Đề cương kỹ thuật truyền dữ liệu

Quản lý liên kết Truyn dử liệu được chia thành hai kiểu: 1.1 Truyền thông không định hướng connectionless mode transmission: Với kiểu truyn này, nếu trong quá trình thu dử liệu mà ph

TRƯNG ĐI HC KHOA HC

Đề Cương Kỹ Thuật Truyền Dữ liệu

A.Thông tin đề tài :

 Môn học : K Thuâ t Truyn D Liê u

 Tên Đ Tài : Cơ S Ca Giao Th#c

 Giáo Viên Hướng Dẫn : Võ Thanh Tú

 Nhóm Sinh Viên Thực Hiện : Nguyễn Văn Công (nvcong0504@yahoo.com),Lê Trọng Bình, Trà Đình Anh, Bùi Thế Việt, Nguyễn Tuấn Minh, Mai TRúc Lâm

B.Nô 0i dung:

I Tổng quan

II Kiểm soát lỗi

1 Kiểm soát lỗi bằng tay

2 Kiểm tra dội lại

3 Kiểm soát lỗi tự động

2 Truyn lại có lựa chọn

a Truyn lại có lựa chọn không tường minh

b Truyn lại có lựa chọn có tường minh

3 Truyn lại một nhóm

4 Điu khiển luồng

a Kiểu điu khiển : X-ON/X-OFF

b Phương pháp cửa sổ trượt

5 Các chỉ số tuần tự

6 Đặc tả giao th#c

7 Hiệu suất sử dụng liên kết

V Quản lý liên kết

Truyn dử liệu được chia thành hai kiểu:

1.1 Truyền thông không định hướng (connectionless mode transmission): Với

kiểu truyn này, nếu trong quá trình thu dử liệu mà phát hiện ra lỗi thì nội dungca cả khối d liệu sẽ bị bõ qua

1.2 Truyền thông định hướng (connection- oriented) còn gọi là truyn thông tin

cậy: Với kiểu truyn này sau khi phát hiện ra lỗi thì cả hai phía thu và phát sẽ thực thi một quy luật thực hiện việc truyn lại đảm bảo thông tin được thu một cách đáng tin cậy Để thực hiện điu này thiết bị điu khiển tại đích phải thông báo với máy phát khi phát hiện ra một lỗi truyn và yêu cầu máy phát gi lại một bản copy khác ca khung bị lỗi Chu kỳ phối hợp phát hiện và sửa lỗi được gọi là kiểm soát lỗi

II Kiếm soát lỗi:

a Kiểm soát bằng tay :

Khi nhập dử liệu vào máy tính tử bàn phím, nếu ký tự hiện lên màn hình khác với ký tự đã gõ.Khi đó người dùng chỉ cần gõ vào một ký tự điu khiển xóa thích hợp thì chương trình điu khiến sẻ loại bỏ ký tự nhập vào và xóa khỏi màn hình Chế độ kiểm soát này gọi là kiểm soát lỗi bằng tay

b Kiểm tra dội lại :

Khi một thiết bị đầu cuối kết nối đến máy tính  xa thông qua mạng PSTN và một modem Thay vì mổi ký tự được hiển thị một cách trực tiếp lên màn hình ca thiết bị đầu cuối, trước tiên nó lại truyn đến máy tính đầu xa Sau đó ký tựlại được máy tính đầu xa đọc, lưu gi và truyn tr lại thiết bị đầu cuối để hiển thị ra màn hình.Nếu ký tự hiện lên màn hình khác với ký tự đã gõ thì người dùng truyn một ký tự xóa thích hợp Chế độ kiểm soát lỗi này được gọi là kiểm tra dội lại

c Kiểm soát lỗi tự động :

Đối với việc truyn dử liệu , khi một thiết bị đầu cuối truyn các khối ký tự haycác khung dử liệu qua một liên kết số liệu nối tiếp đến một thiết bị đầu cuối khác Nếu thiết bị đầu cuối đích thực hiện việc kiểm soát lỗi một cách tự động

mà không có sự can thiệp ca người dùng thì được gọi là ARQ( automatic repeat request)

ARQ được phân thành 2 loại sau :

Chiu truyên tin :

I-frame

ACK-frame hoặc NCK-frame

P:là phía phát các khung d liệu

S: Là phía thu các khung d liệu

I-frame: khung thông tin là các khung d liệu phía phát truyn cho phía thu ACK-frame: là khung được S truyn đến P để báo đã nhận d liệu tốt (không

bị lỗi)

Yêu cầu rõ

Truyền lại ngầm định

NCK-frame: là khung được S truyn đến P để báo nhận được khung d liệu bị lỗi.

