Сжатие данных и коррекция ошибок

Сжатие или компрессия данных применяется для сокращения времени их передачи. Так как на компрессию и декомпрессию данных передающая сторона тратит дополнительное время, то выгоды от сокращения времени на передачу данных при их сжатии бывают заметны только для низкоскоростных каналов. Этот порог скорости составляет около 64 Кбит/с. Многие программные и аппаратные средства сети способны выполнять динамическую компрессию данных в отличие от статической, когда данные предварительно компрессируются (например, с помощью популярных архиваторов WinZip), а уже затем отсылаются в сеть.

Существует несколько алгоритмов компрессии. Каждый из них применим к определенному типу данных. Некоторые модели предлагают адаптивную компрессию, при которой в зависимости от передаваемых данных выбирается определенный алгоритм компрессии. Такие модели называются интеллектуальными. Рассмотрим некоторые из алгоритмов компрессии:

• 1. Десятичная упаковка. Когда данные состоят из чисел, значительную экономию можно получить, уменьшив с 7 до 4 битов при кодировании каждую цифру. (В коде ASCII при кодировании каждой цифры используется 7 бит). При этом в коде ASCII старшие три бита всех десятичных цифр содержат комбинацию 011. Если все данные в кадре информации состоят из десятичных цифр, то, поместив в заголовок кадра соответствующий управляющий символ, можно существенно сократить длину кадра.
• 2. Относительное кодирование. При передаче числовых данных с небольшими отклонениями между последовательными цифрами можно передавать только эти отклонения вместе с известным опорным значением. В частности, такой метод используется при цифровом кодировании голоса ADPCM, передающем в каждом такте только разницу между соседними замерами голоса.
• 3. Символьное подавление. Используется, когда передаваемые данные содержат большое количество повторяющихся байтов (например, при передаче черно-белого изображения). При этом передатчик сканирует последовательность передаваемых байтов. Затем заменяет ее специальной трехбайтовой последовательностью. В этой последовательности указывает значение байта, количество его повторений и отмечает начало этой последовательности специальным управляющим символом.
• 4. Коды переменной длины или статистическое кодирование. Основано на том, что часто встречающиеся символы заменяются кодами меньшей длины. Статистическое кодирование подробно рассмотрено ниже в 8-й главе, посвященной основам теории кодирования. Среди статистических кодов наибольшее распространение получил метод Хаффмана, позволяющий строить коды автоматически, на основе известных частот появления символов.

Канальный уровень должен обнаруживать ошибки передачи данных и по возможности их корректировать. Большая часть протоколов канального уровня выполняет только первую задачу — обнаружение ошибок, считая, что корректировать ошибки или повторно передавать данные должны протоколы верхних уровней. Хотя существуют протоколы (например, LLC2 или HDLC), которые самостоятельно решают задачи восстановления потерянных или искаженных кадров.

В настоящее время разработано достаточно много методов, позволяющих обнаруживать и даже корректировать ошибки. Все они основаны на передаче в составе кадра данных избыточной служебной информации. Эту служебную информацию обычно называют контрольной суммой или последовательностью контроля кадра. Методы исправления и обнаружения ошибок подробно рассмотрены в седьмой главе, посвященной основам теории кодирования. В информационных сетях существуют несколько алгоритмов вычисления контрольной суммы. Наиболее распространены среди них следующие:

• 1. Контроль по паритету (или коды с контролем четности) позволяют обнаруживать одиночные ошибки.
• 2. Вертикальный и горизонтальный контроль по паритету представляет собой модификацию первого метода. Исходные данные в этом случае рассматриваются в виде матрицы, столбцы и строки которой проверяются на четность.
• 3. Циклический избыточный контроль (циклические коды). Циклические коды позволяют обнаруживать и исправлять ошибки (в том числе и многократные) при минимальной избыточности. В информационных системах обычно применяются циклические коды, контрольная сумма в которых имеет длину 16 (2 байта) разрядов или 32 (4 байта) разряда.