Реферат на тему: Разработка методик и алгоритмов программы имитации передачи информации через протокол канального

Введение

Имитационное моделирование нашло широкое применение для исследования процессов в коммуникационной среде. Востребованность имитационного моделирования для процесса обмена и обработки данных через протокол канального уровня HDLC вызвана значительным её масштабом, сложностью и разнородностью передаваемых данных. Исследования в области имитационного моделирования обмена и обработки данных в коммуникационных средах осуществляют не только производители сетевого оборудования, но и крупные научно-исследовательские институты1.

Методы информационного моделирования обычно классифицируются2 на два типа: физические (натурные) и математические. Последние, в свою очередь, могут быть статическими и динамическими.

Статические модели базируются на теории массового обслуживания, предполагают применение аналитических методов расчета3. Динамические модели, в свою очередь, позволяют получать характеристики потока данных коммуникационной среды, показатели качества обслуживания (КО) в элементах коммуникационной среды, эффективность работы протоколов обмена и обработки данных, алгоритмов управления очередями в компонентах коммуникационной среды.

Динамические модели создаются как дискретные. Это связано с тем, что аналитическими выражениями нельзя описать неоднородные процессы обмена и обработки данных через протокол канального уровня HDLC. Кроме того в коммуникационной среде корпоративного портал, поток данных связанный с аварийными и внештатными ситуациями характеризуется случайным возникновением нагрузки на промежуточные компоненты среды и вызывают необходимость применения стахостических моделей. Связь моделируемых процессов обмена и обработки данных с реальными временными интервалами определяет их событийность в разрабатываемой модели.

Указанные обстоятельства обуславливают, что значительная часть современных оболочек имитационного моделирования для процессов обмена и обработки данных в среде основывается на динамической дискретной событийной модели. Целью построения имитационной модели является исследование агрегированного потока данных в среде с существенной долей голосового трафика в типовой конфигурационной топологии среды. Для этого наиболее целесообразно использование специализированных программных симуляторах с достаточно простыми алгоритмами реализации функций обмена и обработки данных для использования модели администратором и разработчиками коммуникационной среды.

Поэтому в данном исследовании более интересны программы-симуляторы в открытых кодах, так называемые "open source" программы, которые свободно распространяются в интернете4.

Лидером среди таких open source симуляторов является network simulator-3. На этом симуляторе базируется большинство результатов в научных публикациях, связанных с исследованием коммуникационных сред.

В этой главе будет построена имитационная модель агрегированного потока обмена и обработки данных на базе симулятора ns-3.

Достоинством выбранной программной среды является то, что она может работать с любой операционной системой, а архитектура ядра является объектноориентированной, и строится на языке С++. Базовым языком программирования для реализации модулей и написания сценариев имитационного моделирования является OTCL/TCL. Топология коммуникационной среды состоит из компонентов и каналов передачи данных. Агенты сетевых транспортных протоколов (TCP, RTP, UDP, и др.) присоединяются к компонентам и организуют между собой протокольные соединения. Программная оболочка в связи с наличием протокола реального времени хорошо подходит для моделирования процесса обмена и обработки данных в среде (Рисунок 1).

Рисунок 1 - Архитектура уровней симулятора ns-3 [113]

Для работы генераторов потока данных используются математические модели случайных процессов, в том числе марковская ОN/OFF- модель. В программной оболочке можно провести изучение поведения простых потоков данных и механизмов борьбы с перегрузками через протокол канального уровня HDLC. В программной оболочке поддерживаются основные сетевые протоколы, являющиеся основой коммуникационной среды, что позволяет произвести моделирование поведения различных потоков обмена и обработки данных на основе широко используемых протоколов (например - FTP, Telnet, Web, CBR, VBR) и реализовать современные алгоритмы маршрутизации. В состав симулятора входят программные блоки реализующие управление очередями в компонентах коммуникационной среды: RED, CBQ, WFQ, FIFO с механизмом отбрасывания конца очереди и др.

Чтобы провести эксперимент для имитационной модели на симуляторе пользователю необходимо: разработать сценарий имитационной модели, написать её на языке TCL. В сценарий входит: описание топологии коммуникационной среды, используемые протоколы, объем работ (количество событий, происходящих при моделировании процесса обмена и обработки данных) и параметры контроля. В качестве результирующих данных, ns-3 выдает характеристики процессов обмена и обработки через количество пакетов: посланных, доставленных, потерянных и ретранслированных каждым источником. Эти данные, как правило, записываются в специальный трассировочный файл. Так же, в состав программной среды включена программа анимации - network animator, которая позволяет записывать данные моделирования в выходной трассировочный файл и позволяет визуально наблюдать динамику всего процесса эксперимента5.

Обеспечение кодопрозрачности

HDLC является кодопрозрачным протоколом. Он не зависит от конкретного кода (ASCII/IA5 или EBCDIC) при выполнении функции управления каналом. Восьмибитовая комбинация флага 01111110 помещается в начале и в конце кадра, чтобы дать возможность приемнику распознать начало и конец кадра. Возможны случаи, когда прикладной процесс помещает в данных пользователя последовательность 01111110, совпадающую с флагом. В этом случае передающая станция в поток выходных данных помещает 0 после 5 подряд идущих единиц, встретившихся в любом месте между начальным и конечным флагами кадра. Такая вставка производится в адресное, управляющее, информационное поля и поле CRC. Этот метод называется вставкой битов (bit staffing); такую же функцию выполняет знак DLE в протоколе BSC. После того как завершается вставка битов в кадр и по концам кадра помещаются флаги, кадр передается приемнику по каналу.

