chƯƠng 4 cÁc nghi thỨc ĐiỀu khiỂn liÊn kẾt dỮ liỆu

CHƯƠNG 4 CÁC NGHI THỨC ĐIỀU KHIỂN LIÊN KẾT DỮ LIỆU

[email protected]

CSE 501035 – Data Communication 2

Nội dung

Điều khiển liên kết dữ liệu (Data Link Control)

Điều khiển lỗi (Error Control)

Điều khiển dòng (Flow Control)


Vần đề khi trao đổi dữ liệu Đồng bộ khung

Dữ liệu được truyền theo khung

Điều khiển dòng dữ liệu Điều khiển tốc độ truyền dữ liệu

Điều khiển lỗi Xử lý lỗi gặp phải trên đường truyền

Định vị địa chỉ Xác định 2 thiết bị trao đổi dữ liệu trên đường truyền

Tích hợp dữ liệu và điều khiển trên cùng đường truyền Phân biệt dữ liệu và thông tin điều khiển

Quản lý liên kết Cấp phát, duy trì và giải phóng đường truyền giữa 2 thiết bị


Điều khiển dòng dữ liệu Bảo đảm cho việc bên phát không gởi dữ liệu

quá nhanh Ngăn ngừa việc tràn bộ đệm

Khái niệm thời gian Thời gian truyền (tframe): thời gian cần thiết để gởi

tất cả các bit dữ liệu lên đường truyền. Thời gian lan truyền (tprop): thời gian cần thiết để 1

bit đi từ nguồn đến đích.


Điều khiển dòng dữ liệu

Mô hình truyền khung

Điều khiển dòng (Flow Control)

Sliding windowsIdle RQ

(Stop and Wait)


Idle RQ (Stop–and–Wait) Đặc điểm

Được dùng chủ yếu trong các ứng dụng character-oriented (byte-oriented)

Sử dụng kênh truyền hoạt động trong chế độ half-duplex

Cơ chế hoạt động Nguồn phát dữ liệu (dưới dạng các frame) Đích nhận dữ liệu và trả lời bằng ACK Nguồn đợi ACK trước khi phát tiếp dữ liệu Đích có thể ngưng bằng cách không gởi ACK Thích hợp khi chỉ có vài frame có kích thước lớn

Dữ liệu lớn được chia thành các frame có kích thước nhỏ Kích thước bộ đệm có giới hạn Lỗi được phát hiện sớm Khi có lỗi, chỉ cần truyền lại frame nhỏ Ngăn ngừa tình trạng 1 trạm làm việc chiếm đường truyền lâu

Stop-and-wait protocol không thích hợp


Idle RQ (Stop–and–Wait)

Animation


Idle RQ – Hiệu suất Thời gian tổng cộng Hiệu suất đường truyền

VL

dR

RL

Vd

t

ta

21

1

T

tnU

frame

prop

D

frame

a) t n(2t T framepropD


Sliding windows Cơ chế hoạt động

Cho phép nhiều frame có thể truyền đồng thời Bên thu có bộ đệm với kích thước W Bên phát có thể truyền tối đa W frame mà không cần đợi

ACK Cơ chế đánh số thứ tự cho các frame ACK có chứa số của frame kế tiếp đang được mong đợi Số thứ tự được quay vòng bởi kích thước cửa sổ (modulo 2k)


Sliding windows

Animation


Sliding windows


Điều khiển lỗi Cung cấp cơ chế cho việc truyền dữ liệu trong trường

hợp dữ liệu bị mất hay sai sót trên đường truyền Bảo đảm dữ liệu nhận được đúng và chính xác

