Методы восстановления искаженных и потерянных кадров кратко

Обновлено: 03.07.2024

Протоколы канального уровня оформляют переданные им пакеты в кадры собственного формата, помещая указанный адрес назначения в одно из полей такого кадра, а также сопровождая кадр контрольной суммой.

Протокол канального уровня имеет локальный смысл, он предназначен для доставки кадров данных, как правило, в пределах сетей с простой топологией связей и однотипной или близкой технологией, например в односегментных сетях Ethernet или же в многосегментных сетях Ethernet и Token Ring иерархической топологии, разделенных только мостами и коммутаторами.Во всех этих конфигурациях адрес назначения имеет локальный смысл для данной сети и не изменяется при прохождении кадра от узла-источника к узлу назначения. Возможность передавать данные между локальными сетями разных технологий связана с тем, что в этих технологиях используются адреса одинакового формата, к тому же производители сетевых адаптеров обеспечивают уникальность адресов независимо от технологии.

Наиболее существенными характеристиками метода передачи, а значит, и протокола, работающего на канальном уровне, являются следующие:

асинхронный/синхронный;
символьно-ориентированный/бит-ориентированный;
с предварительным установлением соединения/дейтаграммный;
с обнаружением искаженных данных/без обнаружения;
с обнаружением потерянных данных/без обнаружения;
с восстановлением искаженных и потерянных данных/без восстановления;
с поддержкой динамической компрессии данных/без поддержки.

Многие из этих свойств характерны не только для протоколов канального уровня, но и для протоколов более высоких уровней.

С предварительным установлением/дейтаграммные

При передаче кадров данных на канальном уровне используются как дейтаграммные процедуры, работающие без установления соединения (connectionless), так и процедуры с предварительным установлением логического соединения (сопnection-oriented).

Передача с установлением соединения более надежна, но требует больше времени для передачи данных и вычислительных затрат от конечных узлов. В этом случае узлу-получателю отправляется служебный кадр специального формата с предложением установить соединение.

С обнаружением/без обнаружения ошибок

Все методы обнаружения ошибок основаны на передаче в составе кадра данных служебной избыточной информации, по которой можно судить с некоторой степенью вероятности о достоверности принятых данных.

Эту служебную информацию принято называть контрольной суммой или (последовательностью контроля кадра - Frame Check Sequence, FCS).

Контрольная сумма вычисляется как функция от основной информации, причем необязательно только путем суммирования. Принимающая сторона повторно вычисляет контрольную сумму кадра по известному алгоритму и в случае ее совпадения с контрольной суммой, вычисленной передающей стороной, делает вывод о том, что данные были переданы через сеть корректно.

Существует несколько распространенных алгоритмов вычисления контрольной суммы, отличающихся вычислительной сложностью и способностью обнаруживать ошибки в данных.

Контроль по паритету представляет собой наиболее простой метод контроля данных. В то же время это наименее мощный алгоритм контроля, так как с его помощью можно обнаружить только одиночные ошибки в проверяемых данных. Метод редко применяется в вычислительных сетях из-за его большой избыточности и невысоких диагностических способностей.
Вертикальный и горизонтальный контроль по паритетупредставляет собой модификацию описанного выше метода. Его отличие состоит в том, что исходные данные рассматриваются в виде матрицы, строки которой составляют байты данных. Контрольный разряд подсчитывается отдельно для каждой строки и для каждого столбца матрицы. Этот метод обнаруживает большую часть двойных ошибок, однако обладает еще большей избыточностью. На практике сейчас также почти не применяется.
Циклический избыточный контроль(Cyclic Redundancy Check, CRC) является в настоящее время наиболее популярным методом контроля в вычислительных сетях (и не только в сетях, например, этот метод широко применяется при записи данных на диски и дискеты).

Метод основан на рассмотрении исходных данных в виде одного многоразрядного двоичного числа. Например, кадр стандарта Ethernet, состоящий из 1024 байт, будет рассматриваться как одно число, состоящее из 8192 бит. В качестве контрольной информации рассматривается остаток от деления этого числа на известный делитель R. Обычно в качестве делителя выбирается семнадцатиразрядное или тридцати трехразрядное число, чтобы остаток от деления имел длину 16 разрядов (2 байт) или 32 разряда (4 байт).

При получении кадра данных снова вычисляется остаток от деления на тот же делитель R, но при этом к данным кадра добавляется и содержащаяся в нем контрольная сумма. Если остаток от деления на R равен нулю, то делается вывод об отсутствии ошибок в полученном кадре, в противном случае кадр считается искаженным.

