Flödeskontroll och feldetektering Flödeskontroll Flödeskontroll ...

Flödeskontroll och feldetektering
● Flödeskontroll
● Felkontroll
● Feldetektering
● Felkorrektion
Flödeskontroll
● Problem:
Sändaren skickar mer än mottagaren kan hantera
- Ramar anländer så snabbt att de inte hinner behandlas
- De buffertar där ramarna mellanlagras blir överfulla
så att ramar går förlorade
● Kombination av flödeskontroll och felkontroll
- Metoder baserade på återskickning
Flödeskontroll
● Fysiska lagret: Överföring av ramar över en länk
- Fysiska överföringsmediet (typ av kabel etc.)
- Dataöverföring med elektromagnetiska vågor
* Linjekodning
* Modulering
- Synkronisering (att hålla reda på ”takten”)
● Ytterligare problem att lösas
- Anpassa sändarens hastighet till mottagarens kapacitet
- Detektera fel i ramar och korrigera dessa (hör till felkontroll)
etc
Flödeskontroll
● Metoder för flödeskontroll (utan felkontroll):
- Stop and wait
- Sliding window

Flödeskontroll
Flödeskontroll
● Sändaren
- Skickar en ram
- Väntar på bekräftelse
(acknowledgement)
- Skickar nästa ram
● Mottagaren
- Väntar på ram
- Skickar bekräftelse
- Väntar på nästa ram
● Utbredningstid
(propagation time)
* Tiden som det tar för en bit
att färdas över hela länken
= länklängd / utbredningshastighet
= utbredningstiden för en ram
= utbredningstiden för en
bekräftelse
(acknowledgement)
Utnyttjandegrad
(utilization)
Flödeskontroll
Flödeskontroll
● För symmetriska länkar gäller
● Överföringstid
(transmission time)
* Tid mellan första och sista
biten i en ram
= ramlängden / bithastigheten
● Totaltiden
* Tid från då första biten sänts
till då bekräftelse mottagits
● Antagande
- Överföringstid för
bekräftelse försummas (= 0)
- Tolkning av parametern a:
Hur många ramar som får plats på länken samtidigt (packade)
(om t.ex. a = 2 så tar en ram upp precis halva länkens längd)
- ”Längden” av en bit = utbredningshastigheten ( 2 ⋅10 m/s i fiber)
dividerat med länkkapaciteten (bithastigheten)
Exempel: 1 kb/s – 200 km, 1 Mb/s – 200 m, 1Gb/s – 20 cm
8

Flödeskontroll
Flödeskontroll
● Sliding Window
- Ökad utnyttjandegrad
genom sändande av flera
ramar (N st) åt gången innan
bekräftelse mottagits
- Ramar med sekvensnummer
- Varje bekräftelse innehåller
det sekvensnummer som
nästa ram förväntas ha
● Sliding windows:
Exempel med N = 3
Observera att ACK-numret
är nästa förväntade
ramnummer!
Flödeskontroll
● Sliding window (hos sändaren)
Senast sända ram
Fönstret krymper
när ramar sänds
Sliding Window:
Flödeskontroll
Ramar som kan sändas
Fönstret vidgas
när bekräftelser mottages
● U > 1
- Sändaren får bekräftelse
innan fönstret ”stängts”
- Sändning kan ske utan
avbrott
- Verklig utnyttjandegrad
blir dock aldrig > 1
● U < 1
- Sändaren får stanna och
vänta på bekräftelse då
fönstret stängts (efter N ramar)
- Utnyttjandegraden är så stor
del av tiden som vi inte väntar

