2.2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ СООБЩЕНИИ В СЕТЯХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Представление массивов информации

Для обеспечения возможности обработки сообщений данных на различных функциональных уровнях сети производится их формализация. Формализация сообщений заключается в присвоении им набора служебных признаков, размещенных на строго определенных позициях и предназначенных для организации взаимодействия одноименных уровней и работы сетевых протоколов.

Один из возможных принципов формализации [21] для датаграммного режима проиллюстрирован на рис. 2.2, а.

Сообщение перед вводом в сеть разбивается на блоки, каждому из которых приписывается служебная часть — заголовок. Заголовок содержит все признаки, необходимые для самостоятельного передвижения блока по сети: адресные признаки, признаки категорийности, справочные признаки, признаки дополнительного

обслуживания. Кроме того, должны быть указаны номер блока в сообщении и общее число блоков, что необходимо для их упорядоченной сшивки перед выдачей получателю.

Рис. 2.2

Блок с присвоенными ему признаками образует датаграмму — независимую единицу сети. При передаче датаграмм между смежными узлами она также разбивается на -блоки, к которым приписываются концевики, содержащие признаки, обеспечивающие сшивку и проверку блоков. Такие образования являются независимыми на уровне трактов передачи данных и называются сетевыми блоками. Сетевые блоки одной датаграммы могут передаваться по различным каналам одного тракта ПД. Перед вводом в канал ПД они разделяются на части, к которым после информационных разрядов приписываются служебные поля и проверочные элементы, предусмотренные протоколом канального уровня.

Иной принцип формализации, предлагаемый протоколом Х.25, показан на рис. 2.2, б. Роль исходного сообщения здесь играет пакет, формируемый на четвертом функциональном уровне абонентской системы. Сетевой пакет образуется из него приформированием заголовка, содержание которого определяет вид пакета: датаграмма или пакет виртуального соединения. Канальный пакет или линейный блок получается на основе сетевого пакета путем добавления заголовка и концевика, предусмотренных протоколом HDLC. Таким образом, и в сетевом, и в канальном пакетах форматов Х.25 информационные части одинаковы.

Структуры пакетов

Рассмотрим структуры пакетов, предлагаемые протоколом Х.25.

Канальный пакет, рекомендуемый протоколом HDLC, имеет структуру, изображенную на рис. 2.3. В состав пакета входят

адресное поле, поле управления, поле данных и проверочные элементы, обрамленные флагами. Флаг в начале пакета обеспечивает запуск, а флаг в конце — остановку счетчиков групповой синхронизации приемников. Адресное поле используется в случаях многоточечных и петлевых систем для идентификации приемника адресата.

В зависимости от содержания поля управления различаются ненумерованный, супервизорный и информационный пакеты. Ненумерованный пакет предназначен для установления связи в многоточечных и петлевых системах.

Рис. 2.3

Кроме того, он используется для информирования передающей стороны об ошибках в формате. Поле данных этих пакетов не задействуется. Супервизорный пакет обеспечивает передачу команд готовности абонентов, а также запросов на повторную передачу пакетов, в которых обнаружены ошибки, и не выполняет функции переноса данных. Информационный пакет содержит в поле управления номера передаваемого и ожидаемого пакетов. Проверочные пакеты входят в состав пакетов всех видов.

Для сетевого уровня в режиме виртуальных соединений протокол Х.25 предусматривает использование 14 типов пакетов. На рис. 2.4, а, б представлены два наиболее характерные из них.

Рис. 2.4

Пакет ВЫЗОВ/ЗАПРОС ВЫЗОВА используется для организации виртуального соединения (рис. 2.4,а). В поле идентификатора формата содержится код, определяющий тип пакета. Поля группы и номера логического канала предназначены для занесения номера логического канала, используемого для отметки образуемого виртуального соединения. Адресные поля могут иметь различную

длину. Поэтому им предшествует признак, определяющий размеры.

В пакете предусматриваются переменное поле для особых рактеристик и соответствующий признак длины. Это поле может содержать перечень тех средств, которые должны быть в абонентской системе, чтобы воспринять данные, предназначенные для передачи по виртуальному соединению.

Пакет ДАННЫЕ (рис. 2.4, б) используется для передачи информации абонентов. Номер логического канала в этом пакете служит для определения на узлах сети своего виртуального соединения. Поле содержит номер ожидаемого, а поле номер передаваемого пакетов данных. Признак М предназначен для индикации конечного пакета в последовательности. Признак указывает на необходимость какой-либо специальной обработки информации поля данных.

В датаграммном режиме предусматривается всего два типа пакетов. Первый из них (рис. 2.5, а) является информационной датаграммой.

Рис. 2.5

Поля, определяющие номер логического канала, в датаграмме используются только программами уровня 4 абонентских систем для детализации получателя. Поле идентификатора датаграммы позволяет указывать особенности в обслуживании датаграммы и занимает первый байт поля данных. Остальные поля имеют такие же значения, -как и в предыдущих типах пакетов.

Второй тип датаграммы (рис. 2.5, б) используется для обмена сетевой информацией между процессами, обеспечивающими управление в сети. В отличие от информационной датаграммы,

служебная датаграмма имеет дополнительные поля, в которых указываются предмет и объект отображения или воздействия (тип и место возникновения ситуации, о которой сообщается), а на место поля данных заносится сетевая информация.

