Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Wykład 3: Zasady Działania Protokołów Telekomunikacyjnych Prof. dr hab. Inż. Wojciech Burakowski Instytut Telekomuniacji PW Zespół Technik Sieciowych Pokój.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Wykład 3: Zasady Działania Protokołów Telekomunikacyjnych Prof. dr hab. Inż. Wojciech Burakowski Instytut Telekomuniacji PW Zespół Technik Sieciowych Pokój."— Zapis prezentacji:

1 Wykład 3: Zasady Działania Protokołów Telekomunikacyjnych Prof. dr hab. Inż. Wojciech Burakowski Instytut Telekomuniacji PW Zespół Technik Sieciowych Pokój 335 tnt.tele,pw,.edu.pl Sieci Wielousługowe: lato 2008

2 Plan wykładu Protokoły telekomunikacyjne 1 2 Weryfikacja działania protokołu 3 Podstawowe systemy i mechanizmy dla przekazu informacji 4 Ocena efektywności działania protokołu

3 Protokoły telekomunikacyjne 1

4 Protokoły telekomunikacyjne (1) Transport - terminal Sieć-węzeł Łącze danych Sieć telekomunikacyjna Cele protokołu telekomunikacyjnego: przekazanie danych pomiędzy dwoma lub więcej punktami protokoły są na wielu poziomach (warstwach)

5 Protokoły telekomunikacyjne (2) transport sieć łącze danych nagłówekdane nagłówekdanenagłówek danenagłówek kod Nagłówek: dla przekazywania informacji sterujących, rozróżnienia ramek itd.. Zasadniczy problem: jakie mechanizmy muszą być zaimplementowane w protokołach aby można było przesłać informację bez błędu pomimo tego, iż przesyłane informacje mogą zaniknąć, mogą być opóźnione albo mogą być obarczone błędem

6 2 Podstawowe systemy i mechanizmy dla przekazu informacji

7 System ze sprzężeniem zwrotnym decyzji (1) 1: Nadajnik pobiera wiadomość do wysłania 2. Nadajnik zapisuje wiadomość w pamięci 3. Nadajnik wysyła wiadomość do odbiornika 4: Odbiornik przekazuje odebraną wiadomość do układu decyzyjnego Układ decyzyjny: decyduje czy odebrana wiadomość jest poprawna 5. Układ decyzyjny przesyła decyzję do Odbiornika 6. Odbiornik przesyła informacje do ujścia informacji 7. Odbiornik przesyła decyzje do Nadajnika 8: Nadajnik wymazuje wiadomość z pamięci NadajnikOdbiornik 3 7 Pamięć 1 2 Decyzja o poprawności odbioru źródłoujście Kanał transmisyjny

8 System ze sprzężeniem zwrotnym decyzji (2) Kanał transmisyjny 1.Konieczny kanał dwukierunkowy od Nadajnika do Odbiornika i od Odbiornika do Nadajnika Może być kanał dupleksowy lub naprzemienny Przy dwukierunkowej transmisji danych, kanał docelowy dla jednego kierunku jest kanałem powrotnym dla drugiego kierunku 2.Możliwość utraty przekazywanej wiadomości Błędy transmisyjne Przeciążenia w sieci (jeżeli rozważamy protokoły warstw wyższych, np.. Wartwy sieciowej lub transportowej) 3.Opóźnienia w pętli sprzężenia zwrotnego, RTT (Round Trip Time) Czas propagacji, Tprop Czas przetwarzania wiadomości w węzłach, Tprz Skończona szybkość kanału transmisyjnego, Ttr1 – kanał docelowy, Tr2 – kanał powrotny RTT = długość wiadomości x Tr1 + długość wiadomości potwierdzającej x Ttr2 + Tprop + Tprz Uwagi: (1) Jeżeli rozważamy transmisję między dwoma sąsiednimi stacjami wówczas mamy jedno łącze transmisyjne, np.. Dla lącza danych (2) Jeżeli rozważamy przekaz od końca do końca (np.. warstwa transportowa), wówczas kanał transmisyjny przechodzi przez całą sieć Nadajnik Odbiornik Kanał docelowy Kanał powrotny Nadajnik Odbiornik Kanał docelowy Kanał powrotny Węzeł sieci (1)(2)

