EEducationMP Computer Institute: December 2023

Sunday, December 31, 2023

Data Link control Flow and Error Control

In data communication, Data Link Control (DLC) refers to the services and protocols that ensure reliable and efficient communication between two adjacent nodes connected by a link. Flow control and error control are two critical aspects of Data Link Control to ensure that data is transmitted accurately and efficiently.

### Flow Control:

**Flow control** is the management of the rate of data transmission between two connected nodes to prevent a fast sender from overwhelming a slow receiver. The main goals of flow control are to prevent data loss due to buffer overflows and to optimize the use of network resources.

1. **Stop-and-Wait Flow Control:**

- Simplest form of flow control.

- Sender sends one frame and waits for an acknowledgment before sending the next frame.

- Efficient for short-distance communication but can be inefficient for long-distance or high-latency connections.

2. **Sliding Window Flow Control:**

- Allows the sender to send multiple frames without waiting for individual acknowledgments.

- The receiver acknowledges frames and indicates its readiness to accept more frames.

- Provides better utilization of the link and higher throughput.

### Error Control:

**Error control** is the process of detecting and correcting errors that may occur during data transmission. The key mechanisms for error control include error detection codes, acknowledgment and retransmission, and automatic repeat request (ARQ) protocols.

1. **Error Detection Codes:**

- Parity bits, checksums, and cyclic redundancy checks (CRC) are commonly used for error detection.

- Detect errors but do not correct them.

2. **Acknowledgment and Retransmission:**

- After receiving a frame, the receiver sends an acknowledgment (ACK) to the sender.

- If the sender doesn't receive an ACK within a specified time, it assumes an error and retransmits the frame.

- This process is part of Automatic Repeat reQuest (ARQ) protocols.

3. **Automatic Repeat reQuest (ARQ) Protocols:**

- Stop-and-Wait ARQ, Go-Back-N ARQ, and Selective Repeat ARQ are common ARQ protocols.

- These protocols define how the sender retransmits data upon detecting an error.

### Combined Flow and Error Control:

- **Selective Repeat ARQ with Sliding Window Flow Control:**

- Allows multiple frames to be outstanding (sent but not yet acknowledged) without waiting for an acknowledgment for each frame.

- If an error is detected, the sender retransmits only the frames that were not successfully received.

In summary, Data Link Control employs flow control to manage the rate of data transmission and error control to detect and correct errors during the transmission process. The specific mechanisms used depend on the protocols and techniques implemented in the communication system.

Error Correction Codes Hamming codes

Error Correction Codes:-

Hamming codes are a family of error-correcting codes that add extra bits to a block of data to enable the detection and correction of errors during transmission. They were developed by Richard Hamming in the 1950s and have been widely used in various communication systems and data storage devices.

### Key Characteristics of Hamming Codes:

1. **Error Detection and Correction:**

- Hamming codes are capable of both error detection and correction.

- They add redundant bits to the original data, which are used to detect and correct errors that may occur during transmission.

2. **Block Code:**

- Hamming codes are a type of block code, where a fixed number of bits (block size) are processed as a single unit.

- The block is divided into data bits and parity bits.

3. **Single-Error Correction:**

- Hamming codes are designed to correct single-bit errors.

- They can detect when an error has occurred and pinpoint the exact bit that is in error.

4. **Regular Structure:**

- The positions of the parity bits are determined by powers of 2 (1, 2, 4, 8, etc.).

- This regular structure simplifies the encoding and decoding processes.

### How Hamming Codes Work:

1. **Original Data:**

- The original data is represented by a set of bits, usually denoted as \(D_1 D_2 D_3 \ldots D_k\).

2. **Adding Parity Bits:**

- Parity bits (\(P_1 P_2 P_3 \ldots P_r\)) are added at positions corresponding to powers of 2. The remaining positions are filled with the original data bits.

- Parity bits are calculated to ensure specific parity conditions.

3. **Transmission:**

- The complete block, including both data and parity bits, is transmitted.

4. **Error Detection and Correction:**

- When the block is received, parity checks are performed.

- If an error is detected, the parity bits are used to locate and correct the error.

### Example:

- A common example is the Hamming(7,4) code, where 4 data bits are augmented with 3 parity bits to create a 7-bit codeword.

Let's walk through a simple example of a Hamming(7,4) code. In this code, we have 4 data bits and 3 parity bits, resulting in a 7-bit codeword. The parity bits are calculated to ensure certain parity conditions, allowing the detection and correction of errors.

### Example:

**Original Data (4 bits):** Let's say our original data is 1101.

**Adding Parity Bits (3 bits):** Parity bits are added at positions corresponding to powers of 2 (1, 2, 4). We'll place them in positions 1, 2, and 4.

1. **Original Data: 1101**

2. **Parity Bits: P1 P2 0 P4 1**

- P1 covers data bits 1, 3, 5, 7 (positions with a 1 in their binary representation).

- P2 covers data bits 2, 3, 6, 7.

- P4 covers data bits 4, 5, 6, 7.

3. **Calculating Parity Bits:**

- \(P1 = 1 \oplus 1 \oplus 1 = 1\) (XOR operation)

- \(P2 = 1 \oplus 1 \oplus 0 = 0\)

- \(P4 = 1 \oplus 0 \oplus 1 = 0\)

Place these parity bits in their respective positions.

**Encoded Data: 1101 010**

Now, let's consider the scenario where there is an error in the received data.

**Received Data with Error: 1001 010**

### Error Detection:

1. **Calculate Parity Bits:**

- \(P1' = 1 \oplus 0 \oplus 1 = 0\)

- \(P2' = 1 \oplus 0 \oplus 0 = 1\)

- \(P4' = 1 \oplus 1 \oplus 1 = 1\)

2. **Determine Error Position:**

- The binary representation of the error positions is 011 (in decimal, this is 3).

- So, there is an error in position 3.

### Error Correction:

1. **Correct the Bit:**

- Flip the bit in the error position.

- Corrected Data: 1101 010 (the error in position 3 is corrected).

In this example, the Hamming(7,4) code allows us to detect the error in the received data and correct it. Keep in mind that this is a simplified illustration, and Hamming codes can be extended to detect and correct multiple-bit errors in more complex scenarios.

### Limitations:

- Hamming codes have limitations on the number of errors they can correct. They are effective for correcting single-bit errors but have more limited capabilities for detecting and correcting multiple-bit errors.

In summary, Hamming codes provide a simple yet effective method for error detection and correction in data communication and storage systems. They strike a balance between the complexity of encoding and decoding processes and the level of error correction capability. More advanced error correction codes, such as Reed-Solomon codes, are used for applications with higher error correction requirements.

Error detecting codes Parity bits, checksums, and cyclic redundancy checks (CRC)

Error detection codes त्रुटि पता लगाने वाले कोड:-

Parity bits, checksums, and cyclic redundancy checks (CRC) are all methods used for error detection in data communication. They involve adding additional information (bits or values) to the original data, and the receiver can use this additional information to detect whether errors have occurred during transmission.

समता बिट्स, चेकसम और चक्रीय अतिरेक जांच (सीआरसी) डेटा संचार में त्रुटि का पता लगाने के लिए उपयोग की जाने वाली सभी विधियां हैं। उनमें मूल डेटा में अतिरिक्त जानकारी (बिट्स या मान) जोड़ना शामिल है, और रिसीवर इस अतिरिक्त जानकारी का उपयोग यह पता लगाने के लिए कर सकता है कि ट्रांसमिशन के दौरान त्रुटियां हुई हैं या नहीं।

1. Parity Bits समता बिट्स:-

Parity is a simple method that adds an extra bit to a group of bits to make the total number of ones either even or odd.The most common types are even parity and odd parity.Even parity means that the total number of ones, including the parity bit, is even.

Example:-

Original data: 1011

Parity bit added for even parity: 1011 1

If an odd number of bits are in error, the error will be detected. Parity bits can only detect single-bit errors.

समता एक सरल विधि है जो बिट्स के समूह में एक अतिरिक्त बिट जोड़ती है ताकि बिट्स की कुल संख्या सम या विषम हो। सबसे सामान्य प्रकार सम समता और विषम समता हैं। सम समता का मतलब है कि बिट्स की कुल संख्या, जिसमें शामिल हैं समता बिट, सम है.

उदाहरण:-

मूल डेटा: 1011

सम समता के लिए समता बिट जोड़ा गया: 1011 1

यदि विषम संख्या में बिट्स त्रुटिपूर्ण हैं, तो त्रुटि का पता लगाया जाएगा। समता बिट्स केवल एकल-बिट त्रुटियों का पता लगा सकते हैं।

2. Checksums चेकसम :-

Checksums involve summing up the values of all the data units (such as bytes) and adding this sum to the transmitted data.The receiver performs the same calculation on the received data and checks if the calculated sum matches the sum included in the transmitted data.

Example:-

Suppose we have data bytes: 1101 0110 1010.

Calculate the sum: 1101 + 0110 + 1010 = 01001.

Add this sum to the data: 1101 0110 1010 01001.

The receiver performs the same calculation and checks if the sum matches and If it is different then error will be detected. Checksums can detect errors in groups of bits and are widely used in networking protocols.