Loại lỗi Mất frame: frame không đến đích hoặc đến nhưng thông tin

điều khiển trên frame bị hư, không thể xác định được Frame hư: thông tin điều khiển trên frame xác định được,

nhưng dữ liệu trong frame bị hư

Kỹ thuật dùng để điều khiển lỗi Phát hiện lỗi (CRC, Parity, …) Positive ACK – xác nhận các frame nhận được Truyền lại sau một thời gian time-out Negative ACK (NAK) và truyền lại – yêu cầu truyền lại (NAK)

cho các frame bị hư


Điều khiển lỗi ARQ (Automatic Repeat Request)

Cơ chế cho phép các nghi thức liên kết dữ liệu quản lý lỗi và yêu cầu truyền lại

Phân loại Idle RQ (stop-and-wait)

Dùng với cơ chế điều khiển dòng stop-wait Được dùng chủ yếu trong truyền dữ liệu là ký tự hay byte thông tin

(character-oriented or byte-oriented) Continuous RQ

Dùng với cơ chế điều khiển dòng sliding-window Được dùng chủ yếu trong truyền dữ liệu là bit thông tin (bit-oriented) Được chia làm hai loại tùy theo cách thức sửa lỗi: selective reject và go-

back-NĐiều khiển lỗi

(Error Control)

ARQSliding windows

ARQ Stop and Wait

Go Back N Selective reject


Stop–and–Wait Cơ chế hoạt động

A gởi một I-Frame (Information Frame) đến B A đợi trả lời

ACK-Frame – A gới tiếp dữ liệu NAK-Frame – A gời lại dữ liệu Không nhận được trả lời – A gởi lại

sau thời gian time-out Lặp lại các bước trên

Ưu/khuyết điểm Đơn giản Không hiệu quả

Vấn đề I-Frame nhận được, nhưng ACK bị mất/hư? Có dùng được cho cơ chế sliding-window không?


Stop–and–Wait Cơ chế hoạt động

Trong trường hợp lỗi xảy ra (E1) I-Frame không đến được bên nhận (E2) I-Frame đến được bên nhận nhưng nội dung I-Frame

bị sai (E3) ACK-Frame không đến được bên gởi hay ACK-Frame

đến được bên gởi nhưng nội dung ACK-Frame bị sai

I(N)

I(N)

I(N)

ACK(N)

I(N+1)

I(N+1)

ACK(N+1)

Primary (P)

Secondary (S)

I(N+1)

E1

E2

E3

E3


Stop–and–Wait Sửa lỗi E1

Sử dụng timer: bên gởi sau khi gởi đi một I-Frame thì khởi động một bộ đếm thời gian, sau khoảng thời gian đợi T mà chưa nhận được tín hiệu ACK báo về thì xem như I-Frame chưa tới và gởi lại frame này.

I(N)

I(N)

I(N)

ACK(N)

I(N)

I(N)

ACK(N)

Primary (P)

Secondary (S)

I(N)

E1

Timer startedTimer expired

restartedTimer stopped


Stop–and–Wait Sửa lỗi E2 Implicit retransmission: sử dụng timer

Explicit retransmission: NAK-Frame (negative acknowledgement frame)

I(N)

I(N)

I(N)

I(N)

I(N)

ACK(N)

Primary (P)

Secondary (S)

I(N)E2



I(N)

I(N)

I(N)

I(N)

I(N)

ACK(N)

Primary (P)

Secondary (S)

I(N)E2 NAK(N)


Stop–and–Wait Sửa lỗi E3

Lỗi lặp lại frame (duplicated frame): dùng chỉ số tuần tự frame (sequential number)

I(N)

I(N)

I(N)

I(N)

I(N)

ACK(N)

Primary (P)

Secondary (S)

I(N)



Frame duplicated

ACK(N)

E3

I-Frame corrected

I(N)

Sequential number


Stop–and–Wait Hoạt động tốt


Stop–and–Wait I-Frame không đến


Stop–and–Wait ACK-Frame hư/không đến


Stop–and–Wait I-Frame hư


Go–back–N Cơ chế hoạt động

Điều khiển RR = receive ready = ACK = acknowledge REJ = reject = NAK = negative acknowledge

Dựa trên cơ chế sliding window A gởi liên tục các I-Frame đến B (trong khi cơ chế điều khiển dòng

còn cho phép) B chỉ nhận I-Frame theo đúng chỉ số tuần tự ? thứ tự I-Frame truyền

được bảo đảm Truyền lại tất cả các Frame sai kể từ Frame sai đầu tiên trở đi, bất kể

các I-Frame sau là đúng hay sai I-Frame hư

A gởi frame i, B phát hiện lỗi và gới NAKi, A gởi lại các frame, kể từ frame i Frame i bị mất nhưng frame i+1 nhận được, B gởi NAKi, A gởi lại các

frame kể từ frame i Frame i bị mất và sau i, không còn frame nào được gởi. A không nhận

được trả lời, sẽ gởi lại frame I sau một thời gian time-out ACK hư

B nhận được frame i, gởi ACKi, nhưng ACK này bị mất A đợi hoài, sẽ gởi lại các frame, kể từ frame i A gởi frame i, i+1, i+2. B gởi ACKi+2, được hiểu như bao gồm ACKi,

ACKi+1 NAK hư

A đợi hoài, sẽ gởi lại các frame, kể từ frame i

I(N)

I(N)

I(N+1)

I(N+1)

Primary (P)

Secondary (S)

I(N+2)

I(N+2)

I(N+3) I(N+4)

I(N+3) I(N+4)

I(N+5)

I(N+5)

I(N) ACK(N)


Go–back–N

I(N)

I(N)

I(N+1)

I(N+1)

Primary(P)

Secondary(S)

I(N+2) I(N+3) I(N+4)

I(N+3) I(N+4)

I(N+2)

I(N)ACK(N)

E1

I(N)

I(N+1)

I(N) I(N) I(N+1)

I(N+1) I(N+2)

I(N+2) I(N+3)

I(N+2)

I(N+3)

I(N+4)

I(N+2)

Timeoutretransmitted

I(N+3) I(N+4)

I(N+3) I(N+4)

Retransmittedmode

V(s)=N V(s)=N+1 V(s)=N+2 V(s)=N+2 V(s)=N+2 V(s)=N+2 V(s)=N+3 V(s)=N+4Frame

acceptedFrame notaccepted

Frameaccepted

Frame notaccepted

Frame notaccepted

Frameaccepted

Frameaccepted

Frameaccepted


Go–back–N Trong trường hợp lỗi xảy ra: các kiểu lỗi cũng tương

tự như trong Idle RQ (E1) I-Frame không đến được bên nhận, và lỗi này có thể

xảy ra đồng thời trên cùng nhiều I-Frame (E2) I-Frame đến được bên nhận, nhưng nội dung I-Frame

sai, lỗi này cùng có thể xảy ra đồng thời trên nhiều I-Frame (E3) ACK-Frame không đến được bên nhận, hay đến được

bên nhận nhưng nội dung frame bị sai, lỗi này có thể xảy ra đồng thời trên nhiều ACK-frame

I(N)

I(N)

I(N+1)

I(N+1)

Primary (P)

Secondary (S)

I(N+2)

I(N+2)

I(N+3) I(N+4)

I(N+3) I(N+4)

I(N+5)

I(N+5)

I(N)

ACK(N)

E1

E2

E1

E3


Go–back–N Sửa lỗi E1

Sử dụng danh sách truyền lại (Retransmission list) để lưu các I-Frame gởi đi nhưng chưa có ACK báo về. Bên thu nếu nhận được các I-frame không đúng thứ tự sẽ yêu cầu truyền lại các frame kể từ frame không nhận được (bằng cách gởi NAK). Bên gởi sẽ lấy ra I-Frame từ danh sách này ra truyền lại

