Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Описанная выше проблема является следствием правила, заставлявшего отправителя дожидаться подтверждения, прежде чем посылать следующий кадр. Смягчив это требование, можно значительно повысить эффективность. Решение проблемы заключается в разрешении отправителю послать не один кадр, а несколько, например 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 того чтобы найти подходящее значение w, необходимо понять, сколько кадров «вмещается» в канал, в то время как 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, то есть полоса пропускания, умноженная на задержку). Следовательно, 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.

Возьмем в качестве примера канал с полосой пропускания 50 Кбит/с, в котором на пересылку кадра в одну сторону тратится 250 мс. Значение BD равно 12,5 Кбит/с или 12,5 кадра, каждый из которых включает 1000 бит. 2BD + 1 равно 26 кадрам. Отправитель начинает, как и ранее, с передачи кадра 0 и отправляет очередной кадр каждые 20 мс. К тому моменту, когда он закончит отправку 26 кадров (в момент времени t = 520 мс), как раз прибудет подтверждение кадра 0. Затем подтверждения станут прибывать каждые 20 мс. Таким образом, отправитель будет получать разрешения на передачу следующего кадра как раз вовремя. Начиная с этого момента у отправителя будет 25 или 26 неподтвержденных кадров и, следовательно, достаточно будет окна размером 26.

Если размер окна невелик, то канал будет загружен не на 100 %, так как иногда отправитель будет блокироваться. Загрузку можно выразить как долю времени, когда отправитель не заблокирован:

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.

Существует два базовых подхода к исправлению ошибок при конвейерной обработке. Они проиллюстрированы на рис. 3.13.

Рис. 3.13. Конвейеризация и коррекция ошибок: а — эффект при размере окна 1; б — эффект при размере окна больше 1