Redes de Computadores

Protocolos ARQ – Continuação

Profa. Priscila Solís Barreto

Análise do STOP and Wait nf=1250 bytes = 10000 bits, na=no=25 bytes = 200 bits

O STOP and WAIT não funciona bem para altas velocidades ou tempos longos de propagação

Análise da eficiência em um canal com erros •  Seja 1-Pf a probabilidade de que um quadro

chegue sem erros •  Número médio de transmissões para o primeiro

envio de quadro com sucesso é 1/(1-Pf) •  Tempo médio de transmissão por quadro é t0/(1-

Pf)

Exemplo: Impacto da taxa de erro de bits •  nf=1250 bytes = 10000 bits, na=no=25 bytes = 200 bits

Encontrar a eficiência para erros aleatórios de bits com p=0, 10-6, 10-5, 10-4

•  1-Pf =(1- p)nf ≈e-nf p para um nf grande e um p pequeno

Análise •  No modelo geral, dada a capacidade do canal b bits/s, o

tamanho do quadro de L bits, e o tempo de propagação round-trip em R segs. Qual é o tempo necessário para transmitir um único quadro? Qual é a utilização da linha ?

•  A combinação de um tempo longo de transito (RTT alto), ampla largura de banda e tamanho pequeno do quadro, provoca baixa eficiência no protocolo.

•  Piggybacking: carona gratis para o ACK? Pipelining: enviar mais quadros antes dos ACKs?

Piggybacking •  Sendo que em uma transmissão full duplex, os

quadros de dados e os quadros de ACK se intercalam, poderia se enviar um ACK enquanto se entregam dados? – Como o receptor saberia que o quadro é de dados ou

ACK? – Para o piggybacking, por quanto tempo a camada de

enlace deveria esperar um quadro para enviar nele o ACK ?

Exemplo

Dois cenários. A notação é (seq, ack, número de pacote). Um asterisco indica quando a camada de rede aceita o pacote. Existe algum problema?

Go Back n ARQ Melhora o Stop and Wait ao eliminar a espera •  Mantém o canal ocupado enviando quadros de forma

continua •  Permite uma janela de tamanho Ws de quadros

excedentes •  A janela do receptor é de tamanho 1 •  Usa uma sequencia de numeração m-bit •  Se um ACK para um quadro antigo chega antes de

tamanho da janela ser alcançado, pode-se continuar transmitindo

•  Se a janela é esaurida, se volta e se retransmitem os quadros excedentes

•  Alternativa: uso de timeout

GO BACK n ARQ

A

B

fr 0

tempo fr 1

fr 2

fr 3

fr 4

fr 5

fr 6

fr 3

ACK1 erro

Quadros fora de sequencia

Go-Back-4: 4 quadros foram enviados voltar 4

fr 5

fr 6

fr 4

fr 7

fr 8

fr 9

ACK2

ACK3

ACK4

ACK5

ACK6

ACK7

ACK8

ACK9

Comparação Stop and Wait e GO Back N ARQ

A

B

fr 0

tempo fr 1

fr 2

fr 3

fr 0

erro

Quadros fora de sequencia

4 quadros excedentes voltar 4

fr 2

fr 3

fr 1

fr 4

fr 5

fr 6

A

B

tempo fr 0

fr 0

erro

Time-out expira fr 1

ACK1

Stop-and-Wait

Go-Back-N

ACK1

ACK2

ACK3

ACK4

ACK5

ACK6

Timer Slast

Slast+1

Srecent

Slast+Ws-1

Timer

Timer

emissor receptor

...

Recebe janela

Buffers

Slast Slast+Ws-1

... Envia janela

Srecent

Quadros transmitidos

e confirmados

Rnext quadros

recebidos

receptor somente aceita um quadro sem erro e com número de sequencia Rnext

...

GO Back N ARQ

GO BACK n com Timeout •  Alguns problemas com o Go-Back-N :

–  O tamanho da janela deve ser de tamanho suficiênte para cobrir o tempo de round trip

–  Se um quadro é perdido e o emissor não tem um quadro para enviar, a janela não será esaurida e a recuperação não começará

•  Usar timeout com cada quadro –  Quando o timeout expira, enviar todos os quadros relevantes

Tamanho Máximo da Janela •  Dados números de sequenica de n-bits, qual é o número máximo

de quadros que podem ser contemplados no “go back N”? •  MAX_SEQ = 2^m – 1 enquanto existem 2^m números de

sequencia. O número máximo deveria ser MAX_SEQ ou MAX_SEQ + 1?

•  Exemplo m = 2; números de sequencia: 0, 1, 2, 3 1) O emissor envia 4 quadros (0 a 3) 2) Um ACK em piggyback para o quadro 3 e enviado para o emissor 3) O emissor envia outros 4 quadros (0 até 3) 4) Outro ACK em piggyback para o quadro 3 é enviado ao emissor

•  Pode o emissor saber se todos os 4 quadros no segundo lote foram recebidos ou foram todos perdidos?