Этот метод обладает более высокой вычислительной сложностью, но его диагностические возможности гораздо выше, чем у методов контроля по паритету. Метод CRC обнаруживает все одиночные ошибки, двойные ошибки и ошибки в нечетном числе бит. Метод обладает также невысокой степенью избыточности. Например, для кадра Ethernet размером в 1024 байт контрольная информация длиной в 4 байт составляет только 0,4 %.

С восстановлением/без восстановления потерянных данных

Методы коррекции ошибок в вычислительных сетях основаны на повторной передаче кадра данных в том случае, если кадр теряется и не доходит до адресата или приемник обнаружил в нем искажение информации.

Чтобы убедиться в необходимости повторной передачи данных, отправитель нумерует отправляемые кадры и для каждого кадра ожидает от приемника так называемой положительной квитанции - служебного кадра, извещающего о том, что исходный кадр был получен и данные в нем оказались корректными.

Метод с простоями (Idle Source) требует, чтобы источник, пославший кадр, ожидал получения квитанции (положительной или отрицательной) от приемника и только после этого посылал следующий кадр (или повторял искаженный). Если же квитанция не приходит в течение тайм-аута, то кадр (или квитанция) считается утерянным и его передача повторяется. Снижение производительности этого метода коррекции особенно заметно на низкоскоростных каналах связи, то есть в территориальных сетях.

Компрессия данных

Так как на компрессию данных передающая сторона тратит дополнительное время, к которому нужно еще прибавить аналогичные затраты времени на декомпрессию этих данных принимающей стороной, то выгоды от сокращения времени на передачу сжатых данных обычно бывают заметны только для низкоскоростных каналов. Этот порог скорости для современной аппаратуры 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 типа WinZip), а уже затем отсылаются в сеть.

Метод с простоями (Idle Source)требует, чтобы источник, пославший кадр, ожидал получения квитанции (положительной или отрицательной) от приемника и только после этого посылал следующий кадр (или повторял искаженный). Если же квитанция не приходит в течение тайм-аута, то кадр (или квитанция) считается утерянным и его передача повторяется. На рис. 2.24, а видно, что в этом случае производительность обмена данными существенно снижается, - хотя передатчик и мог бы послать следующий кадр сразу же после отправки предыдущего, он обязан ждать прихода квитанции. Снижение производительности этого метода коррекции особенно заметно на низкоскоростных каналах связи, то есть в территориальных сетях.

Рис. 2.24.Методы восстановления искаженных и потерянных кадров

В начальный момент, когда еще не послано ни одного кадра, окно определяет диапазон кадров с номерами от 1 до W включительно. Источник начинает передавать кадры и получать в ответ квитанции. Для простоты предположим, что квитанции поступают в той же последовательности, что и кадры, которым они соответствуют. В момент t₁при получении первой квитанции К1 окно сдвигается на одну позицию, определяя новый диапазон от 2 до (W+1).

Процессы отправки кадров и получения квитанций идут достаточно независимо друг от друга. Рассмотрим произвольный момент времени tn, когда источник получил квитанцию на кадр с номером n. Окно сдвинулось вправо и определило диапазон разрешенных к передаче кадров от (n+1) до (W+n). Все множество кадров, выходящих из источника, можно разделить на перечисленные ниже группы (рис. 2.24, б).

Кадры с номерами от 1 доп.уже были отправлены и квитанции на них получены, то есть они находятся за пределами окна слева.

Кадры, начиная с номера (п+1) и кончая номером (W+n), находятся в пределах окна и потому могут быть отправлены не дожидаясь прихода какой-либо квитанции. Этот диапазон может быть разделен еще на два поддиапазона:

кадры с номерами от (n+1) до т, которые уже отправлены, но квитанции на них еще не получены;

кадры с номерами от m до (W+n), которые пока не отправлены, хотя запрета на это нет.

Все кадры с номерами, большими или равными (W+n+1), находятся за пределами окна справа и поэтому пока не могут быть отправлены.

Перемещение окна вдоль последовательности номеров кадров показано на рис. 2.24, в. Здесь t₀- исходный момент, t₁и t_n- моменты прихода квитанций на первый и n-й кадр соответственно. Каждый раз, когда приходит квитанция, окно сдвигается влево, но его размер при этом не меняется и остается равным W. Заметим, что хотя в данном примере размер окна в процессе передачи остается постоянным, в реальных протоколах (например, TCP) можно встретить варианты данного алгоритма с изменяющимся размером окна.

