Протокол с возвратом на n

Сочетание большого времени прохождения сигнала, высокой пропускной способности и коротких кадров совершенно неприемлемо с точки зрения эффективности.

Проблема возникает из-за правила, заставлявшего отправителя дожидаться подтверждения, прежде чем посылать следующий кадр. Решение заключается в разрешении отправителю послать не один кадр, а несколько (w) прежде чем остановиться и перейти в режим ожидания подтверждений. Если подобрать достаточно большое число w, то отправитель сможет безостановочно посылать кадры, так как подтверждения для предыдущих кадров будут прибывать до того, как окно заполнится, и блокировка отправителя производиться не будет.

Для нахождения значения w, необходимо понять, сколько кадров «вмещается» в канал, пока они путешествуют от отправителя к получателю. Емкость определяется путем умножения полосы пропускания в битах в секунду на время пересылки в одну сторону. Это значение можно разделить на число бит в кадре, чтобы выразить количество кадров. Назовем это количество BD (bandwidth-delay product, полоса пропускания, умноженная на задержку). Значение w нужно выбрать как 2BD + 1. 2BD — это число кадров, которое может находиться в пути (неподтвержденные кадры), если отправитель отправляет кадры непрерывно (двойка обозначает, что мы также учитываем время, необходимое на получение подтверждения). Единица прибавляется, так как кадр подтверждения отправляется только после получения полного кадра данных.

Если размер окна невелик, то канал будет загружен не на 100%, так как иногда от- правитель будет блокироваться. Загрузку можно выразить как долю времени, когда отправитель не заблокирован: загрузка канала <= w/(1 + 2BD)

Это значение выражает верхнюю границу, так как не учитывает время на обработку кадра. Также считается, что длина кадра подтверждения равна нулю — обычно они действительно короткие. Из этого неравенства понятно, что для больших значений BD необходимо выбирать большое значение размера окна w. Если задержка большая, то отправитель быстро опустошит свое окно даже при средней полосе пропускания, как в примере со спутником. Если полоса пропускания широкая, то даже при средней задержке отправитель быстро опустошит окно, если только оно не отличается особо крупным размером (например, канал с пропусной способностью 1 Гбит/с и задержкой в 1 мс удерживает 1 Мбит). Если у протокола с ожиданием значение w = 1, то даже если задержка распространения равна всего одному кадру, его эффективность уже падает ниже 50 %.

Такая техника, когда в пути находится сразу несколько кадров, называется конвейерной обработкой (pipelining). При конвейерном режиме передачи кадров по ненадежному каналу возникает ряд серьезных проблем. Во-первых, что произойдет, если повредится или потеряется кадр в середине длинного потока? Большое количество последующих кадров прибудет к получателю прежде, чем отправитель обнаружит, что произошла ошибка. Когда поврежденный кадр приходит к получателю, он, конечно, должен быть отвергнут, однако что должен делать получатель со всеми правильными последующими кадрами? Как уже говорилось, получающий канальный уровень обязан передавать пакеты сетевому уровню, соблюдая строгий порядок.

Первый способ называется возвратом на n (go-back-n) и заключается просто в игнорировании всех кадров, следующих за ошибочным. Для таких кадров подтверждения не посылаются. Канальный уровень отказывается принимать какой-либо кадр, кроме кадра со следующим номером, который он должен передать сетевому уровню. Если окно отправителя заполнится раньше, чем истечет период времени ожидания, конвейер начнет простаивать. Такой подход при высоком уровне ошибок может привести к потере большой доли пропускной способности канала.

Другая общая стратегия обработки ошибок при конвейерной передаче кадров, называемая выборочным повтором (selective repeat), заключается в том, что получатель хранит в буфере все правильные кадры, принятые им после неверного или потерянного кадра. При этом неверный кадр отбрасывается. Когда заканчивается время ожидания подтверждения, отправитель отправляет еще раз только самый старый кадр, для которого не пришло подтверждение. Если вторая попытка будет успешной, получатель сможет последовательно передать накопившиеся пакеты сетевому уровню. Выборочный повтор используется, когда размер окна получателя больше 1. Он может потребовать, чтобы канальному уровню получателя было доступно большое количество памяти.

Выборочный повтор часто комбинируется с отправкой получателем «отрицательного подтверждения» (NAK) при обнаружении ошибки, например, при неверной контрольной сумме или при измененном порядке следования кадров. NAK стимулируют повторную отправку еще до того, как закончится время ожидания подтверждения от отправителя. Таким образом, эффективность работы несколько повышается.