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Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,第1章 通信网络概论,*,第二章端到端的传输协议,Fundamental of Communication Networks,通信网络基础,引言,(1),不同层次的传输协议均期望提供可靠的数据传输；,（,1,）标识高层送下来的数据,分组的起止位置,；,（,2,）发现传输中的错误。,根据,通信双方所处位置的不同,，采用的消除错误的解决方法（协议）不同：,（,1,）通信双方通过一条物理链路直接相连，,链路层协议,解决,数据帧,的传输错误；,（,2,）通信双方处于,一个子网内,，通过,多条数据链路,相连，,网络层,的端到端传输协议解决,分组,的传输错误；,（,3,）通信双方处于,不同子网内,，需要采用,运输层,的端到端传输协议解决,报文,的传输错误。,2024/9/18,2,第1章 通信网络概论,引言,数据链路层,物理层通常只负责比特的传输，而不对比特的含义和作用进行区分。,当数据链路层,将网络层的分组连续送到物理层,进行传输时，或是接收到来自,物理层的比特数据送至网络层,时，需要解决几个问题：,（,1,）什么时刻是一帧的开始？,（,2,）什么时刻是一帧的结束？,（,3,）那一段传输的是用于差错校验的比特？,解决方法：数据链路层的,组帧技术,。,组帧面向上层（,封装,）和下层。,2024/9/18,3,第1章 通信网络概论,第二章 内容概述,2.1,组帧技术,2.1.1,面向字符的组帧技术,2.1.2,面向比特的组帧技术,2.1.3,采用长度计数的组帧技术,2.2,链路层的差错控制技术,2.2.1,差错控制,2.2.2 ARQ,协议,2.2.3,最佳帧长,2.2.4,常用的纠错编码,2.3,标准数据链路控制协议及其初始化,2.4,网络层和运输层的点对点传输协议,2024/9/18,4,第1章 通信网络概论,第二章 内容概述,2.1,组帧技术,2.1.1,面向字符的组帧技术,2.1.2,面向比特的组帧技术,2.1.3,采用长度计数的组帧技术,2.2,链路层的差错控制技术,2.2.1,差错控制,2.2.2 ARQ,协议,2.2.3,最佳帧长,2.2.4,常用的纠错编码,2.3,标准数据链路控制协议及其初始化,2.4,网络层和运输层的点对点传输协议,* 重点：掌握组帧的思想。,2024/9/18,5,第1章 通信网络概论,2.1.1,面向字符的组帧技术,(1),面向字符的组帧技术：指,物理层传输,的基本单元是一个,字符,，并形成具有,一定格式的字符串,。（,1,字符,=1,字节,=8,比特）,在物理层，有多种方式实现字符的传输。例如：,RS-232C,异步串行接口协议。该协议在传送每个字符前后分别加上起始位（,D,起,）、停止位（,D,止,），以便区分不同的字符。,2024/9/18,6,第1章 通信网络概论,2.1.1,面向字符的组帧技术,(2),RS-232,：个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会,EIA,所制定的,异步传输标准接口,。通常,RS-232,接口有,9,个引脚,(DB-9),或是,25,个引脚,(DB-25),。一般个人计算机上会有两组,RS-232,接口，称为,COM1,和,COM2,。,民用领域：投影仪,工业领域：电力电子设备的通讯，例如,DCS,、,PLC,、电动执行器、单片机、电机保护器、电气后台、继电保护装置。,2024/9/18,7,第1章 通信网络概论,2.1.1,面向字符的组帧技术,(3),Internet,网中常用的面向字符的组帧技术的协议：,SLIP (Serial Line Internet Protocol),串行线路的,Internet,数据链路层协议,PPP,（,Point to Point Protocol,）点,-,点协议,SLIP,和,PPP,用于串行通信的拨号线路上，家庭计算机或公司用户通过,ISP,接到,Internet,的主要协议。,ISP,：互联网服务提供商，即向广大用户综合提供互联网接入业务、信息业务、和增值业务的电信运营商。,2024/9/18,8,第1章 通信网络概论,SLIP,协议,(1),SLIP,帧运载的是高层,IP,数据报。,SLIP,采用两个特殊字符：,END,（十六进制,C0H,，,H,表示十六进制）和,ESC,（十六进制,DBH,）。