Все типы пакетов имеют в своих форматах резервные поля, что позволяет вводить дополнительные признаки при модификации протокола без изменения структуры пакетов.

Оптимизация размеров пакетов

Размер пакетов выбирается таким образом, чтобы обеспечить максимальное использование каналов для передачи полезной информации сообщений. Конкретное содержание критерия оптимальности определяется в зависимости от алгоритма обмена сообщениями между модулями или абонентами сети [23, 44].

Передача сообщений без подтверждения. Алгоритм обмена состоит в следующем. Полученное сообщение контролируется на наличие ошибки. Если ошибка есть, то оно стирается. Передающий модуль не информируется о результатах приема.

При случайных длинах сообщений передача блоками стандартной длины приводит к тому, что часть разрядов последнего блока оказывается незадействованной (рис. 2.6). Это приводит к уменьшению коэффициента полезного использования каналов связи. Снижение потерь пропускной способности может быть достигнуто за счет уменьшения длины блока, что в свою очередь приводит к увеличению числа передаваемых пакетов на одно сообщение. Поскольку каждый пакет содержит служебную часть, которая не несет полезной информации, увеличение их числа на одно сообщение приводит к снижению коэффициента полезного использования каналов за счет возрастания объема служебной информации, передаваемой в сети. Таким образом, существует некоторое оптимальное значение длины блоков в смысле максимума коэффициента использования каналов.

Коэффициент полезного использования каналов

где — средняя длина сообщения, — длина блока, — число двоичных единиц в служебных частях; — среднее число блоков на одно сообщение.

Рис. 2.6

Можно положить, что в среднем на каждое сообщение оказывается незадействованной половина разрядов одного блока Тогда

Подставляя (2.2) в (2.1), получаем

Для определения оптимального значения продифференцируем (2.3) и приравняем нулю, после чего найдем

На практике более целесообразно выбирать значение не из условия максимума а на основе оценки чувствительности к изменению нагрузки (которая зависит от величины при различных значениях

На рис. 2.7 представлен график при различных значениях Штриховой линией обозначена граница максимально достижимых значений коэффициента использования.

Рис. 2.7

Для при обеспечивается снижение коэффициента использования не более чем на 10% его максимального значения. При больших значениях коэффициент использования каналов сильно снижается при коротких сообщениях. Уменьшение приводит к значительному уменьшению при длинных сообщениях. Таким образом, в большинстве практических случаев целесообразно принять

Алгоритм с ожиданием по каждому пакету. В данном случае после передачи каждого пакета следующие пакеты не передаются до получения квитанции за переданный пакет. Длина пакета при этом должна выбираться так, чтобы среднее значение избыточного времени на ожидание подтверждения и повторные передачи было минимальным.

Среднее избыточное время при передаче одного пакета

где — время ожидания подтверждения; — вероятность ошибки в пакете; — скорость передачи.

Тогда среднее избыточное время на подтверждения и повторения при передаче сообщения или ввиду того что

Среднее избыточное время передачи, обусловленное введением заголовков для пакетов,

где — длина заголовка всего сообщения. Общее среднее избыточное время с учетом (2.2)

Дифференцируя последнее выражение по и приравнивая нулю, после преобразования получаем уравнение, решение которого дает оптимальное значение длины пакета опт.

где

Алгоритм с непрерывной передачей. При реализации алгоритма с непрерывной передачей пакеты передаются непрерывно один за другим. По каждому правильно принятому пакету выдается квитанция. В случае отсутствия квитанции в течение определенного интервала соответствующий пакет передается повторно как очередной пакет.

Таким образом, здесь определяется только временем передачи квитанции и значительно меньше Это позволяет принять Тогда оптимальное значение определяется из уравнения

Значения определяются характером потоков ошибок в используемых каналах передачи данных. Если ошибки в символах пакетов возникают независимо с вероятностью то

При группировании ошибок может быть использована двухпараметрическая модель с параметром группирования а [21]:

Решение уравнений (2.9) и (2.10) после подстановки последних соотношений должно производиться численно.

Таким образом, факторами, определяющими оптимальную длину пакетов, являются длины заголовков, алгоритм обмена и модель канала передачи данных.

Сопряжение форматов и кодов при объединении сетей передачи данных

При объединении различных сетей ПД с коммутацией каналов (КК) или каналов и сообщений (пакетов) (КП или КС) сопряжение форматов сообщений и кодов осуществляется на абонентских пунктах заменой либо модернизацией оборудования. Принципиально возможно введение сопрягающих устройств для перекодирования сообщений, однако такое решение в большинстве случаев менее предпочтительно, так как сложность этих устройств соизмерима со сложностью оборудования абонентских пунктов.

При объединении сетей с коммутацией сообщений (пакетов) согласование кодов и форматов осуществляется путем изменений в средствах одной из сетей (очевидно, меньшей). В таком случае код и формат сообщений меньшей по числу центров коммутации сети приводятся в соответствие коду и формату большой сети.

Возможна ситуация, когда более целесообразным является выработка некоторого компромиссного формата, требующего незначительных изменений в средствах объединенных сетей. Такой вариант может оказаться приемлемым, например, в случае одинаковых кодов и размеров полей сообщений, но различных значений позиций в полях.

Наиболее универсальным способом согласования кодов и форматов сетей с коммутацией сообщений является использование центров сопряжения. Этот подход позволяет обеспечить согласование любых кодов и форматов без изменений в средствах сопрягаемых сетей.