III. Idle RQ

1 Đặc Điểm :

Sử dụng trong kiểu truyn định hướng ký tự

Hoạt động theo chế độ bán song công ,Vì sau khi P khi động một I –Frame ,nó phải nhận một thông báo từ phía S cho biết I-Frame đó nhận được thành công hay không thành công Sau đó P sẽ gửi một I-Frame kế tiếp nếu khung trước đó nhận đúng hoặc truyn lại khng cũ nếu I-Frame kông được nhận thành công Có hai loại Idle RQ :

 Truyn lại ngầm định (không tường minh Implicit retransmission):S báoACK –Frame nếu nhận được I-Frame đúng và sẽ không thông báo ACK nếu nhận sai Do đó P không nhận được ACK –Frame thì hiểu là I-Frame đã bị lỗi và phải truyn lại Thời gian chờ ACk –Frame ca P được xác định trước Và không được lâu hơn thời gian quá hạn (time expires)

 Truyn lại tường minh ( yêu cầu rõ – explicit request ): S thông báo ACK –Frame nếu nhận I-Frame đúng và thông báo NAK nếu nhận I-Frame bị lỗi

2 Idle RQ ngầm định

a) Truyn đúng

b) I-Frame bị lỗi

c) ACK –Frame bị lỗi

P chỉ có một I-Fame đang chờ ACK –Frame tại một thời điểm

Khi nhận một I-Frame không bị lỗi ,S sẽ truyn v ACK –Frame Khi P nhận được ACK- Frame ca khung I(N) ,P sẽ tiếp tục truyn đi khung kế tiếp I(N+1)

Khi S nhận được một I –Frame bị lỗi S sẽ bỏ qua và không gửi ACK Frame Khi P bắt đầu truyn I-Frame ,nó sẽ khi động bộ định thời ,nếu quá khoảng thời gian giới hạn thì P sẽ truyn lại I-Frame đó

Nếu P không nhận được một ACK –Frame trong khoảng thời gian định trước thì P sẽ truyn lại I-Frame đó nhưng S sẽ loại bỏ bản sao nầy do bị trùng lặp Điu nầy thực hiện được là do trong mỗi I-Frame P đu truyn theo chỉ sốtuần tự ca khung

3 Idle RQ tường minh

a Truyn đúng

b I-Frame bị lỗi

c ACK –Frame bị lỗi

S sẽ trả ACK –Frame nếu nhận I-Frame đúng

Nếu P nhận được ACK Frame thì P sẽ dừng bộ thời và khi động lại đường truyn để truyn lại I-Frame khác

Nếu S nhận được một I-Frame bị lỗi thì I-Frame sẽ bị loại và S sẽ trả lời một NAK –Frame

Nếu P không nhận được một ACK –Frame (hoặc NAK –Frame )trong khoảng thời gain định trước thì P sẽ truyn lại I-Frame đó ,nhưng s sẽ loại bỏ bản sao nầy do bị trùng lặp

 So Sánh Gia hai kiểu truyn Idle RQ trên là :

Với kiểu truyn ngầm định thì tăng hiệu quả thời gian hơn so với k thuật truyn yêu cầu rõ vì Thời gian S truyn NKA –Frame ít hơn nhiu so với thời gian quá hạn trong kiểu truyn không tường minh

 Nhận Xét :

Đặc điểm chung ca Idle RQ là sau khi P gửi một I – frame, P phải chờ cho đến khi nhận được ACK –Frame tương #ng từ S Do đó kiểu truyn nầy còn được gọi là dừng và chờ (stop and wait)

