網(wǎng)絡(luò)化測控-04計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù) - 副本

1網(wǎng)絡(luò)化測控機(jī)電工程與自動化學(xué)院儀器科學(xué)與技術(shù)系董志2上次課內(nèi)容：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述1、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念2、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類3、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)4、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)5、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)3本節(jié)課內(nèi)容：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)1、CSMA/CD協(xié)議2、令牌環(huán)3、TCP連接管理4、擁塞控制5、交換方式6、停止等待協(xié)議4本節(jié)課內(nèi)容：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)1、CSMA/CD協(xié)議2、令牌環(huán)3、TCP連接管理4、擁塞控制5、交換方式6、停止等待協(xié)議51.CSMA/CD協(xié)議CSMA/CD：Carriersensemultipleaccesswithcollisiondetection帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問背景

ALOHA協(xié)議重發(fā)改進(jìn)ALOHA協(xié)議時間片思想發(fā)送前監(jiān)聽邊發(fā)邊聽6碰撞B檢測到碰撞A檢測到碰撞ABABABABABT=0，A發(fā)送數(shù)據(jù)，B檢測到空閑。T=t1時，B檢測到信道空閑，發(fā)送數(shù)據(jù)。T=t2時，發(fā)生碰撞T=t3時，B檢測到發(fā)生碰撞，停止發(fā)送數(shù)據(jù)。T=t4時，A檢測到發(fā)生碰撞，停止發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。1.CSMA/CD協(xié)議71.CSMA/CD協(xié)議

流程當(dāng)某結(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，偵聽網(wǎng)絡(luò)，判斷是否有信號正在傳輸；若網(wǎng)絡(luò)中有信號正在傳輸，繼續(xù)偵聽；若網(wǎng)絡(luò)中無信號傳輸，發(fā)送數(shù)據(jù)，同時繼續(xù)偵聽；若發(fā)出數(shù)據(jù)與監(jiān)聽數(shù)據(jù)一致，則沒有發(fā)生沖突，完成發(fā)送任務(wù)；若發(fā)出數(shù)據(jù)與監(jiān)聽數(shù)據(jù)不一致，則認(rèn)為發(fā)生沖突，立即中止發(fā)送過程；計算發(fā)送失敗的次數(shù)；若發(fā)送失敗次數(shù)小于閾值，根據(jù)相關(guān)規(guī)避算法，生成等待時間，等待時間后準(zhǔn)備重新發(fā)送；若失敗次數(shù)大于閾值，停止發(fā)送嘗試，通知實體可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障。8最佳發(fā)送概率每個用戶獨立隨機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送概率為為使P（成功）的概率最大1.CSMA/CD協(xié)議91.CSMA/CD協(xié)議將代入P（成功）當(dāng)當(dāng)當(dāng)101.CSMA/CD協(xié)議

系統(tǒng)設(shè)計原則傳輸一個最小幀所需的時間路徑延遲值

這個條件的滿足取決于：最小幀長度、帶寬、路徑的長度、傳播速率。11幀長64字節(jié)，以太網(wǎng)速率10Mb/s，信號在電纜中的傳輸速率傳送一個最小幀長PDV必須小于25.6us因此電纜長度必須小于5120m1.CSMA/CD協(xié)議

系統(tǒng)設(shè)計舉例100M/s、1000M/s以太網(wǎng)：電纜最大長度分別為512m和51.2m。解決方法：增大最小幀長64字節(jié)512字節(jié)12本節(jié)課內(nèi)容：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)1、CSMA/CD協(xié)議2、令牌環(huán)3、TCP連接管理4、擁塞控制5、交換方式6、停止等待協(xié)議132.令牌環(huán)目的：提高數(shù)據(jù)發(fā)送時延的確定性；實現(xiàn)方法：所有節(jié)點物理上連接成一個環(huán)，沿環(huán)有一個特殊的控制幀（令牌）在單向循環(huán)流動，相當(dāng)于輪詢；特色之處：令牌有“忙”或“空閑”兩種模式。

令牌環(huán)是一種適用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的分布式介質(zhì)訪問控制方式，已由IEEE802委員會建議成為局域網(wǎng)控制協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)之一，即IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)。142.令牌環(huán)

工作原理環(huán)初始化（建立一邏輯環(huán)），然后產(chǎn)生一空令牌，在環(huán)上流動；希望發(fā)送數(shù)據(jù)的站等待，直到它檢測到下一個空令牌的到來；發(fā)送站拿到空令牌后，將其置為忙狀態(tài)，同時在忙令牌后面發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)令牌“忙”時，由于網(wǎng)上無空令牌，想發(fā)送數(shù)據(jù)的站必須等待；數(shù)據(jù)經(jīng)環(huán)傳遞時，各站將其目的地址和本站地址比較，相符則接收同時轉(zhuǎn)發(fā)；否則只轉(zhuǎn)發(fā)；發(fā)送數(shù)據(jù)沿環(huán)循環(huán)一周再回到發(fā)送站，由發(fā)送站將該幀從環(huán)上移去，同時釋放令牌（將其狀態(tài)改為“閑”）發(fā)往下一站。15令牌ABCDABCDABCDABCD節(jié)點A截獲令牌,并準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)節(jié)點A將數(shù)據(jù)發(fā)送到節(jié)點C數(shù)據(jù)循環(huán)一周后,節(jié)點A將其收回產(chǎn)生新的令牌,發(fā)送到環(huán)路中2.令牌環(huán)16

優(yōu)點：（1）各站點有公平訪問權(quán)，延遲時間固定，適用于實時過程控制；（2）無沖突；（3）可以傳遞很短的幀，傳遞速率快；缺點：環(huán)鏈路利用率低。2.令牌環(huán)17本節(jié)課內(nèi)容：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)1、CSMA/CD協(xié)議2、令牌環(huán)3、TCP連接管理4、擁塞控制5、交換方式6、停止等待協(xié)議183.TCP連接管理TCP報文格式源端口（16）目的端口（16）序號確認(rèn)號首部長度（4）保留未用（6）碼元比特（6）窗口校驗和（16）緊急指針（16）選項（24）填充（8）數(shù)據(jù)……..193.TCP連接管理TCP連接的建立20TCP連接的釋放3.TCP連接管理21本節(jié)課內(nèi)容：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)1、CSMA/CD協(xié)議2、令牌環(huán)3、TCP連接管理4、擁塞控制5、交換方式6、停止等待協(xié)議22

擁塞（Congestion）是指到達(dá)通信子網(wǎng)中某一部分的分組數(shù)量過多，使得該部分網(wǎng)絡(luò)來不及處理，以致引起這部分乃至整個網(wǎng)絡(luò)性能下降的現(xiàn)象，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)陷入停頓，即出現(xiàn)死鎖（Deadlock）現(xiàn)象，最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)有效吞吐量接近為零。4.擁塞控制

擁塞控制：高效。擁塞控制解決方案能夠帶來高的網(wǎng)絡(luò)利用率。

所有相互競爭的數(shù)據(jù)流都有高的、端到端應(yīng)用吞吐量和低的端到端延遲。公平。資源在相互競爭的數(shù)據(jù)流間公平地被分配。23輕負(fù)載隊列形成擁塞崩潰4.擁塞控制244.1TCP慢啟動+1(倍)?+1?restart254.2尾部丟棄

路由器的緩存管理方案用以決定何時丟棄報文以及丟棄哪些報文。最簡單的方案是尾部丟棄（drop-tail）。在隊列滿之前報文都會被接收，隊列滿后所有報文都被丟棄，當(dāng)隊列空間重新可用才開始停止丟棄報文。

缺點不會盡早地通知擁塞（沒有預(yù)警機(jī)制）會造成突發(fā)的報文丟失可能會造成流量的突發(fā)增減264.3隨機(jī)早期檢測（RED）基本思想：

監(jiān)測并保持平均隊列長度盡量小：足夠小以保證延遲足夠??；但同時又要足夠大，這樣當(dāng)突發(fā)流量的負(fù)載產(chǎn)生一個臨時的瓶頸時，才能保證瓶頸帶寬的使用。機(jī)制描述：

如果平均隊列長度qa<min，則報文直接轉(zhuǎn)發(fā)。如果qa的取值在min在max之間，則報文以pa的概率丟棄。如果qa>max，則報文（總是）被丟棄。27本節(jié)課內(nèi)容：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)1、CSMA/CD協(xié)議2、令牌環(huán)3、TCP連接管理4、擁塞控制5、交換方式6、停止等待協(xié)議28

電路交換(CircuitSwitching)是指數(shù)據(jù)傳輸期間，在源站點與目的站之間建立專用電路鏈接，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束之前，電路一直被占用，而不能被其他節(jié)點所使用。5.1電路交換295.1電路交換交換過程電路的建立數(shù)據(jù)的傳輸電路的拆除30

優(yōu)點：1.實時性好，一旦線路建立，通信雙方的所有資源（包括線路資源）均用于本次通信，除了少量的傳輸延遲之外，不再有其他延遲，具有較好的實時性。2.線路交換設(shè)備簡單，不提供任何緩存裝置。3.數(shù)據(jù)傳輸可靠，數(shù)據(jù)不會丟失且保持原來的序列。4.用戶數(shù)據(jù)透明傳輸，要求收發(fā)雙方自動進(jìn)行速率匹配。5.1電路交換31

缺點：

1.交換前必須先建立連接，電路的建立、拆除時間長。特別是在數(shù)據(jù)傳輸階段的持續(xù)時間短暫時，電路建立和拆除所用的時間得不償失。

2.獨占性：建立線路之后、釋放線路之前，即使其他站點之間無任何數(shù)據(jù)可以傳輸，整個線路仍不允許通過其他站點進(jìn)行傳輸，造成信道容量的浪費，線路的利用率低。

3.當(dāng)用戶終端或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點負(fù)荷過重時，可能出現(xiàn)呼叫不通的情況，即不能建立電路連接。5.1電路交換325.2報文交換報文是站點一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，其長度不限并且可變。報文交換方式不需在兩個站點之間建立一條專用電路。33交換特點1.無呼叫建立和，消除了呼叫等待時間，鏈路利用率較高。2.在同一時間內(nèi)，報文的傳輸只占用兩個節(jié)點之間的一段線路。3.存儲-轉(zhuǎn)發(fā)式的發(fā)送技術(shù)引入了傳播時延；引入了排隊等待時延。5.2報文交換交換過程1.當(dāng)一個站要發(fā)送報文時，它將一個目的地址附加到報文上，途經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點根據(jù)報文上的目的地址信息，把報文發(fā)送到下一個節(jié)點，一直逐個節(jié)點地轉(zhuǎn)送到目的節(jié)點。2.每個節(jié)點在收到整個報文并檢查無誤后，就暫存這個報文，然后利用路由信息找出下一個節(jié)點的地址，再把整個報文傳送給下一個節(jié)點。34

優(yōu)點：1.電路利用率高；2.在電路交換網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)通信很大時，不能接受新的呼叫。而在報文交換網(wǎng)絡(luò)上，仍然可以接收報文；3.報文交換系統(tǒng)可以把一個報文發(fā)送到多個目的地，而電路交換網(wǎng)絡(luò)很難做到這一點。缺點：1.不能滿足實時或交互式的通信要求，報文經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的延遲時間長而且不定。2.有時節(jié)點收到過多的數(shù)據(jù)而無空間存儲或不能及時轉(zhuǎn)發(fā)時，就不得不丟棄報文。5.2報文交換355.3分組交換

分組交換，又稱包交換。它是報文交換的一種改進(jìn)，它將報文分成若干個分組，每個分組的長度有一個上限。36

優(yōu)點1.把數(shù)據(jù)傳送單位的最大長度限制在較小的范圍內(nèi)，這樣每個節(jié)點所需要的存儲量低了。2.分組是較小的傳輸單位，只有出錯的分組才會被重發(fā)，因此大大降低了重發(fā)的比例和開銷，提高了交換速度。3.源節(jié)點發(fā)出一個報文的第一個分組后，可以連續(xù)發(fā)第二個、第三個分組，這些分組在各個節(jié)點中被同時接收、處理和發(fā)送，而且可走不同的路徑。這種并行性縮短了整體傳輸時間，并隨時利用網(wǎng)絡(luò)中流量分布的變化而確定盡可能快的路徑。5.3分組交換37傳輸效率對比線路誤碼率：報文長度：1.報文交換能夠被正確傳輸?shù)母怕剩?.分組交換，報文被分成10個分組結(jié)論：整個報文平均要被傳送將近3次。結(jié)論：每個分組平均被傳送將近1.1次。5.3分組交換385.4三種交換方式總結(jié)39本節(jié)課內(nèi)容：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)1、CSMA/CD協(xié)議2、令牌環(huán)3、TCP連接管理4、擁塞控制5、交換方式6、停止等待協(xié)議40完全理想化的數(shù)據(jù)傳輸：（1）鏈路是理想的傳輸信道，所傳送的任何數(shù)據(jù)既不會出差錯也不會丟失。（2）不管發(fā)送端以多快的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，接收端總是來得及接收，并及時上交主機(jī)。6.停止等待協(xié)議41保留第一個假定：無差錯。去掉第二個假定（總能接收全部發(fā)送數(shù)據(jù)），即是否正確接收數(shù)據(jù)需要接收端的確認(rèn)。