9 System ze sprzężeniem zwrotnym decyzji (3) Modele błędów w kanale 1.Kanał o błędach niezależnych Zdefiniowany przez podanie prawdopodobieństwa przekłamania pojedynczego bitu (BER – Bit Error Rate) Jeśli n oznacza długość wiadomości i p oznacza prawdopodobieństwo przekłamania jednego bitu, wówczas prawdopodobieństwo przesłania wiadomości (sukces) bez błędu wynosi: sukces = (1-p)^n 2.Kanał o błędach zależnych Błędy występują seryjnie Przyczyny błedów w kanał radiowych – zanik sygnału, interferencje Przyczyny błedów przy przesyłaniu przez sieć - przeciążenia w sieciach Modelowanie kanału o błędach seryjnych – np..przez modele Markowa Stan 1 Stan 2 Prawdopodobieństwa przejść pomiędzy stanami Stan 1: BER = x Stan 2: BER = y

10 System ze sprzężeniem zwrotnym decyzji (4) Podejmowanie decyzji o poprawnym odbiorze (1) 1.Odbierana wiadomość musi być: Wiadomością oczekiwaną (1) Numer odbieranej wiadomości musi być zgodny z numerem wiadomości oczekiwanej (2) Wiadomość odbierana musi być poprawna, tzn, nie może zawierać błędów transmisyjnych Numer sekwencyjnyPozostałe dane Wiadomośc odebrana Wiadomośc oczekiwana Numer oczekiwany Numer sekwencyjnyNumer oczekiwany =

11 System ze sprzężeniem zwrotnym decyzji (5) Podejmowanie decyzji o poprawnym odbiorze (2) Odbierany blok musi być poprawny, tzn, nie może zawierać błędów transmisyjnych rozwiązanie:zastosowanie kodów nadmiarowych NagłówekDane Pole kodowe Możliwe formaty przesyłanych bloków NagłówekPole kodowe nagłówkaDanePole kodowe danych NagłówekPole kodowe nagłówkaDane Cel kodowaniaPole kodowane: K bitów Pole kodowe: R bitów K – liczba bitów informacyjnych, R – liczba bitów nadmiarowych, (N=R+K) – liczba przesyłanych bitów Prawidłowym ciągiem odebranym jest jedynie ciąg kodowy (!) 2^K – liczba różnych ciągów kodowych, 2^N – liczba możliwych odbieranych ciągów danych

12 System ze sprzężeniem zwrotnym decyzji (6) Podejmowanie decyzji o poprawnym odbiorze (3) – kody nadmiarowe Kodowanie liniowe: bity w polu kodowym są wynikiem dodawania modulo2 wybranych bitów informacyjnych Przykład: kod (6,4) - K= 4, R=2, N=6 S1S2S3S4 Pole kodowane Pole kodowe C1 = S1+S2+S3; C2=S3 +S4 Ciąg przed kodowaniem Przykładowe równania S1S2S3S4C1=S1+S2+S3C2 =S3+S4 Ciąg wysyłany Operację kodowania realizujemy w nadajniku W odbiorniku – sprawdzamy poprawność kodowania

13 System ze sprzężeniem zwrotnym decyzji (7) Podejmowanie decyzji o poprawnym odbiorze (3) – kody nadmiarowe Najczęściej stosowane kody: (1) kod Hamminga (7,4) (2) kody cykliczne (3) kody parzystości Wykorzystanie własności kodów: (1) korzystanie jedynie z własności detekcyjnych (2) korzystanie z własności detekcyjnych i korekcyjnych (3) korzystanie z własności wyłącznie korekcyjnych

14 System ze sprzężeniem zwrotnym decyzji (8) Typy protokołów: (1) stop_and_wait (2) go_back_n (3) selektywne powtarzanie Stop_and_wait: Nowy blok (np. Dane 2) możemy wysłać dopiero po poprawnym odbiorze bloku poprzedzającego (np.. Dane 1), tj. po otrzymaniu potwierdzenia odbioru NadajnikOdbiornik 3 7 Pamięć 1 2 Decyzja o poprawności odbioru źródłoujście Dane 1Dane 2 Dane 2 są wysyłane po odbiorze Danych 1, itd...