4 Cấu trúc khung c%a Idle RQ

Trong cả hai nguyên lý truyn trên (truyn lại ngầm định và yêu cầu rõ) đu có trường hợp S nhận được I – frame và bản sao đu tốt và S phải loại bỏ bớt một.Như vậy, để S có thể phân biệt hai I –frame nhận được là khác nhau thì cần có

cơ chế đánh số Chỉ số tuần tự trong mỗi I – frame được gọi là chỉ số tuần tự gửi N(S) (send sequence number) và chỉ số tuần tự trong mỗi ACK – frame hay NAK – frame được gọi là chỉ số tuần tự nhận N(R) (receive sequence number) Các ký tự điu khiển được sử dụng là: SOH, STX, ETX Mỗi I – frame phải ch#a một chỉ số tuần tự tại sau SOH Ký tự SOH được chèn vào đầu một khối hoàn chỉnh để báo hiệu bắt đầu một I – frame mới Tiếp theo là cấu trúc thông thường với BCC dùng kiểm tra tổng khối để phía thu biết là nhận được khung đúng hay bị lỗi

Các khung ACK vào NAK được dùng cho mục đích báo nhận, theo sau là chỉ

số tuần tự thu Các khung này cũng dùng phương pháp kiểm tra tổng khối BCC Cả 3 lọai khung: I – frame, ACK – frame, NAK – frame đu được gọi là đơn vị d liệu giao th#c PDU (protocol data unit) ca giao th#c Idle RQ

Hình : Các cấu trúc khung ca Idle RQ

5 Hiệu suất sử dụng liên kết:

Hình : Các khoảng thời gian xử lý trong việc truyền dẫn

Xét một khung th# N được truyn từ P đến S và không bị lỗi S sau khi xử lý

và truyn ACK – frame vào P Các khoảng thời gian cần quan tâm như sau:

 Tp (Propagation delay): thời gian sóng điện từ lan truyn từ P tới S hoặcngược lại

 Tix(Transmission time): thời gian để truyn một khung từ P tới S

 Tip: thời gian để xử lý khung tại S

 Tax: thời gian truyn ACK – frame từ S tới P

 Tap: thời gian xử lý ACK – frame tại P

 Trường hợp truyền dẫn là lý tư$ng ( không có lỗi xảy ra):

Gọi T là thời gian tổng để hoàn thành việc truyn một I – frame và xử lý xongt ACK – frame Khi đó:

Tt = T + 2.T + T + T + Tix p ap ip ax

Thông thường, T , T và Tap ip ax rất nhỏ so với T và T Do đó: T = T + 2.Tp ix t ix p

Lưu ý:

Tix là thời gian truyn khung d liệu, phụ thuộc vào tốc độ truyn (bps)

Tp là thời gian trễ do sóng điện từ lan truyn từ P tới S hoặc ngược lại, phụthuộc vào tốc độ lan truyn sóng (m/s) và khoảng cách (m) gia P và S Khi đó, hiệu suất sử dụng đường truyn được định nghĩa là:

 Trường hợp truyền dẫn là không lý tư$ng (túc là có lỗi xảy ra): thì các

khung bị lỗi phải thực hiện việc truyn lại Giả sử, mỗi khung được truyn lạitrung bình là N lần Khi đó: r

Tt = (T + 2.ix Tp).N =N Tr r ix + 2.Nr.Tp

Hiệu suất sử dụng liên kết:

Giá trị N có thể được tính từ tỉ lệ bit lỗi P ca đường truyn Gọi P là xác suấtr

1 bit bị loại Khi đó, xác suất 1 bit đúng là 1 – P ->Xác suất một khung đúng là(1 – P) , với N lá chiu dài khung.Ni i

Nếu gọi P là xác suất một khung thu được bị lỗi thì: P = 1 - (1 – P)f f Ni ≈ Ni.P(nếu N P<< 1) i

Suy ra: Xác suất một khung đúng là:1 – P = (1 – P)f Ni Do vậy: Nr=1/(1-Pf) Hiệu suất liên kết:

6 Điều khiển lỗi

Cung cấp cơ chế cho việc truyn d liệu trong trường hợp d liệu bị mất haysai sót trên đường truyn Bảo đảm d liệu nhận được đúng và chính xác

Kỹ thuật dùng để điều khiển lỗi

Phát hiện lỗi (CRC, Parity, …)