,C0,的二进制编码比特序列是,1000011 0000000,END,用于表示一帧的开始和结束,。,2024/9/18,9,第1章 通信网络概论,SLIP,协议,(2),IP,数据报中出现相同,END,字符时，为避免收端错误地终止一帧的接收，,SLIP,中使用,转义字符,ESC,（,DBH,）。,END,字符转换成（,ESC,，,ESC-END,）两个字符（其中,ESC-END=DCH,）；,ESC,字符转换成（,ESC,，,ESC-ESC,）两个字符（其中,ESC-ESC=DDH,）。,2024/9/18,10,第1章 通信网络概论,SLIP,协议,(3),发送端：,完成将,IP,数据报组成帧之后，即可送到物理层进行传输。物理层协议,在传送每个字符前后分别加上起始位（,D,起,）、停止位（,D,止,）。,在接收端：,收到,END,字符即表示一帧的开始或结束。,每当遇到,ESC,字符就进行字符转换，恢复,IP,报文中的原有的,END,和,ESC,字符。,这样就可以完全以一个,IP,数据报的形式向,IP,层提交数据。,2024/9/18,11,第1章 通信网络概论,SLIP,协议,(4),SLIP,协议的特点：,C0,的使用将影响,SLIP,帧数据的透明性,;,没有校验字段，差错控制功能由高层的协议承担；,SLIP,协议并不是,Internet,的协议标准，因此不同版本的之间就会存在着差别，使得互连变得困难。,2024/9/18,12,第1章 通信网络概论,2.1.1,面向字符的组帧技术,(3),Internet,网中常用的面向字符的组帧技术的协议：,SLIP (Serial Line Internet Protocol),串行线路的,Internet,数据链路层协议,PPP,（,Point to Point Protocol,）点,-,点协议,2024/9/18,13,第1章 通信网络概论,PPP,协议,(1),RFC 1660,、,RFC 1661,定义了,PPP,协议与帧结构，它的格式与,HDLC,（高级链路层控制协议）的格式相同。,PPP,协议处理了差错检测。,PPP,协议不仅在拨号电话线，并且在路由器路由器之间的专用线上广泛应用；,PPP,协议是在大多数家庭个人计算机和,ISP,之间使用的协议，它可以作为在高速广域网和社区宽带网协议族的一部分。,2024/9/18,14,第1章 通信网络概论,PPP,协议,(2),7EH,作一帧的开始和结束标志（,F,）；,地址域（,A,）：取固定值,FFH,（,1111 1111,），表示网中所有的站都接收该帧；,控制域（,C,）：取固定值,03H,（,0000 0011,）。,2024/9/18,15,第1章 通信网络概论,PPP,协议,(3),协议域（两个字节）：标识出不同协议数据域的类型。,取,0021H,表示该帧运载的信息是,IP,数据报,；,取,C021H,表示该帧的信息是,链路控制数据,；（链路控制帧）,取,8021H,表示该帧的信息是,网络控制数据,；（网络控制帧）,帧校验域（,FCS,）也为两个字节，它用于对信息域的校验。,2024/9/18,16,第1章 通信网络概论,PPP,协议,(4),若信息域中出现,7EH,，则转换为（,7DH,，,5EH,）两个字符；,当信息流中出现,ASCII,码的控制字符（即小于,20H,），即在该字符前加入一个,7DH,字符。,当信息域出现,7DH,时，则转换为（,7DH,，,5DH,）两个字符；,2024/9/18,17,第1章 通信网络概论,2.1.1,面向字符的组帧技术,(4),Internet,网中常用的面向字符的组帧技术的协议：,SLIP (Serial Line Internet Protocol),串行线路的,Internet,数据链路层协议,PPP,（,Point to Point Protocol,）点,-,点协议,面向字符的组帧技术特点：,帧结构在处理时非常简单；,效率较低,，插入了许多转义字符；,数据长度以字节为单位。,2024/9/18,18,第1章 通信网络概论,第二章 内容概述,2.1,组帧技术,2.1.1,面向字符的组帧技术,2.1.2,面向比特的组帧技术,2.1.3,采用长度计数的组帧技术,2.2,链路层的差错控制技术,2.2.1,差错控制,2.2.2 ARQ,协议,2.2.3,最佳帧长,2.2.4,常用的纠错编码,2.3,标准数据链路控制协议及其初始化,2.4,网络层和运输层的点对点传输协议,2024/9/18,19,第1章 通信网络概论,2.1.2,面向比特的组帧技术,(1),在面向比特的组帧技术中，通常采用一个,特殊的比特串,，称为,Flag,如,01,6,0,（,1,j,表示连续,j,个“,1”,）来表示一帧的正常结束和开始。