第二章網(wǎng)絡(luò)通信基本原理

第二章

網(wǎng)絡(luò)通信基本原理目標(biāo)：了解通信系統(tǒng)的工作原理熟悉網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟铄e(cuò)處理技術(shù)熟悉多路復(fù)用技術(shù)及傳輸?shù)目刂埔?guī)程12023/2/313:04通信系統(tǒng)的基本組成概念：通信：信息的傳遞，被傳輸?shù)男畔⑼ǔＲ噪姶挪ㄐ盘?hào)的形式出現(xiàn)。通信三要素：信源：信息的發(fā)送者，如計(jì)算機(jī)、機(jī)器、人；信宿：信息的接收者，如計(jì)算機(jī)、機(jī)器、人；信道：信息的傳輸介質(zhì)，如光纖、電纜、無(wú)線信道等2023/2/313:042信源變換器反變換器信宿噪聲源載體（信道）信息與信號(hào)模擬信息與數(shù)字信息模擬信息：通過(guò)各類感應(yīng)器收集到的信息（如溫度），具有連續(xù)變化的特點(diǎn)。數(shù)字信息：內(nèi)容為離散的數(shù)值，具有突變的特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)處理的二進(jìn)制信息則為典型的數(shù)字信息放大器與中繼器放大器：為衰減的信號(hào)補(bǔ)充能量，缺點(diǎn)是加入了噪聲。中繼器：過(guò)濾噪聲防止信號(hào)畸變，同時(shí)為信號(hào)整型。2023/2/313:043信道定義與分類信道：指信息傳輸?shù)妮d體，它以傳輸介質(zhì)和中繼通信設(shè)施為基礎(chǔ)，并具有方向的概念。信道分類：根據(jù)介質(zhì)分類：有線信道：由物理介質(zhì)（如導(dǎo)線）構(gòu)成的傳輸介質(zhì)。無(wú)線信道：在自由空間中，利用類似于電磁波的介質(zhì)傳輸信號(hào)。根據(jù)信號(hào)分類模擬信道：傳輸模擬信號(hào)，特點(diǎn)是信號(hào)容易衰減、畸變數(shù)字信道：傳輸數(shù)字信號(hào)，特點(diǎn)是信號(hào)不衰減或作等比例衰減2023/2/313:044常見(jiàn)傳輸媒體雙絞線即是有線信道也是模擬信道使用最廣、價(jià)格便宜能夠傳播模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)速度：10mb/s~100mb/s超過(guò)幾千米的長(zhǎng)距離傳輸需使用設(shè)備放大信號(hào)2023/2/313:045銅線聚氯乙烯套層絕緣層無(wú)屏蔽雙絞線UTP銅線聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層屏蔽雙絞線STP常見(jiàn)傳輸媒體同軸電纜即是有線信道也是模擬信道在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初期廣泛使用，后因價(jià)格因素被雙絞線替代特點(diǎn)：壽命長(zhǎng)、頻帶寬、質(zhì)量穩(wěn)定現(xiàn)主要應(yīng)用于閉路電視傳輸系統(tǒng)中2023/2/313:046外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體同軸電纜常見(jiàn)傳輸媒體光纖（有線信道和數(shù)字信道）傳播速度快：目前最高可達(dá)50000GHz的帶寬，今后還可提升?，F(xiàn)在的實(shí)際傳輸速度可達(dá)10Gb/s，速度主要受限于光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換速度。多模光纖與單模光纖特點(diǎn)：傳輸損耗小，中繼距離長(zhǎng)，對(duì)遠(yuǎn)距離傳輸特別經(jīng)濟(jì)抗雷電和電磁干擾性能非常好。無(wú)串音干擾，保密性好體積小，重量輕2023/2/313:047輸入脈沖輸出脈沖單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖常見(jiàn)傳輸媒體無(wú)線電波無(wú)線信道利用地面發(fā)射的無(wú)線電波通過(guò)電離層的反射，或電離層與地面發(fā)射到達(dá)接收端的一種遠(yuǎn)距離通信方式特點(diǎn)傳播距離遠(yuǎn)全方位傳播，容易繞過(guò)障礙物，無(wú)需對(duì)準(zhǔn)電離層不穩(wěn)定，導(dǎo)致傳輸質(zhì)量不穩(wěn)定2023/2/313:048無(wú)線電波中、低頻電波：沿地球表面?zhèn)鞑ジ哳l、甚高頻電波：利用電離層反射傳播常見(jiàn)傳輸媒體微波無(wú)線信道頻率在100MHz以上的無(wú)線電波，其能量將集中于一點(diǎn)并沿直線傳播，就稱為微波特點(diǎn)：直線傳輸，需發(fā)射端與接收端對(duì)準(zhǔn)遠(yuǎn)距離傳輸耗損小、傳輸成本低傳輸質(zhì)量穩(wěn)定保密性較導(dǎo)向媒體差，需額外加密2023/2/313:049常見(jiàn)傳輸媒體衛(wèi)星無(wú)線信道在地球站利用位于約3萬(wàn)6千公里高空的人造同步地球衛(wèi)星作為中繼器的一種微波接力通信方法。特點(diǎn)傳播距離遠(yuǎn)適宜廣播通信，覆蓋面廣技術(shù)復(fù)雜，成本高2023/2/313:0410信道帶寬和信道容量信道帶寬指信道可以不失真地傳輸信號(hào)的頻率范圍。不同的傳輸介質(zhì)具有不同的帶寬信道容量指信道的在單位時(shí)間內(nèi)可以傳輸?shù)淖畲笮盘?hào)量，它表示信道的傳輸能力。常見(jiàn)的數(shù)據(jù)傳輸單位：bps（b/s,位每秒）、Kbps、Mbps、Gbps2023/2/313:0411由于帶寬和容量具有正比關(guān)系：帶寬越大，容量越大，因此現(xiàn)實(shí)中一般利用帶寬表示信道容量。如局域網(wǎng)帶寬一般為10Mbps~1000Mbps信道帶寬和信道容量

