第二章 網(wǎng)絡(luò)通信基本原理

1、四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 l 目標：目標： l 了解通信系統(tǒng)的工作原理 l熟悉網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟铄e處理技術(shù) l熟悉多路復(fù)用技術(shù)及傳輸?shù)目刂埔?guī)程 12021年8月2日11時34分 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 通信系統(tǒng)的基本組成 概念概念： 通信：信息的傳遞，被傳輸?shù)男畔⑼ǔＲ噪姶挪ㄐ盘柕男问匠霈F(xiàn)。 通信三要素： 信源：信息的發(fā)送者，如計算機、機器、人； 信宿：信息的接收者，如計算機、機器、人； 信道：信息的傳輸介質(zhì)，如光纖、電纜、無線信道等 2021年8月2日11時34分2 信源信源變換器變換器反變換器反變換器信宿信宿 噪聲源噪聲源 載體（信道）載體（信道） 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息與信號 模擬信息與數(shù)字信息

2、模擬信息與數(shù)字信息 模擬信息：通過各類感應(yīng)器收集到的信息（如溫度），具有連續(xù) 變化的特點。 數(shù)字信息：內(nèi)容為離散的數(shù)值，具有突變的特點。 計算機處理的二進制信息則為典型的數(shù)字信息計算機處理的二進制信息則為典型的數(shù)字信息 放大器與放大器與中繼器中繼器 放大器：為衰減的信號補充能量，缺點是加入了噪聲。 中繼器：過濾噪聲防止信號畸變，同時為信號整型。 2021年8月2日11時34分3 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信道 定義與分類定義與分類 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)。 無線信道：在

3、自由空間中，利用類似于電磁波的介質(zhì)傳輸信號。 根據(jù)信號分類 模擬信道：傳輸模擬信號，特點是信號容易衰減、畸變 數(shù)字信道：傳輸數(shù)字信號，特點是信號不衰減或作等比例衰減 2021年8月2日11時34分4 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 常見傳輸媒體 雙絞線雙絞線 即是有線信道也是模擬信道 使用最廣、價格便宜 能夠傳播模擬信號和數(shù)字信號 速度：10mb/s100mb/s 超過幾千米的長距離傳輸需使用設(shè) 備放大信號 2021年8月2日11時34分5 銅線聚氯乙 烯 套層 絕緣層 無屏蔽雙絞線 UTP 銅線聚氯乙烯 套層 屏蔽層 絕緣層 屏蔽雙絞線 STP 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 常見傳輸媒體 同軸電纜同軸電纜 即

4、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，后因價格因素被雙絞線替代 特點：壽命長、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 2021年8月2日11時34分6 外導(dǎo)體屏蔽層 絕緣層 絕緣保護套層 內(nèi)導(dǎo)體 同軸電纜 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 常見傳輸媒體 光纖（有線信道和數(shù)字信道） 傳播速度快：目前最高可達50000GHz的帶寬，今后還可提升。現(xiàn)在 的實際傳輸速度可達10Gb/s，速度主要受限于光電信號的轉(zhuǎn)換速度。 多模光纖與單模光纖 特點： 傳輸損耗小，中繼距離長，對遠距離傳輸特別經(jīng)濟 抗雷電和電磁干擾性能非常好。 無串音干擾，保密性好 體積小，重量輕 2021年8月2日11時34分

5、7 輸入脈沖 輸出脈沖 單模光纖 輸入脈沖 輸出脈沖 多模光纖 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 常見傳輸媒體 無線電波無線電波 無線信道 利用地面發(fā)射的無線電波通過電離層的反射，或電離層與地面發(fā)射 到達接收端的一種遠距離通信方式 特點 傳播距離遠 全方位傳播，容易繞過障礙物，無需對準 電離層不穩(wěn)定，導(dǎo)致傳輸質(zhì)量不穩(wěn)定 2021年8月2日11時34分8 無線電波無線電波 l中、低頻電波：沿地球表面?zhèn)鞑ブ?、低頻電波：沿地球表面?zhèn)鞑?l高頻、甚高頻電波：利用電離層反射傳播高頻、甚高頻電波：利用電離層反射傳播 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 常見傳輸媒體 微波微波 無線信道 頻率在100MHz以上的無線電波，其能量將集中

6、于一點并沿直線傳播， 就稱為微波 特點： 直線傳輸，需發(fā)射端與接收端對準 遠距離傳輸耗損小、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 2021年8月2日11時34分9 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 常見傳輸媒體 衛(wèi)星衛(wèi)星 無線信道 在地球站利用位于約3萬6千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 傳播距離遠 適宜廣播通信，覆蓋面廣 技術(shù)復(fù)雜，成本高 2021年8月2日11時34分10 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信道帶寬和信道容量 信道帶寬信道帶寬 指信道可以不失真地傳輸信號的頻率范圍。不同的傳輸介質(zhì)具有不 同的帶寬 信道容量信道容量 指信道的在單位時間內(nèi)可以傳

7、輸?shù)淖畲笮盘柫浚硎拘诺赖膫鬏?能力。 常見的數(shù)據(jù)傳輸單位：bps（b/s,位每秒）、Kbps、Mbps、Gbps 2021年8月2日11時34分11 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)實中一般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)實中一般 利用帶寬表示信道容量。如局域網(wǎng)帶寬一般為利用帶寬表示信道容量。如局域網(wǎng)帶寬一般為10Mbps1000Mbps 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信道帶寬和信道容量 2021年8月2日11時34分12 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 調(diào)制與解調(diào) 為什么需要調(diào)制解調(diào)？為什么需要調(diào)制解調(diào)？ 計算機網(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

8、有 龐大的規(guī)模且運行良好。 計算機發(fā)送與接收的是數(shù)字信號，因此利用電話網(wǎng)絡(luò)傳輸需要進行 數(shù)字信號與模擬信號的轉(zhuǎn)換。 完成轉(zhuǎn)換功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器modem 2021年8月2日11時34分13 2.5、2.6、2.7節(jié)內(nèi)容：略 有興趣的同學(xué)可自行閱讀。 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2.8傳輸方式 根據(jù)組成字符的各個二進制位是否同時傳輸，傳輸方式可根據(jù)組成字符的各個二進制位是否同時傳輸，傳輸方式可 分為分為并行傳輸并行傳輸和和串行傳輸串行傳輸兩類。兩類。 并行傳輸 串行傳輸 14 主 機 A 主 機 B 8個信道 0010 1 1 1 1 0000 0000 0000 0001 1010 ABCD

9、主 機 A 主 機 B 11000011 01000010 01000001 C A B 特點：傳輸速度快、通信成本高、不支持遠特點：傳輸速度快、通信成本高、不支持遠 距離傳輸距離傳輸 特點：傳輸速度低、成本低、支持遠距離特點：傳輸速度低、成本低、支持遠距離 傳輸傳輸 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2.8傳輸方式 串行傳輸需解決的問題串行傳輸需解決的問題 數(shù)據(jù)報文由多個字符構(gòu)成，而字符又由多個比特構(gòu)成。在串行傳輸?shù)?信道中，數(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，想要正確的讀取數(shù)據(jù)就需要做到以下 幾點：正確識別比特位、正確識別字符、正確識別報文正確識別比特位、正確識別字符、正確識別報文。

10、 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)雙方的時鐘頻時鐘頻 率一致。率一致。 異步傳輸：數(shù)據(jù)塊之間的傳輸時間間隔長度可變，收發(fā)雙方的時鐘時鐘 頻率相互獨立頻率相互獨立。 2021年8月2日11時34分15 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2.8傳輸方式 同步傳輸同步傳輸 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，與對方進行 時鐘頻率的校驗；然后，發(fā)送用戶數(shù)據(jù)；最后，再次發(fā)送數(shù)個同步字符提醒對方傳 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

11、單位傳輸數(shù)據(jù)，使用字符填充法字符填充法區(qū) 分特殊字符和用戶數(shù)據(jù)。 2021年8月2日11時34分16 同步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 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，計算機采用 該類填充法實現(xiàn)透明傳輸。 填充方法：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個連續(xù)的“1”時，它自動在輸出位 流中填充一個“0”，當(dāng)接收方看到連續(xù)5個“1”并且后面是“0”時，將 自動去掉該“0”位，還原成原來的比特流。 2021年8月2日11時34分17 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 會被誤認為是 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

12、 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 發(fā)送端在 5 個連 1 之后 填入 0 比特再發(fā)送出去 填入 0 比特 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 在接收端將 5 個連 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 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 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，請寫出填充后的數(shù)據(jù)。 2、收到數(shù)據(jù)為01111110000110011111011111001

13、11111000001111110，請找出數(shù)據(jù)的內(nèi)容和頭尾。 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 字符填充法 當(dāng)線路采用面向字符的同步傳輸時，計算機采用字符填充法實現(xiàn)透 明傳輸，其主要原理原理是將同步字符0 x7E（01111110）放置在用戶數(shù)據(jù)塊 的開始和結(jié)尾處，用于同步時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，利用轉(zhuǎn)義字符進行轉(zhuǎn)義。 填充方法填充方法 協(xié)議定義了一個特殊轉(zhuǎn)義字節(jié)0 x7D（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，就在數(shù)據(jù)段前插入轉(zhuǎn)義字符。 如果數(shù)據(jù)段與標志序列相同，則實際結(jié)果是0 x7D， 0 x7E 如果數(shù)據(jù)段與轉(zhuǎn)義字節(jié)相同，則

14、實際結(jié)果是0 x7D， 0 x7D 2021年8月2日11時34分19 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2.9 傳輸形式 三三類傳輸形式：類傳輸形式： 單工通信（單向通信）：只能有一個方向的通信，而沒有反方向的 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 時發(fā)送。 全雙工通信（雙向同時通信）：雙方可以同時發(fā)送和接收信息，計 算機網(wǎng)絡(luò)是典型的全雙工通信模式。 2021年8月2日11時34分20 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2.10 傳輸差錯處理 什么是傳輸差錯？什么是傳輸差錯？ 在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程由于信號失真導(dǎo)致的的數(shù)據(jù)錯誤數(shù)據(jù)錯誤或因傳輸失敗、超時導(dǎo)致的 數(shù)據(jù)包丟失、延遲數(shù)據(jù)包

15、丟失、延遲被統(tǒng)稱為傳輸差錯。 如何如何處理差錯？處理差錯？ 差錯檢測： 利用計時器計時器檢測數(shù)據(jù)包的延遲或丟失 利用檢錯碼檢錯碼檢測數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)錯誤 差錯處理： 利用重傳機制重傳機制解決數(shù)據(jù)包丟失、延遲問題 利用檢錯碼檢錯碼修正簡單數(shù)據(jù)錯誤，利用重傳重傳修正復(fù)雜數(shù)據(jù)錯誤 2021年8月2日11時34分21 請注意：差錯處理是收發(fā)雙方保 障數(shù)據(jù)正確傳輸?shù)臋C制，該工作 只在終端進行只在終端進行，傳輸過程中經(jīng) 過的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點僅節(jié)點僅負責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)！ 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 反饋重傳機制 基本流程基本流程 2021年8月2日11時34分22 發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方 連接請求及檢錯碼連接請求及檢錯碼 確

16、認確認 請求建立 連接并發(fā)送 檢錯碼 接收檢錯碼 返回確認 發(fā)送 正式數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 確認確認 接收數(shù)據(jù)并檢錯 如正確返回確認 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 確認確認 繼續(xù) 發(fā)送數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)發(fā)送 完畢關(guān)閉連 接 關(guān)閉請求關(guān)閉請求 數(shù)據(jù)全部正確接收 確認關(guān)閉 確認確認 特點：特點： l 發(fā)送方每發(fā)送一個數(shù)據(jù)包需等待對方的 確認。 收到確認則繼續(xù)發(fā)送新數(shù)據(jù) 未收到確認則繼續(xù)等待直到超時后重傳 l 接收方根據(jù)檢錯碼核實數(shù)據(jù)正確性，并且每 正確收到一個數(shù)據(jù)包就發(fā)送一個確認。 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 重傳 2021年8月2日11時34分23 發(fā)送方接收方 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1 確認確認1 發(fā)送數(shù)據(jù)1 繼續(xù) 發(fā)送數(shù)據(jù) 超時超時 重傳數(shù)據(jù)

17、校驗無誤 返回確認 檢驗出錯 不返回確認 收到確認 繼續(xù)發(fā)送 新數(shù)據(jù) 出錯重傳出錯重傳 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2 校驗無誤 返回確認 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2 確認確認2 為了保證協(xié)議正常執(zhí)行，這里需注意以下為了保證協(xié)議正常執(zhí)行，這里需注意以下 三點：三點： 發(fā)送發(fā)送方在發(fā)送完一個分組后，需方在發(fā)送完一個分組后，需暫時保暫時保 留已發(fā)送的分組副本留已發(fā)送的分組副本。 分組和確認都必須進行分組和確認都必須進行編號編號。 超時計時器設(shè)置的重傳時間應(yīng)當(dāng)超時計時器設(shè)置的重傳時間應(yīng)當(dāng)比分組比分組 傳輸?shù)钠骄禃r間更長一些傳輸?shù)钠骄禃r間更長一些。 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021年8月2日11時34分24 超時重傳超時重傳 發(fā)送

18、方接收方 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1 發(fā)送數(shù)據(jù) 超時超時 重傳數(shù)據(jù) 收到確認 繼續(xù)發(fā)送 新數(shù)據(jù) 校驗無誤 返回確認 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1 確認確認1 X 丟失丟失 情況一：數(shù)據(jù)丟失 發(fā)送方接收方 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1 發(fā)送數(shù)據(jù) 超時超時 收到確認 繼續(xù)發(fā)送 新數(shù)據(jù) 校驗無誤 返回確認 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1 確認確認1 X 丟失丟失 確認確認1 重傳數(shù)據(jù) 情況二：確認丟失 發(fā)送方接收方 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1 發(fā)送數(shù)據(jù) 超時超時 收到確認 繼續(xù)發(fā)送 新數(shù)據(jù) 丟棄丟棄重復(fù)數(shù)據(jù)1 但仍應(yīng)再次發(fā)送確認發(fā)送確認1 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1 確認確認1 確認確認1遲到遲到 重傳數(shù)據(jù) 情況三：確認遲到 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2 重復(fù)收到確認重復(fù)收到確認1，接收后丟棄，接收后丟棄 校驗無誤 返

19、回確認1 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 停-等協(xié)議 概述概述 停等協(xié)議是一類典型的反饋重傳方法。其核心機制包括： 肯定確認ACK、否定確認（NCK） 計時器、計數(shù)器 流程： 1.發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)并等待確認等待確認 2.接收方接收數(shù)據(jù)，校驗后發(fā)還確認確認（ACKNCK） 3.發(fā)送方收到ACK，則發(fā)送新數(shù)據(jù)新數(shù)據(jù)；若收到NCK，則重發(fā)重發(fā)上個數(shù)據(jù)包 4.若發(fā)送方為收到ACK或NCK，則繼續(xù)等待直到超時超時后重發(fā)重發(fā)數(shù)據(jù)包且計數(shù)器加計數(shù)器加1 5.若重發(fā)次數(shù)超過指定值次數(shù)超過指定值，向上層用戶報錯報錯 2021年8月2日11時34分25 上層用戶數(shù)據(jù)上層用戶數(shù)據(jù) 停等協(xié)議停等協(xié)議 下層下層 協(xié)議模塊協(xié)

20、議模塊 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021年8月2日11時34分26 初始化初始化 重發(fā)次重發(fā)次 數(shù)數(shù)+1N 給上層用戶報錯給上層用戶報錯 從上層接收數(shù)據(jù)從上層接收數(shù)據(jù) 上層有數(shù)據(jù)上層有數(shù)據(jù) 發(fā)送數(shù)據(jù)到下層發(fā)送數(shù)據(jù)到下層 啟動計時器啟動計時器 接收下層數(shù)據(jù)接收下層數(shù)據(jù) 下層有數(shù)據(jù)下層有數(shù)據(jù) 重發(fā)次數(shù)置重發(fā)次數(shù)置0 有有 無無 NAKACK其他其他 有有 計時器計時器 超時超時 無無 是是 是是 否否 否否 發(fā)送方流程發(fā)送方流程接收方流程接收方流程 初始化初始化 從下層接收數(shù)據(jù)從下層接收數(shù)據(jù) 下層有數(shù)據(jù)下層有數(shù)據(jù) 無無 檢查數(shù)據(jù)正確性檢查數(shù)據(jù)正確性 有有 數(shù)據(jù)正確數(shù)據(jù)正確 向上層發(fā)送數(shù)據(jù)向上層發(fā)送數(shù)

21、據(jù) 向下層發(fā)送向下層發(fā)送ACK 是是 否否 向下層發(fā)向下層發(fā) 送送NAK 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 思考題 1.舉例說明：為什么在停等協(xié)議中需對數(shù)據(jù)和分組編號？舉例說明：為什么在停等協(xié)議中需對數(shù)據(jù)和分組編號？ 2.舉例說明：在停等協(xié)議中，如果收到重復(fù)的報文段時不予理睬（即舉例說明：在停等協(xié)議中，如果收到重復(fù)的報文段時不予理睬（即 不再重復(fù)確認）是否可行？不再重復(fù)確認）是否可行？ 2021年8月2日11時34分27不編號的例子 不理睬的例子 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 停等協(xié)議的性能停等協(xié)議的性能 停等協(xié)議是一個功能正確的協(xié)議，缺點是其效率太低（半雙工）。 舉例：舉例： 有兩臺主機分別位于美國東西兩岸，兩

22、岸間的光速往返傳播時延RTT大約是30ms， 假定彼此通過一條傳輸效率為R=1Gb/S的信道相連。包括首部和數(shù)據(jù)的每個數(shù)據(jù)包 長度L=1000字節(jié)（8000bit），實際傳輸一個分組到1Gb/S鏈路中所需時間是 t=L/R=8us。在停等協(xié)議下： t=0時發(fā)送分組；8us后分組全部進入鏈路 t=8us+15ms=15.008ms時，分組到達接收方 假設(shè)ACK很小（忽略發(fā)送時延），t=30.008ms時ACK到達發(fā)送方，發(fā)送方開始發(fā)送 下一個分組。 發(fā)送方利用率=0.008/30.008=0.00027 相當(dāng)于一個網(wǎng)絡(luò)提供商購買了千兆鏈路，僅能得到127kb/s的吞吐量！ 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院

23、解決方案：流水線傳輸 發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送連續(xù)發(fā)送多個分組，不必每發(fā)完一個分組就停 頓下來等待對方的確認。 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。 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2、滑動窗口協(xié)議 概述概述 目標：提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?地位：TCP協(xié)議的精髓 原理： 設(shè)置發(fā)送窗口，在窗口內(nèi)的多個分組可以一次性發(fā)送出去，而不需要 等待對方的確認。 當(dāng)接收方接收到一定量的分組后，向發(fā)送方發(fā)送一個累積確認，告知 其之前分組均已正確接收。 當(dāng)發(fā)送方收到一個累積確認后，將窗口向前滑動，以便發(fā)送新的分組。 本部分內(nèi)容，教材敘述不清，詳情請參看謝希仁著計算機網(wǎng)絡(luò)的5.4、 5.6節(jié)內(nèi)容（P

24、192-P200），課件內(nèi)容以該書內(nèi)容為標準編制。 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 123456789101112 2、滑動窗口協(xié)議 連續(xù)連續(xù)ARQ協(xié)議協(xié)議 簡化的滑動窗口協(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 每接收到一個累積確認累積確認，窗口就滑動相應(yīng)的位置 發(fā)送窗口 初始狀態(tài)下的滑動窗口，其大小為初始狀態(tài)下的滑動窗口，其大小為5 5個分組個分組 當(dāng)接收到分組當(dāng)接收到分組1 1的確認時，窗口向前滑動一格的確認時，窗口向前滑動一格 隨后，當(dāng)接收到分組隨后，當(dāng)接收到分組5 5的確認時，窗口向前滑動四格的確認時，窗口向前滑動四格 發(fā)送窗口 這里收到的第二個確認就是一個累積確認累積確認， 其告知

25、發(fā)送方5號之前的所有分組均已收到。 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 123456789101112 滑動窗口協(xié)議 連續(xù)連續(xù)ARQ協(xié)議協(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)。 每接收到一個累積確認累積確認，窗口就滑動相應(yīng)的位置 回退回退N：若發(fā)送方一連發(fā)出了前五個分組，其中3號分組 丟失了，基于累積確認原理，接收方只能對序號為2的累 積確認。因此，發(fā)送方只能將窗體向前滑動兩格，且重發(fā) 3-5號分組。 發(fā)送窗口窗口滑動兩格，且重發(fā)窗口滑動兩格，且重發(fā)3,4,53,4,5號分組。號分組。 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 滑動窗口協(xié)議 以字節(jié)

26、為單位的滑動窗口以字節(jié)為單位的滑動窗口 概述： 窗體以字節(jié)為單位向前滑動 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 明窗口是20（字節(jié)），確認號是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 后方可刪除。 由于協(xié)議本身復(fù)雜，為簡化模型，我們 假設(shè)數(shù)據(jù)傳輸只在一個方向上進行，其 A發(fā)送數(shù)據(jù)，B給出確認。在這個模式下， 討論將僅限兩個窗口：A A的發(fā)送窗口、的發(fā)送窗口、 B B的接收窗口的接收窗口。 請注意：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，但若接收方來不及處理，則高效的 傳輸沒有任何意義。 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 以字節(jié)為單位的

27、滑動窗口 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。 前沿 前移：收到新確認（窗體前移）。 不動：未收到新確認且接收方通知窗體大小不變、收到了 新確認但接收方通知窗體縮小。 收縮：接收方通知窗體縮小。 TCP標準強烈不贊成接收方 縮小窗體。這容易導(dǎo)致將已 發(fā)送未確認的窗內(nèi)數(shù)據(jù)劃分 到窗體之外。 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 以字節(jié)為單位的滑動窗口 窗體指針窗體指針 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 允許發(fā)送但尚未發(fā)送 使用三個指針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 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（

28、又稱為通知窗口） P2 P1 = 已發(fā)送但尚未收到確認的字節(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） 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 以字節(jié)為單位的滑動窗口 協(xié)議運行細節(jié)討論協(xié)議運行細節(jié)討論 情況一：A發(fā)送了11個數(shù)據(jù)（31-41），而B此時僅收到失序達到的 數(shù)據(jù)32、33。則：B僅能發(fā)送確認號31（即期望收到的序號）并緩 存收到的數(shù)據(jù)。 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 協(xié)議運行細節(jié)討論協(xié)議運行細節(jié)討論 情況二：接上述情況，若此時B收到了31號數(shù)據(jù)。則B： 將31-33號數(shù)據(jù)交付給應(yīng)用層 刪除緩存中的對應(yīng)數(shù)據(jù)：32、33號分組 發(fā)送確認號：34和窗口值：20（A收到后將窗口前移三格） 將接

29、收窗口前移三格 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 協(xié)議運行細節(jié)討論協(xié)議運行細節(jié)討論 情況三：接上述情況，若B一直未收到34號數(shù)據(jù)或B發(fā)給A的 確認丟失，而A已將窗體內(nèi)所有數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，此時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)置超時定時器，當(dāng)定時器為0則重 發(fā)這部分數(shù)據(jù)。 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 以字節(jié)為單位的滑動窗口 關(guān)于緩存關(guān)于緩存 發(fā)送方緩存 應(yīng)用程序傳給傳輸層TCP準備發(fā)送的數(shù)據(jù) 已發(fā)送但尚未得到確認的數(shù)據(jù) 接收方緩存 按序到達，但尚未被接收應(yīng)用程序讀取的數(shù)據(jù) 為按序到達的數(shù)據(jù) 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 練習(xí) 假設(shè)使用連續(xù)ARQ協(xié)議，發(fā)送窗口大小是3，而序號范圍是【0,15】， 而傳

30、輸媒體保證在接收方能夠按序收到分組。在某一時刻，接收方下 一個期望收到的序號是5。試問： （1）在發(fā)送方的發(fā)送窗口中可能出現(xiàn)的序號組合有哪些種？ （2）接收方已經(jīng)發(fā)送出去，但仍滯留在網(wǎng)絡(luò)中（即還未到達發(fā)送方） 的確認分組，可能有哪些？說明這些確認分組是用來確認哪些序號的 分組。 2021年8月2日11時34分40 2-7 234 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2.11 常用檢錯碼 檢錯碼的構(gòu)造檢錯碼的構(gòu)造 檢錯碼=信息字段+校驗字段 實質(zhì)：實質(zhì)： 設(shè)計信息字段與校驗字段之間的對應(yīng)關(guān)系，即編碼規(guī)則 檢驗檢驗碼的特性：碼的特性： 校驗碼越長，編碼的檢錯能力越強。 校驗碼過長，易導(dǎo)致有效信息比例下降，傳輸效

31、率變低。 2021年8月2日11時34分41 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 常用檢錯碼 奇偶校驗法奇偶校驗法 水平奇/偶校驗位 檢驗方法：檢驗方法：根據(jù)數(shù)據(jù)位中1的個數(shù)，設(shè)置校驗位，使得數(shù)據(jù)位加校驗 位的1的個數(shù)達到偶數(shù)個(偶校驗)或奇數(shù)個（奇校驗）。 例如：采用偶校驗時若接收端發(fā)現(xiàn)幀中1的個數(shù)為奇數(shù)，則說明發(fā)生差錯。 特點：特點： 在差錯發(fā)生概率較小且位之間的差錯均獨立發(fā)生時適用 檢測正確率僅50% 2021年8月2日11時34分42 0100110011111 數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位 校驗位校驗位 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 常用檢錯碼 垂直奇偶校驗碼 該校驗碼也成為組校驗，將被傳輸?shù)男畔⑦M行分組分組，并排列為果

32、 然行和列，然后利用奇校驗或或偶校驗計算計算出其校驗碼校驗碼并跟隨跟隨用戶 數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)送出去 舉例（偶校驗法） 假設(shè)有用戶數(shù)據(jù)內(nèi)容為0111001001010101010111010101，則 2021年8月2日11時34分43 0111001 b1 0010101 b2 0101011 b3 1010101 b4 1010010 r 用戶數(shù)據(jù)， 分為4行7列： 偶校驗碼： 垂直校驗的準確度高于水平校驗，準確度為 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，則準確度為80% 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 常用檢錯碼 垂直奇偶校驗碼的檢測：垂直奇偶校驗碼的檢測： 接收方在接收

33、到用戶數(shù)據(jù)后進行驗證，驗證方法為將接收的比特流 按字符（7位）異或，即S=b1 b2 bn r。若奇校驗則S=1 說明數(shù)據(jù)正確，若偶校驗則S=0說明數(shù)據(jù)正確。 異或運算法則異或運算法則：相同為0相異為1，利用符號 2021年8月2日11時34分44 例如： 1 0 1 1 0 1 0 1 = 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 = 1 1 1 0 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 垂直水平奇偶校驗 校驗方法：校驗方法：將單個幀分段排列形成一個矩陣后利用異或計算出其行、列校 驗碼存入用戶數(shù)據(jù)幀中發(fā)送給接收方。接收方將同樣利用異或運算計算得 到的結(jié)果與校驗碼比較，若不同，則說明發(fā)生差錯。 2021

34、年8月2日11時34分45 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 水平垂直奇偶校驗實例 2021年8月2日11時34分46 101011111001110 原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù) 101011 111100 011101 001010 發(fā)送方將數(shù)據(jù)分為三段 后計算行、列校驗碼。 列校驗碼列校驗碼 行校驗碼行校驗碼 10 10 0 10 1 校驗位校驗位 101011 101100 011101 001010 接收方再次進行模2運算發(fā)現(xiàn) （2,2）位置數(shù)據(jù)出錯 校驗錯校驗錯 校驗錯校驗錯 二維奇偶校驗的特點： 1.當(dāng)數(shù)據(jù)中產(chǎn)生單個差錯，可以檢測并自動糾正 2.當(dāng)數(shù)據(jù)中產(chǎn)生多個差錯時，也可檢測但無法糾正 四川建筑職業(yè)技

35、術(shù)學(xué)院 練習(xí)： 1、有如下用戶數(shù)據(jù)，若按每行7位為其分組，然后請利用水平垂直偶偶校驗碼 找出其校驗碼為多少？ 2、某接收方收到如下數(shù)據(jù)，其中后10位為校驗碼，則請利用水平垂直奇奇校 驗碼檢測該數(shù)據(jù)是否出錯，若出錯請指出錯誤的地方并進行糾正。 2021年8月2日11時34分47 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 011101101000 0101000100001110101011101010011 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 循環(huán)冗余校驗CRC l原理：原理： l把數(shù)據(jù)D，看成d位二進制數(shù) l發(fā)送方與接收方商定一個r+1位模式

36、 (生成多項式), G l選擇r位循環(huán)冗余位, R, 將它們添加到D后面 l 的d+r位二進制數(shù)使用模2運算能被被r+1位的二進制數(shù)位的二進制數(shù) G整除整除 l接收方用G去除接收到的的d+r位二進制數(shù)，如果余數(shù)非零：錯誤發(fā)生 l能檢測到少于能檢測到少于r+1位的各種猝發(fā)錯誤，被各種協(xié)議位的各種猝發(fā)錯誤，被各種協(xié)議廣泛使用廣泛使用 D: 被發(fā)送的數(shù)據(jù)比特被發(fā)送的數(shù)據(jù)比特R：CRC比特比特 d比特比特r比特比特 CRC編碼 2021年8月2日11時34分48 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 循環(huán)冗余校驗實例 發(fā)送方行為發(fā)送方行為 傳輸數(shù)據(jù)D為：101110，設(shè)置校驗位R為3位。 根據(jù)校驗位數(shù)量雙方商定的生成

37、多項式x3+1則G為1001，共4位。 根據(jù)上述內(nèi)容，計算檢驗碼R 要使能被G整除（異或運算），則有 將D與R合并后發(fā)送到接收方。 接收方行為接收方行為 將與G相除（異或運算），余數(shù)為0則接受；反之，則認為出錯 2021年8月2日11時34分49 101110011 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 練習(xí) 1、要發(fā)送的數(shù)據(jù)比特序列為1010001101，CRC校驗生成多項式 G(X)=X5+X4+X2+1,計算CRC校驗碼. 2、完成書后練習(xí)第9題 p66 2021年8月2日11時34分50 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2.13 多路復(fù)用與集中傳輸 復(fù)用：復(fù)用： 指能在同一信道中同時傳輸多路信號的技術(shù)。 類別：

38、 頻分復(fù)用（Frequency Division Multiplexing ，F(xiàn)DM） 時分復(fù)用（Time Division Multiplexing ，TDM ） 波分復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing ，WDM） 2021年8月2日11時34分51 2.12節(jié)內(nèi)容略，感興趣的同學(xué)可課后自學(xué) 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 頻分復(fù)用 定義定義 將多個信號調(diào)制在不同的載波頻率上，從而在同一媒體上實現(xiàn)同時傳 送多路信號的目的。 優(yōu)點： 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： 設(shè)備復(fù)雜 抗干擾能力差，容易產(chǎn)生串音干擾 2021年8月2日11時34分

39、52 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1 目標2 目標3 目標4 目標5 目標6 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 波分復(fù)用 定義：定義： 波分復(fù)用是光的頻分復(fù)用，作用是通過提高光纖的利用率以達到提 高傳輸效率的目的。 2021年8月2日11時34分53 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 7 0 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 15

40、53 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8 2.5 Gb/s 1310 nm 20 Gb/s 復(fù) 用 器 分 用 器 光纖放大器 EDFA 120 km 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 時分復(fù)用 定義：定義： 時分復(fù)用是將多路信號按一定的時間間隔以“輪轉(zhuǎn)” 的方式在一條線路上 “同時”傳送。 特點：特點： 將時間劃分為一段段等長的時隙并編號 每位復(fù)用用戶占用一個序號的時隙 每位復(fù)用用戶在傳送時占用了同樣的帶寬 多個時隙構(gòu)成了一個時分復(fù)用幀（TDM幀） 2021年8月2日11時34分54 A B C D A B C D A B C D A B C D 可

41、用頻段可用頻段 頻率 時間 時分復(fù)用幀 組成信道的時隙 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 時分復(fù)用 時分復(fù)用的缺點：時分復(fù)用的缺點： 利用率低：每個時隙固定分配給某個用戶，當(dāng)該用戶無數(shù)據(jù)傳送時 會造成浪費。 2021年8月2日11時34分55 A B C D a ab b c d b ca t t t t t 4 個時分復(fù)用幀 #1 a c b cd 時分復(fù)用 #2#3#4 用戶 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 統(tǒng)計時分復(fù)用（集中傳輸） 時分復(fù)用的改進：統(tǒng)計時分復(fù)用時分復(fù)用的改進：統(tǒng)計時分復(fù)用 將多個低速用戶的數(shù)據(jù)集合起來共享一個高速鏈路的時隙。 2021年8月2日11時34分56 用戶 A B C D a b c

42、 d t t t t t 3 個 STDM 幀 #1 a c b ab bcacd #2#3 統(tǒng)計時分復(fù)用 每個時隙中需先傳輸當(dāng)前時 隙用戶的地址信息 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2.14 數(shù)據(jù)交換 三類數(shù)據(jù)交換方式三類數(shù)據(jù)交換方式 電路交換：面向連接的交換方式 報文交換：共享線路、存儲轉(zhuǎn)發(fā) 分組交換：共享線路、存儲轉(zhuǎn)發(fā)、報文分組 區(qū)別：區(qū)別： 線路分配方案 獨占獨占or共享共享 用戶的靈活性 用戶用戶數(shù)據(jù)格式的定義數(shù)據(jù)格式的定義 網(wǎng)絡(luò)資源收費策略 距離？通信時長？分組交換更廉價距離？通信時長？分組交換更廉價 2021年8月2日11時34分57 建立連接建立連接保持連接保持連接釋放鏈接釋放鏈接 以報

43、文為傳輸單元，自主路由轉(zhuǎn)發(fā)以報文為傳輸單元，自主路由轉(zhuǎn)發(fā) 以分組為傳輸單元，實現(xiàn)同一報文數(shù)據(jù)多分組并行傳輸以分組為傳輸單元，實現(xiàn)同一報文數(shù)據(jù)多分組并行傳輸 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2.15 數(shù)據(jù)報和虛電路 使用何種服務(wù)管理網(wǎng)絡(luò)中的分組流？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）還是無連接服務(wù)（數(shù)據(jù)報）？ 電話網(wǎng)絡(luò)：數(shù)據(jù)可靠性要求高，終端設(shè)備（電話機）簡單，檢錯 糾錯能力差。解決方案：面向連接的解決方案：面向連接的虛電路服務(wù)虛電路服務(wù)，提供獨占線，提供獨占線 路保證數(shù)據(jù)正確、按序達到。路保證數(shù)據(jù)正確、按序達到。 計算機網(wǎng)絡(luò)：數(shù)據(jù)可靠性要求高，終端設(shè)備（計算機）差錯處理 能力

44、強。解決方案：面向無連接的解決方案：面向無連接的數(shù)據(jù)報服務(wù)數(shù)據(jù)報服務(wù)，降低了線路架，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。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：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)由誰完成。網(wǎng)絡(luò)？端系統(tǒng)？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)由誰完成。網(wǎng)絡(luò)？端系統(tǒng)？ 在計算機網(wǎng)絡(luò)中，計算機作為一類復(fù)雜設(shè)備有能力承擔(dān)這項任務(wù)。在計算機網(wǎng)絡(luò)中，計算機作為一類復(fù)雜設(shè)備有能力承擔(dān)這項任務(wù)。 因此，網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中僅需提供因此，網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中僅需提供簡單靈活的、無連接的、盡最大努力交付簡單靈活的、

45、無連接的、盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報服務(wù)。的數(shù)據(jù)報服務(wù)。 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 虛電路服務(wù)和數(shù)據(jù)報服務(wù) 59 虛電路服務(wù)（虛電路服務(wù)（virtual-Circuit，VC） 虛電路：指從源節(jié)點到目的節(jié)點之間由軟件按網(wǎng)絡(luò)地址建立起來的通道。 虛電路服務(wù)的三階段 1.建立連接：在進行實際數(shù)據(jù)通信前，先通過路由選擇在源網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 和目的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間建立一條虛電路建立一條虛電路，并為沿路的每一段鏈路分配每一段鏈路分配 一個一個VC號號，同時為沿路的所有節(jié)點的虛電路表虛電路表中增加一項鏈路信息。 2.維持連接（通信）：每個節(jié)點維持當(dāng)前連接的VC號，當(dāng)對應(yīng)數(shù)據(jù)包 到達時按虛電路表進行轉(zhuǎn)發(fā)按虛電路表進行轉(zhuǎn)發(fā)并將數(shù)

46、據(jù)包首部的VC號修改為即將進入號修改為即將進入 的鏈路的的鏈路的VC號號。 3.斷開連接：完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)后各節(jié)點將虛電路表虛電路表中的對應(yīng)表項刪除刪除。 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 H1 H2 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邏輯上的連接，分組都沿著這條邏輯連接按照存儲轉(zhuǎn) 發(fā)方式傳送，而并不是真正建立了一條物理連接。 請注意，電路交換的電話通信是先建立了一條真正的連接真正的連接。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。 60 A B C 12 2232 42 進入進入 節(jié)點節(jié)點 進入虛進入虛 電路號電路號 離去離去 節(jié)點節(jié)點 離去虛離去虛 電路號電路號 H112B22 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 虛電路服務(wù)和數(shù)據(jù)報服務(wù) 61 數(shù)據(jù)報服務(wù)（數(shù)據(jù)報服務(wù)（dadgram network） 源主機將原始數(shù)據(jù)劃分為多個定長分組，并為每個分組增加一個首 部記錄其目的主機地址。將分組發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，通過路由器實現(xiàn)每 個分組的獨立轉(zhuǎn)發(fā)。 數(shù)據(jù)報服務(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)分組目的地址進行轉(zhuǎn)發(fā) 路由算法：負責(zé)路由表的生成、維護和實時更新（1到5分鐘更新 一次路由表） 四川建筑職