● Hur stort fönster?
- N = 1: Stop and wait
Flödeskontroll
- a litet N litet
* LAN (Local Area Network): N = 8 (3 bitars sekvensnummer)
- a stort N stort
* TCP använder 32-bitars sekvensnummer (N ungefär 4
miljarder)
Felkontroll
● ARQ (Automatic Repeat Request)
- Felkontroll – När ramar eller bekräftelser ”tappas bort”
* Bygger på flödeskontroll
- Stop-and-wait flödeskontroll
* Stop-and-wait ARQ
* ”Alternating Bit Protocol”:
Endast två sekvensnummer (0 och 1)
- Sliding window flödeskontroll
* Go-back-N ARQ
* Selective-reject ARQ
Flödeskontroll
● Typer av bekräftelser (acknowledgements)
- Positiv: ACK (Acknowledgement)
- Negativ: NAK (Negative Acknowledgement)
● Sätt att sända bekräftelser
- Som separata ramar
- Tillsammans med data från mottagaren till sändaren
”Piggybacking”
Felkontroll
● Stop-and-wait ARQ
- Sändaren
* S = Sekvensnumret för senast
sända ram
* Sparar en kopia av senast sända ram
* Startar timer för varje sänd ram
* Stannar timer när ACK mottagits
* Omsändning vid time-out
(+timer-reset)
- Mottagaren
* R = Nästa förväntade ramnummer
* För varje mottagen ram skickas ACK
med nästa förväntade ramnummer
* Slänger mottagen ram om det har
felaktigt sekvensnummer

Felkontroll
● Stop-and-wait ARQ:
Missad bekräftelse
- Borttappad ACK för F1
- Time-out medför återsändning
- Mottagaren får felaktigt sekvensnr
1. Fimpar ramen
2. Skickar ACK med förväntat
sekvensnummer
- Sändaren kan nu sända nästa ram
Felkontroll
● Go-back-N ARQ
- Baserat på sliding window
- Sändaren kan skicka N ramar utan bekräftelse.
Kopior på alla obekräftade ramar sparas i en buffert.
Vid timeout omskickas alla dessa.
- Mottagaren kastar alla ramar med icke förväntade
sekvensnummer
Felkontroll
● Kontinuerlig ARQ
- Mer effektivt än stop-and-wait ARQ
- Sekvensnummer med sliding window
- ACK och NAK
- Time out
Felkontroll
● Tappad bekräftelse (N=3)
- Samtliga obekräftade ramar
skickas om (F , F och F )
0
1 2

Felkontroll
● Med k-bitars sekvensnummer
kan fönsterbredden vara högst 2
I annat fall kan samma ram
felaktigt mottagas flera gånger.
k ­1
Exempel med k = 2 där bredden
är felaktigt satt till 4 (skulle vara
högst 3). Ramarna från 0 till 3
skickas om (se bilden) trots att
de redan mottagits. Felaktigheten
består i att dessa tas emot som
”nya” ramar trots att de är ”gamla”
och borde ha slängts.
● Selective Repeat ARQ
Felkontroll
Felkontroll
● Selective Repeat ARQ
- Kallas även Selective Reject ARQ (SREJ)
- Omskicka bara precis de ramar som tappats
- Använd negativ bekräftelse (NAK) för att markera
vilka ramar som måste skickas om
- Även omskickning av ramar vid timeout
- Mottagaren accepterar bara sekvensnummer
inom mottagarfönstret
Felkontroll
● Selective Repeat ARQ - Fönsterbredd

Feldetektering
● Typer av överföringsfel
- Tappade ramar
- Korrupta ramar (med bitfel)
- Enstaka bitfel (single bit error)
- Skurvisa bitfel (burst errors)
* Hela sekvenser av bitar felaktiga
* Orsakas ofta av bruspåverkan
Feldetektering
● Paritetskontroll: Extra bit (paritetsbit) läggs till i slutet
- Antalet ettor jämnt (jämn paritet) eller udda (udda paritet)
- Mottagaren kontrollerar antalet ettor
● Fördelar
- Enkelt (vanlig binär addition)
- Kostar bara en extra bit per dataenhet
● Nackdel
- Detekterar bara enkla bitfel (eller skurfel med udda antal bitfel)
Paritetsbit
Feldetektering
● Grundidé
- Lägg till extra (redundant) information för
feldetektering
* Paritetskontroll
* Checksumma
* CRC (Cyclic Redundancy Check)
- Sändaren beräknar funktion av data och lägger till
denna
- Mottagaren beräknar samma funktion och jämför
* Om resultatet skiljer sig finns det något fel i data
Feldetektering
● CRC (Cyclic Redundancy Check)
- Data M byggs ut med n nollor i slutet och divideras med
ett fixt (n+1)-siffrigt binärt tal P
- Resten vid divisionen läggs till efter M (istället för nollorna)
- Resultatet M' skickas och tas emot som M''
- Om M'' får resten 0 vid division med P är det OK annars fel

