Appunti Reti di Telecomunicazioni

Efficienza e throughput del protocollo S&W

ACKche, una volta ricevuto, dovrà essere elaborato dal mittente prima di procedere con la trasmissione della trama successiva.

Il tempo necessario a trasferire una trama è pari a:

Il canale è occupato in modo utile T secondi, pertanto, l'efficienza del protocollo (definita come quota parte di tempo in cui il canale è utilizzato per trasmettere con successo trame) nello S&W è pari a:

Attenzione: l'efficienza dello S&W è bassa a causa delle numerose attese necessarie e anche in assenza di errori non è mai unitaria.

Considerando che T e T sono molto più piccoli di T le espressioni si possono semplificare e si ottiene l'efficienza massima teorica dello S&W: con ritardo di propagazione normalizzato.

Il throughput (numero di bit trasmessi al secondo) è pari al prodotto tra la frequenza di cifra C e l'efficienza: ηC.

S&W ha senso in tutti quei contesti in cui a ha un valore molto basso.

Questo avviene nel caso di distanze brevi, con tempi di attesa molto ridotti (per esempio, nel caso della wireless LAN).

Nello S&W in presenza di errori sul pacchetto:

• La trasmissione è conclusa con successo solo se il mittente riceve l'ACK entro un tempo di timeout, T, altrimenti la trama è ritrasmessa.
• Ci può essere errore nel canale sulla trama inviata o sul riscontro trasmesso dal ricevente: se il ricevente riceve un pacchetto errato (verifica del FCS fallita, condizione necessaria), questo viene scartato.
• Il mittente rinvia la stessa trama allo scadere del timeout, prelevandola dal suo buffer di trasmissione; Se ora il ricevente la riscontra positivamente e il riscontro è ricevuto correttamente, si invia un nuovo pacchetto.

S&W in presenza di errori sull'ACK:

Può accadere che in seguito alla corretta trasmissione di un pacchetto, il destinatario invii un ACK che però, per qualche motivo, non giunge alla sorgente.

quest’ultima quindi, terminato il timeout, ritrasmetto il pacchetto (con conseguente ACK) che però il destinatario aveva già correttamente ricevuto ed elaborato.

Questo tipo di errore è facilmente risolvibile marcando i pacchetti inviati con un bit: la finestra di trasmissione W del mittente indica il numero della trama inviata mentre la finestra di ricezione W (inizialmente 0) del ricevente indica la trama che non si è ancora ricevuta (1). Per cui, in caso di ricezione di una trama duplicata, questa verrà scartata automaticamente e sarà reinviato l'ACK.

Efficienza S&W in presenza di errori

Il timeout deve almeno verificare la disuguaglianza:

L'efficienza dipenderà dal numero di trasmissioni N effettuate per ottenere il completamento della trasmissione della trama (ricezione di un ACK corretto): tale numero è pari al numero di ritrasmissioni N più l'ultima trasmissione completata con successo, da cui: .

calcolare il tempo totale necessario per la trasmissione si deve considerare che per ogni ritrasmissione si perde un tempo pari a T + T a cui va aggiunto il tempo necessario per la trasmissione che avviene con successo: f outN è una variabile aleatoria in quanto dipende dagli errori sul canale di trasmissione, per cui si calcola l'efficienza media considerando il valor medio di N: N è discreta e assume valori interi partendo da 1 fino a (ipoteticamente) S S∞; è necessario poi conoscere la probabilità che la v.a. assuma i suoi valori e questo dipende dalla probabilità di errore sul canale di trasmissione (Bit Error Rate). N.B. quello che interessa conoscere è la probabilità di errore di un frame, e quindi la probabilità che almeno un bit del frame sia errato. Sia p la probabilità di errore sul singolo bit, si ipotizza il canale binario simmetrico (errori sui bit indipendenti tra di loro) e siano L e L rispettivamente le

lunghezze in bit del frame e dell'ACK: valendo l'indipendenza degli errori suif ACKbit, il Frame Error Rate, sarà calcolata come complemento della probabilità di trasmissione della trama con successo:

In una situazione reale il FER è migliore rispetto al caso del CBS, infatti in una situazione reale è molto probabile che gli errori siano tutti in uno stesso frame, cioè che i bit errati siano contigui e quindi il frame errato sia uno solo; al contrario, nel CBS in cui gli errori sono indipendenti, ogni frame che presenterà almeno un bit errato risulterà in un errore, aumentato proprio il FER.