15 System ze sprzężeniem zwrotnym decyzji (8) Dane 1Dane 2Dane 3 RTT Jeżeli RTT duże (np. w łączach satelitarnych ok msek) – małe wykorzystanie łącza Jeżeli RTT (np. msek) małe – można ten protokół stosować czas

16 System ze sprzężeniem zwrotnym decyzji (8) Go_back_N: Kolejny blok (dane), powiedzmy (k+N)-ty możemy wysłać dopiero po otrzymaniu potwierdzenia o poprawnym przesłaniu bloku N-tego NadajnikOdbiornik 3 7 Pamięć 1 2 Decyzja o poprawności odbioru źródłoujście Dane (K+N-1) Dane (k+N) Dane (K+N-2) Potwierdzenie dla Danych (k) W pętli sprzężenia zwrotnego może być N niepotwierdzonych bloków

17 System ze sprzężeniem zwrotnym decyzji (9) Dane 1Dane 2Dane 3 RTT Dane 4Dane 5Dane 6 RTT Przykład: N =3 (bez błędu) Przykład: N =3 (błąd przekazu bloku 2 – Dane2) Dane 1Dane 2Dane 3 RTT Dane 4Dane 2Dane 3Dane 4 błąd Nie rozważane jako przesłane RTT Time-out – ok.. 3 RTT

18 System ze sprzężeniem zwrotnym decyzji (10) Dla Go_Back_N konieczna numeracja bloków do M (M>=N), numery 0, 1,2,..., (M-1)– tzw numeracja modulo M Jeżeli mamy nuumerację modulo M – wówczas maksymalna liczba niepotwierdzonych bloków jest (M-1) ! Możemy określić tzw. szerokość okna dla wysyłania bloków– W (maksymalna liczba niepotwierdzonych bloków), W<= (M-1) System Go_back_N działa w następujący sposób: w przypadku, gdy nie ma błędów, dąży do ciągłej transmisji bloków (w zależności od RTT, szerokości okna W, parametrów łączy transmisyjnych itd.) W przypadku błędu, system działa jak system STOP_and_Wait Większośś protokołów działa w oparciu o system Go_back_N Podsumowanie

19 System ze sprzężeniem zwrotnym decyzji (11) Selektywne powtarzanie: Powtarzamy tylko te bloki, które nie zostały przesłane poprawnie Przykład: N =3 (błąd przekazu bloku 2) Dane 1Dane 2Dane 3 RTT Dane 4Dane 2 RTT Dane 5 błąd Rozważane jako przesłane Schemat rozważany w przypadkach, kiedy droga transmisyjna jest długa – łącze satelitarne, lub połączenie przechodzi przez wiele węzłów - protokół transportowy Konieczność buforowania danych w Odbiorniku

20 System ze sprzężeniem zwrotnym informacji (1) 1: nadajnik pobiera wiadomość do wysłania 2. Nadajnik zapisuje wiadomość w pamięci 3. Nadajnik wysyła blok do odbiornika 4: odbiornik zapamiętuje blok 5. Odbiornik przesyła ten blok z powrotem do Nadajnika 6. Nadajnik po odebraniu bloku sprawdza, czy odebrany blok jest taki sam jak nadany - Układ decyzyjny 7. Nadajnik wysyła potwierdzenie do Odbiornika 8 i 9:Odbiornik pobiera z pamięci wiadomość i przesyła do ujścia NadajnikOdbiornik 3 5 Pamięć 1 2 Decyzja o poprawności odbioru źródłoujście Kanał transmisyjny Pamięć 7 System używany, kiedy kanał powrotny jest lepszej jakości niż kanał docelowy

