План-конспект урока по теме Методы решения задачи обнаружения и исправления ошибок передачи данных

Этапы урока

Содержание этапов урока

1. Организационный момент.

Цели для преподавателя:

- создать условия для возникновения у обучающихся внутренней потребности включения в учебную деятельность;

- способствовать повышению мотивации учения.

Цели для обучающихся:

- включиться в учебную деятельность;

- подготовиться к восприятию нового учебного материала.

Цели этапа занятия достигаются посредством:

-объявления темы занятия и постановки общих целей;

- разъяснения роли изучаемого содержания в процессе формирования конкретных общих и профессиональных компетенций;

- раскрытия значения изучаемого содержания для будущей профессиональной деятельности;

1. Вводный инструктаж

1.1. Проверка наличия обучающихся. Повторение техники безопасности в кабинете информатики.

Начинаем занятие. Отметим отсутствующих на занятие и проверим вашу готовность к занятию на наличие тетрадей.

1.2. Целевая установка на урок.

Сегодня у нас новая тема «Методы решения задачи обнаружения и исправления ошибок передачи данных по физическому каналу. Кодировки, позволяющие обнаруживать или исправлять ошибки (код Хемминга и код CRC (контрольная сумма))», запишите тему занятия в тетрадях.

Обучающиеся записывают тему занятия.

Эта тема имеет большое профессиональное значение. Она направлена на формирование такой компетенции как «организовывать собственную деятельность выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество».

2. Изучение нового учебного материала (способов действий).

Цели для преподавателя:

-рассмотреть методы решения задач обнаружения и исправления ошибок

- познакомиться с кодировкой

- рассмотреть код Хемминга и код CRC Цели для обучающихся:

- рассмотреть сервисы канального уровня

- познакомиться с основными задачами канального уровня

-рассмотреть основные способы исправления ошибок

Цели этапа занятия достигаются посредством:

- обеспечения понимания планируемого результата деятельности, основных путей его достижения;

- определения критериев, позволяющих обучающимся самостоятельно определять степень достижения запланированного результата;

- организации активной самостоятельной деятельности обучающихся по написанию лекции во время занятия.

2. Теоретическая часть.

Первый метод (счетчик символов)показан на рисунке 3-3. В начале каждого кадра указывают, сколько символов в кадре. При приеме кадра вновь подсчитывают число принятых символов. Если число полученных символов отлично от ожидаемого числа, то этот факт воспринимают как ошибку. Однако этот метод имеет существенный недостаток: счетчик символов может быть искажен при передаче. Тогда принимающая сторона не сможет обнаружить границы кадра. Даже обнаружив несовпадение контрольных сумм, принимающая сторона не сможет сообщить передающей, какой кадр надо переслать и сколько символов пропало. Этот метод сейчас используется редко.
Рисунок 3-3. Поток символов: (а) без ошибок; (b) с одной ошибкой



Второй метод (вставка специальных стартовых и конечных символов)построен на вставке специальных символов. Обычно для этого используют последовательность символов DLE STX для начала кадра и DLE ETX для конца кадра. DLE (Data Link Escape), STX (Start TeXt), ETX (End TeXt) – это специальные символы, имеющие специальную кодировку. При этом методе, если даже была потеряна граница текущего кадра, нужно просто найти ближайшую последовательность DLE STX или DLE ETX. Однако здесь есть одна опасность: при передаче чисел или программы в объектном коде такие последовательности могут уже содержаться в передаваемых данных. Для решения этой проблемы используют прием экранирования: каждая последовательность DLE или STX просто дублируется в передаваемых данных. Поэтому, если при приеме есть два последовательных DLE, то один удаляется. Этот метод проиллюстрирован на рисунке 3-4.
Рисунок 3-4. Метод экранирования


Основным недостатком только что рассмотренного метода является то, что он жестко связан с размером байта и конкретным методом кодировки символов - ASCII. По мере развития сетей эта связь становилась все более и более обременительной. Кроме этого, на стороне отправителя надо было просматривать кадр, чтобы обнаружить недопустимые последовательности.
Был предложен иной прием, позволяющий использовать любое число битов на символ и любую кодировку. (вставка стартовых и концевых битов)Его идея состоит в том, что каждый кадр начинается и заканчивается специальным флаг-байтом: 01111110. Чтобы избежать аналогичной последовательности, внутри кадра поступают следующим образом. Посылающая сторона, встретив последовательно 5 единиц, обязательно вставит 0. Принимающая сторона, приняв 5 последовательных единиц, обязательно удалит следующий за ними 0. Таким образом, если в передаваемых данных встретится конфигурация флаг-байта, то она будет преобразована в конфигурацию 011111010. Этот метод иллюстрирует рисунок 3-5. Этот метод прозрачен для сетевого уровня так же, как и метод вставки байтов.
Рисунок 3-5. Замена шестой единицы нулем


Таким образом, кадр легко может быть распознан по флаг-байту. Если граница очередного кадра по какой-то причине была потеряна, то все что надо делать – «ловить» ближайший флаг-байт.
Последний метод - нарушение кодировки используется там, где применяется специальная кодировка битов на физическом уровне. Например, пусть для передачи одного бита используется два импульса. «1» кодируется как переход «высокое-низкое», «0» - как переход «низкое-высокое». Сочетания «низкое-низкое» или «высокое-высокое» не используются для передачи данных. Их и используют для границ кадра. Так делают в стандарте IEEE 802 для ЛВС, который мы рассмотрим позже.
На практике используют, как правило, комбинацию этих методов. Например, счетчик символов с одним из выше перечисленных. Тогда, если число символов в кадре совпадает с кодировкой границы кадра, кадр считается переданным правильно. Обнаружение ошибок

Решив проблему разбиения на кадры, мы приходим к следующей проблеме: как обеспечить, чтобы кадры попадали на сетевой уровень в надлежащей последовательности? Если для отправляющей стороны все равно, в какой последовательности поступают кадры, то этой проблемы нет. Например, если нам нужен сервис без уведомления и без соединения. Однако как быть, если нам нужен сервис с уведомлением и с соединением?
Для решения этой проблемы устанавливают обратную связь между отправителем и получателем в виде кадра подтверждения. Если кадр-подтверждение несет положительную информацию, то считается, что переданные кадры прошли нормально, если же в нем сообщение об ошибке, то переданные кадры надо передать заново.
Однако возможны ситуации, когда из-за ошибок в канале кадр исчезнет целиком. В этом случае получатель не будет никак реагировать, а отправитель будет сколь угодно долго ждать подтверждения. Для решения этой проблемы на канальном уровне вводят таймеры. Когда передается очередной кадр, то одновременно устанавливается таймер на определенное время. Этого времени должно хватать на то, чтобы получатель получил кадр и отправил уведомление, а отправитель получил его.
Если отправитель не получит уведомление раньше, чем истечет время, установленное на таймере, то он будет считать, что кадр потерян и повторит его еще раз.
Однако если кадр-подтверждение был утерян, то вполне возможно, что один и тот же кадр получатель получит дважды. Как быть? Для решения этой проблемы каждому кадру присваивают порядковый номер. С помощью этого номера получатель может обнаружить дубли.
Итак, таймеры и нумерация кадров - основные средства на канальном уровне, обеспечивающие доставку каждого кадра до сетевого уровня в единственном экземпляре и в нужном порядке.
3.1.4. Управление потоком

Другая важная проблема, которую надо решать на канальном уровне - управление потоком. Вполне может случиться, что отправитель будет посылать кадры столь часто, что получатель не будет успевать их обрабатывать. Это может произойти, если, например, машина-отправитель более мощная или загружена слабее, чем машина-получатель.
Для борьбы с такими ситуациями вводят специальный механизм управления потоком. Этот механизм предполагает обратную связь между отправителем и получателем, которая позволяет им урегулировать темп передачи.
Существует много схем управления потоком, но все они в основе своей используют следующий сценарий. Прежде чем отправитель начнет передачу, он спрашивает у получателя, сколько кадров тот может принять. Получатель сообщает ему определенное число. Отправитель, после того как передаст это число кадров, должен приостановить передачу и спросить у получателя еще раз, сколько кадров тот может принять, и т.д. Позднее на примерах мы познакомимся с конкретными механизмами управления потоком.

4. Задание на дом.

Цели для преподавателя:

- провести анализ и оценку успешности достижения цели урока, перспектив последующей работы;

- мобилизовать обучающихся на рефлексию результатов учебной деятельности;

- поставить цели самостоятельной работы для обучающихся (что должны сделать обучающиеся в ходе выполнения домашнего задания).

Цели для обучающихся:

- уяснить цели и содержание домашнего задания.

Цели этапа урока достигаются посредством:

- достижения открытости обучающихся в осмыслении своих действий и самооценки;

- определения для обучающихся содержания и объема домашнего задания.

4.Заключительная часть. Подведение итогов, выставление отметок.

Сегодня мы с вами: рассмотрели методы решения задач обнаружения и исправления ошибок, познакомились с кодировкой, рассмотрели код Хемминга и код CRC

4.1. Определение задания на дом.

Задание. К следующему занятию выучите лекцию. Составить инструкционную технологическую карту.