Positive ACK – xác nhận các frame nhận được

Truyn lại sau một thời gian time-out

Negative ACK (NAK) và truyn lại – yêu cầu truyn lại (NAK) cho các frame

bị hư

a ARQ (Automatic Repeat Request)

Cơ chế cho phép các nghi th#c liên kết d liệu quản lý lỗi và yêu cầu truyn lại

Phân loại

Idle RQ (stop-and-wait)

Dùng với cơ chế điu khiển dòng stop-wait

Được dùng ch yếu trong truyn d liệu là ký tự hay byte thông tin oriented or byte-oriented)

(character-Continuous RQ

Dùng với cơ chế điu khiển dòng sliding-window

Được dùng ch yếu trong truyn d liệu là bit thông tin (bit-oriented)Được chia làm hai loại tùy theo cách th#c sửa lỗi: selective reject và go-back-N

b Iddle RQ(Stop–and–Wait)

Cơ chế hoạt động

- A gi một I-Frame (Information Frame) đến B

- A đợi trả lời

- ACK-Frame – A gới tiếp d liệu

- NAK-Frame – A gời lại d liệu

- Không nhận được trả lời – A gi lại sau thời gian time-out

- Lặp lại các bước trên

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 gi hay ACK-Frame đến đượcbên gi nhưng nội dung ACK-Frame bị sai

Sửa lỗi E1 I-Frame không đến được bên nhận

Sử dụng timer: bên gi sau khi gi đi một I-Frame thì khi động một bộ đếmthời gian, sau khoảng thời gian đợi T mà chưa nhận được tín hiệu ACK báo vthì xem như I-Frame chưa tới và gi lại frame này

Sửa lỗi E2 ) I-Frame đến được bên nhận nhưng nội dung I-Frame bị sai

Implicit retransmission: sử dụng timer

Explicit retransmission: sử dụng NAK-Frame (negative acknowledgementframe)

Sửa lỗi E3 ACK-Frame không đến được bên gi hay ACK-Frame đến được

bên gi nhưng nội dung ACK-Frame bị sai

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

IV. Continuous RQ (RQ liên tục)

 P sẽ loại bỏ I-frame tương #ng ra khỏi danh sách truyền lại

 S trả v ACK-frame cho mỗi I-frame nhận đúng

 S lưu một danh sách thu, ch#a đựng định danh ca I-frame cuối cùng nhận đúng

Nếu có lỗi xảy ra trong quá trình truyn dẫn, có 2 cách truyn lại sau :

 S phát hiện và yêu cầu P truyn lại chỉ nhng khung bị lỗi => Truyn lại có chọn lựa (Selective-Repeat)

 S phát hiện và yêu cầu P truyn lại nhng khung chưa chưa được trả lời ACK, nghĩa là tất cả các khung kể từ khung cuối cùng nhận đúng=> Truynlại theo nhóm (Go-Back-N)

2) Truyền lại có lựa ch`n

Truyn lại có lựa chọn có thể thực hiê n theo mô t trong hai cách:

- Truyn lại có lựa chọn không tường minh

- Truyn lại có lựa chọn có tường minh

a Truyền lại có lựa ch`n không tường minh

Nếu khung I bị lỗi :

- Giả sử I-frame th# N+1 bị lỗi

- S trả v ACK-frame cho các I-frame N, N+2, N+3,…

- Khi P nhận được ACK(N+2), P phát hiện ACK ca I(N+1) chưa nhận được

=> nghĩa là bị lỗi => P vào trạng thái truyn lại

- Ở trạng thái này, việc truyn lại một khung mới bị hoãn cho đến khi tất cả các khung không nhận được thông báo nhận đu đã được truyn lại

- P xóa I(N+2) ra khỏi bộ đệm và truyn lại I(N+1) trước khi truyn khung I(N+5)

- Khi nhận được I(N+1), nội dung ca các I-frame được xếp hàng trong danh sách liên kết nhận được S phân phối đến LS-user theo đúng tuần tự LS-Link Sercive

-Hình 3.8 truyền lại có lựa chọn không tường minh – I – frame bC lDi

Hình 3.9 truyền lại có lựa chọn không tường minh – ACK – frame bC lDi

- Giả sử ACK-frame th# N bị lỗi

- Khi P nhận được ACK-frame th# N+1, P phát hiện ACK(N) chưa nhận ->

P sẽ hiểu là ACK-frame th# N bị lỗi Do đó P truyn lại I(N)