● CRC - Exempel:
- Dividera fram resten
och lägg till den i slutet
efter M (detta ger M')
- Skicka M' som data
(Kom ihåg att subtraktion
och addition är samma sak
(xor) för modulo-2-räkning!)
Feldetektering
Feldetektering
● Generatorpolynom
- Binära tal kan representeras med polynom där
varje koefficient bestäms av bitvärdet och
motsvarande exponent bestäms av bitpositionen
Exempel: 10110010111 svarar mot polynomet
1 ⋅x 10 �0 ⋅x 9 �1 ⋅x 8 �1 ⋅x 7 �0 ⋅x 6 �0 ⋅x 5 �1 ⋅x 4 �0 ⋅x 3 �1 ⋅x 2 �1 ⋅x 1 �1 ⋅x 0
x 10 �x 8 �x 7 �x 4 �x 2 =
�x�1
● Exempel på standardpolynom
CRC-8:
CRC-16:
CRC-32: x 32 �x 26 �x 23 �x 22 �x 16 �x 12 �x 11 �x 10 �x 8 �x 7 �x 5 �x 4 �x 2 x
�x�1
8 �x 2 �x�1
x 16 �x 12 �x 5 �1
● CRC – Exempel
- Mottagna data M'
divideras med P
- Om resten blir 0 kan
kan korrekt meddelande M
fås genom att ta bort
CRC-delen
- Om resten inte blir 0
förkastas data
Feldetektering
Feldetektering
● Checksumma
- Dela in data i block om k delar med n bitar i varje del
- Använd summering (1-komplementär) och komplementering
enligt följande

Feldetektering
● Checksumma: Exempel
Följande data ska sändas: 10101001 00111001
Checksumman beräknas enligt
Summa
Checksumma
Checksumman läggs till i slutet efter själva datadelen
så att följande skickas:
Feldetektering
● Jämförelse mellan CRC och checksumma
● CRC
- Kan detektera
* Alla skurfel som påverkas av ett udda antal bitar
* Alla skurfel av längd högst = polynomets gradtal
* Med hög sannolikhet även längre sekvenser av fel
● Checksumma
- Kan detektera
* Alla fel som påverkas av ett udda antal bitar
* De flesta fel som påverkas av ett jämnt antal bitar
Feldetektering
● Checksumma: Exempel (forts.)
Om inga fel inträffar får mottagaren
Summering och komplementering ger sen följande
Summa
Komplement
Detta resultat gör att data accepteras som felfria.
Pröva själv vad som händer om ett bitfel introduceras i data!
Felkorrektion
● FEC (Forward Error Correction)
- Felkorrigerande koder (t.ex. hammingkod)
som automatiskt korrigerar eventuella fel
- Kräver större redundans (fler ”extrabitar”)
än vid enbart detektering av fel
● Omskickning av data (ARQ av olika typer)
- Kan användas både då bitfel inträffat och
då ramar tappats
- Skadade ramar kastas och data skickas om

Felkorrektion
● Hammingkod - Stoppa in 4 paritetsbitar bland 7 databitar (d):
● Ett enstaka bitfel kan
alltid korrigeras då
hammingkod används
Felkorrektion
Felkorrektion
● Hammingkod: Exempel