2023/2/313:0412調(diào)制與解調(diào)為什么需要調(diào)制解調(diào)？計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的前身為采用模擬傳播技術(shù)的電話網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)已具有龐大的規(guī)模且運(yùn)行良好。計(jì)算機(jī)發(fā)送與接收的是數(shù)字信號(hào)，因此利用電話網(wǎng)絡(luò)傳輸需要進(jìn)行數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。完成轉(zhuǎn)換功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器modem2023/2/313:04132.5、2.6、2.7節(jié)內(nèi)容：略有興趣的同學(xué)可自行閱讀。2.8傳輸方式根據(jù)組成字符的各個(gè)二進(jìn)制位是否同時(shí)傳輸，傳輸方式可分為并行傳輸和串行傳輸兩類。并行傳輸串行傳輸14主機(jī)A主機(jī)B8個(gè)信道0010111100000000000000011010ABCD主機(jī)A主機(jī)B110000110100001001000001CAB特點(diǎn)：傳輸速度快、通信成本高、不支持遠(yuǎn)距離傳輸特點(diǎn)：傳輸速度低、成本低、支持遠(yuǎn)距離傳輸2.8傳輸方式串行傳輸需解決的問(wèn)題數(shù)據(jù)報(bào)文由多個(gè)字符構(gòu)成，而字符又由多個(gè)比特構(gòu)成。在串行傳輸?shù)男诺乐?，?shù)據(jù)以比特流的形式存在。當(dāng)接收端接收到數(shù)據(jù)比特流時(shí)，想要正確的讀取數(shù)據(jù)就需要做到以下幾點(diǎn)：正確識(shí)別比特位、正確識(shí)別字符、正確識(shí)別報(bào)文。兩類串行傳輸方式：同步傳輸：數(shù)據(jù)塊之間的傳輸間隔固定，這要求收發(fā)雙方的時(shí)鐘頻率一致。異步傳輸：數(shù)據(jù)塊之間的傳輸時(shí)間間隔長(zhǎng)度可變，收發(fā)雙方的時(shí)鐘頻率相互獨(dú)立。2023/2/313:04152.8傳輸方式同步傳輸概述：同步傳輸在傳輸用戶數(shù)據(jù)前先向?qū)Ψ絺鬏敿s定數(shù)量的同步字符，與對(duì)方進(jìn)行時(shí)鐘頻率的校驗(yàn)；然后，發(fā)送用戶數(shù)據(jù)；最后，再次發(fā)送數(shù)個(gè)同步字符提醒對(duì)方傳輸完畢。分類：面向位的同步傳輸（位同步）：以位為單位傳輸數(shù)據(jù)，使用零比特填充法區(qū)分特殊字符和用戶數(shù)據(jù)。面向字符的同步傳輸（字符同步）：以字符為單位傳輸數(shù)據(jù)，使用字符填充法區(qū)分特殊字符和用戶數(shù)據(jù)。2023/2/313:0416同步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)零比特填充法當(dāng)線路采用位同步傳輸（一連串的比特連續(xù)傳送）時(shí)，計(jì)算機(jī)采用該類填充法實(shí)現(xiàn)透明傳輸。填充方法：當(dāng)發(fā)送方的數(shù)據(jù)鏈路層碰到數(shù)據(jù)中的5個(gè)連續(xù)的“1”時(shí)，它自動(dòng)在輸出位流中填充一個(gè)“0”，當(dāng)接收方看到連續(xù)5個(gè)“1”并且后面是“0”時(shí)，將自動(dòng)去掉該“0”位，還原成原來(lái)的比特流。2023/2/313:0417會(huì)被誤認(rèn)為是F字段零比特的填充與刪除數(shù)據(jù)中某一段比特組合恰好出現(xiàn)和F字段一樣的情況01001111110001010發(fā)送端在5個(gè)連1之后填入0比特再發(fā)送出去填入0比特010011111010001010在接收端將5個(gè)連1之后的0比特刪除，恢復(fù)原樣在此位置刪除填入的0比特010011111010001010練習(xí)：1、假設(shè)有一段數(shù)據(jù)的比特流為000000001111111111011111110……，試用零比特填充法填充后將其發(fā)送出去，請(qǐng)寫出填充后的數(shù)據(jù)。2、收到數(shù)據(jù)為0111111000011001111101111100111111000001111110……，請(qǐng)找出數(shù)據(jù)的內(nèi)容和頭尾。字符填充法當(dāng)線路采用面向字符的同步傳輸時(shí)，計(jì)算機(jī)采用字符填充法實(shí)現(xiàn)透明傳輸，其主要原理是將同步字符0x7E（01111110）放置在用戶數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)尾處，用于同步時(shí)鐘頻率和提示用戶數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束。當(dāng)用戶數(shù)據(jù)中出現(xiàn)與同步字符相同的字符時(shí)，利用轉(zhuǎn)義字符進(jìn)行轉(zhuǎn)義。填充方法協(xié)議定義了一個(gè)特殊轉(zhuǎn)義字節(jié)0x7D（01111101），當(dāng)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)與特殊字符相同的數(shù)據(jù)段時(shí)，就在數(shù)據(jù)段前插入轉(zhuǎn)義字符。如果數(shù)據(jù)段與標(biāo)志序列相同，則實(shí)際結(jié)果是0x7D，0x7E如果數(shù)據(jù)段與轉(zhuǎn)義字節(jié)相同，則實(shí)際結(jié)果是0x7D，0x7D2023/2/313:04192.9傳輸形式三類傳輸形式：?jiǎn)喂ねㄐ牛▎蜗蛲ㄐ牛褐荒苡幸粋€(gè)方向的通信，而沒(méi)有反方向的交互，如廣播電視。