- Khi S nhận được I(N) lần th# 2, S xác định được sự trùng lặp và do đó sẽ b qua

- S truyn ACK-frame(N) v P để đảm bảo P xóa I(N) ra khỏi bộ đệm

b Truyền lại có lựa ch`n tường minh

S sẽ báo ACK frame cho tất cả các khung nhận đúng

Nếu I-frame bị lỗi :

 Giả sử I(N+1) bị lỗi

 S trả v ACK-frame cho I(N)

 Khi S nhận được I(N+2) , S sẽ hiểu rằng I(N+1) bị lỗi=> S gi NAK(N+1) v P (P xem như S đang đợi I(N+1), do đó sẽ truyn lại khung này) Đồng thời S vào trạng thái truyn lại và S sẽ không gi v các ACK-frame cho các khung nhận đúng

 P nhận được NAK(N+1), P sẽ gi lại I(N+1).

 Khi S nhận được I(N+1), S sẽ giải phóng trạng thái truyn lại, và khi nhận được các khung đúng tiếp theo, S sẽ tiếp tục gi v các ACK-frame

 ACK(N+1) sẽ báo đúng cho tất cả các khung có chỉ số tới N+1

 Khi truyn v NAK(N+1) thì S sẽ Khi động timer, nếu quá khoảng thời gian xác định thì S sẽ truyn lại

Hình 3.10 truyền laIi có lựa chọn tương minh – I – frame bC lDi

Nếu I(N+1) lại bị lỗi 1 lần na và NAK(N+1) truyn v cũng bị lỗi :

 S gi NAK(N+1) v P nhưng lần này nó bị lỗi

 Khi nhận được ACK(N+3), điu này báo nhân tốt cho tất cả các I-frame từ N+3 tr xuống, nghĩa là bao gồm N+1 tr xuống.Do đó, I(N+1) không được truyn lại => I(N+1) sẽ bị mất

Hình 3.11 truyền laIi có lựa chọn tương minh – NAK – frame bC lDi

3) Truyền lại mô 0t nhóm (Go – Back – N )

Khi th# cấp phát hiê n mô t frame không đúng tuần tự (t#c là bị lỗi) , nó báo cho

sơ cấp để thực hiê n viê c truyn lại từ mô t khung xác định

 Trường hợp khung I bị lỗi : nếu trong quá trình truyn giả sử I-frame th# N+1 bị lỗi Khi đó :

 S nhâ n I-frame N+2 không đúng tuần tự

 Khi S nhâ n I-frame N+2 ,S gửi NAK-frame N+1 để báo cho P quay tr lại

và bắt đầu truyn lại I-frame N+1

 Khi nhâ n được NAK-frame N+1 , P vào trạng thái truyn lại

 Khi  trạng thái truyn này ,P tạm thời dừng truyn I-frame mới và bắt đầu truyn lại các I-frame đang đợi báo nhâ n trong danh sách truyn lại

 S loại bỏ các I-frame cho đến khi nhâ n được I-frame N+1

 Khi nhâ n được I-frame N+1 ,S tr lại trạng thái sˆn sàng nhâ n I-frame mới

và gửi báo nhâ n cho P

 Khi gửi NAK-frame N+1,S bắt đầu khi đô ng bô  định thời để chờ nhâ n frame N+1, nếu quá mô t khoảng thời gian xác định thì S truyn lại NAK-frame N+1 (đ phòng NAK-frame N+1 bị lỗi)

I-Hình 3.1: Go-back-N : I-frame bC lDi

 Trường hợp ACK-frame bị lỗi:

 S nhâ n tất cả các I-frame đu đúng

 Giả sử ACK(N) và ACK(N+1) đu bị lỗi

 Khi nhâ n được ACK(N+2) ,P phát hiê n rằng ACK(N) và ACK(N+1) chưa nhâ n được

 Tuy nhiên , do nhâ n ACK(N+2) ch# không phải nhâ n NAK(N+2) nên P hiểu rằng cả ACK(N) và ACK(N+1) đu bị lỗi Do đó ,ACK(N+2) xác nhâ n đúng cho I-frame N và N+1