Fiabilitate (rețea de calculatoare)

Acest articol nu citează nicio sursă și poate conține informații inexacte (raportat în decembrie 2017).

Dacă aveți cărți de referință sau articole sau dacă cunoașteți site-uri web de calitate care se ocupă de subiectul discutat aici, vă rugăm să completați articolul oferind referințele utile pentru verificarea acestuia și conectându-le la secțiunea „ Note ”.  Și referințe  ”( editați articol ).

Găsiți surse în „  Fiabilitate (rețea de calculatoare)  ”  :

În rețelele de calculatoare , un protocol fiabil oferă asigurarea livrării de date către destinatar (i), spre deosebire de un protocol nesigur , care nu furnizează notificări expeditorului cu privire la livrarea datelor transmise. Fiabilitatea este un sinonim pentru asigurare , care este termenul folosit de Forumul ITU și ATM ca parte a funcției sale de coordonare specifică serviciului ATM , de exemplu pentru a asigura transparența livrării asigurate cu AAL5 .

Protocoalele fiabile necesită în general mai multe resurse pentru implementare decât protocoalele nesigure și, prin urmare, funcționează mai lent și cu o scalabilitate mai mică. Aceasta este rareori o problemă pentru protocoalele de tip unicast , dar ar putea deveni o problemă pentru protocoalele slabe de multicast .

TCP , principalul protocol utilizat pe Internet , este un protocol unicast de încredere. UDP , adesea utilizat în jocurile pe computer sau în alte situații în care viteza este crucială și pierderea unui pic de date nu este atât de importantă din cauza naturii tranzitorii a datelor, este un protocol pe de altă parte.

Adesea, un protocol unicast de încredere este, de asemenea, orientat spre conexiune . De exemplu, protocolul TCP este orientat spre conexiune, cu ID - ul circuitului virtual alcătuit din adresele IP sursă și destinație și numerele de port. Unele protocoale nesigure sunt, de asemenea, orientate spre conexiune. Acestea includ retransmiterea ATM și a cadrelor . Există, de asemenea, protocoale fiabile fără conexiune, cum ar fi AX.25, atunci când se transmit date în cadre inter. Dar această combinație apare rar: combinația fiabilă fără conexiune este rară în rețelele comerciale și academice.

Istorie

După ce rețeaua NPL configurează mai întâi comutarea pachetelor , ARPANET oferă o procedură de livrare de pachete fiabilă către gazdele sale conectate, prin interfața sa 1822 . Un computer gazdă aranjează pur și simplu datele în formatul corect al pachetului, ar introduce adresa computerului gazdă de destinație și ar trimite un mesaj prin interfață către Procesorul de mesaje interfață la care a fost conectat. După ce mesajul a fost livrat gazdei de destinație, o confirmare a fost livrată gazdei care a trimis. Dacă rețeaua nu ar putea transmite mesajul, va trimite un mesaj de eroare gazdei care a trimis.

Între timp, dezvoltatorii CYCLADES și ALOHAnet au demonstrat că este posibilă construirea unei rețele de calculatoare eficiente fără a asigura transmiterea fiabilă a pachetelor. Această cunoaștere a fost ulterior reutilizată de către proiectanții Ethernet .

Dacă o rețea nu garantează livrarea pachetelor, devine responsabilitatea gazdei să aibă grijă de fiabilitate prin detectarea și retransmiterea pachetelor pierdute. Experiența pe ARPANET a demonstrat că rețeaua în sine nu a putut detecta în mod fiabil toate eșecurile de livrare a pachetelor, ceea ce a returnat responsabilitatea pentru detectarea erorilor către gazda expeditoare în toate cazurile. Acest lucru a dus la dezvoltarea principiului end-to-end , care este una dintre alegerile fundamentale de proiectare ale internetului .

Proprietăți

Un serviciu de încredere este un serviciu care informează utilizatorul dacă livrarea eșuează, în timp ce un serviciu „nesigur” nu garantează acest comportament. De exemplu, IP oferă un serviciu nesigur. Împreună, TCP și IP oferă servicii fiabile, în timp ce UDP și IP nu. Toate aceste protocoale folosesc pachete, dar pachetele UDP sunt denumite în mod obișnuit datagramele.

Acest articol poate conține lucrări nepublicate sau declarații neverificate , în ciuda prezenței surselor. Într-adevăr, domeniul de aplicare al unora dintre ele pare să fi fost deviat de la adevăratul lor sens prin interpretarea unui contribuitor.

Conținutul poate părea credibil având în vedere sursele prezentate, dar nu trebuie să fie de încredere deoarece nu le reflectă neapărat. Puteți ajuta punând textul articolului în conformitate cu sursele. Consultați pagina de discuții pentru mai multe detalii.

În contextul protocoalelor distribuite, proprietățile fiabilității specifică garanțiile pe care le oferă protocolul în ceea ce privește difuzarea mesajelor către destinatari.