,01111110.01111110,与面向字符的组帧技术面临相同的问题，即当信息比特流中出现与,Flag,相同的比特串（如连续出现,6,个“,1”,）如何处理？,解决办法：,比特插入技术,2024/9/18,20,第1章 通信网络概论,2.1.2,面向比特的组帧技术,(2),比特插入技术,发端信息流中，每出现连续的,5,个“,1”,就插入一个“,0”,。这样被插“,0”,后的信息比特流中就不会有多于,5,个“,1”,的比特串。,接收端在收到,5,个“,1”,以后，如果收到的是“,0”,就将该“,0”,删去；如果是“,1”,就表示一帧结束。,2024/9/18,21,第1章 通信网络概论,2.1.2,面向比特的组帧技术,(3),比特插入技术,采用比特插入技术，除了消除信息帧中出现,Flag,的作用以外，它还带来其他作用。,如要丢弃或中止一帧，则可连续发送,7,个或,7,个以上的“,1”,。,当链路连续出现,15,个“,1”,则认为链路空闲。,因此,01,6,是一个结束标志，如果,01,6,后面是,0,表示正常结束，如果,01,6,后面是,1,表示非常中止。,2024/9/18,22,第1章 通信网络概论,第二章 内容概述,2.1,组帧技术,2.1.1,面向字符的组帧技术,2.1.2,面向比特的组帧技术,2.1.3,采用长度计数的组帧技术,2.2,链路层的差错控制技术,2.2.1,差错控制,2.2.2 ARQ,协议,2.2.3,最佳帧长,2.2.4,常用的纠错编码,2.3,标准数据链路控制协议及其初始化,2.4,网络层和运输层的点对点传输协议,2024/9/18,23,第1章 通信网络概论,2.1.3,采用长度计数的组帧技术,除前面采用,Flag,和特殊字符外，还可以采用,帧长度,来指示一帧何时结束。,2024/9/18,24,第1章 通信网络概论,第二章 内容概述,2.1,组帧技术,2.1.1,面向字符的组帧技术,2.1.2,面向比特的组帧技术,2.1.3,采用长度计数的组帧技术,2.2,链路层的差错控制技术,2.2.1,差错控制,2.2.2 ARQ,协议,2.2.3,最佳帧长,2.2.4,常用的纠错编码,2.3,标准数据链路控制协议及其初始化,2.4,网络层和运输层的点对点传输协议,2024/9/18,25,第1章 通信网络概论,2.2.1,差错控制,(1),链路层差错检测的,功能,：有效地发现一帧数据比特经过物理信道传输后是否正确。,差错控制是以降低信息传输速率为代价提高传输的可靠性,。,为了在接收端识别接收到的比特（,信息码元,）是否存在错误，需要发送端在信息码元序列中增加一些差错控制码元，它们称为,监督（,check,）码元（或,校验比特,）,。,监督码元和信息码元之间有某种确定的关系（某种函数关系），使得接收端可以利用这种关系发现或纠正可能存在的错码。这种具有差错控制能力的编码称为,纠错编码,。不同的编码方法，有不同的检错（,检错码,）和纠错（,纠错码,）能力。,2024/9/18,26,第1章 通信网络概论,2.2.1,差错控制,(2),针对不同的应用和信道，,差错控制技术,不同：,检错重发,(Error Detection Retransmission),：,在接收端检测到有错码时，利用反向信道通知发送端，要求发送端重发，直到正确接收为止。这种技术需要双向信道传送重发指令。,前向纠错,FEC,(Forward Error Correction),：,接收端利用发送端加入的监督码元，不但能够发现错码，还能将错码恢复其正确值。采用,FEC,时，不需要反向信道传送重发指令，也没有因反复重发而产生的时延，故实时性好。但是为了能够纠正错误，需要加入,更多的监督码元,。,FEC,被应用于,卫星与外层空间通信,。,2024/9/18,27,第1章 通信网络概论,2.2.1,差错控制,(3),针对不同的应用和信道，,差错控制技术,不同：,反馈校验,(Feedback Checkout),：,不需要在发送序列中加入监督码元。接收端将接收到的码元原封不动地转发给发送端。发送端进行比较，发现有错，立即重发。,检错删除,(Deletion),：与检错重发的区别在于，接收端发现错码后，立即将其删除，不要求重发。适用于特定场合，例如循环重复发送某些遥测数据时。又如，用于多次重发仍然错在错码时，为了提高传输效率不再重发，采取删除的方法。