半雙工通信（雙向交替通信）：雙方均可發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送。全雙工通信（雙向同時(shí)通信）：雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是典型的全雙工通信模式。2023/2/313:04202.10傳輸差錯(cuò)處理什么是傳輸差錯(cuò)？在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程由于信號(hào)失真導(dǎo)致的的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或因傳輸失敗、超時(shí)導(dǎo)致的數(shù)據(jù)包丟失、延遲被統(tǒng)稱為傳輸差錯(cuò)。如何處理差錯(cuò)？差錯(cuò)檢測(cè)：利用計(jì)時(shí)器檢測(cè)數(shù)據(jù)包的延遲或丟失利用檢錯(cuò)碼檢測(cè)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤差錯(cuò)處理：利用重傳機(jī)制解決數(shù)據(jù)包丟失、延遲問(wèn)題利用檢錯(cuò)碼修正簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，利用重傳修正復(fù)雜數(shù)據(jù)錯(cuò)誤2023/2/313:0421請(qǐng)注意：差錯(cuò)處理是收發(fā)雙方保障數(shù)據(jù)正確傳輸?shù)臋C(jī)制，該工作只在終端進(jìn)行，傳輸過(guò)程中經(jīng)過(guò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)僅負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)！反饋重傳機(jī)制基本流程2023/2/313:0422發(fā)送方接收方連接請(qǐng)求及檢錯(cuò)碼確認(rèn)①請(qǐng)求建立連接并發(fā)送檢錯(cuò)碼接收檢錯(cuò)碼返回確認(rèn)②發(fā)送正式數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)確認(rèn)接收數(shù)據(jù)并檢錯(cuò)如正確返回確認(rèn)數(shù)據(jù)確認(rèn)②繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)……④數(shù)據(jù)發(fā)送完畢關(guān)閉連接關(guān)閉請(qǐng)求數(shù)據(jù)全部正確接收確認(rèn)關(guān)閉確認(rèn)特點(diǎn)：發(fā)送方每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包需等待對(duì)方的確認(rèn)。收到確認(rèn)則繼續(xù)發(fā)送新數(shù)據(jù)未收到確認(rèn)則繼續(xù)等待直到超時(shí)后重傳接收方根據(jù)檢錯(cuò)碼核實(shí)數(shù)據(jù)正確性，并且每正確收到一個(gè)數(shù)據(jù)包就發(fā)送一個(gè)確認(rèn)。重傳2023/2/313:0423發(fā)送方接收方數(shù)據(jù)1確認(rèn)1發(fā)送數(shù)據(jù)1繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)超時(shí)重傳數(shù)據(jù)校驗(yàn)無(wú)誤返回確認(rèn)檢驗(yàn)出錯(cuò)不返回確認(rèn)收到確認(rèn)繼續(xù)發(fā)送新數(shù)據(jù)出錯(cuò)重傳數(shù)據(jù)2校驗(yàn)無(wú)誤返回確認(rèn)數(shù)據(jù)2確認(rèn)2為了保證協(xié)議正常執(zhí)行，這里需注意以下三點(diǎn)：發(fā)送方在發(fā)送完一個(gè)分組后，需暫時(shí)保留已發(fā)送的分組副本。分組和確認(rèn)都必須進(jìn)行編號(hào)。超時(shí)計(jì)時(shí)器設(shè)置的重傳時(shí)間應(yīng)當(dāng)比分組傳輸?shù)钠骄禃r(shí)間更長(zhǎng)一些。2023/2/313:0424超時(shí)重傳發(fā)送方接收方數(shù)據(jù)1發(fā)送數(shù)據(jù)超時(shí)重傳數(shù)據(jù)收到確認(rèn)繼續(xù)發(fā)送新數(shù)據(jù)校驗(yàn)無(wú)誤返回確認(rèn)數(shù)據(jù)1確認(rèn)1X丟失情況一：數(shù)據(jù)丟失發(fā)送方接收方數(shù)據(jù)1發(fā)送數(shù)據(jù)超時(shí)收到確認(rèn)繼續(xù)發(fā)送新數(shù)據(jù)校驗(yàn)無(wú)誤返回確認(rèn)數(shù)據(jù)1確認(rèn)1X丟失確認(rèn)1重傳數(shù)據(jù)情況二：確認(rèn)丟失發(fā)送方接收方數(shù)據(jù)1發(fā)送數(shù)據(jù)超時(shí)收到確認(rèn)繼續(xù)發(fā)送新數(shù)據(jù)丟棄重復(fù)數(shù)據(jù)1但仍應(yīng)再次發(fā)送確認(rèn)1數(shù)據(jù)1確認(rèn)1確認(rèn)1遲到重傳數(shù)據(jù)情況三：確認(rèn)遲到數(shù)據(jù)2重復(fù)收到確認(rèn)1，接收后丟棄校驗(yàn)無(wú)誤返回確認(rèn)1停-等協(xié)議概述停等協(xié)議是一類典型的反饋重傳方法。