Ποσοτική Μελέτη Ζεύξεων Εργαστήριο 3 Παράμετροι & Ποσοτική Μελέτη Ζεύξεων

Βασικές Δικτυακές Παράμετροι (1) Καθυστέρηση μετ’ επιστροφής (round trip delay) – Ο χρόνος για να πάει μια μονάδα δεδομένων στον προορισμό και να γυρίσει πίσω μια επιβεβαίωση (ACK) Αναλύεται στις εξής συνιστώσες: χρόνος μετάδοσης χρόνος διάδοσης χρόνος επεξεργασίας χρόνος αναμονής στις ουρές

Βασικές Δικτυακές Παράμετροι (2) Χρόνος διάδοσης (propagation delay) – Ο χρόνος για να ταξιδέψει το ηλεκτρομαγνητικό ή οπτικό κύμα στο μέσο διάδοσης Είναι περίπου 5ns/m Σχεδόν ίδια τιμή για όλα τα μέσα διάδοσης Το αντίστροφο είναι η ταχύτητα διάδοσης (περίπου 200 km/msec – Tαχύτητα φωτός 300 km/msec )

Βασικές Δικτυακές Παράμετροι (3) Χρόνος μετάδοσης (transmission delay) – Ο χρόνος για να αλλάξει η διαμόρφωση του πομπού τόσες φορές ώστε να εισαχθεί η ποσότητα πληροφορίας στο μέσο διάδοσης Δηλαδή σε μία ζεύξη 64kbps για να μεταδοθούν 64000 bits χρειάζεται 1 sec Καθυστέρηση επεξεργασίας (processing delay) – Ο χρόνος επεξεργασίας της πληροφορίας σε κάθε δικτυακό κόμβο

Βασικές Δικτυακές Παράμετροι (4) Χρόνος αναμονής (queuing delay) – Ο χρόνος που το πακέτο βρίσκεται στους ταμιευτήρες Μεταγωγή κυκλώματος - αμελητέος Μεταγωγή πακέτου  συνθήκες φόρτου του δικτύου Η διακύμανση καθυστέρησης (delay variation ή packet jitter) - Η διαφορά της καθυστέρησης μεταξύ πακέτων που κάνουν την ίδια διαδρομή σε διαφορετικές στιγμές, επομένως κάτω από διαφορετικές συνθήκες δικτύου Δημιουργεί προβλήματα σε κάποιους τύπους πληροφορίας (π.χ. audio, video)

Βασικές Δικτυακές Παράμετροι (5) Παροχέτευση (throughput) – Δείχνει πόση κίνηση περνάει από τη μία άκρη στην άλλη, ανά μονάδα χρόνου (bits/sec) Παροχέτευση  Χωρητικότητα Η χωρητικότητα δίνει τη μέγιστη δυνατότητα της γραμμής Η παροχέτευση δίνει την πραγματική ποσότητα πληροφορίας που πέρασε από τη γραμμή κατά τη διάρκεια μιας παρατήρησης

Βασικές Δικτυακές Παράμετροι (6) Ρυθμός λαθών (bit error rate = BER) – Είναι ο λόγος του πλήθους των bit που μεταδίδονται λανθασμένα δια του συνόλου των μεταδιδόμενων bits Δηλαδή, μας δίνει την πιθανότητα να φτάσει ένα bit λάθος Η πιθανότητα να ληφθεί σωστά ένα πακέτο p bits είναι (1-BER) p O ρυθμός λαθών πακέτων PER είναι PER=1-(1-BER)p

baud rate vs. bit rate (1) Baud rate : ο μέγιστος ρυθμός αλλαγών σήματος που μπορούν να συμβούν ανά sec, μετριέται σε bauds, αναπαριστά τη δυνατότητα για αλλαγή σήματος/sec. Bit rate : o ρυθμός αποστολής δεδομένων, μετριέται σε bits/sec (bps) Ποια η διαφορά? Σε 1 baud μπορούμε να κωδικοποιήσουμε (ανάλογα με τη διαμόρφωση) περισσότερα του 1 bits, άρα baud rate  bit rate Π.χ. στη διαμόρφωση QPSK έχουμε 4 σύμβολα και καθένα κωδικοποιεί 2 bits, δηλαδή για baud rate = 2000, είναι bit rate = 4000 bits/sec

baud rate vs. bit rate (2) Διαμόρφωση Πλάτους (AM) A•cos( 2π • ft ) Διαμόρφωση Φάσης (PSK) A•cos( 2π • ft + δ ) δ = 0 ή π Άρα κωδικοποιεί 1 bit ανά αλλαγή φάσης

baud rate vs. bit rate (3) 4-PSK Τετραδικό κλείδωμα μεταλλαγής φάσης (Quadrature Phase Shift Keying, QPSK) 2 bits ανά αλλαγή φάσης δ = 45, 135, 225, 315 μοίρες

Απόδοση Χρόνος μετάδοσης ωφέλιμης πληροφορίας προς τον συνολικό χρόνο απασχόλησης της ζεύξης Η απόδοση δίνεται σε ποσοστό % που στην ουσία είναι παροχέτευση/χωρητικότητα * 100 α = D/T (αριθμός καθ’οδόν πακέτων) Όπου D χρόνος διάδοσης (L/v) ενός bit και Τ χρόνος μετάδοσης (F/R) ενός πακέτου Θα μελετήσουμε την απόδοση κάποιων πρωτοκόλλων ζεύξης (STOP-AND-WAIT, GO-BACK-N, SELECTIVE REPEAT)

Ποσοτικές σχέσεις πρωτοκόλλων ζεύξης (1) Παραδοχές Αγνοούμε επαναμεταδόσεις, χρόνο επεξεργασίας και πιθανότητα λάθους των ACK Θεωρούμε ισομεγέθη πακέτα Μέγεθος παραθύρου <= μέγιστο χρησιμοποιούμενο μέγεθος αύξοντος αριθμού πλαισίων (8 ή 128) Αυτό γιατί λόγω κυκλικής αρίθμησης (modulo 8 ή 128) δεν θα ξέρει ο πομπός εάν η αποδοχή σωστής λήψης μετά από 8 πλαίσια αναφέρεται μόνο στο 1ο από τα 8 ή και στα 8 προηγούμενα

Ποσοτικές σχέσεις πρωτοκόλλων ζεύξης (2) Αριθμός καθ’ οδόν πλαισίων a σε σχέση με την τιμή του παραθύρου W a = D/T, δηλαδή χρόνος διάδοσης προς χρόνος μετάδοσης, όπου D=L/v, δηλαδή μήκος ζεύξης προς ταχύτητα διάδοσης και Τ = F/R, δηλαδή bits πλαισίου προς ρυθμοδότηση

Ποσοτικές σχέσεις πρωτοκόλλων ζεύξης (3) Ο πομπός στέλνει W πλαίσια σε χρόνο T X W δευτερόλεπτα Για να ξεκινήσει το πρώτο ACK από τον Β πρέπει να έχει ληφθεί και του τελευταίου bit οπότε έχει ολοκληρωθεί από τον Α η εκπομπή του πλαισίου a+1 To πρώτο ACK θα έχει ληφθεί και ακαριαία υποστεί επεξεργασία όταν θα ξεκινάει το πλαίσιο 2*(a+1) μετά από χρόνο 2*(a+1) υπό τον όρο ότι δεν εξαντλήθηκε το παράθυρο Αυτό συμβαίνει όταν ισχύει W >= 2*(a+1), αλλοιώς η ζεύξη θα μένει αχρησιμοποίητη για χρόνο 2*(a+1) - W Η απόδοση του GO-BACK-N είναι 1, δηλαδή 100% για W >= 2*(a+1) W/ 2*(a+1) για W< 2*(a+1)

Ποσοτικές σχέσεις πρωτοκόλλων ζεύξης (4) GO-BACK-N Απόδοση = 1 για W 2(α+1) W 2(α+1) για W< 2(α+1) SELECTIVE REPEAT – Το ίδιο, εφόσον έχουμε υποθέσει ότι δεν υπάρχουν επαναμεταδόσεις

Ποσοτικές σχέσεις πρωτοκόλλων ζεύξης (5) Στην πρώτη περίπτωση το πρωτόκολλο εκφυλίζεται σε STOP-AND-WAIT Το παράθυρο των 3 bit (δηλαδή W=7) είναι κατάλληλο για πολλές ξεύξεις, εκτός από τις διηπειρωτικές και τις δορυφορικές όπου χρησιμοποιείται W=127

Ποσοτικές σχέσεις πρωτοκόλλων ζεύξης (6) Έστω μη μηδενική πιθανότητα p σφάλματος, δηλαδή  επαναμεταδόσεις Η απόδοση με λάθη είναι όση ήταν χωρίς λάθη διαιρούμενη δια του μέσου αριθμού αναμεταδόσεων Η πιθανότητα να χρειαστεί μια προσπάθεια είναι ίση με την πιθανότητα να μη συμβεί σφάλμα, δηλαδή 1-p Η πιθανότητα να χρειαστεί δεύτερη μετάδοση είναι p*(1-p), δηλαδή να συμβεί στην πρώτη και να μη συμβεί στη δεύτερη η πιθανότητα να χρειαστούν i αναμεταδόσεις είναι pi-1*(1-p)

W(1-p)/2(a+1) για W<2(a+1) Ποσοτικές σχέσεις πρωτοκόλλων ζεύξης (7) SELECTIVE REPEAT - Η μέση τιμή μεταδόσεων ανά επιτυχώς αφικνούμενο πακέτο είναι Η απόδοση είναι 1-p για W>=2(a+1) W(1-p)/2(a+1) για W<2(a+1)

Ποσοτικές σχέσεις πρωτοκόλλων ζεύξης (8) GO-BACK-N Η μέση τιμή μεταδόσεων ανά επιτυχώς αφικνούμενο πακέτο είναι όπου k= 2(α+1) για W>2(α+1) και k= W για W<2(α+1) Η απόδοση είναι W>2(α+1) W<2(α+1)

Ποσοτικές σχέσεις πρωτοκόλλων ζεύξης (9) Με W=1 έχουμε την περίπτωση του STOP-AND-WAIT