,2024/9/18,28,第1章 通信网络概论,2.2.1,差错控制,(4),常将检错重发和前向纠错结合起来，形成,混合纠错方式（,HEC,）,。,当接收端出现少量错码并有能力纠正的时候，采用前向纠错技术；当接收端出现较多错码，超出了码的纠错能力的时候，则要求发送端重新传输。,2024/9/18,29,第1章 通信网络概论,检错码,纠错编码,按照实现的功能可以分为：只能检错错误的,检错码,和不仅能发现错误而且能自动纠正错误的,纠错码,。,常用的检错码有：,奇偶校验,循环冗余校验（,CRC,，,Cyclic Redundancy Check,）,检错的基本思路,：发端按照给定的规则，在,K,个信息比特后面增加,L,个按照某种规则计算的,校验比特,；在接收端对收到的信息比特重新计算,L,个校验比特。比较接收到的校验比特和本地重新计算的校验比特，如果相同则认为传输无误，否则认为传输有错。,2024/9/18,30,第1章 通信网络概论,奇偶校验,(1),奇偶校验码是一种通过,增加,冗余位,使得码字中,“1”,的个数恒为,奇数,或,偶数,的编码方法，它是一种,检错码,。,汉明距离：任意两个相同长度的码字比特取值不同的位置数。,码的,最小汉明距离,（,最小距离,）：任意两个码字之间距离的最小值。,例如：有四个码字（,000,011,101,110,，最小距离为,d=2,）,2024/9/18,31,第1章 通信网络概论,奇偶校验,(2),奇偶校验的种类很多，这里给出一个例子。,例：信息序列长,K,=3,，校验序列长,L,=4,。输入信息比特为,S,1,，,S,2,，,S,3,，校验比特为,C,1,，,C,2,，,C,3,，,C,4,。,设发送的信息比特为,100,经过奇偶校验码生成的校验序列为,1110,则发送的信息序列为,1001110,。若经过物理信道传输后，接收的序列为,1011110,，则本地根据收到的信息比特,101,计算出的校验序列应为,0011,。显然该序列与接收到的校验序列,1110,不同，表明接收的信息序列有错。,2024/9/18,32,第1章 通信网络概论,奇偶校验,(3),如果,L,取,1,，即,C=S,1,S,2,S,3,S,K,为最简单的单比特的奇偶校验码，它使得生成的,码字,（,信息比特,+,校验比特,）所含“,1”,的个数为,偶数,。该码可以发现所有奇数个比特错误，但是不能发现任何偶数个错误。,在实际应用奇偶校验码时，每个码字中,K,个信息比特可以是输入信息比特流中,K,个连续的比特，也可以按一定的间隔（如一个字节）取,K,个比特。为了提高检测错误的能力，可将上述两种取法重复使用。,2024/9/18,33,第1章 通信网络概论,检错码,纠错编码,按照实现的功能可以分为：只能检错错误的,检错码,和不仅能发现错误而且能自动纠正错误的,纠错码,。,常用的检错码有：,奇偶校验,循环冗余校验（,CRC,，,Cyclic Redundancy Check,）,（* 重点掌握）,2024/9/18,34,第1章 通信网络概论,循环冗余校验,(1),CRC,（循环冗余校验）是根据,输入比特,序列,(S,K,-1,S,K,-2,S,1,S,0,),通过,CRC,算法,产生,L,位的,校验比特,序列,(C,L,-1,C,L,-2,C,1,C,0,),CRC,算法,：,步骤,1,将输入比特序列表示为,时延多项式,的系数；,S(D)=S,K,-1,D,K,-1,+S,K,-2,D,K,-2,+S,1,D+S,0,式中：,D,可以看成为一个时延因子，,D,i,对应比特,S,i,所处,的位置。,举例,2024/9/18,35,第1章 通信网络概论,循环冗余校验,(2),步骤,2,根据给定的,CRC,校验比特的,生成多项式,（即用于产生,CRC,比特的多项式）产生校验比特的,多项式系数,：,则校验比特对应下列多项式的系数,式中，,Remainder,表示取余数。式中的除法与普通的多项式长除相同，其差别是系数是二进制，其运算以模,2,为基础。（举例）,最终形成的发送序列为：,(S,K,-1,S,K,-2,S,1,S,0,，,C,L,-1,C,1,C,0,),2024/9/18,36,第1章 通信网络概论,循环冗余校验,(3),生产多项式的选择不是任意的，它必须使得生产的校验序列有很强的检错能力。常用的几个,L,阶,CRC,生产多项式为：,CRC-16,（,L=16,）,CRC-CCITT,（,L=16,）,CRC-32,（,L=32,）,（举例）,2024/9/18,37,第1章 通信网络概论,循环冗余校验,(4),在接收端，将接收到的序列,R,(D),与生成多项式,g,(D,),相除，并求其余数。