चेकसम में सभी डेटा इकाइयों (जैसे बाइट्स) के मूल्यों को जोड़ना और इस योग को प्रेषित डेटा में जोड़ना शामिल है। रिसीवर प्राप्त डेटा पर समान गणना करता है और जांचता है कि गणना की गई राशि प्रेषित डेटा में शामिल योग से मेल खाती है या नहीं।

उदाहरण:-

मान लीजिए हमारे पास डेटा बाइट्स हैं: 1101 0110 1010

योग की गणना करें: 1101 + 0110 + 1010 = 01001

इस योग को डेटा में जोड़ें: 1101 0110 1010 01001

रिसीवर समान गणना करता है और जाँचता है कि क्या योग मेल खाता है और यदि यह भिन्न है तो त्रुटि का पता लगाया जाएगा। चेकसम बिट्स के समूहों में त्रुटियों का पता लगा सकते हैं और नेटवर्किंग प्रोटोकॉल में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।

3. Cyclic Redundancy Check (CRC) चक्रीय अतिरेक जांच (सीआरसी):-

CRC is a more sophisticated error-checking technique. It involves polynomial division, where the remainder is appended to the original data. The receiver performs the same polynomial division and checks if the remainder is zero.

Example:-

Suppose we want to send 1101101 with a CRC code.

Choose a generator polynomial, say G(x) = 1011.

Perform polynomial division:1101101 divided by 1011 = 101 (R(x) = 101).

Append the remainder to the original data: 1101101101.

The receiver performs the same division and checks if the remainder is zero. CRC can detect a broader range of errors and is commonly used in data storage and network protocols.

सीआरसी एक अधिक परिष्कृत त्रुटि-जाँच तकनीक है। इसमें बहुपद विभाजन शामिल है, जहां शेष को मूल डेटा से जोड़ा जाता है। रिसीवर समान बहुपद विभाजन करता है और जाँच करता है कि शेषफल शून्य है या नहीं।

उदाहरण:-

मान लीजिए हम सीआरसी कोड के साथ 1101101 भेजना चाहते हैं।

एक जनरेटर बहुपद चुनें, मान लीजिए G(x) = 1011

बहुपद विभाजन करें: 1101101 को 1011 से विभाजित करें = 101 (R(x) = 101)

शेषफल को मूल डेटा में जोड़ें: 1101101101

रिसीवर समान विभाजन करता है और जाँच करता है कि शेषफल शून्य है या नहीं। सीआरसी त्रुटियों की एक विस्तृत श्रृंखला का पता लगा सकता है और आमतौर पर डेटा भंडारण और नेटवर्क प्रोटोकॉल में उपयोग किया जाता है।

Network Technologies 1G, 2G, 3G, 4G, 5G and Its comparison

Congestion in a network नेटवर्क में भीड़भाड़

Congestion in a network occurs when there is an excessive amount of data being transmitted through the network, leading to a slowdown or degradation of performance. This can happen in various types of networks, including computer networks, telecommunications networks, and the internet. Congestion can be caused by several factors:

किसी नेटवर्क में भीड़भाड़ तब होती है जब नेटवर्क के माध्यम से अत्यधिक मात्रा में डेटा प्रसारित किया जाता है, जिससे प्रदर्शन में मंदी या गिरावट आती है। यह कंप्यूटर नेटवर्क, दूरसंचार नेटवर्क और इंटरनेट सहित विभिन्न प्रकार के नेटवर्क में हो सकता है। भीड़भाड़ कई कारकों के कारण हो सकती है:

1. High Traffic Volume:- When the demand for network resources exceeds the available capacity, congestion occurs. This often happens during peak usage times when many users are trying to access the network simultaneously.

उच्च यातायात मात्रा:- जब नेटवर्क संसाधनों की मांग उपलब्ध क्षमता से अधिक हो जाती है, तो भीड़भाड़ होती है। ऐसा अक्सर चरम उपयोग के समय के दौरान होता है जब कई उपयोगकर्ता एक साथ नेटवर्क तक पहुंचने का प्रयास कर रहे होते हैं।

2. Network Bottlenecks:- Bottlenecks occur when there is a point in the network where the data transfer rate is limited, causing congestion. This could be a specific link, router, or switch that becomes a limiting factor.

नेटवर्क बाधाएँ:- बाधाएँ तब उत्पन्न होती हैं जब नेटवर्क में कोई ऐसा बिंदु होता है जहाँ डेटा स्थानांतरण दर सीमित होती है, जिससे भीड़भाड़ होती है। यह एक विशिष्ट लिंक, राउटर या स्विच हो सकता है जो एक सीमित कारक बन जाता है।

3. Packet Loss:- If there is packet loss in the network, it can lead to retransmissions, which in turn contribute to congestion. Packet loss can be caused by network errors, collisions, or overloaded devices.