Sử dụng timer: bên gởi sau khi gởi đi một I-Frame thì khởi động một bộ đếm thời gian, sau khoảng thời gian đợi T mà chưa nhận được tín hiệu ACK báo về (có thể do bên thu không gởi NAK) thì xem như I-Frame này chưa tới và gởi lại các frame kể từ frame này



Implicit Retransmission: dùng timer Khi một I-Frame truyền đến bên nhận nhưng bị lỗi, bên

nhận không đáp ứng tín hiệu sau thời gian timeout, bên gởi sẽ truyền lại I-Frame này. Nếu có nhiều I-Frame sai thì cách sửa lỗi cũng tương tự như trong trường hợp E1

Explicit Retransmission: dùng NAK-Frame Khi một I-Frame truyền đến bên nhận nhưng bị lỗi, bên

nhận sẽ báo lại cho bên gởi biết trường hợp này thông qua NAK-Frame. Như vậy thời gian đáp ứng sẽ nhanh hơn. Khi NAK-Frame bị lỗi hay không đến được bên gởi, sau thời gian timeout bên gởi cũng sẽ tiến hành gởi lại I-Frame này



Sử dụng chỉ số tuần tự frame (sequential number): Khi ACK-frame bị lỗi hay không đến được bên gởi, sau thời gian timeout bên gởi sẽ gởi lại I-Frame này, mặc dù lúc đó bên nhận đã nhận đúng I-Frame này (lỗi trùng I-frame) phải dùng chỉ số tuần tự frame để phân biệt giữa các I-frame với nhau

Do bên nhận chỉ nhận I-Frame theo đúng chỉ số tuần tự nếu bên gởi nhận được ACK(N+i+1) thì biết chắc chắn là bên nhận đã nhận đúng tất cả các I-Frame có chỉ số từ N N+1, do đó bên gởi vẫn không gởi lại các I-Frame từ N N+1 mặc dù ACK của các I-Frame này có thể bị lỗi hay bị mất ? tăng hiệu suất

Nếu sau thời gian timeout mà bên gởi vẫn không nhận được ACK/NAK nào, nó sẽ gởi lại các frame kể từ frame cuối cùng nhận được ACK


Go–back–N Khái niệm

Giả sử dòng các I-Frame đi theo một chiều và chiều kia chỉ dùng cho ACK

Các frame thông tin điều khiển đủ chỗ để chứa ACK (piggybacked acknowledgment), do đó việc trao đổi dữ liệu full-duplex sẽ chứa ACK.

NAK thường được gởi riêng, không theo kiểu piggyback

ACKN xác nhận cho frame N-1


Selective Reject Cơ chế hoạt động

Tương tự như Go-Back-N, ngoại trừ việc chỉ gởi lại các frame bị NAK hoặc time-out

Bên nhận có thể nhận frame thông tin không theo đúng chỉ số tuần tự thứ tự frame thông tin truyền không được bảo đảm và bên nhận phải có buffer để lưu lại các frame đến không theo đúng chỉ số tuần tự

Vấn đề kích thước cửa sổ Tình huống

A gởi 0-6 đến B B xác nhận tất cả, nhưng tất cả ACK đều bị mất A đợi hoài, nên gởi lại 0 B đã dịch cửa sổ nhận, nên có thể nhận 7,0,1,...5. Nó tưởng

frame 7 bị mất và 0 là frame mới, nên chấp nhận (trùng frame) Đây là vấn đề trùng lắp giữa cửa sổ gởi và cửa sổ nhận Kích thước cửa sổ tối đa là ½(2n), tức 2n-1


Selective Reject


Selective Reject Sửa lỗi E1

Sử dụng timer : bên gởi sau khi gởi đi một I-Frame thì khởi động một bộ đếm thời gian, sau khoảng thời gian đợi T mà chưa nhận được tín hiệu ACK báo về thì xem như I-Frame chưa tới và gởi lại Frame này

