第三講端到端的傳輸協(xié)議1

第2章端到端的傳輸協(xié)議

引言物理層是為鏈路層提供一組虛擬的比特管道。在這樣的比特管道上如何形成一條可靠的業(yè)務(wù)通道為上層提供可靠的服務(wù)?為了形成一條可靠的業(yè)務(wù)通道，我們首先解決：解決如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的比特錯(cuò)誤；組幀：標(biāo)識(shí)高層送下來(lái)的數(shù)據(jù)塊（分組）的起止位置；最后要解決的就是發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，如何消除這些錯(cuò)誤。引言根據(jù)通信雙方所處的相對(duì)位置不同，所采用的解決方法（協(xié)議）也不同。當(dāng)通信雙方之間是通過(guò)一條物理鏈路直接相連，這時(shí)需采用鏈路層的協(xié)議來(lái)解決數(shù)據(jù)幀的傳輸錯(cuò)誤；當(dāng)通信雙方是在一個(gè)通信子網(wǎng)內(nèi)通過(guò)多條數(shù)據(jù)鏈路形成的通路相連，這時(shí)需要采用網(wǎng)絡(luò)層的端到端傳輸協(xié)議來(lái)解決分組的傳輸錯(cuò)誤；當(dāng)通信雙方處于不同的通信子網(wǎng)時(shí)，需要采用運(yùn)輸層的端到端傳輸協(xié)議來(lái)解決報(bào)文的傳輸錯(cuò)誤。內(nèi)容2.1組幀技術(shù)2.2鏈路層的差錯(cuò)控制技術(shù)2.3標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議及其初始化2.4網(wǎng)絡(luò)層和運(yùn)輸層的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸協(xié)議組幀技術(shù)物理層僅負(fù)責(zé)比特的傳輸，而不對(duì)比特的含義和作用進(jìn)行區(qū)分。組幀便于差錯(cuò)的發(fā)現(xiàn)與消除當(dāng)數(shù)據(jù)鏈路層將網(wǎng)絡(luò)層的分組連續(xù)送到物理層進(jìn)行傳輸時(shí)，如何組幀？如何決定什么時(shí)刻是一幀（鏈路層傳送的一個(gè)數(shù)據(jù)比特塊（數(shù)據(jù)單元）稱(chēng)為一幀，每一幀通常運(yùn)載網(wǎng)絡(luò)層的一個(gè)分組）開(kāi)始？什么時(shí)刻是一幀結(jié)束？哪一段是差錯(cuò)校驗(yàn)的比特？2.1組幀技術(shù)2.1.1面向字符的組幀技術(shù)2.1.2面向比特的組幀技術(shù)2.1.3采用長(zhǎng)度計(jì)數(shù)的組幀技術(shù)

2.1.1面向字符的組幀技術(shù)(1)

物理層傳輸?shù)幕締卧且粋€(gè)字符（通常用一個(gè)字符表示一個(gè)字節(jié)），并在此基礎(chǔ)上形成具有一定格式的字符串。例如：RS-232C異步串行接口協(xié)議。該協(xié)議在傳送每個(gè)字符（如一個(gè)字符由8個(gè)比特D7D6D5D4D3D2D1D0組成）前后分別加上起始位（D起）、停止位（D止），以便區(qū)分不同的字符。