पैकेट हानि:- यदि नेटवर्क में पैकेट हानि होती है, तो इससे पुन: प्रसारण हो सकता है, जो बदले में भीड़भाड़ में योगदान देता है। पैकेट हानि नेटवर्क त्रुटियों, टकरावों या अतिभारित उपकरणों के कारण हो सकती है।

4. Network Configuration Issues:- Improperly configured networks can contribute to congestion. This includes issues such as inefficient routing, lack of quality of service (QoS) mechanisms, or inadequate bandwidth allocation.

नेटवर्क कॉन्फ़िगरेशन समस्याएँ:- ग़लत तरीके से कॉन्फ़िगर किए गए नेटवर्क भीड़भाड़ में योगदान कर सकते हैं। इसमें अकुशल रूटिंग, सेवा की गुणवत्ता (क्यूओएस) तंत्र की कमी, या अपर्याप्त बैंडविड्थ आवंटन जैसे मुद्दे शामिल हैं।

5. Security Attacks:- Denial of Service (DoS) attacks or other malicious activities can intentionally flood a network with traffic, causing congestion and disrupting normal operations.

सुरक्षा हमले:- सेवा से इनकार (DoS) हमले या अन्य दुर्भावनापूर्ण गतिविधियां जानबूझकर नेटवर्क में ट्रैफ़िक भर सकती हैं, जिससे भीड़भाड़ हो सकती है और सामान्य संचालन बाधित हो सकता है।

To manage and alleviate congestion, network administrators can employ various strategies:-

भीड़भाड़ को प्रबंधित करने और कम करने के लिए, नेटवर्क प्रशासक विभिन्न रणनीतियाँ अपना सकते हैं:-

1. Quality of Service (QoS):- Implementing QoS mechanisms helps prioritize certain types of traffic over others, ensuring that critical applications receive sufficient bandwidth.

सेवा की गुणवत्ता (क्यूओएस):- क्यूओएस तंत्र को लागू करने से कुछ प्रकार के ट्रैफ़िक को दूसरों पर प्राथमिकता देने में मदद मिलती है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों को पर्याप्त बैंडविड्थ प्राप्त हो।

2. Traffic Shaping:- This involves regulating the flow of traffic to prevent network congestion. Traffic shaping mechanisms can smooth out bursts of traffic and prioritize specific types of data.

ट्रैफिक शेपिंग:- इसमें नेटवर्क कंजेशन को रोकने के लिए ट्रैफिक के प्रवाह को विनियमित करना शामिल है। ट्रैफ़िक को आकार देने वाले तंत्र ट्रैफ़िक के विस्फोट को सुचारू कर सकते हैं और विशिष्ट प्रकार के डेटा को प्राथमिकता दे सकते हैं।

3. Load Balancing:- Distributing network traffic across multiple paths or servers can help prevent bottlenecks and ensure a more even distribution of resources.

लोड संतुलन: - नेटवर्क ट्रैफ़िक को कई पथों या सर्वरों में वितरित करने से बाधाओं को रोकने और संसाधनों का अधिक समान वितरण सुनिश्चित करने में मदद मिल सकती है।

4. Increased Bandwidth:- Upgrading network infrastructure to increase overall bandwidth can address congestion issues by providing more capacity for data transmission.

बढ़ी हुई बैंडविड्थ:- समग्र बैंडविड्थ बढ़ाने के लिए नेटवर्क बुनियादी ढांचे को अपग्रेड करने से डेटा ट्रांसमिशन के लिए अधिक क्षमता प्रदान करके भीड़भाड़ की समस्या का समाधान किया जा सकता है।

5. Network Monitoring:- Regularly monitoring network performance allows administrators to identify and address congestion issues promptly. This can involve using network monitoring tools to track bandwidth usage, packet loss, and other relevant metrics.

नेटवर्क निगरानी:- नियमित रूप से नेटवर्क प्रदर्शन की निगरानी करने से प्रशासकों को भीड़ संबंधी समस्याओं की तुरंत पहचान करने और उनका समाधान करने में मदद मिलती है। इसमें बैंडविड्थ उपयोग, पैकेट हानि और अन्य प्रासंगिक मैट्रिक्स को ट्रैक करने के लिए नेटवर्क मॉनिटरिंग टूल का उपयोग करना शामिल हो सकता है।

Understanding the causes of congestion and implementing effective management strategies are crucial for maintaining optimal network performance. Additionally, advancements in technology, such as the deployment of 5G networks and the development of more efficient protocols, can contribute to reducing congestion in modern networks.

इष्टतम नेटवर्क प्रदर्शन बनाए रखने के लिए भीड़भाड़ के कारणों को समझना और प्रभावी प्रबंधन रणनीतियों को लागू करना महत्वपूर्ण है। इसके अतिरिक्त, प्रौद्योगिकी में प्रगति, जैसे कि 5जी नेटवर्क की तैनाती और अधिक कुशल प्रोटोकॉल का विकास, आधुनिक नेटवर्क में भीड़ को कम करने में योगदान दे सकता है।