Приемник постоянно контролирует поток битов. При получении нуля с пятью далее идущими подряд единицами (011111) анализирует следующий (седьмой) бит. Если это нуль, он удаляет этот бит. Однако если седьмой бит является единицей (0111111), приемник анализирует восьмой бит. Если это нуль (01111110), он считает, что получена флаговая комбинация. Если это единица, выполняется анализ последующих бит. Возможна ситуация приема либо сигнала покоя, либо сигнала аварийного завершения, на которые станция реагирует соответствующим образом. Таким образом, в протоколе HDLC обеспечиваются кодовая прозрачность по данным. Протоколу безразлично, какие кодовые комбинации находятся в потоке данных. Единственное, что требуется, - это поддерживать уникальность флагов.

HDLC используется также два других сигнала: сигнал аварийного завершения (АЗ) состоит из последовательности единиц, число которых не меньше семи и не больше четырнадцати; состояние покоя представляется последовательностью пятнадцати или большего числа единиц.

Управление потоком

Управление потоком в HDLC осуществляется с помощью передающих и принимающих окон. Окно устанавливается на каждом конце канала связи, чтобы обеспечить резервирование ресурсов обеих станций. Этими ресурсами могут быть ресурсы вычислителя или пространство буфера. В большинстве случаев окно обеспечивает и буферное пространство, и правила нумерации (сообщений). Окно устанавливается во время инициирования сеанса связи между станциями. Если станция А и станция В должны обменяться данными, А резервирует окно для В, а В резервирует окно для А. Использование окон необходимо для полнодуплексных протоколов, потому что они подразумевают непрерывный поток кадров в принимающий узел без периодических подтверждений с остановкой и ожиданием.

Переменные состояния станции V(S) и V(R). Окна в принимающем и передающем узлах управляются переменными состояния, которые представляют по сути состояние счетчика. Передающий узел поддерживает переменную состояния посылки V(S). Это порядковый номер следующего по очереди I-кадра, который должен быть передан. Принимающий узел поддерживает переменную состояния приема V(R), которая содержит номер, который, как ожидается, является порядковым номером следующего I-кадра. V(S) увеличивается на 1 при передаче каждого кадра и помещается в поле порядкового номера посылки кадра. Получив кадр, принимающий узел производит проверку наличия ошибок передачи и сравнивает порядковый номер со своим V(R). Если кадр может быть принят, узел увеличивает V(R) на 1, помещает его в поле порядкового номера приема кадра подтверждения АСК и посылает этот кадр в узел-отправитель, завершая квитирование передачи.

Если V(R) не равен порядковому номеру посылки в кадре или обнаружена ошибка, значит, что-то произошло, и после тайм-аута в узел-отправитель посылается NAK [с порядковым номером приема, содержащим значение V(R)]. В большинстве протоколов этот NAK называется Неприем (REJ) или Выборочный неприем (SREJ). Значение V(R) уведомляет передающее устройство ООД о том, что ожидается посылка нового кадра. Т. к. передатчик восстанавливает старое значение V(S) и повторяет передачу кадра, порядковый номер которого совпадает со значением V(S).

Во многих системах для V(S) и V(R) у порядковых номеров в кадре используются числа 0-7. если переменные состояния в результате последовательного увеличения достигли 7, то, начиная с 0, эти числа снова используются. Вследствие повторного использования чисел устройствам сттанциям не разрешено посылать кадр с порядковым номером, который не был подтвержден. Например, протокол должен дождаться подтверждения кадра с номером 6, прежде чем он опять использует V(S)=6. Этот процесс показан на рис.1. Здесь кадры с 6 по 4 еще не подтверждены. Если бы был послан еще один кадр с порядковым номером 6, соответствующее подтверждение АСК с номером 6 не позволило бы определить, приход какого кадра с порядковым номером 6 подтверждается.

Использование номеров 0-7 позволяет семи кадрам быть в активном состоянии, прежде, чем "закроется" окно. Несмотря на то что диапазон 0-7 дает восемь порядковых номеров, V(R) содержит значение следующего ожидаемого кадра, что ограничивает число активных кадров до 7.

Системные параметры Т1, N2, N1, К и рекомендации по их установке

Таймер Т1 запускается с момента передачи каждого кадра и используется для инициирования повторной передачи, в случае его переполнения. При выборе периода таймера Т1 необходимо учитывать, запускается ли таймер по началу или по концу кадра. Для правильной работы процедуры необходимо, чтобы период таймера Т1 был больше, чем максимальное время между передачей некоторого кадра (SARM, SABM, DМ, DISC, FRMR, I или супервизорной команды) и приемом соответствующего кадра, возвращаемого в качестве отклика на этот кадр (UА, DМ или подтверждающий кадр).

Счетчик N2 используется для определения максимального числа повторных передач, выполняемых по переполнении таймера Т1. Переменные Т1 и N2 используются также командами / ответами установления звена, такими, как SABM и UА.

Счетчик N1 - максимальное число битов в I-кадре. Определяет максимальную длину информационных полей.

Размер окна К - максимальное число переданных, но не подтвержденных I-кадров. Это максимальное число последовательно занумерованных I-кадров, которые в любой момент времени станции могут передать без получения подтверждения. Оно не должно быть более 7.

Параметры Т1, N2, N1 и К являются системными, подлежащими согласованию с администрацией на некоторый период времени

Оглавление

- Разработка методик и алгоритмов программы имитации передачи информации через протокол канального уровня HDLC

- Модель алгоритма работы программы

- Описание интерфейса программы имитации передачи информации через протокол канального уровня HDLC