21 System z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego (1) NadajnikOdbiornik źródłoujście Kanał transmisyjny Kody korekcyjne, np. kody splotowe Wykorzystanie systemu: kiedy RTT jest za duże, łącza satelitarne konieczność stosowania kodów korekcyjnych

22 Weryfikacja działania protokołu 3

23 Weryfikacja działania protokołu (1) Weryfikacja – sprawdzenie, czy dany protokół działa zgodnie z założeniami: czy przekazuje informacje czy nie wchodzi w stan zakleszczenia, czyli dwie strony czekają na odbiór jakiejś wiadomości jak reaguje protokół na wystąpienie strat przesyłanych wiadomości Czy protokół nie wchodzi w tzw. stany pochłaniające Problem: wiele stanów protokołu Metody weryfikacji: metoda automatów o skończonej liczbie stanów Sieci Petri

24 Weryfikacja działania protokołu (2) Przykład: Protokół Stop_and_Wait 0,0,0 0,1,A 1,1,1 1,0,A 0,0,- 0,1,-0,1, 0 1,1,-1,0, 1 1,0, O 1 A NIE 7 N (timeout) N 1 - Opis stanu (X,Y,Z) X : numer ramki wysyłanej przez nadajnik, X=0 lub 1 Y: numer ramki oczekiwanej przez odbiornik, Y=0 lub 1 Z: stan kanału, Z=0,1,A lub pusty (-) (0- wysłana ramka 0, 1-wysłana ramka 1, A wysłana ramka ACK, – nic nie ma w kanale – np. strata albo zanik)

25 4 Ocena efektywności działania protokołu

26 Efektywność działania protokołu (1) 1.Ocena efektywności działania ( performances ) każdego protokołu jest ważnym elementem projektowania protokołu 2.Ocena taka pozwala określić zakres stosowalności danego protokołu oraz ustalić wartości parametrów protokołu (np. szerokość okna, wielkość przesyłanych bloków danych) 3.Metody oceny działania protokołu: Metody symulacyjne (np.. ns-2, OPNET, własne oprogramowania) Metody analityczne – bardzo pożądane, nie zawsze możliwe (zwłaszcza przy skomplikowanym działaniu protokołu) Metody testowania w sieci pilotowej 4.Dla każdego protokołu potrzebujemy określić zestaw parametrów określających efektywność działania protokołu

27 Efektywność działania protokołu (2) Przykład parametrów dla protokołów typu punkt-punkt: 1.Maksymalna szybkość przekazu danych 2.Czas przekazu danych Stały napływ danych do wysłania, cały czas mam coś do wysłania Dane przesłane bez błędu Zakres działania protokołu źródło Łącze C bit/s Efektywna szybkość przekazu danych (bit/s) < C (!) Maksymalna szybkość przekazu danych Czynniki zmniejszające szybkość przekazu: 1.Skończony czas przetwarzania i czas propagacji 2.Mechanizmy protokołu (np.. szerokość okna) 3.Konieczność retransmisji kolejka

28 Efektywność działania protokołu (3) Przykład parametrów dla protokołów typu punkt-punkt: 1.Maksymalna szybkość przekazu danych 2.Czas przekazu danych Dane napływają ze średnią intensywnością nie przekraczającą pojemności łącza Dane przesłane bez błędu Zakres działania protokołu źródło Łącze C bit/s Czas przekazu bloku danych, całego zbioru itp.. (wartość średnia, wartość maksymalna, kwantyl) Czas przekazu danych: Od chwiliprzekazania do protokołu do chwili poprawnego odbioru Czynniki nmające wpły na czas przekazu : 1.Skończony czas przetwarzania i czas propagacji 2.Mechanizmy protokołu (np.. szerokość okna) 3.Retransmisje kolejka


Pobierz ppt "Wykład 3: Zasady Działania Protokołów Telekomunikacyjnych Prof. dr hab. Inż. Wojciech Burakowski Instytut Telekomuniacji PW Zespół Technik Sieciowych Pokój."

Podobne prezentacje


Reklamy Google