Автоматические повторные запросы, часто называемые сокращенно ARQ, представляют собой протокол контроля ошибок при передаче данных. Используя коды обнаружения ошибок и подтверждения, протоколы ARQ могут гарантировать безошибочную доставку данных, гарантируя, что получатель получит точную копию данных, переданных отправителем.
Истоки и ранняя история автоматических повторных запросов
Корни автоматических повторных запросов уходят корнями в первые дни телеграфии в 19 веке. Операторы телеграфа вручную запрашивали повторную передачу неясных или искаженных сообщений. Однако первое упоминание об автоматизированной системе, аналогичной ARQ, встречается в патенте А. Гарри Найквиста 1924 года на «Систему повторения телеграфа».
Разработка и совершенствование протоколов ARQ начали быстро расти с появлением цифровой передачи данных в 20 веке. Самым значительным шагом вперед в эту эпоху, пожалуй, было введение в 1960-х годах циклического избыточного кода (CRC) — схемы кодирования с обнаружением ошибок, которая до сих пор широко используется в современных реализациях ARQ.
Подробности автоматических повторных запросов
Автоматические повторные запросы имеют основополагающее значение для систем передачи данных, обеспечивая целостность данных во время передачи. Для достижения этой цели протоколы ARQ включают три основных механизма: обнаружение ошибок, подтверждение и повторная передача.
В системе ARQ отправитель присоединяет к исходящим данным код обнаружения ошибок (например, CRC). После получения получатель использует тот же алгоритм обнаружения ошибок для проверки данных. Если данные не содержат ошибок, получатель отправляет подтверждение отправителю. Если обнаружена ошибка, получатель отправляет отрицательное подтверждение (NAK) или, в некоторых случаях, просто хранит молчание, предлагая отправителю повторно передать данные.
Механизмы, лежащие в основе автоматических повторных запросов
Протоколы ARQ обычно работают на основе принципов, изложенных выше, но различаются тем, как они обрабатывают конкретные ситуации. Некоторые соображения при проектировании ARQ включают в себя:
- Что вызывает повторную передачу?
- Как бороться с пакетами, находящимися в неправильном порядке?
- Как оптимизировать эффективность и пропускную способность системы?
Точные правила обработки этих сценариев определяют поведение и характеристики производительности протокола ARQ. Например, то, как протокол реагирует на несколько неудачных передач, может повлиять на его надежность в шумных или ненадежных средах связи.
Ключевые особенности автоматических повторных запросов
К основным особенностям протоколов ARQ относятся:
- Доставка данных без ошибок: протоколы ARQ могут гарантировать, что получатель получит точную копию данных, переданных отправителем.
- Адаптивность: ARQ может адаптироваться к различным уровням шума и частоте ошибок в канале связи.
- Эффективность: повторно передавая только ошибочные данные, ARQ позволяет избежать траты полосы пропускания на ненужные передачи.
Типы автоматических запросов на повторение
В системах передачи данных обычно используются три типа протоколов ARQ:
- ARQ с остановкой и ожиданием. Самая простая форма ARQ: отправитель останавливается и ожидает подтверждения после каждой передачи. Если в течение определенного периода ожидания подтверждение не получено, отправитель повторно передает данные.
- Go-Back-N ARQ: при таком подходе отправитель может передать серию пакетов, не дожидаясь подтверждений, до определенного предела (N). Если обнаруживается ошибка, отправитель «возвращается» и повторно передает все пакеты с этого момента.
- Выборочный повторный ARQ: улучшение по сравнению с Go-Back-N, выборочный повторный ARQ позволяет получателю принимать пакеты, не соответствующие порядку, и запрашивать повторную передачу только ошибочных.
Практическое применение и проблемы
Протоколы ARQ находят применение практически во всех аспектах передачи цифровых данных, включая сотовые сети, Wi-Fi, спутниковую связь и передачу файлов через Интернет.
Однако использование ARQ не лишено проблем. Например, дополнительные данные, необходимые для обнаружения ошибок и подтверждений, могут уменьшить полезную полосу пропускания. Кроме того, задержки, вызванные повторной передачей, могут повлиять на приложения связи в реальном времени, такие как VoIP и потоковое видео.
Сравнение с другими протоколами контроля ошибок
Помимо ARQ, при передаче данных используются два других основных протокола контроля ошибок:
-
Прямая коррекция ошибок (FEC): FEC кодирует данные таким образом, чтобы получатель мог исправить ограниченное количество ошибок. В отличие от ARQ, FEC не требует повторной передачи данных, но требует большей пропускной способности для дополнительных кодов исправления ошибок.
-
Гибридный ARQ (HARQ): HARQ сочетает в себе элементы как ARQ, так и FEC. Если полученный пакет содержит ошибки, HARQ сначала пытается исправить ошибки с помощью FEC. Если это не удается, он возвращается к механизму ARQ запроса повторной передачи.
Будущие перспективы и технологии
С постоянным развитием технологий передачи данных протоколы ARQ также совершенствуются и оптимизируются. Например, протоколы, разработанные для новых сетей 5G, используют сложные схемы HARQ, которые могут адаптироваться к условиям канала связи в режиме реального времени, максимизируя пропускную способность данных и минимизируя задержку.
Более того, будущие исследования в области квантовой связи и вычислений могут привести к созданию новых типов протоколов контроля ошибок, которые потенциально заменят или дополнят традиционные ARQ.
Прокси-серверы и автоматические повторные запросы
Прокси-серверы, подобные тем, которые предоставляет OneProxy, также могут использовать протоколы ARQ. В качестве посредников между клиентом и Интернетом прокси-серверы могут использовать ARQ для обеспечения целостности передаваемых через них данных. Например, прокси-сервер может использовать ARQ для повторной передачи данных, если он обнаруживает ошибки из-за перегрузки сети, потери пакетов или других проблем.
Таким образом, прокси-серверы могут повысить надежность соединения клиента, особенно в сценариях с нестабильными или ненадежными сетями.
Ссылки по теме
Для получения дополнительной информации об автоматических повторных запросах и связанных с ними концепциях рассмотрите следующие ресурсы:
