Automatic‐Repeat‐Request (ARQ)

(1)

Fehlerkontrolle

(2)

Automatic‐Repeat‐Request (ARQ)

Fehlerdetektion

Positive‐Acknowledgment

Retransmission nach Timeout

Negative‐Acknowledgment und

Retransmission

(3)

Stop‐and‐Wait ARQ

Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, 2004

(A) Lost/Damaged Frame (B) Lost ACK

(4)

Utilization von Stop‐and‐Wait ARQ

Es sei p Paket‐Fehlerrate. Was ist die erwartete Anzahl N der Übertragungsversuche?

Es sei t_p der Propagation‐Delay und t_f die Transmission‐Time. Was ist die Utilization U?

Mit a = Propagation‐Delay/Transmission‐Time erhält man:

(5)

Utilization in Abhängigkeit von a

Utilization

a = Propagation‐Delay / Transmission‐Time

Erinnerung: Satelliten‐

Link‐Beispiel: a = 100 p=10^‐1

p=10^‐2

p=10^‐3

(6)

Go‐Back‐N ARQ

Fall: Frame(i) ist Damaged oder Lost:

B macht nichts

1. Fall: A sendet Frame(i+1)

B empfängt Out-of-Order Frame(i+1) B sendet REJ(i)

A muss Frame(i) und nachfolgende reübertragen

2. Fall: A sendet zunächst nicht Timer von A läuft ab

A sendet RR(„mit P-Bit=1“) B muss mit RR(i) antworten

A sendet bei Empfang von RR(i) (Alternative zu Fall 2: A sendet

Frame(i) nach Ablauf des Timers)

(7)

Go‐Back‐N ARQ

Fall: Frame(i) ist Damaged oder Lost:

B macht nichts

1. Fall: A sendet Frame(i+1)

B empfängt Out-of-Order Frame(i+1) B sendet REJ(i)

A muss Frame(i) und nachfolgende reübertragen

2. Fall: A sendet zunächst nicht Timer von A läuft ab

A sendet bei Empfang von RR(i) (Alternative zu Fall 2: A sendet

Frame(i) nach Ablauf des Timers)

Timeout

(8)

Go‐Back‐N ARQ

Fall: RR(i) ist Damaged oder Lost:

1. Fall: A empfängt ein späteres RR(j) (ACK sind kummulativ)

A weiß, dass Frame(i),...,Frame(j-1) korrekt angekommen sind

A macht weiter wie bisher 2. Fall: Timer von A läuft ab

A versucht wiederholt:

(mit einem P-Bit-Timer)

Wenn nach einigen Versuchen keine Antwort, dann startet A eine Reset-Prozedur

(9)

Go‐Back‐N ARQ

Fall: RR(i) ist Damaged oder Lost:

1. Fall: A empfängt ein späteres RR(j) (ACK sind kummulativ)

A weiß, dass Frame(i),...,Frame(j-1) korrekt angekommen sind

A macht weiter wie bisher 2. Fall: Timer von A läuft ab

A versucht wiederholt:

(mit einem P-Bit-Timer)

Wenn nach einigen Versuchen keine Antwort, dann startet A eine Reset-Prozedur

(10)

Go‐Back‐N ARQ

Fall: REJ ist Damaged oder Lost:

Timer von A läuft ab

A sendet RR(„mit P-Bit=1“)

B muss mit RR(i) oder REJ antworten A sendet bei Empfang von RR(i)

Timeout

*

(11)

Maximal erlaubte Window‐Größe?

A

B

A

B

* * * * * * *

Piggybacked ACK in Übertragung von B nach A

Damit ist für k Bit Sequenznummern die maximal erlaubte Window‐Größe s_max:

Sequenznummergröße sei 3 Bits; Annahme wir nutzen die die volle Window‐Größe 8

(12)

Selective‐Reject ARQ

(13)

Verwendung der Window‐Größe 2 ^k ‐1?

A

B

*

Timeout

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 … Window von B

A

B

*

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 … Window von B

(14)

Maximal erlaubte Window‐Größe?

Lösung: mache Fenster kleiner, so dass keine Überlappungen vorhanden sind.

Also, damit ist für k Bit Sequenznummern die maximal erlaubte Window‐Größe s_max: 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 …

Empfänger‐Fenster

Problem: Sender‐Fenster und Empfänger‐Fenster überlappen (d.h. haben gemeinsame Sequenznummern)

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 … Sender‐Fenster

(15)

Utilization von Go‐Back‐N und Selective‐Reject

Allgemeine Beobachtung:

U = Utilization eines Verfahrens ohne berücksichtigung Paket‐Verluste

U_e

= Utilization eines Verfahrens mit Berücksichtigung von Paket‐Verlusten

t_f

= Transmission‐Time für ein Paket

t_o

= gesamt benötigte Zeit für eine Paketübertragung (d.h. inklusive Delays)

n

= Anzahl übertragener Pakete

k

= Erwartete Anzahl an Paket‐Wiederholungen pro Paket bis zum Erfolgsfall

Es gilt:

(16)

Utilization bei Selective‐Reject ARQ

Wir hatten für Sliding‐Window ohne Fehler die Utilization U schon hergeleitet:

(mit W = Fenstergröße, a = Propagation‐Delay / Transmission‐Delay)

Mit voriger Beobachtung erhält man für a = Propagation‐Delay/Transmission‐Time und U_e = Utilization mit Berücksichtigung von Paket‐Verlusten:

Wir hatten für Paket‐Fehlerrate p die erwartete Anzahl k der Übertragungsversuche schon hergeleitet:

(17)

Utilization bei Go‐Back‐N ARQ

Es sei m die Anzahl zu übertragender Frames, wenn ein Frame reübertragen werden muss.

Es sei p die Paketfehlerrate.

1.) Gesamtanzahl Reübertragungen f(i), wenn ein Frame iVersuche brauchte:

2.) Erwartete Gesamtanzahl k an Reübertragungen für ein Frame:

3.) Somit ergibt sich mit voriger Beobachtung für a = Propagation‐Delay/Transmission‐Time und U_e = Utilization mit Berücksichtigung von Paket‐Verlusten:

Wir hatten für Sliding‐Window ohne Fehler die Utilization U schon hergeleitet:

(mit W = Fenstergröße, a = Propagation‐Delay / Transmission‐Delay)

(18)

Utilization bei Go‐Back‐N ARQ

m für W ¸ 2a + 1:

Also, gemäß voriger Folie:

(19)

Utilization bei Go‐Back‐N ARQ

m für W < 2a + 1:

Also, gemäß voriger Folie:

(20)

Utilization

Vergleich für p=10 ^‐3

Erinnerung: Satelliten‐

Link‐Beispiel: a = 100

(21)

Framing

(22)

Problemstellung

100010110111011011011101…

Frame 1 Frame 2 Frame 3 Frame 4

Link‐Layer Link‐Layer

Physical Layer Physical Layer

Upper Layers Upper Layers

(23)

Asynchrone Übertragung

(24)

Framing

Synchrone Übertragung mittels Character‐Count, Byte‐ und Bit‐Stuffing

(25)

Character‐Count

Bildquelle: Andrew S. Tanenbaum, „Computer Networks“, Fourth Edition, 2003

Beispiel für Character‐Count‐Verfahren ohne Übertragungsfehler

Beispiel für Fehler bei Character‐Count‐Verfahren aufgrund von Übertragungsfehler

Automatic‐Repeat‐Request (ARQ)

Fehlerkontrolle