Sử dụng danh sách truyền lại (Retransmission list) để lưu các I-Frame gởi đi nhưng chưa có ACK báo về. Lúc lỗi sẽ lấy ra I-Frame từ danh sách này ra truyền lại

Đối với selective reject, khi lỗi xảy ra sẽ truyền lại chỉ các I-Frame sai. Do đó thứ tự I-Frame đến bên nhận là không có thứ tự và bên nhận phải có buffer để lưu lại các I-frame đến không đúng thứ tự này


Selective Reject

I(N)

I(N)

I(N+1)

I(N+1)

Primary(P)

Secondary(S)

I(N+2) I(N+3) I(N+4)

I(N+3) I(N+4)

I(N+2)

I(N) ACK(N)

E1

I(N)

I(N+1)

I(N) I(N) I(N+1)

I(N+1) I(N+2)

I(N+2) I(N+3)

I(N+2)

I(N+3)

I(N+4)

I(N+2)

Timeoutretransmitted

I(N+5) I(N+6)

I(N+5) I(N+6)

Retransmittedmode

V(s)=N+1

I(N) I(N+1) I(N+3) I(N+3)

I(N+4)

I(N+3)

I(N+4)

I(N+2)

I(N+5) I(N+6)



Implicit Retransmission: dùng timer Khi một I-Frame truyền đến bên nhận nhưng bị lỗi, bên

nhận không đáp ứng tín hiệu ? sau thời gian timeout, bên gởi sẽ truyền lại I-Frame này. Nếu có nhiều I-Frame sai thì cách sửa lỗi cũng tương tự như trong trường hợp E1

Explicit Retransmission: dùng NAK-Frame. Khi một I-Frame truyền đến bên nhận nhưng bị lỗi, bên

nhận sẽ báo lại cho bên gởi biết trường hợp này thông qua NAK-Frame. Như vậy thời gian đáp ứng sẽ nhanh hơn. Khi NAK-Frame bị lỗi hay không đến được bên gởi, sau thời gian timeout bên gởi cũng sẽ tiến hành gởi lại I-Frame này



Sử dụng chỉ số tuần tự frame (sequential number): Khi ACK-frame bị lỗi hay không đến được bên gởi, sau thời gian timeout bên gởi sẽ gởi lại I-Frame này, mặc dù lúc đó bên nhận đã nhận đúng I-Frame này (lỗi trùng I-frame) ? phải dùng chỉ số tuần tự frame để phân biệt giữa các I-frame với nhau

Do bên gởi chỉ truyền lại các I-Frame bị sai nên thứ tự I-Frame đến bên nhận không theo thứ tự, vì vậy bên nhận phải có buffer để lưu lại các frame đến không theo chỉ số tuần tự này. Khi nhận được I-Frame có đúng chỉ số, bên nhận sẽ lấy các I-Frame tuần tự tiếp theo từ buffer để đưa lên ứng dụng


Continuous ARQ – So sánh

0 1 2 3 4 5 2 3 4 5 6 7 0

0 1 2 3 4 5 6E D D D

ACK1ACK2

NAK2ACK3

ACK4ACK5

ACK6

D iscarded fram esError

0 1 2 3 4 5 2 6 7 0

0 1 3 4 5 2 6E

ACK1ACK2

NAK2ACK2

Buffered fram esError

ACK3ACK4

ACK5

fram es 2-5re leased

G o-back-N pro toco l

S e lective repeat


Điều khiển lỗi – Hiệu suất Stop-and-wait protocol

Go-back-N protocol

Selective reject protocol

2a1

P1U

12aN

NP)P-1)(1(2a

P)-N(1

12aN2aP1

P1

U

12aN

2a1

P)N(112aNP-1

U


Đọc thêm

W. Stallings, Data and Computer Communications (7th edition), Prentice Hall 2004, chapter 7

chƯƠng 4 cÁc nghi thỨc ĐiỀu khiỂn liÊn kẾt dỮ liỆu

Documents