2.1.1面向字符的組幀技術(shù)(2)SLIP（SerialLineIP）—串行線(xiàn)路的Internet數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議PPP（Point-to-PointProtocol）—點(diǎn)-點(diǎn)協(xié)議SLIP與PPP用于串行通信的撥號(hào)線(xiàn)路上，是目前家庭計(jì)算機(jī)或公司用戶(hù)通過(guò)ISP接到Internet主要的協(xié)議。SLIP協(xié)議（1）---RFC1055SLIP幀運(yùn)載的是高層IP數(shù)據(jù)報(bào)。它采用兩個(gè)特殊字符；END（十六進(jìn)制C0H，H表示十六進(jìn)制）和ESC（十六進(jìn)制DBH）。CO的二進(jìn)制編碼比特序列是10000110000000END用于表示一幀的開(kāi)始和結(jié)束。C0C0ENDEND字節(jié)11IP數(shù)據(jù)報(bào)SLIP協(xié)議（2）IP數(shù)據(jù)報(bào)中出現(xiàn)相同END字符？為避免收端錯(cuò)誤地終止一幀的接收，SLIP中使用了轉(zhuǎn)義字符ESC。END字符轉(zhuǎn)換成ESC-END；ESC轉(zhuǎn)換ESC-ESCC0DCC0DBC0ENDESCEND字節(jié)11111IP數(shù)據(jù)報(bào)SLIP協(xié)議（3）IP數(shù)據(jù)報(bào)中出現(xiàn)相同END字符？為避免收端錯(cuò)誤地終止一幀的接收，SLIP中使用了轉(zhuǎn)義字符ESC。END字符轉(zhuǎn)換成ESC-END；ESC轉(zhuǎn)換ESC-ESCSLIP協(xié)議（4）收端只要收到END字符即表示一幀的開(kāi)始或結(jié)束。每當(dāng)遇到ESC字符就進(jìn)行字符轉(zhuǎn)換，恢復(fù)IP報(bào)文中的原有的END和ESC字符。這樣就可以完全以一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的形式向IP層提交數(shù)據(jù)。SLIP協(xié)議（5）CO的使用將影響SLIP幀數(shù)據(jù)的透明性;沒(méi)有校驗(yàn)和字段，差錯(cuò)控制功能由高層的協(xié)議承擔(dān)；SLIP協(xié)議并不是Internet的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，因此不同版本的之間就會(huì)存在著差別，使得互連變得困難。PPP協(xié)議（1）PPP協(xié)議是Internet標(biāo)準(zhǔn)，RFC1660、RFC1661定義了PPP協(xié)議與幀結(jié)構(gòu)；PPP協(xié)議處理了差錯(cuò)檢測(cè)，支持面向字符型協(xié)議與面向比特型協(xié)議,可以支持IP協(xié)議及其他一些網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（例如IPX協(xié)議）；PPP協(xié)議不僅在撥號(hào)電話(huà)線(xiàn)，并且在路由器─路由器之間的專(zhuān)用線(xiàn)上廣泛應(yīng)用;PPP協(xié)議是在大多數(shù)家庭個(gè)人計(jì)算機(jī)和ISP之間使用的協(xié)議，它可以作為在高速?gòu)V域網(wǎng)和社區(qū)寬帶網(wǎng)協(xié)議族的一部分。PPP協(xié)議（2）7EH作一幀的開(kāi)始和結(jié)束標(biāo)志（F）；地址（address）：值為“FF”（11111111），表示網(wǎng)中所有的站都接收該幀控制（control）：值為“03”（00000011）F7EAFFC03F7EF7EAFFC03F7EPPP協(xié)議（3）協(xié)議域（兩個(gè)字節(jié)）它標(biāo)識(shí)出網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)域的類(lèi)型。0021H—TCP/IPC021H表示該幀的信息是鏈路控制數(shù)據(jù)；8021H表示該幀的信息是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)；0023H—OSI0027H—DEC幀校驗(yàn)域（FCS）也為兩個(gè)字節(jié)，它用于對(duì)信息域的校驗(yàn)。PPP協(xié)議（4）鏈路控制幀（LCP）網(wǎng)絡(luò)控制幀（NCP）PPP協(xié)議（5）信息域中出現(xiàn)7EH，轉(zhuǎn)換為（7DH，5EH）兩個(gè)字符。當(dāng)信息域出現(xiàn)7DH時(shí)，轉(zhuǎn)換為（7DH，5DH）。當(dāng)信息流中出現(xiàn)ASCII碼的控制字符（即小于20H），即在該字符前加入一個(gè)7DH字符。F7EAFFC03F7E7E7D2.1.1面向字符的組幀技術(shù)(3)這些幀結(jié)構(gòu)在處理時(shí)非常簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)是效率較低，插入了許多轉(zhuǎn)義字符。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度必須以字節(jié)為單位。2.1.2面向比特的組幀技術(shù)(1)在面向比特的組幀技術(shù)中，通常采用一個(gè)特殊的比特串，稱(chēng)為Flag,如0160（1j表示連續(xù)j個(gè)“1”）來(lái)表示一幀的正常結(jié)束和開(kāi)始。當(dāng)信息比特流中出現(xiàn)與Flag相同的比特串（如連續(xù)出現(xiàn)6個(gè)“1”）如何處理？01111110011111102.1.2面向比特的組幀技術(shù)(2)比特插入技術(shù)，發(fā)端信息流中，每出現(xiàn)連續(xù)的5個(gè)“1”就插入一個(gè)“0”。這樣被插“0”后的信息比特流中就不會(huì)有多于5個(gè)“1”的比特串。接收端在收到5個(gè)“1”以后，如果收到的是“0”就將該“0”刪去；如果是“1”就表示一幀結(jié)束。2.1.2面向比特的組幀技術(shù)(3)采用比特插入技術(shù)，除了消除信息幀中出現(xiàn)Flag的作用以外，它還帶來(lái)其他作用.如要丟棄或中止一幀，則可連續(xù)發(fā)送7個(gè)或7個(gè)以上的“1”。當(dāng)鏈路連續(xù)出現(xiàn)15個(gè)“1”則認(rèn)為鏈路空閑。因此016是一個(gè)結(jié)束標(biāo)志，如果016后面是0表示正常結(jié)束，如果016后面是1表示非常中止。幀的開(kāi)銷(xiāo)(1)設(shè)輸入的信息比特流是獨(dú)立同分布的二進(jìn)制變量，其“0”和“1”等概出現(xiàn)。假定采用01j作為結(jié)束標(biāo)志，現(xiàn)在來(lái)求j為多少時(shí)效率最高或插入比特開(kāi)銷(xiāo)最小。幀的開(kāi)銷(xiāo)(2)01j-1序列的概率原始數(shù)據(jù)從i-(j-1)位到i位（i≥j）的比特為01j-1，則在第i位后面將要插入一個(gè)“0”，其概率為?。xxxxxxxxxxxxx01111111111111112i