Un exemplu de proprietate de fiabilitate pentru un protocol de difuzare unicast este „cel puțin o dată”, adică cel puțin o copie a acelui mesaj este garantată pentru a fi livrată destinatarului său.

Proprietățile de fiabilitate pentru protocoalele multicast pot fi exprimate ca o funcție a destinatarului (acestea sunt denumite proprietăți simple de fiabilitate) sau pot fi legate de livrare și / sau ordinea de livrare între diferiți destinatari (vorbim de o fiabilitate puternică proprietăți).

În contextul protocoalelor multicast, proprietățile puternice de fiabilitate specifică garanțiile pe care protocolul le oferă pentru difuzarea mesajelor către diferiți destinatari.

Un exemplu de proprietate de încredere puternică este apelul de apel pentru ultima copie , ceea ce înseamnă că atâta timp cât cel puțin o copie a unui mesaj rămâne disponibilă pentru unul dintre destinatari, toți ceilalți destinatari care nu întâmpină un mesaj. ”Eroarea va primi în cele din urmă o copie de asemenea. Proprietăți de fiabilitate puternice ca aceasta necesită de obicei ca mesajele să fie retransmise sau transferate între destinatari.

Un exemplu de proprietate de fiabilitate mai puternică decât ultima rechemare a copiei este atomicitatea. Această proprietate necesită ca, dacă cel puțin o copie a unui mesaj a fost redirecționată către un destinatar, toți ceilalți destinatari vor primi în cele din urmă o copie a acelui mesaj. Cu alte cuvinte, fiecare mesaj este întotdeauna livrat fie tuturor, nici unuia dintre destinatari.

Una dintre proprietățile de fiabilitate mai complexe este sincronizarea virtuală.

Proprietăți puternice de fiabilitate sunt oferite de sistemele de comunicații de grup (GCS), cum ar fi IS-IS , Appia Framework, Spread, JGroups sau QuickSilver Scalable Multicast. QuickSilver Properties Framework este o platformă flexibilă care permite proprietăților de fiabilitate puternice să fie exprimate într-un mod pur declarativ, utilizând un limbaj simplu bazat pe reguli, care este tradus automat într-un protocol ierarhic.

Transmisie fiabilă în sisteme în timp real

Cu toate acestea, există o problemă cu definirea fiabilității ca „notificare de livrare sau eșec” în calculul în timp real . În astfel de sisteme, eșecul de a furniza date în timp real afectează negativ performanța, iar unele sisteme, cum ar fi sistemele critice pentru misiune și unele sisteme securizate critice pentru misiune, trebuie să demonstreze că sunt capabile să asigure un nivel de performanță. La rândul său, acest lucru necesită un minim de fiabilitate atunci când se furnizează date critice. Prin urmare, contează doar livrarea și notificarea expeditorului cu privire la eșecul transmisiei nu împiedică sau atenuează eșecul stratului de transport al sistemului în timp real de a livra datele.

În sistemele stricte și flexibile în timp real , datele trebuie livrate într-un interval de timp fixat, adică datele livrate târziu nu mai sunt valoroase. În cazul sistemelor stricte în timp real, toate datele trebuie furnizate înainte de data scadentă, sau sistemul va fi considerat a fi într-o stare eșuată. În așa-numitele sisteme flexibile în timp real, există o anumită probabilitate acceptabilă ca datele să nu fie livrate sau să fie livrate târziu - ceea ce este echivalent.

Există o serie de protocoale capabile să îndeplinească cerințele în timp real pentru fiabilitatea livrării și a punctualității, cel puțin pentru așa-numitele sisteme flexibile în timp real (datorită pierderilor inevitabile și inevitabile cauzate, de exemplu, de rata de eroare a stratul fizic):

MIL-STD-1553B și STANAG 3910 sunt exemple binecunoscute ale unor astfel de protocoale punctuale și fiabile pentru autobuzele de date în avionică . MIL-1553 folosește medii partajate de 1 Mbit / s pentru transmiterea datelor și controlul acestor transmisii și este utilizat pe scară largă în sistemele militice de avionică (în care „Fiecare sistem are propriile computere care își îndeplinesc propriile funcții”

Folosește un Bus Controller (BC) pentru a controla terminalele la distanță conectate (RT) pentru a primi sau transmite aceste date. Prin urmare, CO se poate asigura că nu există aglomerație, iar transferurile sunt întotdeauna punctuale. Protocolul MIL-1553 permite, de asemenea, reîncercări automate care pot asigura întotdeauna livrarea în timpul alocat și pot crește fiabilitatea deasupra stratului fizic. STANAG 3910, cunoscut și ca EFABus în utilizarea sa pe Eurofighter Typhoon , este, de fapt, o versiune mărită a standardului MIL-1553 cu o magistrală media partajată de 20 Mbit / s pentru transfer de date, păstrând în același timp 1 Mbit / s partajat magistrala media pentru control.

