K tramissioni errate consecutive con probabilità P F seguite da 1 tramissione corretta con probabilità (1- P F ) P k = prob{k trame errate seguita da 1 corretta} = P F k (1- P F ) Il numero medio di errori consecutivi risulta E[k] = P F / (1- P F ) 55 Determinare P F Ipotesi Errore sui bit i.i.d. P e : probabilità di errore per bit È possibile calcolare P k Ipotesi: errori sui bit indipendenti P F = 1 prob{trama corretta} =1-(1- P e ) F F P e D P e Nelle reti telefoniche gli errori sono a burst e vale la formula approssimata P F = α F β, con β > 1 Se però β 1 si può usare la formula dei bit indipendenti 56 28

29 Il valor medio di T k In teoria possono essere errate le trame ma anche le conferme Se vale la formula P F = F P e Se P e è circa costante P F dipende solamente da F La probabilità di sbagliare trame corte è trascurabile rispetto a quella di sbagliare trame lunghe [ ] = ( kt e + T O ) E T k " # P F k 1$ P F k= 0 & k k ( ) = ( P ) ( k T P + T P )= 1! " # F k =0 k k = ( ' PF ) $ Te( k PF + TO ( PF! = ( 1' PF ) % # " & $ Te % ) ) F 1 + T 2 k = 0 k = 0 F P E[ T k ] =T o + T F e 1" P F e F P O ( )! O 1' P 1' P F " F 1 # 57 In conclusione Efficienza: η = (D/C)/ E[T k ] T o = (D + O)/C T out I + H/C + I = 2I + H/C T e D/C + T out + H/C =D/C + 2I + 2H/C = D/C+O/C L efficienza massima si ha con T out minimo e T e minimo : Assumendo che: F P e << 1 O << D Risulta: ( " Max Max = & $ % D FP e ( D + O) + ( D + O) ( 1' FP )! e " D! 2 D + O + D P e # 58 29

30 Efficienza ottima Derivando ed uguagliando a zero l espressione dell efficienza massima, si ottiene il valore ottimo per D: D = ott O Pe Sostituendo il valore D ott nell espressione di η max si ottiene: Dott! ott = D + 2O ott 59 Finestra W>1 : in assenza di errori È necessario distinguere due casi (W-1) F/C H + 2IC, cioè W F C T 0 Si trasmettono W trame in un tempo pari a T 0 per cui η = (W D)/(D+2H+2IC) T 0 H+2IC (W-1) F/C W F > C T 0 il trasmettitore non interrompe mai la trasmissione delle trame per cui risulta: η = D/(D+H) oppure η = D/(D+O), con O = H Il secondo caso è il migliore per l efficienza : in trasmissione non ci sono tempi morti W F/C T

31 Finestra W>1 : caso con errore Supponiamo di metterci nel caso W F > C T 0 Assenza di tempi morti Distinguiamo due casi: Caso Selective Repeat ARQ L errore sulla trama comporta la sola ristrasmissione della trama stessa C T medio = F + F [P F / (1-P F )] F + F P F D + H + D 2 P e D " = D + H + D 2 P e D = ott Caso Go-back-n L errore sulla singola trama comporta la ritrasmissione di w = W/2 trame (l errore si colloca casualmente all interno della finestra) C T medio = F + W/2 F P F D + H + W/2 D 2 P e D H D " ott = ott " = D ott = D + H + wd 2 P e D ott + 2H H Pe wp e! ott Dott = D + 2H ott 61 31