Tecnicas_ARQ

Introduccion Stop-and-wait ARQ Envıo continuo Go-Back-N ARQ Selective Repeat ARQ Bibliografıa

Nivel de enlace. Control de flujo y errores

Fundamentos de Telematica

Ingenierıa Tecnica de Telecomunicacion, especialidad en Telematica

Curso 2010/11

it Área deIngenieríaTelemática

Nivel de enlace. Control de flujo y errores 1 / 44 Fundamentos de Telematica. Curso 2010/11


Introduccion al control de flujo

Objetivos

I Asegurar que el transmisor no sobrecargue al receptor con unaexcesiva cantidad de datos (saturacion de la memoriatemporal).

Tecnicas ARQ1

I (Stop-and-wait ARQ) ARQ simple de parada y espera.

I (Go-Back-N ARQ) ARQ de envıo continuo y rechazo simple.

I (Selective Repeat ARQ) ARQ de envıo continuo y rechazoselectivo.

1ARQ (Automatic Repeat Request). Solicitud de retransmision automatica.



Modo de operacion normal

Transmisor Receptor

Tiempo Tiempo

Tx = 0

Rx = 0

Trama 0

Trama 1

Tx = 1

Rx = 1

Tx = 0

ACK 1

ACK 0

Trama 0

� El transmisor envıa una trama y espera hastarecibir la confirmacion del receptor.

� El receptor controla el flujo reteniendo lasconfirmaciones.

� Eficiente si las tramas son grandes. En la realidadse trocean:

• Tamano limitado de la memoria

temporal del receptor.

• Probabilidad de error.

• La necesidad de transmision de otras

estaciones. Debe evitarse la ocupacion

excesiva del medio de transmision

durante mucho tiempo, para que otras

estaciones puedan transmitir sin grandes

retardos.



Modo de operacion normal, con perdida de trama

Transmisor Receptor

Tiempo Tiempo

Tx = 0

Rx = 0

Trama 0

Tx = 0

Rx = 0

Tx = 1

ACK 1

Trama 1

Pérdida

Trama 0

Temporizador

(time-out)Bloqueo mutuo

� En ausencia de temporizador la comunicacion sebloquearıa indefinidamente.

� Un temporizador grande ralentiza lacomunicacion.

� Un temporizador pequeno suscita retransmisionesinnecesarias.



Modo de operacion normal, con perdida de ACK

Transmisor Receptor

Tiempo Tiempo

Tx = 0

Rx = 0

Trama 0

Tx = 0

Rx = 1

Tx = 1

ACK 1

Trama 1

Pérdida

Temporizador

(time-out)

Trama 0

ACK 1

Espera recibir la

trama 1, no la trama 0.

Duplicación detectada

Duplicacion de tramas

� La numeracion de las tramas (bit alternante)detiene el procesamiento de tramas duplicadas.



Modo de operacion normal, con ACK retrasado

Transmisor Receptor

Tiempo Tiempo

Tx = 0

Rx = 0

Trama 0

Tx = 0

Rx = 1

Tx = 0

ACK 1

Trama 0

Temporizador

(time-out)

Trama 0

ACK 1

Trama 1

Tx = 1

ACK 1

descartado ACK 0

Espera recibir la

trama 1, no la trama 0.

Duplicación detectada

Rx = 0

Duplicacion de ACK

� En caso de retrasarse un ACK la numeracion delas confirmaciones (bit alternante) resultaigualmente imprescindible.



Modo de operacion normal, Piggybacking

Transmisor Receptor

Tiempo Tiempo

Tx = 0, Rx = 0

Rx = 0, Tx = 0

Trama 0, ACK 0

Trama 0, ACK 1

Rx = 0, Tx = 1

Trama 1, ACK 1

Rx = 1, Tx = 1

Trama 1, ACK 0

Rx = 1, Tx = 0

Trama 0, ACK 0

Piggybacking

� En conexiones full-duplex se aprovechan lastransmisiones en un sentido para enviar lasconfirmaciones en sentido contrario.



Analisis de rendimiento

�

�CASO IDEAL



Analisis de rendimiento. Caso ideal

Transmisor Receptor

Tiempo Tiempo

Tiempo = 0

Ttrama

Tra

ma

0

tp

tp

Propagación sobre distancia d

Propagación sobre distancia d

Tocup

TACK

AC

K

Tra

ma

1

tprocRX

tprocTX

Lexico matematico

Ttrama =Ltrama

R

TACK =LACK

R

tp =d

vp

En los medios guiados, la velocidad de propagacion

(vp) de las senales obedece a 0, 67 · c, donde la

velocidad de la luz c = 3 · 108 m/s.



Analisis de rendimiento. Caso ideal. Utilizacion y Caudal eficaz

Utilizacion

La Utilizacion (U), como indicador de la eficiencia, comprende eltiempo invertido en transmitir los datos en relacion al tiempo quese ocupa el enlace para completar su transmision.

Utrama =Ttrama

Tocupo Udatos =

Tcarga util

Tocup, 0 < U 6 1

Caudal eficaz

El Caudal eficaz (Cef) identifica el flujo de datos utiles por unidadde tiempo (bps) que el nivel de red transfiere al nivel de enlace.

Cef =n

Tocup= Udatos · R



Analisis de rendimiento. Caso ideal. Utilizacion de trama

Tocup = Ttrama + tp + tprocRX + TACK + tp + tprocTX

Considerando Ttrama ≫ TACK, tprocRX u 0 y tprocTX u 0,

Tocup = Ttrama + 2 · tp

Dado que Utrama = Ttrama/Tocup,

Utrama =Ttrama

Tocup=

Ttrama

Ttrama + 2 · tp

÷Ttrama7→ =1

1 + 2 · tp

Ttrama

Si se define un parametro adimensional a = tp/Ttrama,

Utrama =1

1 + 2a



Analisis de rendimiento. Caso ideal. Utilizacion de trama. Consideraciones

a =tp

Ttrama

¶ a > 1→ Ttrama ≪ tp → Utrama < 0, 33 (33%)

Transmisor Receptor

Trama

· a < 1→ Ttrama ≫ tp → Utrama > 0, 33 (33%)

Transmisor Receptor

Trama

Ineficiencia



Analisis de rendimiento. Caso ideal. Caudal eficaz

Parametros

� Cada trama consta de n bits de carga util, correspondientes ala entidad usuaria, y m bits de control.

� Tiempo de asentimiento (TAS), identifica el tiempo quetranscurre desde que se envıa el ultimo bit de la trama deinformacion hasta que se recibe el ultimo bit de la trama deconfirmacion.

En una transmision sin errores, Tocup = Ttrama + TAS, luego:

Cef =n

Tocup=

n

n + m + TAS · R· R




�

�CASO REAL



Analisis de rendimiento. Caso real

Transmisor Receptor

Tiempo Tiempo

Tx = 0

Rx = 0

Trama 0

Trama 0

Tx = 0

Rx = 0

Tx = 1

NACK 0

ACK 1

Trama 1

Ttotal

Intento/s fallido/s

Intento exitoso

¿Cuantos intentos se precisanpara transmitir una trama conexito?



Analisis de rendimiento. Caso real. Utilizacion de trama

Utrama =Ttrama

Ttotal=

Ttrama

Nr · Tfallo + 1 · Texito,

Si TACK = TNACK y tprocTX = tprocRX, Tocup coincide en lastransmisiones fallidas y exitosas. Ası, en presencia de errores elcanal se ocupa Nt · Tocup.

Utrama =Ttrama

Ttotal=

Ttrama

Nt · Tocup,

Numero de transmisiones (Nt)

Nt = Nr + 1



Analisis de rendimiento. Caso real. Numero de transmisiones

Numero de transmisiones (Nt)

Nt = E[numero de transmisiones] =∞∑

i=1

(i · Pr[i transmisiones])

=∞∑

i=1

(i · Pi-1(1− P))

=1

1− P,

donde P representa la Probabilidad de error de trama.




Notas

P = 1− (1− p)Ltrama ≈ Ltrama · p æ p pequeno,

siendo p la Probabilidad de error de bit. Ademas, si −1 < X < +1,

∞∑i=1

(i ·Xi−1) =1

(1−X)2



Analisis de rendimiento. Caso real. Utilizacion de trama y Caudal eficaz

Considerando Ttrama ≫ TACK = TNACK, tprocRX u 0 ytprocTX u 0,

Utrama = (1− P) · 11 + 2a

Para el calculo del Caudal eficaz se consideran un flujo de datosunidireccional, la ausencia de errores en las tramas de control y laprobabilidad de no deteccion de errores nula.

Cef =Ttrama

Ttotal=

Ttrama

Nt · Tocup=

Ttrama

Nt · (Ttrama + TAS)=

(1− P) · nn + m + TAS · R

· R



Ventana deslizante

Conceptos

I El transmisor puede enviar varias tramas consecutivamente sinnecesidad de esperar confirmacion.

I Las tramas se numeran secuencialmente con objeto deidentificar las confirmaciones.

I Limitado por el numero de bits reservados en la cabecera.I Numeracion (n bits). Numeros de secuencia comprendidos

entre 0 y 2n − 1.

I El receptor puede confirmar simultaneamente varias tramasremitiendo el numero de trama que espera recibir (esquema deconfirmaciones acumulativas).

I Ventana de transmision: serie de tramas admitidas para sutransmision.

I Ventana de recepcion: serie de tramas admitidas para surecepcion.



