Τι είναι ο έλεγχος σφαλμάτων στη δικτύωση;

Ο έλεγχος σφαλμάτων στη δικτύωση αναφέρεται στους μηχανισμούς και τις τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση και τη διόρθωση σφαλμάτων που μπορεί να συμβούν κατά τη μετάδοση δεδομένων σε ένα δίκτυο. Αυτά τα σφάλματα μπορούν να εισαχθούν από διάφορους παράγοντες, όπως:

* θόρυβος: Ηλεκτρικές παρεμβολές, ατμοσφαιρικές διαταραχές ή διαταραχή στο μέσο μετάδοσης.

* εξασθένηση σήματος: Αποδυνάμωση της ισχύος του σήματος σε απόσταση.

* αποτυχίες υλικού: Προβλήματα με διεπαφές δικτύου, καλώδια ή άλλο εξοπλισμό.

* Σφάλματα λογισμικού: Σφάλματα στα πρωτόκολλα δικτύου ή στις εφαρμογές.

Ο έλεγχος σφαλμάτων στοχεύει να διασφαλίσει ότι τα δεδομένα φτάνουν στον προορισμό του με ακρίβεια και αξιόπιστα. Συνήθως περιλαμβάνει δύο κύριες διαδικασίες:

1. Ανίχνευση σφαλμάτων: Αυτό περιλαμβάνει τον προσδιορισμό ότι έχει σημειωθεί σφάλμα κατά τη διάρκεια της μετάδοσης. Οι συνήθεις μέθοδοι περιλαμβάνουν:

* Έλεγχοι ισοτιμίας: Προσθέτοντας ένα μόνο bit σε μια μονάδα δεδομένων για να φτιάξετε το συνολικό αριθμό των 1s ακόμη ή περίεργο. Αυτό ανιχνεύει σφάλματα ενός bit αλλά όχι όλα τα σφάλματα πολλαπλών ψηφίων.

* checksums: Υπολογισμός ενός μαθηματικού αθροίσματος των δεδομένων και το προσθέτοντας στη μονάδα δεδομένων. Ο δέκτης υπολογίζει εκ νέου το αθροιστικό και το συγκρίνει με το ληφθέντα. Οι αποκλίσεις υποδεικνύουν ένα σφάλμα.

* Έλεγχοι κυκλικών πλεονασμάτων (CRCS): Πιο εξελιγμένα από τα checksums, τα CRC χρησιμοποιούν πολυώνυμο τμήμα για να δημιουργήσουν ένα checksum που είναι πιο αποτελεσματικό στην ανίχνευση σφαλμάτων έκρηξης (πολλαπλά διαδοχικά bits αναστρέφονται).

* Λειτουργίες κατακερματισμού (π.χ., MD5, SHA): Χρησιμοποιείται για την επαλήθευση ακεραιότητας δεδομένων, όχι μόνο την ανίχνευση σφαλμάτων με την παραδοσιακή έννοια. Ανιχνεύουν οποιαδήποτε μεταβολή των δεδομένων, ακόμη και μία αλλαγή bit.

2. Διόρθωση σφάλματος: Αυτό περιλαμβάνει την ανάκτηση των αρχικών δεδομένων από τα λανθασμένα δεδομένα που λαμβάνονται. Οι μέθοδοι περιλαμβάνουν:

* Διόρθωση σφάλματος προς τα εμπρός (FEC): Προσθέτει περιττά δεδομένα στα μεταδιδόμενα δεδομένα. Ο δέκτης μπορεί να χρησιμοποιήσει αυτόν τον πλεονασμό για να διορθώσει σφάλματα χωρίς να ζητήσει αναμετάδοση. Παραδείγματα περιλαμβάνουν κωδικούς Hamming και κωδικούς Reed-Solomon. Αυτό είναι πιο αποτελεσματικό από την αναμετάδοση όταν τα ποσοστά σφάλματος είναι υψηλά, αλλά απαιτούν περισσότερο εύρος ζώνης.

* Αυτόματη επανάληψη αίτημα (ARQ): Ο δέκτης ανιχνεύει σφάλματα και ζητά αναμετάδοση των εσφαλμένων δεδομένων. Υπάρχουν πολλά πρωτόκολλα ARQ, όπως:

* stop-and-wait arq: Στέλνει ένα πλαίσιο κάθε φορά και περιμένει την αναγνώριση πριν στείλετε το επόμενο. Απλό αλλά αναποτελεσματικό.

* go-back-n arq: Στέλνει πολλαπλά πλαίσια πριν περιμένουν την αναγνώριση. Εάν εντοπιστεί σφάλμα, όλα τα επόμενα πλαίσια αναμεταδίδονται.

* Επιλεκτική επανάληψη ARQ: Μόνο αναμεταδίδει τα λανθασμένα πλαίσια. Πιο αποτελεσματικό από το go-back-n.

Η επιλογή των τεχνικών ελέγχου σφαλμάτων εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένου του τύπου του δικτύου, του ποσοστού σφάλματος, της απαιτούμενης αξιοπιστίας και του διαθέσιμου εύρους ζώνης. Για παράδειγμα, τα δίκτυα υψηλού εύρους ζώνης, χαμηλής ταχύτητας μπορεί να βασίζονται κυρίως στην ανίχνευση και την αναμετάδοση σφαλμάτων, ενώ τα θορυβώδη κανάλια ενδέχεται να απαιτούν πιο ισχυρές τεχνικές FEC. Πολλά πρωτόκολλα δικτύωσης χρησιμοποιούν ένα συνδυασμό μεθόδων ανίχνευσης σφαλμάτων και διόρθωσης για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης και της αξιοπιστίας.