i-(j-1)2-j幀的開(kāi)銷(xiāo)(3)如果原始數(shù)據(jù)從i-2(j-1)到i位（i≥2j-1）的比特為012(j-1)，則也將在第i位后面插入一個(gè)“0”，其概率為2-2j+1。xxxxxxxxxxxxx01111111111o12i

i-2(j-1)0可以繼續(xù)考察在第i位前連續(xù)出現(xiàn)n(j-1)個(gè)“1”的情況及相應(yīng)的概率。幀的開(kāi)銷(xiāo)(4)在后面的討論中，將忽略第二次插“0”及更長(zhǎng)連續(xù)“1”的插“0”情況。如果輸入比特流的前j-1個(gè)比特均為“1”，則將要在第j位插入一個(gè)“0”，其概率為2-(j-1)。設(shè)原始數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度為k,k≥j-1時(shí)的平均插入“0”的數(shù)目為幀的開(kāi)銷(xiāo)(5)加上一個(gè)結(jié)束標(biāo)志，總的開(kāi)銷(xiāo)為對(duì)上式取均值得通常，所以上式可以用一個(gè)上界來(lái)表示，即最小j值為式中，Int[x]表示取x的整數(shù)部分。幀的開(kāi)銷(xiāo)(6)隨著j的增加，上式右邊先減少再增加。幀的開(kāi)銷(xiāo)(7)K=1000jopt=9E{OV}=11.95313log2E{K}+2=11.96578幀的開(kāi)銷(xiāo)(8)化簡(jiǎn)得:例如：

E{k}=1000bit時(shí)，最佳的j=9，平均