Итак, при отправке кадра с номером n источнику разрешается передать еще W-1 кадров до получения квитанции на кадр n, так что в сеть последним уйдет кадр с номером (W+n-1). Если же за это время квитанция на кадр n так и не пришла, то процесс передачи приостанавливается, и по истечении некоторого тайм-аута кадр n (или квитанция на него) считается утерянным, и он передается снова.

Если же поток квитанций поступает более-менее регулярно, в пределах допуска в W кадров, то скорость обмена достигает максимально возможной величины для данного канала и принятого протокола.

Метод скользящего окна более сложен в реализации, чем метод с простоями, так как передатчик должен хранить в буфере все кадры, на которые пока не получены положительные квитанции. Кроме того, требуется отслеживать несколько параметров алгоритма: размер окна W, номер кадра, на который получена квитанция, номер кадра, который еще можно передать до получения новой квитанции.

Приемник может не посылать квитанции на каждый принятый корректный кадр. Если несколько кадров пришли почти одновременно, то приемник может послать квитанцию только на последний кадр. При этом подразумевается, что все предыдущие кадры также дошли благополучно.

Некоторые методы используют отрицательные квитанции. Отрицательные квитанции бывают двух типов - групповые и избирательные. Групповая квитанция содержит номер кадра, начиная с которого нужно повторить передачу всех кадров, отправленных передатчиком в сеть. Избирательная отрицательная квитанция требует повторной передачи только одного кадра.

Метод скользящего окна реализован во многих протоколах: LLC2, LAP-B, X.25, TCP, Novell NCP Burst Mode.

Метод с простоями является частным случаем метода скользящего окна, когда размер окна равен единице.

Метод скользящего окна имеет два параметра, которые могут заметно влиять на эффективность передачи данных между передатчиком и приемником, - размер окна и величина тайм-аута ожидания квитанции. В надежных сетях, когда кадры искажаются и теряются редко, для повышения скорости обмена данными размер окна нужно увеличивать, так как при этом передатчик будет посылать кадры с меньшими паузами. В ненадежных сетях размер окна следует уменьшать, так как при частых потерях и искажениях кадров резко возрастает объем вторично передаваемых через сеть кадров, а значит, пропускная способность сети будет расходоваться во многом вхолостую - полезная пропускная способность сети будет падать.

Выбор тайм-аута зависит не от надежности сети, а от задержек передачи кадров сетью.

Во многих реализациях метода скользящего окна величина окна и тайм-аут выбираются адаптивно, в зависимости от текущего состояния сети.

Метод с простоями (Idle Source) требует, чтобы источник, пославший кадр, ожидал получения квитанций (положительной или отрицательной) от приемника и только после этого посылал следующий кадр (или повторял иска- женный). Если же квитанция не приходит в течение тайм-аута, то кадр считает- ся утерянным и его передача повторяется. При этом методе производитель-

ность обмена данными существенно снижается – хотя передатчик и мог бы по- слать следующий кадр сразу же после отправки предыдущего, он обязан ждать прихода квитанции. Снижение производительности этого метода коррекции особенно заметно в низкоскоростных территориальных сетях.

Метод скользящего окна более сложен в реализации, чем метод с просто- ями, так как передатчик должен хранить в буфере все кадры, на которые пока не получены положительные квитанции. Кроме того, требуется отслеживать несколько параметров алгоритма: размер окна W, номер кадра, на который по- лучена квитанция, номер кадра, который еще можно передать до получения но- вой квитанции.

Некоторые методы используют отрицательные квитанции. Отрицатель- ные квитанции бывают двух типов – групповые и избирательные. Групповая квитанция содержит номер кадра, начиная с которого нужно повторить переда- чу всех кадров, отправленных передатчиком в сеть. Избирательная отрицатель- ная квитанция требует повторной передачи только одного кадра.

Метод скользящего окна реализован во многих протоколах: LLC2, LAP- B, X.25, TCP.

Метод с простоями является частным случаем метода скользящего окна, когда размер окна равен единице.

Повторная передача с использованием квитанции относится к классу про- токолов с решающей обратной связью (РОС).

Существуют три основных варианта РОС:

• с ожиданием (РОС-ОЖ),

• с повторной передачей последовательности (РОС-ПП),

Варианты отличаются объемом дополнительной служебной информации

в кадре, временем ожидания повторной передачи и расходом буферной памяти. В качестве отличительных признаков отдельных кадров может использо-

ваться их циклическая нумерация по mod M (по модулю М), где M, как правило, равно 8 или 128).

Наличие нумерации кадров позволяет при любом варианте РОС исполь- зовать квитанции в виде номера очередного ожидаемого кадра.