A

B

fr 0

tempo fr 1

fr 2

fr 3

fr 0

fr 1

fr 2

fr 3

ACK1

M =22 = 4, Go-Back - 4:

ACK4

ACK2

ACK3

Transmissor volta 4

Receptor tem Rnext=0, mas não sabe se o ACK para o quadro 0

foi recebido, então não pode distinguir se este é para o frame

0 antigo ou novo

A

B

fr 0

tempo fr 1

fr 2

fr 0

fr 1

fr 2

ACK1

M=22=4, Go-Back-3:

ACK2

ACK3

Transmissor volta 3

O Receptor tem Rnext=3 , então rejeita o quadro velho com seq= 0

Janela com número fixo de bits

Tamanho do Timeout e da Janela

•  O valor do timeout deve permitir que: –  2 tempos de propagação + 2 tempos de transmissão + 1 tempo de

processamento: 2 Tprop + 2 Tf + Tproc –  Se assume que o receptor inicia a transmissão logo após o recebimento

•  O tamanho da janela Ws deve ser grande o suficiênte para manter o canal ocupado por Tout

Transmissor Receptor

Transmissor Receptor

ACKs are piggybacked in headers

Estação A Estação B

RA next

Janela de recepção de “A

RB next

Janela de recepção de “B”

SA last

SA last

SA last+1

SArecent

SA last+WA s-1 Timer

SA last+WA s-1

...

...

Buffers

Janela de envio de “A”

...

SB last

SB last

SBlast+1

SBrecent

SB last+WB s-1

SB last+WB s-1

...

...

Buffers

Janela de envio de “B”

...

SArecent RA next

SBrecent RB next

Timer

Timer

Timer

Timer

Timer

Timer

Timer

Tamanho da Janela para o Produto Atraso x Largura de Banda

A

B

fr 0

tempo fr 1

fr 2

fr 3

fr 4

fr 5

fr 1

fr 2

ACK1

erro

Quadros fora de sequencia

Go-Back-7:

fr 4

fr 5

fr 3

fr 6

fr 7

fr 0

NAK1

ACK3

ACK4

ACK5

ACK6

ACK7

ACK2

Transmissor retorna ao quadro 1

Erro de recuperação de NAK

Selective Repeat ARQ •  Porque o Go-Back-N ARQ é ineficiênte?

–  Vários quadros são re-enviados no caso de erros ou perdas

•  O Selective Repeat retransmite somente quadros individuais –  O timeout permite que o quadro correspondente seja enviado –  NAK permite retransmissão de quadros antigos ou não confirmados

•  O receptor mantém uma janela de recepção com sequencias que podem ser aceitas –  Os quadros sem erros con números de sequencia dentro da janela de recepção

são mantidos no buffer

–  A chegada do quadro Rnext permite que a janela de desloque adiante em uma unidade ou mais

Transmissor Receptor

Buffers

Slast Slast+Ws-1

... Janela emissora

Srecent

Quadros Transmitidos

E confirmados

Timer Slast

Slast+1

Srecent

Slast+Ws-1

Timer

Timer

...

...

Janela Receptora

Rnext Quadros recebidos Rnext +Wr-1

Rnext+1

Rnext+2

Rnext+Wr-1

...

Buffers

Selective Repeat ARQ

A

B

fr 0

tempo fr 1

fr 2

fr 3

fr 4

fr 5

fr 6

fr 2

ACK1 erro

fr 8

fr 9

fr 7

fr 10

fr 11

fr 12

ACK2

NAK2

ACK7

ACK8

ACK9

ACK10

ACK11

ACK12

ACK2

ACK2

ACK2

Recuperação de Erro em Selective Repeat ARQ

A

B

fr 0

tempo fr 1

fr 2

fr 0

ACK1

M=22=4, Selective Repeat: Janela envio = janela recepção = 3

ACK2

ACK3 Janela recepção {3,0,1}

Quadro 0 reenviado

A

B

fr 0

tempo fr 1

fr 0

ACK1

Janela de envio = Janela recepção= 2

ACK2 Janela recepção {2,3}

Quadro 0 reenviado

Quadro 0 rejeitado

Tamanho Máximo de Janela em SR-ARQ

Que tamanhos de Ws e Wr são permitidos ?

•  Exemplo (Go-back N): M=22=4, Ws=3, Wr=3 Quadro 0 reenviado

Janela de envio

Janela de recepção

tempo

O Quadro velho 0 é aceito como um novo quadro por cair na janela

de recepção Depois que o receptor avança na sua janela, o novo intervalo de sequencia válida se sobrepõe com a antiga e

o receptor não pode distinguir um quadro duplicado de um novo

Em resumo •  Ws+Wr= 2m é o tamanho máximo •  Exemplo: M=22=4, Ws=2, Wr=2

tempo Janela envio

Janela recepção

Quadro 0 reenviado

O Quadro 0 é rejeitado por cair fora

da janela de recepção

Eficiência do Selective Repeat

Supondo que Pf é a probabilidade de perda do quadro, o número de transmissões necesárias para entregar o quadro é 1/(1-P

f), então o tempo médio de transmissão é tf /(1-Pf)