,如果 ，则认为接收无误。,针对,CRC,而言，当,KSN,，则将,SN,加,1,，返回（,2,）。如果在规定的有限长时间内，没有从,B,接收到,RNSN,的帧（应答），则返回（,3,）进行重传。,2024/9/18,49,第1章 通信网络概论,停等式,ARQ,算法描述,(2),节点,B,的接收算法如下：,（,1,）置,RN=0,。,（,2,）无论何时从,A,正确接收一个,SN=RN,的帧，将该帧中的分组送给高层，并将,RN,加,1,。,（,3,）在接收到该分组后的一个规定的有限长时间内，将,RN,放入一帧的,RN,域中发给,A,。返回（,2,）。,2024/9/18,50,第1章 通信网络概论,停等式,ARQ,协议性能评估,任何协议都可以从两方面对其进行评估：,（,1,）,正确性,：,协议始终能够正常工作；可分为两部分：稳妥性,（,Safety,）,和活动性,（,Liveness,）。,（,2,）,有效性,：,可用三个具体的值来表示：,吞吐量、链路的利用率、分组延迟,。,（* 重点掌握）,2024/9/18,51,第1章 通信网络概论,停等式,ARQ,算法描述,吞吐量,是指在,给定,的,物理信道,和,输入分组流,的条件下，接收端能够呈送给高层的分组速率（分组,/,秒或比特,/,秒）。,链路的利用率,是指物理层（比特管道）的传输容量中用于,有效分组,传输所占的比例。在信道中，如果被等待、重传和其它不必要的传输分组所占的比例越少，则信道的利用率就越高。,分组延迟,是指,链路层,从发端收到高层的分组开始到收端将该分组呈送给高层为止所需的时间。,2024/9/18,52,第1章 通信网络概论,停等式,ARQ,算法有效性分析,(1),设数据帧是固定帧长，其传输时间为,T,D,秒，肯定和否定应答帧长为,T,ACK,秒，物理信道的传播时延为,T,p,秒，则在忽略算法的处理时延的情况下，一帧的传输周期为,（,T,D,+ T,P,+ T,ACK,+ T,P,）,假定任意一个数据帧平均需要发送,N,T,次（一次初发，,N,T,1,次重发）才能成功，则,该帧平均需要,N,T,个传输周期,。,2024/9/18,53,第1章 通信网络概论,停等式,ARQ,算法有效性分析,(2),则物理链路的,最大平均利用率,（,传输一帧的效率,）：,令 ，忽略应答帧的传输时间（认为,T,ACK,0,），有,2024/9/18,54,第1章 通信网络概论,停等式,ARQ,算法有效性分析,(3),假定又假定数据帧的误帧率为,p,=1-,q,，应答帧因长度很短从而其出错的可能性可以忽略，即认为,应答帧,总是可以,正确传输,，则一个数据帧发送,i,次成功的概率为：,求,N,T,（需要多少,次数,发送才能将一帧数据正确送出）,代入求得链路的最大平均利用率：,p, T,P,与,U,的关系,2024/9/18,55,第1章 通信网络概论,停等式,ARQ,算法有效性分析,(4),平均吞吐量,（接收端能呈现给高层的分组速率）：,停等式,ARQ,的,平均分组延迟,为：,D=,组帧时延,+ N,T,(T,D,+ T,P,+ T,ACK,+ T,P,),组帧时延,是指从高层,分组,的第一比特到达链路层开始，到链路层将该分组的所有比特收齐，经过增加,控制头,（如帧起止标志发送序号，接收序号等）和,校验比特,（,CRC,）形成可传输的数据帧为止。,2024/9/18,56,第1章 通信网络概论,停等式,ARQ,算法有效性分析,(5),组帧时延,取决于,网络层,与,链路层,之间的,接口速率,和,方式,，以及,链路层的处理速度和方式,。,例如：若网络层与链路层运行在,相同,的微处理器或计算机系统上，采用数据块传递的方式来传递分组，则组帧时延可以相当小，且可以忽略。,如果网络层与链路层采用传输速率为,R,（比特,/,秒）的,接口,交换数据，则组帧的时延为,K/R,（这里,K,为分组的长度（比特数）。,2024/9/18,57,第1章 通信网络概论,停等式,ARQ,算法有效性分析,(6),例：有三条物理链路及其传输特性,一条是卫星链路，信道速率为,64Kbps,，传播时延为,Tp,=270ms;,一条是经过电话网链路，长为,5000km,，信道传输速率为,9600bps,；,一条是同轴电缆提供的长为,500m,的链路，信道速率为,10Mbps,。,试求帧长为,L=1000bit,，,10000bit,时停等式,ARQ,的链路最大平均利用率,U,，最大平均吞吐量和分值时延。