Ventana de transmision

El tamano de la ventana de transmision 6 2n

0 1 2 3 465 5 6 7 0

Límite inferior

de la ventana

Límite superior

de la ventana

Ventana de transmisión

Tramas en proceso de

transmisión/confirmación

N

Flujo de datos procedente

de las capas superiores

Tramas transmitidas y

confirmadas (purgables)

Tramas a transmitir

(no enviables)

1

Desplazamiento

de ventana

7

¿Maximo tamano?



Ventana de recepcion

El tamano de la ventana de recepcion 6 2n

0 1 2 3 4 5 6 7 0

Límite superior

de la ventana

Ventana de recepción

Tramas esperadas

N

Flujo de datos recibido

Tramas recibidas y

confirmadas Tramas por recibir

1

Desplazamiento

de ventana

Tramas recibidas

Límite inferior

de la ventana

Nivel de red

765

¿Maximo tamano?



Comportamiento funcional

I El transmisor envıa tramas continuamente mientras dispongade ventana de transmision.

I En ausencia de errores, el receptor remite RR (ReceiverReady) o ACK.

I Si se detecta un error, el receptor descarta la trama danada ytodas las posteriores, remitiendo un REJ (Rejection) oNACK.

Error en trama

I Si se pierde la trama i, pero no la trama i + 1, o llega danadala trama i, el receptor envıa REJ i. El transmisor entoncesretransmite desde la trama i.

I Si se pierde la trama i, pero no se dispone de trama i + 1,cuando expira el temporizador del transmisor, este sondea elestado del receptor mediante RR.



Ventana deslizante. Variables


3 0 1 2 3 0

Tramas confirmadas

SF S SL

Tramas esperando

para su transmisión

SF: numero de secuencia de laprimera trama de la ventana.

SL: numero de secuencia de laultima trama de la ventana.

S: numero de secuencia de latrama enviada recientemente.

R: numero de secuencia de latrama esperada.


3 0 1 2

Tramas recibidas

y confirmadas

R

Tramas no admitidas



Ventana deslizante. Dimensiones

El tamano de la ventana de transmision debe ser < 2n

El tamano de la ventana de recepcion es siempre 1



Tamano de ventana de transmision

Respetar los tamanos

0 1 2 3

S

T00 1 2 3

R

0 1 2 3

S

T10 1 2 3

R

0 1 2 3

S

T20 1 2 3

R

0 1 2 3

S

Time-out

T00 1 2 3

RTrama

descartada

BIEN

Transmisor Receptor

T0

T1

T2

T3

Transmisor Receptor

0 1 2 3

R

00 1 2 3

S

0

0 1 2 3

S

00 1 2 3

R

0

0 1 2 3

S

00 1 2 3

R

0

0 1 2 3

S

00 1 2 3

R

0

0 1 2 3

S

0T0

0 1 2 3

R

0

Trama

aceptada

MALTime-out

Tamaño de ventana correcto Tamaño de ventana incorrecto

%

%



Modo de operacion normal. Sin errores

Transmisor Receptor

Tiempo Tiempo

0 1 2 3

S

0 1 2

SF SL

Trama 0

0 1 2 3

R

0 1 2

ACK 2

0 1 2 3

S

0 1 2 Trama 1

0 1 2 3

R

0 1 2

0 1 2 3

S

0 1 2 Trama 2

0 1 2 3

R

0 1 2

ACK 3

0 1 2 3

S

0 1 2 Trama 3

0 1 2 3

R

0 1 2



Modo de operacion normal. Perdida de trama

Transmisor Receptor

Tiempo Tiempo

0 1 2 3

S

0 1 2

SF SL

Trama 0

0 1 2 3

R

0 1 2

ACK 2

0 1 2 3

S

0 1 2 Trama 1

0 1 2 3

R

0 1 2

0 1 2 3

R

0 1 2

ACK 3

Trama 3

0 1 2 3

R

0 1 2

Pérdida

Trama 20 1 2 3

S

0 1 2

0 1 2 3

S

0 1 2

Tim

e-out

% 0 1 2 3

S

0 1 2 Trama 2

0 1 2 3

R

0 1 2

0 1 2 3

S

0 1 2 Trama 3

Trama 3

descartada

BIEN




�

�CASO IDEAL




I Considerando que cada trama se confirma individualmente:I Si la confirmacion se recibe antes de agotar la ventana de

transmision ⇒ Utrama = 1.I Si la confirmacion se recibe tras haber enviado N tramas, el

canal de transmision esta ocupado N unidades de tiempo, estoes, el canal esta ocupado 1 + 2a unidades de tiempo (unidadesnormalizadas).

Utrama =

1 , N > 1 + 2a

N

1 + 2a, N < 1 + 2a




Caso lımite: Utrama = 1Transmisor Receptor

T0

T1

T2

ACK 1T

TX

TT

XT

TX T

ocu

pN•TTX

TT

XT

TX

TT

X

Caso límiteN•TTX = Tocup

N = 1 + 2a




�

�CASO REAL




Nt =∞∑

i=1

f(i) · Pi−1 · (1− P)

=∞∑

i=1

[(i − 1) · K + 1] · Pi−1 · (1− P)

=1− P + K · P

1− P,

donde f(i) representa el numero total de tramas transmitidas cadavez que una trama cualquiera sea transmitida i veces, y K elnumero total de tramas retransmitidas cada vez que una tramallega danada.

Por lo tanto, con Nt =1− P + K · P

1− P,

K =

1 + 2a , N > 1 + 2a

N , N < 1 + 2a




Utrama = Uideal/Nt =

1− P

1 + 2aP, N > 1 + 2a

N · (1− P)(1 + 2a) · (1− P + N · P)

, N < 1 + 2a

El Caudal eficaz, suponiendo una ventana grande, Nr = Nt − 1,Tocup = (Ttrama + TAS) · Nr + Ttrama y Nt = 1/(1−P), queda comosigue:

Cef = (1− P) · n

n + m + P · TAS · R· R



Comportamiento funcional

I El transmisor unicamente retransmite la trama danada,rechazada mediante SREJ (Selective Rejection) o NACK.

I El receptor debe reservar una zona de memoria temporal conobjeto de almacenar aquellas tramas ¡¡detras de NACK¿¿.

I El receptor debe disponer de una logica para reinsertar latrama danada.



Ventana deslizante. Variables


3 0 1 2 3 0

Tramas confirmadas

SF S SL

Tramas esperando

para su transmisión

SF: numero de secuencia de laprimera trama de la ventana.

SL: numero de secuencia de laultima trama de la ventana.

S: numero de secuencia de latrama enviada recientemente.

RF: numero de secuencia de laprimera trama recibida.

RL: numero de secuencia de laultima trama recibida.


3 0 1 2

Tramas recibidas

y confirmadas

RF

Tramas no admitidas

RL



Ventana deslizante. Dimensiones

El tamano de la ventana de transmision debe ser 6 2n/2

El tamano de la ventana de recepcion debe ser 6 2n/2



Tamano de ventanas de transmision y recepcion

Respetar los tamanos

T0

T1

T0

Time-out

Transmisor Receptor

T0

T1

T2

T0

Transmisor Receptor

0 1 2 3

S

0

0 1 2 3

S

0

Trama

aceptada

MAL

Time-out

Tamaños de ventana correctos Tamaños de ventana incorrectos

%

%

0 1 2 3

S

0 1 2 3

S

0 2 3

0 1 2 3

0 1 2 3

Trama

descartada

BIEN

0 1 2 3

S

0 1 2 3

S

0

0 1 2 3

S

0

0 3 0 11 2

0 1 3 0 12

0 1 2 3 0 1

0 1 2 3 0 1

1



Modo de operacion normal. Perdida de trama

Transmisor Receptor

Tiempo Tiempo

0 1 2 3

S

0 1 2

SF SL

Trama 0

0 2 3 0 1 2

ACK 2

0 1 2 3

S

0 1 2 Trama 1

0 1 2 3 0 1 2

NACK 2

Trama 3

Pérdida

Trama 20 1 2 3

S

0 1 2

0 1 2 3

S

0 1 2

Trama 2

1

0 1 3 0 1 22

0 1 2 3

S

0 1 2

0 1 32 0 1 2




�

�CASO IDEAL




IMPORTANTE

La Utilizacion (U), en el caso ideal, coincide con la manifestadapor ARQ de envıo continuo y rechazo simple. Para el caso de lautilizacion de trama,

Utrama =

1 , N > 1 + 2a

N

1 + 2a, N < 1 + 2a




�

�CASO REAL




El numero de transmisiones (Nt) coincide con el exhibido por ARQsimple de parada y espera, esto es, Nt = 1/(1−P).

Utrama = Uideal/Nt =

1− P , N > 1 + 2a

N · (1− P)1 + 2a

, N < 1 + 2a

El Caudal eficaz, dado que Tocup = Nt · Ttrama, queda como sigue:

Cef = (1− P) · n

n + m· R



Bibliografıa

LEON-GARCIA, A. y WIDJAJA, I., Redes de comunicacion.

Conceptos fundamentales y arquitecturas basicas ,

McGraw-Hill, 2001.

STALLINGS, W., Comunicaciones y Redes de computadores ,

Prentice-Hall, 6ª edicion, 2000.

TANENBAUM, A. S., Computer Networks , Prentice-Hall, 4ª

edicion, 2003.


Tecnicas_ARQ

Documents

Transcript of Tecnicas_ARQ