Стратегии управления ошибками в ИВС

Архитектура протоколов закладывает не только уровни протоколов и правила их взаимосвязи, но и то, как эти протоколы будут отслеживать и исправлять ошибки, возникающие в сетях передачи данных. От этого зависит надежность всей сети и время передачи сообщений.

Информационно-вычислительные сети в настоящее время являются сильно разветвленными и имеют очень большую территориальную протяженность. Они строятся с использованием самого различного сетевого оборудования (маршрутизаторов, коммутаторов, мостов, концентраторов, повторителей и т.д.), в них изначально заложена избыточность (дублирование) линий связи и узлов для повышения надежности всей сети (рис. 2.8).

Как в таких сетях проложить маршрут от отправителя до получателя? Этим занимаются протоколы, обеспечивающие маршрутизацию данных по одному из способов коммутации, которые мы рассматривали на первой лекции.

А как повысить надежность передачи таких сетей?

Поскольку в канале передачи данных по ряду причин (например, по причине электромагнитных волн) могут возникнуть помехи, искажающие передаваемую информацию, используется специальное кодирование данных кодами, исправляющими или обнаруживающими ошибки.

Основная задача, возникающая в технике связи, состоит в том, чтобы построить оптимальный и эффективный кодер и декодер. Кодер преобразует сообщение в сигналы, которые могут быть переданы по каналу. Эти сигналы в канале искажаются шумом. Затем искаженный сигнал поступает в декодер, который восстанавливает посланное сообщение и направляет его получателю. На рис. 2.9 изображена схема типичной системы связи с использованием кодов, исправляющих
ошибки.

Принципы, заложенные в способе кодирования/декодирования данных и в способе исправления найденных ошибок, составляют стратегию управления ошибками. Стратегия управления ошибками – это полный цикл кодирования/декодирования, охватывающий все протоколы сети.

Существует несколько основных стратегий. Однако в настоящее время на практике используются только две: автоматический запрос на повторение передачи (АЗП) и усовершенствованное управление ошибками (УУО).

Для первой стратегии применяются коды, обнаруживающие ошибки. При обнаружении ошибки декодировщиком протокол автоматически генерирует запрос на передачу искаженного кадра. Эта стратегия используется для сетей с надежными линиями связи, когда ошибок возникает меньше.

Однако для реализации этой стратегии необходима обратная линия связи. В некоторых сетях это невозможно. Например, при получении информации от космических зондов используется только односторонний канал связи.

Стратегия АЗП также не может быть использована, когда принимающий узел обладает очень большой инертностью или расстояние от отправителя до получателя очень велико. Например, при использовании спутниковой связи задержки передачи от большинства спутников столь велики, что передающая станция успевает передать несколько сотен сообщений, прежде чем поступит сообщение в обратном направлении, подтверждающее правильность принятия первого.

Поэтому в таких сетях совместно с методами АЗП используются методы УУО, что позволяет сократить число повторных передач.

Для второй стратегии применяются коды, исправляющие ошибки передачи данных в сети. К таким кодам относят коды Хэмминга, Рида-Маллера, Рида-Соломона и др. В этом случае к сообщению добавляется достаточное количество бит, чтобы обнаружить искаженный бит и исправить его путем простого инвертирования. При использовании таких кодов могут быть исправлены не только одиночные ошибки, но и пакеты ошибок. Однако эти коды не могут исправлять любую возможную комбинацию ошибок, они предназначены для того, чтобы исправлять наиболее правдоподобные комбинации.

На практике число дополнительных контрольных битов для исправления ошибок достаточно велико, что является основным недостатком стратегии УУО, поэтому в большинстве приложений, использующих надежную связь, более эффективными оказываются методы АЗП.

От стратегии управления ошибками зависят протоколы сетевого, транспортного и канального уровней.