Attenzione: l'unico caso in cui il frame arriva corretto è quello in cui tutti i bit sono privi di errore.

Ora è possibile calcolare la distribuzione di N:

Il valor medio si otterrà sommando i valori assunti dalla v.a. per la probabilità di assumerli:

L'efficienza sarà dunque:

Trascurando i tempi

numerazione delle trame: se il campo dedicato alla numerazione è costituito da bbbit, si potranno numerare in modo differente fino a N = 2 trame; si applica il meccanismo della sliding window.

Protocollo Go-Back-N

La finestra di ricezione è sempre unitaria, cioè le trame devono essere ricevute in ordine.

La finestra di trasmissione stabilisce quante e quali trame inviare di seguito in attesa di riscontro e il relativo buffer si occupa della gestione della eventuale ritrasmissione.

Per ogni trama ricevuta correttamente e in sequenza (cioè corrispondete a quella attesa specificata dalla finestra di ricezione) il ricevitore fa scorrere la finestra di ricezione e invia l'ACK relativo al frame appena riscontrato.

L'ACK è di tipo cumulativo: l'ACK i-esimo indica che si sono ricevute correttamente tutti i frame fino all'i-esima.

Alla ricezione corretta dell'ACK, il mittente può far scorrere in avanti la finestra di trasmissione e

In assenza di errori, l'efficienza di questo protocollo è unitaria, in quanto il canale è sempre occupato.

GBN in presenza di errori sulla trama

Il ricevente si accorge dell'errore solo alla successiva trama ricevuta correttamente e quindi fuori dalla finestra di ricezione: il ricevente invia un NACK - Negative ACK specificando la trama che è stata persa e che si desidera venga ritrasmessa; tutte le trame ricevute fuori sequenza vengono scartate.

Il NACK i-esimo è anche un'indicazione implicita di un ACK cumulativo: si sono ricevute correttamente tutte le trame fino a quella i-1.

Il mittente, ricevuto correttamente l'ACK, interrompe l'invio delle trame della finestra di trasmissione e "torna indietro" (go-back) riprendendo la trasmissione dalla trama persa.

Quando il ricevente riscontra correttamente la trama ritrasmessa e il relativo ACK è ricevuto correttamente dal mittente, si può continuare.

1. Il mittente non ha ricevuto alcun ACK dopo l'invio dei frame 1, 2, 3 e allo scadere del timeout avviato dopo la trasmissione del frame 1, ritrasmette i frame non riscontrati;
2. il ricevente invece ha ricevuto tutti i frame correttamente e ha fatto scorrere

correttamente la finestra di ricezione che si riporta a W = 1;

R3) il frame 1 duplicato viene interpretato come un frame 1 in sequenza, ma questo è un errore in quanto il ricevente non è in grado di determinare la natura duplicata del frame appena ricevuto.

Per risolvere il problema dell'equivocazione nel caso di errori sugli ACK è necessario che, dopo lo scorrimento massimo della finestra di ricezione, non vi sia sovrapposizione con la finestra di trasmissione, pertanto la finestra di trasmissione deve esser al più grande N-1.

1) Il mittente ritrasmette i frame allo scadere del timeout non avendo ancora ricevuto alcun ACK dopo l'invio del frame 1;

2) il ricevitore ha ricevuto tutti i frame della finestra di trasmissione e ha fatto scorrere la finestra di ricezione fino a W = 0;

R3) il frame replicato 1 viene scartato perché fuori dalla finestra, ma permette anche di inviare un NACK-0 che è implicitamente un ACK-3 (cioè vengono riscontrati

tutti iframe ricevuti prima di 0);

4) la finestra di trasmissione scorre e si può trasmettere il nuovo frame 0.

7Protocollo Selective Repeat

Nel SR la finestra di ricezione può essere maggiore di 1: le trame possono essere ricevute non in ordine e il ricevente deve riordinarle, per cui è necessario un buffer anche la toricevente per memorizzare le trame arrivate non in sequenza.

Per ogni trama ricevuta correttamente e in sequenza il ricevitore fa scorrere la finestra di ricezione e invia un ACK di tipo cumulativo: alla ricezione corretta dell'ACK, il mittente può far scorrere in avanti la finestra di trasmissione e inviare la trama successiva.

SR in presenza di errori sulla trama

Il ricevente si accorge dell'errore solo alla successiva trama ricevuta correttamente e in tal caso invia un NACK, specificand