其核心機(jī)制包括：肯定確認(rèn)ACK、否定確認(rèn)（NCK）計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器流程：發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)并等待確認(rèn)接收方接收數(shù)據(jù)，校驗(yàn)后發(fā)還確認(rèn)（ACK\NCK）發(fā)送方收到ACK，則發(fā)送新數(shù)據(jù)；若收到NCK，則重發(fā)上個(gè)數(shù)據(jù)包若發(fā)送方為收到ACK或NCK，則繼續(xù)等待直到超時(shí)后重發(fā)數(shù)據(jù)包且計(jì)數(shù)器加1若重發(fā)次數(shù)超過(guò)指定值，向上層用戶報(bào)錯(cuò)2023/2/313:0425上層用戶數(shù)據(jù)停等協(xié)議下層協(xié)議模塊2023/2/313:0426初始化重發(fā)次數(shù)+1>N給上層用戶報(bào)錯(cuò)從上層接收數(shù)據(jù)上層有數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)到下層啟動(dòng)計(jì)時(shí)器接收下層數(shù)據(jù)下層有數(shù)據(jù)重發(fā)次數(shù)置0有無(wú)NAKACK其他有計(jì)時(shí)器超時(shí)無(wú)是是否否發(fā)送方流程接收方流程初始化從下層接收數(shù)據(jù)下層有數(shù)據(jù)無(wú)檢查數(shù)據(jù)正確性有數(shù)據(jù)正確向上層發(fā)送數(shù)據(jù)向下層發(fā)送ACK是否向下層發(fā)送NAK思考題舉例說(shuō)明：為什么在停等協(xié)議中需對(duì)數(shù)據(jù)和分組編號(hào)？舉例說(shuō)明：在停等協(xié)議中，如果收到重復(fù)的報(bào)文段時(shí)不予理睬（即不再重復(fù)確認(rèn)）是否可行？2023/2/313:0427不編號(hào)的例子不理睬的例子停等協(xié)議的性能停等協(xié)議是一個(gè)功能正確的協(xié)議，缺點(diǎn)是其效率太低（半雙工）。舉例：有兩臺(tái)主機(jī)分別位于美國(guó)東西兩岸，兩岸間的光速往返傳播時(shí)延RTT大約是30ms，假定彼此通過(guò)一條傳輸效率為R=1Gb/S的信道相連。包括首部和數(shù)據(jù)的每個(gè)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度L=1000字節(jié)（8000bit），實(shí)際傳輸一個(gè)分組到1Gb/S鏈路中所需時(shí)間是t=L/R=8us。在停等協(xié)議下：t=0時(shí)發(fā)送分組；8us后分組全部進(jìn)入鏈路t=8us+15ms=15.008ms時(shí)，分組到達(dá)接收方假設(shè)ACK很?。ê雎园l(fā)送時(shí)延），t=30.008ms時(shí)ACK到達(dá)發(fā)送方，發(fā)送方開始發(fā)送下一個(gè)分組。發(fā)送方利用率=0.008/30.008=0.00027相當(dāng)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供商購(gòu)買了千兆鏈路，僅能得到127kb/s的吞吐量！解決方案：流水線傳輸發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多個(gè)分組，不必每發(fā)完一個(gè)分組就停頓下來(lái)等待對(duì)方的確認(rèn)。由于信道上一直有數(shù)據(jù)不間斷地傳送，這種傳輸方式可獲得很高的信道利用率。2、滑動(dòng)窗口協(xié)議概述目標(biāo)：提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男实匚唬篢CP協(xié)議的精髓原理：設(shè)置發(fā)送窗口，在窗口內(nèi)的多個(gè)分組可以一次性發(fā)送出去，而不需要等待對(duì)方的確認(rèn)。當(dāng)接收方接收到一定量的分組后，向發(fā)送方發(fā)送一個(gè)累積確認(rèn)，告知其之前分組均已正確接收。當(dāng)發(fā)送方收到一個(gè)累積確認(rèn)后，將窗口向前滑動(dòng)，以便發(fā)送新的分組。本部分內(nèi)容，教材敘述不清，詳情請(qǐng)參看謝希仁著《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》的5.4、5.6節(jié)內(nèi)容（P192-P200），課件內(nèi)容以該書內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn)編制。1234567891011122、滑動(dòng)窗口協(xié)議連續(xù)ARQ協(xié)議簡(jiǎn)化的滑動(dòng)窗口協(xié)議協(xié)議內(nèi)容：位于窗口內(nèi)的分組可以連續(xù)發(fā)送出去每接收到一個(gè)累積確認(rèn)，窗口就滑動(dòng)相應(yīng)的位置發(fā)送窗口初始狀態(tài)下的滑動(dòng)窗口，其大小為5個(gè)分組當(dāng)接收到分組1的確認(rèn)時(shí)，窗口向前滑動(dòng)一格隨后，當(dāng)接收到分組5的確認(rèn)時(shí)，窗口向前滑動(dòng)四格發(fā)送窗口這里收到的第二個(gè)確認(rèn)就是一個(gè)累積確認(rèn)，其告知發(fā)送方5號(hào)之前的所有分組均已收到。123456789101112滑動(dòng)窗口協(xié)議連續(xù)ARQ協(xié)議協(xié)議內(nèi)容：位于窗口內(nèi)的分組可以連續(xù)發(fā)送出去，窗體前面的部分為已發(fā)送且獲得確認(rèn)的數(shù)據(jù)，窗體后面的為未發(fā)送的數(shù)據(jù)。每接收到一個(gè)累積確認(rèn)，窗口就滑動(dòng)相應(yīng)的位置回退N：若發(fā)送方一連發(fā)出了前五個(gè)分組，其中3號(hào)分組丟失了，基于累積確認(rèn)原理，接收方只能對(duì)序號(hào)為2的累積確認(rèn)。因此，發(fā)送方只能將窗體向前滑動(dòng)兩格，且重發(fā)3-5號(hào)分組。發(fā)送窗口窗口滑動(dòng)兩格，且重發(fā)3,4,5號(hào)分組。滑動(dòng)窗口協(xié)議以字節(jié)為單位的滑動(dòng)窗口概述：窗體以字節(jié)為單位向前滑動(dòng)窗體的大小由接收方根據(jù)其接收能力確定，當(dāng)B給A發(fā)送消息說(shuō)明窗口是20（字節(jié)），確認(rèn)號(hào)是31，則窗體構(gòu)成如下：窗體內(nèi)的數(shù)據(jù)需保留在發(fā)送方的緩存中以備重發(fā)，當(dāng)接收到確認(rèn)后方可刪除。

由于協(xié)議本身復(fù)雜，為簡(jiǎn)化模型，我們假設(shè)數(shù)據(jù)傳輸只在一個(gè)方向上進(jìn)行，其A發(fā)送數(shù)據(jù)，B給出確認(rèn)。在這個(gè)模式下，討論將僅限兩個(gè)窗口：A的發(fā)送窗口、B的接收窗口。請(qǐng)注意：窗體大小需由接收方?jīng)Q定，窗體越大發(fā)送方的效率越高，但若接收方來(lái)不及處理，則高效的傳輸沒(méi)有任何意義。以字節(jié)為單位的滑動(dòng)窗口窗體的行為窗體的大小由后沿和前沿共同確定后沿前移：收到新確認(rèn)。前沿前移：收到新確認(rèn)（窗體前移）。不動(dòng)：未收到新確認(rèn)且接收方通知窗體大小不變、收到了新確認(rèn)但接收方通知窗體縮小。收縮：接收方通知窗體縮小。TCP標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)烈不贊成接收方縮小窗體。這容易導(dǎo)致將已發(fā)送未確認(rèn)的窗內(nèi)數(shù)據(jù)劃分到窗體之外。以字節(jié)為單位的滑動(dòng)窗口窗體指針在A的發(fā)送窗口中，數(shù)據(jù)可分為兩類:已發(fā)送但未收到確認(rèn)允許發(fā)送但尚未發(fā)送使用三個(gè)指針P1、P2、P3區(qū)分兩類數(shù)據(jù)，若A已發(fā)送了窗內(nèi)的11個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)（31-41）則指針如圖所示。P3–P1=A的發(fā)送窗口（又稱為通知窗口）P2–P1=已發(fā)送但尚未收到確認(rèn)的字節(jié)數(shù)P3–P2=允許發(fā)送但尚未發(fā)送的字節(jié)數(shù)（又稱為可用窗口）以字節(jié)為單位的滑動(dòng)窗口協(xié)議運(yùn)行細(xì)節(jié)討論情況一：A發(fā)送了11個(gè)數(shù)據(jù)（31-41），而B此時(shí)僅收到失序達(dá)到的數(shù)據(jù)32、33。則：B僅能發(fā)送確認(rèn)號(hào)31（即期望收到的序號(hào)）并緩存收到的數(shù)據(jù)。協(xié)議運(yùn)行細(xì)節(jié)討論情況二：接上述情況，若此時(shí)B收到了31號(hào)數(shù)據(jù)。則B：將31-33號(hào)數(shù)據(jù)交付給應(yīng)用層刪除緩存中的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)：32、33號(hào)分組發(fā)送確認(rèn)號(hào)：34和窗口值：20（A收到后將窗口前移三格）將接收窗口前移三格協(xié)議運(yùn)行細(xì)節(jié)討論情況三：接上述情況，若B一直未收到34號(hào)數(shù)據(jù)或B發(fā)給A的確認(rèn)丟失，而A已將窗體內(nèi)所有數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，此時(shí)A：A的發(fā)送窗口已滿，可用窗口為零為保證可靠傳輸，A設(shè)置超時(shí)定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)器為0則重發(fā)這部分?jǐn)?shù)據(jù)。以字節(jié)為單位的滑動(dòng)窗口關(guān)于緩存發(fā)送方緩存應(yīng)用程序傳給傳輸層TCP準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)已發(fā)送但尚未得到確認(rèn)的數(shù)據(jù)接收方緩存按序到達(dá)，但尚未被接收應(yīng)用程序讀取的數(shù)據(jù)為按序到達(dá)的數(shù)據(jù)練習(xí)假設(shè)使用連續(xù)ARQ協(xié)議，發(fā)送窗口大小是3，而序號(hào)范圍是【0,15】，而傳輸媒體保證在接收方能夠按序收到分組。在某一時(shí)刻，接收方下一個(gè)期望收到的序號(hào)是5。試問(wèn)：（1）在發(fā)送方的發(fā)送窗口中可能出現(xiàn)的序號(hào)組合有哪些種？（2）接收方已經(jīng)發(fā)送出去，但仍滯留在網(wǎng)絡(luò)中（即還未到達(dá)發(fā)送方）的確認(rèn)分組，可能有哪些？說(shuō)明這些確認(rèn)分組是用來(lái)確認(rèn)哪些序號(hào)的分組。2023/2/313:0440[2-7]2\3\42.11常用檢錯(cuò)碼檢錯(cuò)碼的構(gòu)造檢錯(cuò)碼=信息字段+校驗(yàn)字段實(shí)質(zhì)：設(shè)計(jì)信息字段與校驗(yàn)字段之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即編碼規(guī)則檢驗(yàn)碼的特性：校驗(yàn)碼越長(zhǎng)，編碼的檢錯(cuò)能力越強(qiáng)。校驗(yàn)碼過(guò)長(zhǎng)，易導(dǎo)致有效信息比例下降，傳輸效率變低。2023/2/313:0441常用檢錯(cuò)碼奇偶校驗(yàn)法水平奇/偶校驗(yàn)位檢驗(yàn)方法：根據(jù)數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)，設(shè)置校驗(yàn)位，使得數(shù)據(jù)位加校驗(yàn)位的1的個(gè)數(shù)達(dá)到偶數(shù)個(gè)(偶校驗(yàn))或奇數(shù)個(gè)（奇校驗(yàn)）。例如：采用偶校驗(yàn)時(shí)若接收端發(fā)現(xiàn)幀中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則說(shuō)明發(fā)生差錯(cuò)。特點(diǎn)：在差錯(cuò)發(fā)生概率較小且位之間的差錯(cuò)均獨(dú)立發(fā)生時(shí)適用檢測(cè)正確率僅50%2023/2/313:04420100110011111數(shù)據(jù)位校驗(yàn)位常用檢錯(cuò)碼垂直奇偶校驗(yàn)碼該校驗(yàn)碼也成為組校驗(yàn)，將被傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行分組，并排列為果然行和列，然后利用奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)計(jì)算出其校驗(yàn)碼并跟隨用戶數(shù)據(jù)發(fā)送出去舉例（偶校驗(yàn)法）假設(shè)有用戶數(shù)據(jù)內(nèi)容為0111001001010101010111010101……，則2023/2/313:04430111001

b10010101b20101011b31010101b41010010r用戶數(shù)據(jù)，分為4行7列：偶校驗(yàn)碼：垂直校驗(yàn)的準(zhǔn)確度高于水平校驗(yàn)，準(zhǔn)確度為PQ/P(Q+1)，其中Q為行數(shù)，P為列數(shù)。如例子中的數(shù)據(jù)為4行7列，則準(zhǔn)確度為80%常用檢錯(cuò)碼垂直奇偶校驗(yàn)碼的檢測(cè)：接收方在接收到用戶數(shù)據(jù)后進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證方法為將接收的比特流按字符（7位）異或，即S=b1⊕b2

⊕…

⊕bn

⊕r。若奇校驗(yàn)則S=1說(shuō)明數(shù)據(jù)正確，若偶校驗(yàn)則S=0說(shuō)明數(shù)據(jù)正確。異或運(yùn)算法則：相同為0相異為1，利用符號(hào)⊕2023/2/313:0444例如：1011⊕0101=11101011⊕0101=1110垂直水平奇偶校驗(yàn)校驗(yàn)方法：將單個(gè)幀分段排列形成一個(gè)矩陣后利用異或計(jì)算出其行、列校驗(yàn)碼存入用戶數(shù)據(jù)幀中發(fā)送給接收方。接收方將同樣利用異或運(yùn)算計(jì)算得到的結(jié)果與校驗(yàn)碼比較，若不同，則說(shuō)明發(fā)生差錯(cuò)。2023/2/313:0445水平垂直奇偶校驗(yàn)實(shí)例2023/2/313:0446101011111001110原始數(shù)據(jù)101011111100011101001010發(fā)送方將數(shù)據(jù)分為三段后計(jì)算行、列校驗(yàn)碼。列校驗(yàn)碼行校驗(yàn)碼10100101校驗(yàn)位101011101100011101001010接收方再次進(jìn)行模2運(yùn)算發(fā)現(xiàn)（2,2）位置數(shù)據(jù)出錯(cuò)校驗(yàn)錯(cuò)校驗(yàn)錯(cuò)二維奇偶校驗(yàn)的特點(diǎn)：當(dāng)數(shù)據(jù)中產(chǎn)生單個(gè)差錯(cuò)，可以檢測(cè)并自動(dòng)糾正當(dāng)數(shù)據(jù)中產(chǎn)生多個(gè)差錯(cuò)時(shí)，也可檢測(cè)但無(wú)法糾正練習(xí)：1、有如下用戶數(shù)據(jù)，若按每行7位為其分組，然后請(qǐng)利用水平垂直偶校驗(yàn)碼找出其校驗(yàn)碼為多少？2、某接收方收到如下數(shù)據(jù)，其中后10位為校驗(yàn)碼，則請(qǐng)利用水平垂直奇校驗(yàn)碼檢測(cè)該數(shù)據(jù)是否出錯(cuò)，若出錯(cuò)請(qǐng)指出錯(cuò)誤的地方并進(jìn)行糾正。2023/2/313:04471010100010010101011110110110111011010000101000100001110101011101010011循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC原理：把數(shù)據(jù)D，看成d位二進(jìn)制數(shù)發(fā)送方與接收方商定一個(gè)r+1位模式(生成多項(xiàng)式),G

選擇r位循環(huán)冗余位,R,將它們添加到D后面

<D,R>的d+r位二進(jìn)制數(shù)使用模2運(yùn)算能被r+1位的二進(jìn)制數(shù)G整除接收方用G去除接收到的<D,R>的d+r位二進(jìn)制數(shù)，如果余數(shù)非零：錯(cuò)誤發(fā)生能檢測(cè)到少于r+1位的各種猝發(fā)錯(cuò)誤，被各種協(xié)議廣泛使用D:被發(fā)送的數(shù)據(jù)比特R：CRC比特d比特r比特CRC編碼2023/2/313:0448循環(huán)冗余校驗(yàn)實(shí)例發(fā)送方行為傳輸數(shù)據(jù)D為：101110，設(shè)置校驗(yàn)位R為3位。根據(jù)校驗(yàn)位數(shù)量雙方商定的生成多項(xiàng)式x3+1則G為1001，共4位。根據(jù)上述內(nèi)容，計(jì)算檢驗(yàn)碼R要使<D,R>能被G整除（異或運(yùn)算），則有將D與R合并后發(fā)送到接收方。接收方行為將<D,R>與G相除（異或運(yùn)算），余數(shù)為0則接受；反之，則認(rèn)為出錯(cuò)2023/2/313:0449101110011練習(xí)1、要發(fā)送的數(shù)據(jù)比特序列為1010001101，CRC校驗(yàn)生成多項(xiàng)式G(X)=X5+X4+X2+1,計(jì)算CRC校驗(yàn)碼.2、完成書后練習(xí)第9題p662023/2/313:04502.13多路復(fù)用與集中傳輸

復(fù)用：指能在同一信道中同時(shí)傳輸多路信號(hào)的技術(shù)。類別：頻分復(fù)用（FrequencyDivisionMultiplexing，F(xiàn)DM）時(shí)分復(fù)用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）波分復(fù)用（WavelengthDivisionMultiplexing，WDM）2023/2/313:04512.12節(jié)內(nèi)容略，感興趣的同學(xué)可課后自學(xué)頻分復(fù)用定義將多個(gè)信號(hào)調(diào)制在不同的載波頻率上，從而在同一媒體上實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳送多路信號(hào)的目的。優(yōu)點(diǎn)：信道利用率高、復(fù)用路數(shù)多分路方便，用戶數(shù)與帶寬成正比缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜抗干擾能力差，容易產(chǎn)生串音干擾2023/2/313:0452源1源6源2源3源4源5頻分多路復(fù)用器MUX通道1通道2通道3通道4通道5通道6頻分多路復(fù)用器MUX目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)3目標(biāo)4目標(biāo)5目標(biāo)6波分復(fù)用定義：波分復(fù)用是光的頻分復(fù)用，作用是通過(guò)提高光纖的利用率以達(dá)到提高傳輸效率的目的。2023/2/313:04531550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm82.5Gb/s1310nm20Gb/s復(fù)用器分用器光纖放大器EDFA120km時(shí)分復(fù)用定義：時(shí)分復(fù)用是將多路信號(hào)按一定的時(shí)間間隔以“輪轉(zhuǎn)”的方式在一條線路上“同時(shí)”傳送。特點(diǎn)：將時(shí)間劃分為一段段等長(zhǎng)的時(shí)隙并編號(hào)每位復(fù)用用戶占用一個(gè)序號(hào)的時(shí)隙每位復(fù)用用戶在傳送時(shí)占用了同樣的帶寬多個(gè)時(shí)隙構(gòu)成了一個(gè)時(shí)分復(fù)用幀（TDM幀）2023/2/313:0454ABCDABCDABCDABCD可用頻段頻率時(shí)間時(shí)分復(fù)用幀組成信道的時(shí)隙時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用的缺點(diǎn)：利用率低：每個(gè)時(shí)隙固定分配給某個(gè)用戶，當(dāng)該用戶無(wú)數(shù)據(jù)傳送時(shí)會(huì)造成浪費(fèi)。2023/2/313:0455ABCDaabbcdbcattttt4個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1④③②①acbcd時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（集中傳輸）時(shí)分復(fù)用的改進(jìn)：統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用將多個(gè)低速用戶的數(shù)據(jù)集合起來(lái)共享一個(gè)高速鏈路的時(shí)隙。2023/2/313:0456用戶ABCDabcdttttt3個(gè)STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用每個(gè)時(shí)隙中需先傳輸當(dāng)前時(shí)隙用戶的地址信息2.14數(shù)據(jù)交換三類數(shù)據(jù)交換方式電路交換：面向連接的交換方式報(bào)文交換：共享線路、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)分組交換：共享線路、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)、報(bào)文分組區(qū)別：線路分配方案獨(dú)占o(jì)r共享用戶的靈活性用戶數(shù)據(jù)格式的定義網(wǎng)絡(luò)資源收費(fèi)策略距離？通信時(shí)長(zhǎng)？分組交換更廉價(jià)2023/2/313:0457建立連接—保持連接—釋放鏈接以報(bào)文為傳輸單元，自主路由轉(zhuǎn)發(fā)以分組為傳輸單元，實(shí)現(xiàn)同一報(bào)文數(shù)據(jù)多分組并行傳輸2.15數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路使用何種服務(wù)管理網(wǎng)絡(luò)中的分組流？討論：是面向連接服務(wù)（虛電路）還是無(wú)連接服務(wù)（數(shù)據(jù)報(bào)）？電話網(wǎng)絡(luò)：數(shù)據(jù)可靠性要求高，終端設(shè)備（電話機(jī)）簡(jiǎn)單，檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力差。解決方案：面向連接的虛電路服務(wù)，提供獨(dú)占線路保證數(shù)據(jù)正確、按序達(dá)到。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：數(shù)據(jù)可靠性要求高，終端設(shè)備（計(jì)算機(jī)）差錯(cuò)處理能力強(qiáng)。解決方案：面向無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，降低了線路架設(shè)成本，提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性，可適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的不同應(yīng)用。58可以看出：討論利用何種服務(wù)管理分組流，主要是看可靠交付的任務(wù)由誰(shuí)完成。網(wǎng)絡(luò)？端系統(tǒng)？在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，計(jì)算機(jī)作為一類復(fù)雜設(shè)備有能力承擔(dān)這項(xiàng)任務(wù)。因此，網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中僅需提供簡(jiǎn)單靈活的、無(wú)連接的、盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。虛電路服務(wù)和數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)59虛電路服務(wù)（virtual-Circuit，VC）虛電路：指從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)之間由軟件按網(wǎng)絡(luò)地址建立起來(lái)的通道。虛電路服務(wù)的三階段建立連接：在進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)通信前，先通過(guò)路由選擇在源網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和目的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間建立一條虛電路，并為沿路的每一段鏈路分配一個(gè)VC號(hào)，同時(shí)為沿路的所有節(jié)點(diǎn)的虛電路表中增加一項(xiàng)鏈路信息。維持連接（通信）：每個(gè)節(jié)點(diǎn)維持當(dāng)前連接的VC號(hào)，當(dāng)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)按虛電路表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)并將數(shù)據(jù)包首部的VC號(hào)修改為即將進(jìn)入的鏈路的VC號(hào)。斷開連接：完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)后各節(jié)點(diǎn)將虛電路表中的對(duì)應(yīng)表項(xiàng)刪除。H1H2虛電路H1

發(fā)送給H2

的所有分組都沿著同一條虛電路傳送虛電路服務(wù)虛電路表示這只是一條邏輯上的連接，分組都沿著這條邏輯連接按照存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式傳送，而并不是真正建立了一條物理連接。請(qǐng)注意，電路交換的電話通信是先建立了一條真正的連接。因此分組交換的虛連接和電路交換的連接只是類似，但并不完全一樣。60ABC12223242路由器A的虛電路表進(jìn)入節(jié)點(diǎn)進(jìn)入虛電路號(hào)離去節(jié)點(diǎn)離去虛電路號(hào)H112B22虛電路服務(wù)和數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)61數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)（dadgramnetwork）源主機(jī)將原始數(shù)據(jù)劃分為多個(gè)定長(zhǎng)分組，并為每個(gè)分組增加一個(gè)首部記錄其目的主機(jī)地址。將分組發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)路由器實(shí)現(xiàn)每個(gè)分組的獨(dú)立轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)的基本構(gòu)成元素端系統(tǒng)：拆包和組包路由器：維持路由表，根據(jù)分組目的地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)路由算法：負(fù)責(zé)路由表的生成、維護(hù)和實(shí)時(shí)更新（1到5分鐘更新一次路由表）拆包和組包網(wǎng)絡(luò)中的基本數(shù)據(jù)傳輸單位是數(shù)據(jù)包（分組）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的存儲(chǔ)能力及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，網(wǎng)絡(luò)規(guī)定了分組的大小，因此，當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)過(guò)長(zhǎng)時(shí)就需要將數(shù)據(jù)劃分為多個(gè)分組；當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)接收方時(shí)再由目的主機(jī)將其分組合并為原始數(shù)據(jù)報(bào)。拆包：劃分?jǐn)?shù)據(jù)、為每個(gè)分組添加首部控制信息組包：確認(rèn)接收到所有亂序分組，根據(jù)分組首部信息對(duì)分組進(jìn)行排序、校驗(yàn)。然后合并為原始數(shù)據(jù)報(bào)。62路由與轉(zhuǎn)發(fā)63