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Text File  |  1988-12-17  |  7KB  |  132 lines
  1. [ Note: This series of articles was found on Compuserve and downloaded 
  2.   from HAMNET there on 21 July 1985 by Dwight Ernest KA2CNN 70210,523. ]
  3.  
  4.                    An Introduction to networks
  5.                      by T.C. McDermott, N5EG
  6.                        networks SIG, TPRS
  7.                    [ part 1 ]
  8.  
  9.      This article is an introduction to the subject of a packet network.
  10. It describes what a network is, why a network is necessary to support
  11. amateur packet radio activity, and considerations that govern how a
  12. network may be constructed.  There are many ways that a network can be
  13. designed, and it is beyond the scope of this article to elucidate them
  14. all.  Rather, this article will focus on the simplifing assumptions that
  15. may be made in describing a network, and more specifically will
  16. concentrate on some suggestions for the Texas Packet Radio Society
  17. network which is called "TEXNET".
  18.  
  19.      Most of us are familiar with packet radio activity through our
  20. operations with the TAPR TNC board.  This board implements what is
  21. called a "Local Area Network", or LAN for short.  When we wish to
  22. communicate, we ask our TNC to CONNECT to another station.  If that
  23. station is not within range of our transmitter, then we may connect to
  24. that station through a digi-peater, or through several digipeaters.
  25. This is a convienent extension of the X.25 protocol, and forms a large
  26. part of the difference between X.25 and the amateur version called
  27. AX.25.
  28.  
  29.      It would be possible to construct a network of stations that are
  30. all within range of the next station, and then to connect to any station
  31. in the network using this digipeat method, up to 8 stations distant.
  32. This would not require the extension of any of the TAPR software, nor
  33. would it require the development of any new hardware.  Why then is this
  34. not an acceptable method to construct a network?  Basically this method,
  35. although simple to implement has a serious flaw, it lacks "robustness".
  36. That is, the method fails to support adequate communications in the
  37. presence of a radio path that is not perfect.  Secondly, it assures
  38. communications integrity through a method known as "end- to-end ACK".
  39.  
  40.      To understand this, it is necessary to understand how a TAPR
  41. digipeater works.  The TAPR digipeater is a "dumb" digipeater.  That is
  42. - the digipeater does not understand anything about the state of the two
  43. stations that are trying to communicate to each other through it.  When
  44. one station wishes to connect to another station through a digipeater,
  45. it simply adds the digipeater's address in series with the address field
  46. of each and every packet.  When the digipeater recognizes it's callsign,
  47. it repeats the packet.  The digipeater does not know what kind of packet
  48. is being digipeated, and does not really care.  The packet could be a
  49. call-request packet, or user-data, or an acknowledge packet, it really
  50. doesn't matter, it digipeats them all, blindly.  Why is this important?
  51. Because it affects how the transmission and acknowledgment of data is
  52. handled between the two end stations trying to communicate with each
  53. other.
  54.  
  55.      When the sender, S, tries to send data to the receiver, R, through
  56. one or more intervening digipeaters, D1, D2, ...  , Dn, it does this as
  57. follows:
  58.  
  59.      S : sends a packet
  60.      D1: digipeats packet
  61.      D2: digipeats packet
  62.      R : receives packet,
  63.      R : sends acknowledge back
  64.      D2: digipeats acknowledge
  65.      D1: digipeats acknowledge
  66.      S : receives acknowledge,
  67.      S : sends next packet.
  68.  
  69.      Although there can be several packets sent per acknowledge, it
  70. requires that a packet, and the acknowledge (ACK) make the round-trip
  71. from the sender to the receiver.  Thus, the more digipeaters, the longer
  72. the round-trip time, and the lower the packet throughput.
  73.  
  74.      The above example assumed that there were no errors in the
  75. transmission.  What happens if one of the packets and one of the
  76. acknowldeges is corrupted during transmission?
  77.  
  78.      S : sends packet
  79.      D1: digipeats packet
  80.      D2: doesn't hear packet from D1, so doesn't do anything
  81.      S : still waiting for ACK from the receiver
  82.      S : still waiting for ACK from the receiver
  83.      S : still waiting for ACK from the receiver
  84.      S : still waiting for ACK from the receiver
  85.      S : still waiting for ACK from the receiver
  86.      S : times out waiting for ACK, and re-transmits packet
  87.      D1: digipeats the packet
  88.      D2: digipeats the packet
  89.      R : receives the packet,
  90.      R : sends ACK back to sender
  91.      D2: digipeats the ACK
  92.      D1: doesn't hear packet from D2, so doesn't do anything
  93.      S : still waiting for ACK from the receiver
  94.      S : times out waiting for ACK, and re-transmits packet
  95.      D1: digipeats the packet
  96.      D2: digipeats the packet
  97.      R : receives the packet, but it's a duplicate - throw away
  98.      R : sends ACK back to sender
  99.      D2: digipeats the ACK
  100.      D1: digipeats the ACK
  101.      S : receives the ACK,
  102.      S : sends the next packet
  103.  
  104.      How long did this take?  About 25 packet times.  The situation gets
  105. worse when 8 digipeaters are chained together.  In fact with 8
  106. digipeaters the round-trip time reduces the channel throughput by a
  107. factor of approximately 16 (8 hops to R, and 8 hops for the acknowledge
  108. to come back) if there are no channel errors.  If the probability that
  109. any single transmission is corrupted is about 70 percent, then with 8
  110. hops the average round trip will take about 1000 packet times.  In other
  111. words, nothing will get through.
  112.  
  113.      Why is the TAPR TNC built this way you might ask?  For a very good
  114. reason - simplicity.  To build a digipeater that behaves in a more
  115. coordinated fashion turns out to be a very complicated problem.  The
  116. TAPR digipeater extension is far superior to the other alternative - no
  117. digipeater at all.  The TAPR digipeater is elegantly simple, and a
  118. reliable way to improve the communications between two stations that are
  119. reasonably close, but not able to communicate directly.  We have seen
  120. that one or two digipeaters may not degrade the throughput terribly,
  121. provided that the RF paths are highly reliable.  Thus the digipeater
  122. solution may be called an LAN solution.  That is, it is an acceptable
  123. network for small numbers of digipeaters, and high-quality circuits.  A
  124. single digipeater in a superior location allows many stations within the
  125. coverage area of the digipeater to communicate.  But the digipeater is
  126. not an acceptable solution when the need is to communicate over long
  127. distances, and with less than high-quality communications circuits.
  128.  
  129.      Thus is born the requirement for a NETWORK.  This will be discussed
  130. in the next article of this series.
  131. 
  132.