Компьютерные сети. 5-е издание

В предыдущих протоколах информационные кадры передавались только в одну сторону. В большинстве практических ситуаций требуется передача данных в обоих направлениях. Один из способов получения дуплексной передачи — использование двух экземпляров описанных выше протоколов, каждый из которых передает данные по отдельной симплексной связи (в противоположных направлениях). При этом физический канал имеет прямой канал для данных и обратный канал для подтверждений. В обоих случаях пропускная способность обратных каналов почти не используется.

Более прогрессивной идеей представляется использование одного канала для передачи данных в обоих направлениях. В конце концов, ведь в протоколах 2 и 3 кадры уже передавались по каналу в двух направлениях, а обратный канал обладает той же пропускной способностью, что и прямой. В такой модели кадры с данными от машины A для машины B перемешиваются с кадрами подтверждений от A к B. Получатель может отличить кадр с данными от кадра с подтверждением по специальному полю kind заголовка кадра.

Помимо чередования кадров с подтверждениями и информационных кадров, возможно и другое улучшение протокола. Приняв кадр с данными, получатель может не посылать сразу кадр с подтверждением, а подождать, пока сетевой уровень даст ему следующий пакет. Подтверждение добавляется к исходящему информационному кадру с помощью поля ack заголовка кадра. В результате для передачи подтверждения почти не будет затрачено ресурсов. Подобная техника называется piggybacking (комбинированная или ярусная перевозка).

Основное преимущество совмещения передачи прямых и обратных пакетов заключается в улучшенном использовании пропускной способности канала. Поле ack в заголовке кадра занимает всего несколько бит, тогда как отдельный кадр потребует заголовка и контрольной суммы. Кроме того, чем меньше количество прибывающих кадров, тем меньше нагрузка на получателя. В следующем рассматриваемом нами протоколе расходы на совмещение передачи прямых и обратных пакетов составляют всего 1 бит заголовка кадра. Эти расходы редко превышают несколько бит.

Однако при совмещении передачи прямых и обратных пакетов в протоколе появляются новые проблемы. Как долго должен канальный уровень ждать пакета, с которым следует переслать подтверждение? Если канальный уровень будет ждать дольше, чем отправитель, то последний пошлет кадр повторно, что неприемлемо. Если бы канальный уровень мог предсказывать будущее, он бы знал, ждать ему пакета или отправлять подтверждение отдельным кадром. Это, конечно, невозможно, поэтому следует установить еще один интервал ожидания (меньший, чем интервал ожидания отправителя), по истечении которого подтверждение отправляется отдельным кадром. Если же сетевой уровень успеет передать уровню передачи данных пакет, то подтверждение будет отослано вместе с этим пакетом в одном кадре.

Следующие три протокола являются двунаправленными и принадлежат к классу протоколов скользящего окна (sliding window). Как будет показано ниже, они отличаются друг от друга эффективностью, сложностью и требованиями к размерам буфера. Во всех протоколах скользящего окна каждый исходящий кадр содержит порядковый номер (варьирующийся от 0 до некоего максимума). Поскольку на этот номер обычно отводится поле размером n бит, максимальное значение номера составляет 2^п - 1. В протоколах скользящего окна с ожиданием обычно на это поле отводится всего один бит, что ограничивает порядковый номер значениями 0 и 1, однако в более сложных версиях может использоваться произвольное значение п.

Сущность всех протоколов скользящего окна заключается в том, что в любой момент времени отправитель работает с определенным набором порядковых номеров, соответствующих кадрам, которые ему разрешено посылать. Про такие кадры говорят, что они попадают в посылающее окно. Аналогично получатель работает с принимающим окном, соответствующим набору кадров, которые ему позволяется принять. Окно получателя и окно отправителя не обязаны иметь одинаковые нижний и верхний пределы и даже не обязаны быть одного размера. В одних протоколах размеры фиксируются, а в других размеры могут увеличиваться или уменьшаться по мере передачи или приема кадров.

Хотя данные протоколы предоставляют канальному уровню большую свободу в вопросе, касающемся порядка передачи и приема кадров, требование доставки пакетов сетевому уровню принимающей машины в том же порядке, в котором они были получены от сетевого уровня передающей машины, сохраняется. Также сохраняется аналогичное требование к физическому уровню, касающееся сохранения порядка доставки кадров. То есть физический уровень должен функционировать подобно проводу, доставляя все кадры в том порядке, в котором они были посланы.