Длина информационной части кадра и размер окна являются основными управляемыми количественными параметрами протоколов канального уровня.

Для выявления аварийных ситуаций потери квитанций задается тайм- аут, после истечения которого автоматически принимается решение о повтор- ной передаче.

Выбор тайм-аута зависит не от надежности сети, а от задержек передачи кадров сетью.

Во многих реализациях метода скользящего окна величина окна и тайм- аут выбираются адаптивно, в зависимости от текущего состояния сети.

Для управления передачей применяются синхронные бит-ориенти- рованные протоколы. Наиболее распространенный HDLC (High-level Data Link Control).

Очень часто возникают ситуации, при которых пользователь теряет важные данные. Без соответствующего программного обеспечения невозможно произвести их восстановление. Существуют множество программного обеспечения (утилит) для восстановления данных, но каждая из них предназначена для конкретной ситуации.

Общие сведения о файловой системе

Самой популярной операционной системой является Windows. Жесткий диск делится на логические диски или разделы. Логические диски обозначаются буквами C, D и так далее. Кроме того, им можно присваивать метки, например, для логического диска с операционной системой (ОС). Эти разделы могуг быть отформатированы в различных файловых системах (NTFS и FAT32).

Полная информация о разделах, а также о размещении файлов хранится в начале винчестера и называется таблицей разделов и служебной информацией о физическом диске (метаданные). Логический диск состоит из служебной информации о диске, информации о файлах и папках (таблица размещения файлов).

Компьютер (PC), перед тем как произвести операции с данными, сначала обращается к таблице размещения файлов (FAT), находит информацию о файле и переходит непосредственно к нему по ссылке-указателю. FAT всего 2: оригинал и копия, с которой и работают программы для восстановления потерянных данных. Файлы записываются на диск частями (запись происходит в кластеры), причем необязательно части файла хранятся в смежных кластерах. Они могут быть расбросаны по всему винчестеру и это называется фрагментацией файловой системы (ФС).

Во время удаления не происходит полное уничтожение, так как к имени файла в самом начале приставляется преффикс долара ($), например, file1. txt превращается в $file1.txt. Это свидетельствует о том, что его можно перезаписывать. Следовательно, пока не прошла его перезапись, то вероятность восстановления достаточно высока. Именно благодаря этой особенности появляется возможность восстановления удаленных данных с жесткого диска.

Основные методы восстановления данных

Существуют 2-а метода восстановления информации с жесткого диска (HDD), но необходимо учесть одну особенность — перезапись файла свидетельствует о полной его утрате. Методы восстановления удаленной информации с жесткого диска:

Анализ информации о файлах и каталогах (папках).
Сигнатурный тип поиска.

Первый метод применяется при поверхностном сканировании ФС программой, причем, это является начальной стадией реанимации. Прога не только ищет данные, но реанимирует их структуру и пути размещения. При сильном повреждении ФС программа просто присваивает им имена и предлагает восстановить в папку, указанную пользователем.

Второй метод является эффективным при отрицательном результате работы первого. Он не создает оригинальные имена файлов и папок. Этот метод основан на поиске файла по содержимому, а затем находит его начало и конец, после чего выделяет из дискового пространства. Несмотря на эффективное реанимирование данных, при использовании 2 метода существуют ограничения:

Некоторые типы файлов обладают файловой сигнатурой только в начале, и программе тяжело вычислить конец. У некоторых вообще нет различимой сигнатуры.
Высокая фрагментация.
Пересечение файлов.
Получение ложных результатов. Например, сигнатура mp3-файла начинается с ID3, но в каждом файле может быть этот набор символов. И это не означает, что кусок программного кода (константа или переменная имеет имя ID3) является mp3-file.

Существует еще один метод восстановления удаленных файлов с жесткого диска, который используется программным обеспечением (ПО) для профессиональной реанимации данных, — комбинированный. Информация частично восстанавливается при помощи 1 и 2 методов.

Причины утери информации

Очень часто поврежденная ФС может приводить к различным последствиям. Возможность восстановления файлов на винчестере, флешке или другом дисковом накопителе зависит от конкретного случая.

Если неисправен сам накопитель (физические повреждения), то необходимо обратиться в сервисный центр. Самостоятельно решать проблему нецелесообразно, так как может привести к полной потере важной информации.

При ошибочном извлечении диска или сбое электросети происходит повреждение служебной информации (если информация не была сохранена). В этом случае можно гарантировать положительный результат.

Если накопитель был ошибочно разбит на разделы, то ПО восстановит данные по резервной копии FAT. Однако возможна частичная потеря информации, так как при создании нового раздела служебная информация перезапишется. Сингатурный поиск скорее всего не понадобится вообще.

