Устройство обнаружения и коррекции ошибок при передаче по каналу связи двоично-десятичных чисел — это устройство, способное обнаружить и скорректировать ошибки, возникающие при трансляции двоично-десятичных чисел по каналам связи.
Введение
На канальном уровне должны обнаруживаться ошибки передачи данных, которые связаны с искажением бит в принимаемом фрагменте данных или с потерей этого фрагмента (кадра), и по возможности корректироваться. Почти все протоколы канальных уровней исполняют лишь первую задачу, то есть задачу нахождения ошибочных данных, полагая, что исправлять ошибки, то есть осуществлять повторную передачу данных, которые содержат искаженную информацию, обязаны протоколы верхних уровней. Таким образом работают почти все широко известные протоколы локальных сетей. Однако известны и протоколы канального уровня, к примеру, LLC2 или LAP-B, которые способны самостоятельно решить задачу восстановления искаженных или потерянных фрагментов данных.
Статья: Устройство обнаружения и коррекции ошибок при передаче по каналу связи двоично-десятичных чисел
Считается очевидным, что протоколы обязаны работать с наибольшей эффективностью в стандартных условиях работы сети. По этой причине для сетей, в которых искажения и потери фрагментов данных считаются достаточно нечастыми событиями, проектируются протоколы типа Ethernet, в которых не предусмотрены операции ликвидации ошибок. Действительно, присутствие операций восстановления данных требует от конечных узлов добавочных вычислительных затрат, которые при надежной работе сети считаются избыточными.
И наоборот, когда в сети искажения и потери происходят достаточно часто, то необходимо уже на канальном уровне применять протокол с коррекцией ошибок, а не предоставлять эти операции протоколам верхних уровней. Протоколы верхних уровней, к примеру, транспортного или прикладного, функционируя с большими тайм-аутами, могут восстановить потерянные данные со значительной задержкой. В глобальных сетях первых поколений, к примеру, сетях Х.25, работавшие через ненадежные каналы связи, протоколы канального уровня всегда исполняли процедуры восстановления потерянных и искаженных кадров. По этой причине нельзя утверждать, что один протокол лучше работает, чем другой потому, что он способен восстанавливать ошибочные кадры, а другой протокол не имеет такой возможности. Каждый протокол необходимо использовать в тех условиях, для которых он проектировался.
Методы обнаружения и исправления ошибок
Любой метод обнаружения ошибок основан на передаче в составе кадра данных служебной дополнительной информации, по которой можно установить с определённым уровнем вероятности степень достоверности принятых данных. Данную служебную информацию называют контрольной суммой или последовательностью контроля кадра (Frame Check Sequence, FCS). Контрольная сумма определяется как функция от передаваемой информации, при этом необязательно лишь при помощи суммирования. На принимающей стороне снова определяется контрольная сумма кадра по заданному алгоритму и в случае её совпадения с контрольной суммой, которая была вычислена передающей стороной, формируется вывод о корректности или некорректности полученных данных.
Известно несколько самых популярных алгоритмов определения контрольной суммы, которые отличаются уровнем вычислительной сложности и способности обнаруживать ошибки в данных.
Контроль по паритету является наиболее простым методом контроля данных. При этом, это наименее мощный контрольный алгоритм, так как он позволяет обнаруживать лишь одиночные ошибки в контролируемых данных. Метод состоит в суммировании по модулю два всех бит проверяемой информации. К примеру, для данных 100101011 итогом контрольного суммирования будет значение единица. Результат суммирования также является одним битом данных, который передаётся совместно с контролируемой информацией. При возникающих при пересылке искажениях любого одного бита исходных данных (или контрольного разряда) итоговый результат суммирования будет отличным от принятого контрольного разряда, что является подтверждением наличия ошибки.
Тем не менее при двойной ошибке, к примеру, 110101010, полученная информация может быть принята за корректное сообщение. По этой причине контроль по паритету используется только к небольшим фрагментам данных, как правило, к каждому байту, что позволяет получить коэффициент избыточности для этого метода 1/8. Данный метод редко используется в вычислительных сетях из-за его повышенной избыточности и невысокой диагностической способности.
Вертикальный и горизонтальный контроль по паритету выступает как модификация приведённого выше метода. Он отличается тем, что исходные данные в нём рассматриваются как матрица, строки которой состоят из байтов данных. Контрольный разряд определяется отдельно для всех строк и для всех столбцов матрицы. Данный метод позволяет обнаружить практически все двойные ошибки, однако имеет еще большую избыточность. На практике сейчас тоже почти не используется.
Циклический избыточный контроль (Cyclic Redundancy Check, CRC) считается сегодня самым популярным методом контроля в вычислительных сетях. Метод базируется на рассмотрении передаваемых данных как одного многоразрядного двоичного числа. В качестве контрольной информации принимается остаток от деления этого числа на некоторый заданный делитель R. Как правило, в качестве делителя назначается семнадцати или тридцати трех разрядное число, чтобы остаток от деления обладал длиной в шестнадцать разрядов, то есть, два байта, или тридцать два разряда, то есть четыре байта.
Данный метод имеет более высокую вычислительную сложность, но его уровень диагностических возможностей гораздо выше, чем у методов контроля по паритету. Он способен обнаружить все одиночные ошибки, двойные ошибки и ошибки в нечетном числе бит. Метод обладает также невысоким уровнем избыточности.
Методы исправления ошибок в вычислительных сетях базируются на повторной передаче кадра данных в том случае, если кадр потерялся и не дошёл до адресата или приемник нашёл в нем искажение информации.