,2024/9/18,58,第1章 通信网络概论,停等式,ARQ,算法有效性分析,(7),例：有三条物理链路及其传输特性,从表中可以看出传播时延相对于帧长的比例,a,越小，链路的,利用率越高，吞吐量也越大，时延也越小。,结论：,在卫星链路上采用停等式,ARQ,协议效率较低,。（半双工）,2024/9/18,59,第1章 通信网络概论,2.2.2 ARQ,协议,(3),有四种不同形式的,ARQ,重传协议,停等式,ARQ,返回,n-ARQ,选择重发式,ARQ,并行等待式,ARQ,2024/9/18,60,第1章 通信网络概论,返回,n,-ARQ,(1),返回,n,-ARQ (Go Back,n,ARQ,，,GBN),的基本思路是：,发端,在没有收到对方应答的情况下，可以,连续发送,n,帧,。,收端,仅,接收正确,且,顺序连续的帧,，其应答中的,RN,表示,RN,以前的所有帧都已正确接收。,这里,收端,不需要每收到一个正确的帧就发出一个应答，可对接收到的正确顺序的,最大帧序号进行应答,。,返回,n,-ARQ,是应用最广泛的,ARQ,协议，已经应用于,HDLC,等标准的,DLC,协议中。,2024/9/18,61,第1章 通信网络概论,返回,n,-ARQ,(2),返回,n,-ARQ,参数,n,（,滑动窗口宽度,）：,从图中可以看出，如果收端能及时返回应答，则发端可连续不断地全速连续发送帧。（如果我们减缓应答返回的速率，则可以控制发端发送帧的速率，从而达到速率控制的目的。）,2024/9/18,62,第1章 通信网络概论,返回,n,-ARQ,(2),下面考察,双向,都有,数据传输,并且,帧长度不等长,时，发送端窗口滑动的情况。情况一：,传输错误,对,发端,的影响。,尽管,2, 3, 4,号帧传输正确，但它们的序号与接收端期望的序号不符合，而不能被正确接收，因而还需要重传。,2024/9/18,63,第1章 通信网络概论,返回,n,-ARQ,(3),情况一：,传输错误,对,发端,的影响,改进方法,解决办法是可以,缩短,发送窗口,n,的大小，或是,加快,出错的,反馈速度,。即收端一旦接收到一个错误帧，立即返回一个短的,应答帧（监控帧）,，使发端尽快返回重发。,2024/9/18,64,第1章 通信网络概论,返回,n,-ARQ,(4),情况二：,反向帧长,对,发端,的影响。,应答的超长时延可能导致发端重发。,改进方法：,增大,n,。只要,n,个正向传输帧长之和大于反向帧长，就能缓解带来的影响。,2024/9/18,65,第1章 通信网络概论,返回,n,-ARQ,(5),情况三：,反向帧出错,对,发端,的影响。（可能没有影响）,应答的出错可能导致发端重发。,改进方法：可以,增大,n,。增加,n,之后，出错的应答帧被后来应答帧补救的概率很大，降低出错带来的影响。,2024/9/18,66,第1章 通信网络概论,返回,n,-ARQ,(6),返回,n,-ARQ,的,序号,也可以用模为,m,(,m,n,),的整数来表示。例如，取模,8,则可用,3,比特来表示序号（,07,），此时最大的窗口取值只能为,7,，如果,n=m,，则系统无法正常工作。,其原因如下：假设，发端发送,8,帧后，收到了对方的所有确认，则将发送新的,8,帧，其序号为,07,。如果发端发送,8,帧后，收端发送的应答未能到达发端，发端将重发这,8,帧，其序号仍为,07,。由于这两种情况对收端而言是无法区分的，因而在接收到第二次序号为,07,的帧时，,收端无法区分是新的帧还是重发的帧,。,2024/9/18,67,第1章 通信网络概论,返回,n,-ARQ,协议性能分析,(1),*,假定,数据帧长,是一个,固定值,，且假定,应答帧传输时间,很小可以,忽略,(T,ACK,=0),。,返回,n,-ARQ,的效率与链路的传输时延,(T,P,),，帧长,(T,D,),，窗口,n,等参数紧密相关。,令,d,= T,D,+2T,P,+T,ACK,= T,D,+2T,P, d,为一帧的发送（接收）周期。,nT,D,为一次发送,n,帧的时间（发送）。,2024/9/18,68,第1章 通信网络概论,返回,n,-ARQ,协议性能分析,(2),通过比较,nT,D,和,d,，得出不同的结果。,情况,1,：当,n,T,D,d,，应答帧可以及时返回。,情况,2,：当,n,T,D,d,，应答帧可以及时返回。发端不再需要空余的等待应答时间，而是连续不断地向链路上发送数据帧。由于误帧率为,0,，链路的最大平均利用率,U,=1,。,情况,2,：当,n,T,D,d,设传输过程中的误帧率为,p,，每出现一个错帧，发端就会重复,n,帧。假设发送一帧，平均需要,i,次才能传输成功（其中成功传输,1,次，剩余,i,-1,均是重传，,每一次重传需要发送,n,个数据帧,）。,则,i,次传输所需要的总帧数为：,1+(,i,-1),n,；,每一帧需要传输,i,次才能正确接收的概率为：,2024/9/18,73,第1章 通信网络概论,返回,n,-ARQ,协议性能分析,(6),情况,1,：,n,T,D,d,正确接收一帧需要传输的次数：,链路的信道利用率,U,：,2024/9/18,74,第1章 通信网络概论,返回,n,-ARQ,协议性能分析,(7),情况,2,：,n,T,D,n,，会引起接收数据的序号混淆。,2024/9/18,79,第1章 通信网络概论,选择重发式,ARQ,(3),选择重发式,ARQ,的,链路利用率,同样可用和返回,n,ARQ,同样的方式来表示，但这里,重传的帧仅为出错的帧,，即,从而可得选择重发式,ARQ,的链路利用率为：,2024/9/18,80,第1章 通信网络概论,2.2.2 ARQ,协议,(4),有四种不同形式的,ARQ,重传协议,停等式,ARQ,返回,n-ARQ,选择重发式,ARQ,并行等待式,ARQ,2024/9/18,81,第1章 通信网络概论,并行等待式,ARQ,(1),ARPANET ARQ,采用了,8,个并行等待式,ARQ,，每一个等待式,ARQ,对应一个虚似信道。,输入分组,可以,任意分配,到空闲的虚拟信道,A-H,上。如果所有虚信道忙，分组将在,DLC,层外等待。,2024/9/18,82,第1章 通信网络概论,并行等待式,ARQ,(2),处于忙状态的虚拟信道上的分组被,复接,到物理比特管道上传输。可以采用,轮询,的方法来循环查询各个虚拟信道，当轮询到某一忙信道时，如果应答还没有收到，则将该虚拟信道的分组再次发送到物理信道上。因此，该复接方式就,不需要,设置,定时器,来,计算等待应答,的,时间,。,2024/9/18,83,第1章 通信网络概论,并行等待式,ARQ,(3),由于采用,mod 2,方式，仅需一位就可以表示,SN,和,RN,。,为了区分不同的虚拟信道，在帧头中还增加了,3bit,的虚拟信道号。,2024/9/18,84,第1章 通信网络概论,第二章 内容概述,2.1,组帧技术,2.1.1,面向字符的组帧技术,2.1.2,面向比特的组帧技术,2.1.3,采用长度计数的组帧技术,2.2,链路层的差错控制技术,2.2.1,差错控制,2.2.2 ARQ,协议,2.2.3,最佳帧长,2.2.4,常用的纠错编码,2.3,标准数据链路控制协议及其初始化,2.4,网络层和运输层的点对点传输协议,2024/9/18,85,第1章 通信网络概论,2.2.3,最佳帧长,(1),从两个方面来考察最佳帧长：,（,1,）在,一条链路,上使,传输效率,最高的最佳帧长。,（,2,）是在,多条链路,构成的,传输路径,上，使得,传输效率,最高的最佳帧长。,2024/9/18,86,第1章 通信网络概论,2.2.3,最佳帧长,(2),在,一条链路,上使传输效率最高的,最佳帧长,在实际传输过程中，每一帧数据（,l,f,bit,）通常包括数据负荷（,l,d,bit,）和控制信息（,l,h,bit,） ，即,l,f,=,l,d,+,l,h,。,如果帧长较短，,控制比特,所占用的,比例较大,，因而链路利用率下降。,如果帧长较长，在数据帧传输过程中，因信道,误码,的存在而导致帧传输错误的概率较大，,重传,的次数将增大，这也会导致链路利用率的下降。因此存在一个,最佳帧长,，使链路利用率最高。,2024/9/18,87,第1章 通信网络概论,2.2.3,最佳帧长,(3),链路的,误比特率,为,p,b,(,信道错误为随机错误,),，则,数据帧,的差错率或,误帧率,p,为：,当,p,b,很小时，上式可以近似为：,2024/9/18,88,第1章 通信网络概论,2.2.3,最佳帧长,(4),以停等式,ARQ,为例，链路的,有效利用率,：,其中,T,b,为比特宽度， 。将,代入并经整理得到：,2024/9/18,89,第1章 通信网络概论,2.2.3,最佳帧长,(5),将上式对,l,d,求导，并令其为零，可得,最佳数据帧长度,为,2024/9/18,90,第1章 通信网络概论,2.2.3,最佳帧长,(6),从两个方面来考察最佳帧长：,（,1,）在,一条链路,上使,传输效率,最高的最佳帧长。,（,2,）是在,多条链路,构成的,传输路径,上，使得,传输效率,最高的最佳帧长。,2024/9/18,91,第1章 通信网络概论,2.2.3,最佳帧长,(7),下面，我们将讨论在分组经过,多次中转,才能到达目的节点时，能使得网络开销最小和时延最小情况下的最佳帧长。,一条消息分成,不同长度,的,分组,经过中转到达目的节点的过程如右图。从降低时延的角度，,分组,的,长度,应尽可能,小,。,2024/9/18,92,第1章 通信网络概论,2.2.3,最佳帧长,(8),分组长度较小会带来什么问题？,设消息的长度为,M,，分组的长度为,K,，通常每一帧都包含固定的开销,V,（含头和尾）。,这样每一条消息要分成,Int,M/K,+,分组，,Int,x,+,表示大于或等于,x,的最小整数。,在消息的传输过程中，前,Int,M/K,个分组均有,K,个比特，而最后一个分组的比特数在,1,到,K,之间。一条消息要传输的总比特数为,M +,IntM,/K+V,。,2024/9/18,93,第1章 通信网络概论,2.2.3,最佳帧长,(9),一条消息要传输的总比特数为,M +,Int,M/K+V,。,帧长,K,减小，会导致帧数增加，这会引起传输开销增加和网络处理负荷增加，因此应当增加帧长。,在,M,时，开销所占的比例为,V/(V+K),。因此，增加帧长会降低开销。,综合考虑,时延,和,开销,两个方面，就存在一个,最佳帧长,。,2024/9/18,94,第1章 通信网络概论,2.2.3,最佳帧长,(10),设每条链路的容量为,C,（,b/s,），将一条消息经过中继传到目的节点的总时间为,T,，在忽略各节点的处理和缓存时延的情况下有：,2024/9/18,95,第1章 通信网络概论,2.2.3,最佳帧长,(12),将一条消息经过中继传到目的节点的总时间为,T,：,T=,消息在最后一条链路上的传输时间,+(j-1),条链路引起的时延,对,T,求均值，得到,2024/9/18,96,第1章 通信网络概论,2.2.3,最佳帧长,(13),上面的讨论中，我们未讨论打包的时延，即只关心消息进入系统后到达目的节点的时延。,而对于某些流型业务（如语音），将要关心给定的某一个比特进入网络到该比特离开网络的时延，这时就必须考虑,打包的时延,。,设输入的比特速率为,R,，分组长度为,K,，收发之间各链路的容量分别为,C1,，,C2,，,（均大于,R,），分组的开销为,V,个比特，则一个比特的时延为,T =,打包时延,+,各链路的传输时延,从上式可以看出，当,链路速率,提高后，,T,主要由,K/R,决定,。,例如：对于,64kb/s,的数字语音，通常要求打包时延小,10ms,，因此,K,通常取,500,比特或更小。,2024/9/18,97,第1章 通信网络概论,2.2.3,最佳帧长,(14),上面都是从单个用户的角度来讨论网络处于轻负荷状态下，最佳帧长如何选取的问题。,但是对于,网络,而言，,各个用户,的,最佳帧长度,各不相同。,这就会出现当不同长度的分组在一条链路上传输时，长度很长的分组传输时延很大，从而阻碍了短分组的快速传递。这就像一条单行线上，一辆慢速行驶的货车，阻塞了后面小车的快速行驶，这种现象称为“,slow trunk effect”,。（,慢速货车效应,）。因此，,最佳的帧长度,应当由,网络,来,设定,，而不是由各终端自行设计。,针对最佳帧长，另外一种方式就是采用固定帧长，典型的是,ATM,信元。优点是便于硬件实现，适应不同类型业务。,2024/9/18,98,第1章 通信网络概论,第二章 内容概述,2.1,组帧技术,2.1.1,面向字符的组帧技术,2.1.2,面向比特的组帧技术,2.1.3,采用长度计数的组帧技术,2.2,链路层的差错控制技术,2.2.1,差错控制,2.2.2 ARQ,协议,2.2.3,最佳帧长,2.2.4,常用的纠错编码,2.3,标准数据链路控制协议及其初始化,2.4,网络层和运输层的点对点传输协议,2024/9/18,99,第1章 通信网络概论,2.2.4,纠错编码,为使一种码具有检错或纠错能力，须对原码字增加多余的码元，以扩大,码字之间的差别,，并使每个码字的码之间有一定的关系，即是纠错码。,常用的纠错码：,2024/9/18,100,第1章 通信网络概论,第二章 内容概述,2.1,组帧技术,2.1.1,面向字符的组帧技术,2.1.2,面向比特的组帧技术,2.1.3,采用长度计数的组帧技术,2.2,链路层的差错控制技术,2.2.1,差错控制,2.2.2 ARQ,协议,2.2.3,最佳帧长,2.2.4,常用的纠错编码,2.3,标准数据链路控制协议及其初始化,2.4,网络层和运输层的点对点传输协议,2024/9/18,101,第1章 通信网络概论,
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