De transfer asincron Mode (ATM), The Avionics Full Duplex Switched Ethernet (AFDX), și Declanșat Ethernet Timp (TTEthernet) sunt exemple de protocoale de rețea de pachete în care punctualitatea și fiabilitatea transferurilor de date pot fi furnizate de către rețea. AFDX și TTEthernet se bazează, de asemenea, pe standardul Ethernet IEEE 802.3, deși nu sunt pe deplin compatibile cu acesta.

ATM utilizează canale virtuale orientate spre conexiune (VC), care au căi complet deterministe prin rețea, precum și controlul parametrilor de utilizare și de rețea (UPC / NPC), care sunt implementate în rețea, pentru a limita traficul pe fiecare VC individual. Acest lucru permite utilizarea resurselor partajate (comutatoare tampoane) în rețea pentru a fi calculate în prealabil din parametrii traficului care vor fi direcționați, adică la momentul proiectării sistemului. Faptul că sunt implementate de rețea înseamnă că aceste calcule rămân valabile, chiar dacă alți utilizatori ai rețelei se comportă într-un mod neașteptat, adică transmit mai multe date decât se aștepta. Utilizările calculate pot fi apoi comparate cu capacitățile resurselor pentru a arăta că, având în vedere constrângerile pe rute și lățimile de bandă ale acestor conexiuni, resursa utilizată pentru aceste transferuri nu va fi niciodată depășită. Prin urmare, aceste transferuri nu vor fi niciodată afectate de probleme de congestie și nu vor exista pierderi datorate acestui efect. Apoi, din utilizarea maximă prevăzută a bufferului de comutare, poate fi prevăzută și întârzierea maximă prin rețea. Cu toate acestea, pentru a dovedi fiabilitatea și punctualitatea și astfel încât dovezile să fie insensibile la eșecurile rețelei și la actele rău intenționate cauzate de echipamentele conectate la rețea, calculul acestor utilizări a resurselor nu se poate baza pe parametri. adică nu se pot baza pe ceea ce ar trebui să facă sursele de trafic sau pe analize statistice ale caracteristicilor traficului (a se vedea calculul rețelei).

AFDX folosește limitarea fluxului sau alocarea lățimii de bandă, care permite restricționarea traficului pe fiecare legătură virtuală (VL), astfel încât cerințele de resurse partajate să poată fi prezise și evitarea congestiei. Astfel putem demonstra că nu va afecta datele critice. Cu toate acestea, tehnicile de prognozare a cerințelor de resurse și de a demonstra imposibilitatea congestiei nu fac parte din standardul AFDX.

TTEthernet oferă cea mai mică latență posibilă în transferul de date printr-o rețea folosind metode de control al domeniului de timp - de fiecare dată când este programat să se inițieze un transfer la un anumit moment, deci există conflicte pentru acestea. Comutatoarele de rețea impun această dată pentru a asigura rezistența la defecțiunile de rețea și la actele rău intenționate de la alte echipamente conectate. Cu toate acestea, „ceasurile locale sincronizate sunt condiția prealabilă pentru comunicarea declanșată de timp”. Într-adevăr, sursele de date critice vor trebui să aibă aceeași concepție a timpului ca și comutatorul, astfel încât să poată transmite la momentul potrivit și ca comutatorul să îl interpreteze corect. De asemenea, implică faptul că secvența în care este planificat un transfer critic trebuie să fie previzibilă atât pentru sursă cât și pentru comutator. Acest lucru, la rândul său, va limita planificarea transmisiei la o planificare foarte deterministă, cum ar fi un executiv ciclic .

Cu toate acestea, o latență scăzută în transferul de date pe magistrală sau rețea nu se traduce neapărat în întârzieri scăzute în transportul între aplicația care transmite și cea care primește aceste date. Acest lucru este valabil mai ales atunci când transferurile pe magistrală sau rețea sunt programate ciclic (așa cum se întâmplă adesea cu MIL-STD-1553B și STANAG 3910, și totuși cu AFDX și TTEthernet), dar procesele de aplicare sunt asincrone , cum ar fi multitaskingul preventiv , sau numai plesiocron în ceea ce privește acest ciclu. În acest caz, întârzierea maximă și jitterul vor fi egale cu dublul frecvenței de actualizare pentru transferul ciclic (transferurile așteaptă durata intervalului de actualizare între transmisie și recepție, apoi așteptați durata intervalului de actualizare între recepție și utilizarea datele transmise).

Cu AFDX și TTEthernet, există alte funcții suplimentare necesare interfețelor cu rețeaua pentru transmiterea datelor critice etc., ceea ce face dificilă utilizarea interfețelor Ethernet standard. Controlul nepotrivirii alocării lățimii de bandă a AFDX și cerințele TTEthernet pentru sincronizarea foarte precisă a trimiterii de date sunt exemple ale acestor funcții. Alte metode de control al traficului de rețea care ar permite utilizarea interfețelor standard IEEE 802.3 sunt în curs de studiu.

Referințe