При ошибочном форматировании раздела или накопителя утрачивается большая часть данных, чем при разбиении. Все зависит от типа форматирования. Форматирование бывает полным и быстрым. При быстром — вероятность очень велика, и необходимо уже использовать 2 метода одновременно. При полном перезапись происходит значениями 00 и FF и вероятность положительного решения проблемы минимальная.

При восстановлении файлов с поврежденной файловой системы можно восстановить информацию по резервной копии (если и она не повреждена). Используется комбинированный метод.

При зависании PC во время дефрагментации или разбиения винчестера на разделы при использовании ПО, разбивающего диск с данными, практически невозможно восстановить данные.

Программы-реаниматоры

Восстановление желательно проводить не в самой ОС, а использовать загрузочный диск для восстановления жесткого диска или файлов и папок. Основной причиной является блокировка операции по поиску и восстановлению файлов сигнатурным способом. На этот режим реагируют антивирусные программы, ведь практически все используют эвристический анализатор, который и сигнализирует о нестандартном обращении к ФС. Процесс создания загрузочного диска описан подробно в интернете. После создания загрузочного диска необходимо выставить загрузку в SETUP (BIOS).

Разновидности и описание фунционала

Лучшей программой для восстановления удаленных файлов является R-Studio, которая отличается поддержкой большого количества ФС, возможна работа с локальными и сетевыми дисками, флеш-накопителями и компакт-дисками, обладает большим выбором настроек для восстановления, что позволяют сократить время сканирования. Для использования этого ПО необходимо выполнить следующие шаги:

Следует помнить, что сохранять данные необходимо не на текущий накопитель, на котором производилась процедура восстановления, а на другой, так как возможно повторное восстановление (при условии, что файл оказался битым).

Кроме того, это программа способна лечить bad-сектора. При лечении происходит процедура перезаписи (перемагничивания) и, если это не помогло, то этот сектор помечается, и на него данные не записываются. Доступна возможность беспроблемного восстановления винчестера при полном форматировании.

При помощи ПО Power Data Recovery возможно востанавливать информацию при поврежденных винчестеров, неопределяемых на компьютере. Онсовным преимуществом проги является интуитивное восстановление благодаря мастеру восстановления.

Программа HDD Regenerator позволяет не только восстнавливать файлы, но и накопители, которые не распознаются при подключении. Она значительно уступает R-Studio, но благодаря возможности низкоуровнего доступа и форматирования позволяет восстановить работоспособность винчестера. Кроме того позволяет выявить bad-блоки и восстановить их путем перемагничивания, позволяет произвести диагностику поверхности диска. Может создавать загрузочные диски и флешки для восстановления утраченной информации.

Программа Recuva также очень эффективна в восстановлении. Главной изюминкой является возможность восстановить файлы по их типам.

Среди платного ПО следует выделить EaseUS Data Recovery Wizard. Очень простая в использовании (есть русскоязычная версия). Позволяет найти большую часть файлов и папок, а также возможно указание пути поиска, например, в папке с документами юзера.

Основные рекомендации

Программы для восстановления потерянных данных разнообразны и позволяют практически полностью устранить проблемы, но не во всех случаях. При повторной перезаписи файлов не поможет никакая программа, а, если даже и восстановит, то, в большинстве случаев (возможны и исключения), файл окажется битым или восстановленным неполностью. Основные рекомендации помогут избежать проблем и траты времени на восстановление:

Профилактика ОС: использование различных утилит для сохранения производительности операционки, постоянная диагностика винчестера и оптимизация его файловой системы.
Использования исправного аккумулятора для ноутбука или блока бесперебойного питания для стационарного PC, чтобы при отключении электроэнергии появилась возможность корректного сохранения и отключения ОС.
Использование антивирусного ПО: повреждать файловую систему могут не только сбои при выключении электричества, неверная разбивка накопителя, но и компьютерные вирусы.
Перед началом восстановления файлов нужно загрузиться с диска аварийного восстановления ОС и запустить антивирус.

Основной причиной потери данных является невнимательность юзера, и поэтому перед осуществлением какой-либо операции с PC необходимо подумать о последствиях.

Таким образом, для правильного восстановления данных с накопителей необходимо четко понимать основной принцип удаления файла или папки из файловой системы и граммотного использования соотвествующего программного обеспечения. Кроме того нужно постоянно следовать рекомендациям по сохранению важной информации, ведь при потере данных на их восстановление тратится много времени.

Читайте также: