第4-3讲 流量控制技术

1、1 流量控制技术 第第 4-3 讲讲 网络通用技术网络通用技术 2 内容提要内容提要 基本概念基本概念 3 流的概念流的概念 流（流（Flow）：网络中某个源和目的对之间发：网络中某个源和目的对之间发 送的一系列采用相同路由的分组。送的一系列采用相同路由的分组。 流 分 为 无 连 接 的 流 和 有 连 接 的 流 ， 在流 分 为 无 连 接 的 流 和 有 连 接 的 流 ， 在 TCP/IP网络中，网络中，IP提供无连接的数据报投递服务，提供无连接的数据报投递服务， 而在而在TCP则提供有连接的服务。则提供有连接的服务。 4 流量控制的概念流量控制的概念 流量流量(Flow)：是指网络

2、中的报文流量或分组流是指网络中的报文流量或分组流 量，也就是我们常说的计算机网络中的通信量量，也就是我们常说的计算机网络中的通信量 (Traffic)。 流量控制的含义流量控制的含义（两种观点）：（两种观点）： 观点观点A：流量控制应包括通信量控制、拥塞控流量控制应包括通信量控制、拥塞控 制、路由控制和延迟控制这几部分内容。制、路由控制和延迟控制这几部分内容。 观点观点B：将流量控制局限为收发端的流量管理将流量控制局限为收发端的流量管理 问题，即收端控制发端的发送数据速率，以便使问题，即收端控制发端的发送数据速率，以便使 收端来得及接收。收端来得及接收。 5 流量控制的概念（续）流量控制的概念

3、（续） 为什么需要流量控制？为什么需要流量控制？ v直观上看：使收端来得及接收，并且使网络直观上看：使收端来得及接收，并且使网络 不致过载；不致过载； 1.1. 根本原因：由于无法预测并行执行的两个进根本原因：由于无法预测并行执行的两个进 程的运行状况和处理速度，这就要求采取一程的运行状况和处理速度，这就要求采取一 定的措施来保证发送方和接收方之间传输速定的措施来保证发送方和接收方之间传输速 率的匹配和同步。率的匹配和同步。 6 流量控制技术流量控制技术 1 理想的数据传输理想的数据传输 7 理想的数据传输理想的数据传输 环境假定：环境假定： 链路是理想的传输信道，所传送的任何数据不链路是理想

4、的传输信道，所传送的任何数据不 会出错也不会丢失；会出错也不会丢失； 不管发方以多快的速率发送数据，收方总是来不管发方以多快的速率发送数据，收方总是来 得及收下，并及时上交主机；得及收下，并及时上交主机； 数据仅在一个方向传输（单工）；数据仅在一个方向传输（单工）； 1. 处理时间忽略不计。处理时间忽略不计。 8 理想的数据传输理想的数据传输 AB DATA DATA DATA DATA 送主机送主机 B 送主机送主机 B 送主机送主机 B 送主机送主机 B 时时 间间 9 流量控制技术流量控制技术 1 理想的数据传输理想的数据传输 2 简单流量控制协议简单流量控制协议 10 简单流量控制协议

5、简单流量控制协议 v环境假定：环境假定： 与理想的数据传输情况相比，将环境假定的第与理想的数据传输情况相比，将环境假定的第2条更条更 改为：没有无限缓存，收方不能无限速接收数据。改为：没有无限缓存，收方不能无限速接收数据。 v要解决的问题：要解决的问题： 怎样防止发方的数据速率过快而淹没收方？怎样防止发方的数据速率过快而淹没收方？ v采用的协议：采用的协议： 应答机制，即收到数据发送应答，收到应答后再发应答机制，即收到数据发送应答，收到应答后再发 送数据。由收方控制数据流量。送数据。由收方控制数据流量。 11 简单流量控制协议简单流量控制协议 AB DATA DATA 送主机送主机 B 送主机

6、送主机 B 时时 间间 12 流量控制技术流量控制技术 1 理想的数据传输理想的数据传输 2 简单流量控制协议简单流量控制协议 3 X-on/X-off协议协议 13 X-on/X-off 协议协议 工作原理：工作原理： 1、发方连续发报文，直到收到收方的暂停发送报发方连续发报文，直到收到收方的暂停发送报 文文(X-off)才停止；发方重新开始发送的条件是才停止；发方重新开始发送的条件是 收到收方的恢复发送报文收到收方的恢复发送报文(X-on)。 2、收方设一计数器（收方设一计数器（counter）：每收到一个报）：每收到一个报 文将文将counter加加1，当，当counter大于门限值时向

7、发大于门限值时向发 方发送方发送X-off；收方每处理完一个报文将；收方每处理完一个报文将 counter减减1，当，当counter的值小于门限值时向发的值小于门限值时向发 方发送方发送X-on。 14 流量控制技术流量控制技术 1 理想的数据传输理想的数据传输 2 简单流量控制协议简单流量控制协议 3 X-on/X-off协议协议 4 停止等待协议停止等待协议 15 停止等待（停止等待（Stop and Wait ）协议）协议 v 环境假定：环境假定： 与简单流量控制协议相比，将第与简单流量控制协议相比，将第1条假定更改条假定更改 为：链路不是理想的传输信道，所传送的任何为：链路不是理想的

8、传输信道，所传送的任何 数据可能会出错或丢失。数据可能会出错或丢失。 v 问题：问题： 怎样防止发方速率过快而淹没收方；怎样防止发方速率过快而淹没收方； 1. 如何防止数据帧出错、丢失以及应答帧丢失导致如何防止数据帧出错、丢失以及应答帧丢失导致 的死锁。的死锁。 16 数据帧在链路上传输的几种情况数据帧在链路上传输的几种情况 时时 间间 AB DATA0 送送 主主 机机 ACK DATA1 送送 主主 机机 ACK (a) 正常情况正常情况 AB DATA0 NAK DATA0 送送 主主 机机 ACK (b) 数据帧出错数据帧出错 AB DATA0 DATA0 送送 主主 机机 ACK (

9、c) 数据帧丢失数据帧丢失 AB DATA0 送送 主主 机机 ACK DATA0 不不 送送 主主 机机 ACK (d) 应答帧丢失应答帧丢失 重重 发发 重重 发发 tout 重重 发发 tout 出错出错 丢丢 失失 ！ 丢丢 失失 ！ 17 停止等待协议（续）停止等待协议（续） 解决要点：解决要点： v等待应答：确认帧（等待应答：确认帧（ACK）或否认帧（）或否认帧（NAK）；）； v数据帧出错的处理：差错检测；数据帧出错的处理：差错检测； v应答帧或数据帧丢失的处理：计时器和超时重发；应答帧或数据帧丢失的处理：计时器和超时重发； 1.重复帧：序号检测。重复帧：序号检测。 重传时间（重

10、传时间（tout）的设定：）的设定： 不能过快，也不能过慢，一般设置为略大于从不能过快，也不能过慢，一般设置为略大于从 发完数据帧到收到确认帧所需的平均时间。发完数据帧到收到确认帧所需的平均时间。 18 流量控制技术流量控制技术 1 理想的数据传输理想的数据传输 2 简单流量控制协议简单流量控制协议 3 X-on/X-off协议协议 4 停止等待协议停止等待协议 5 滑动窗口协议滑动窗口协议 19 为何引入滑动窗口（为何引入滑动窗口（Sliding Window） v 能够防止发送方速率过快而淹没接收方；能够防止发送方速率过快而淹没接收方； v 能够容忍信道传输质量不好引起的帧丢失和能够容忍信

11、道传输质量不好引起的帧丢失和 出错；出错； v 能够保证帧按序交付，序号可重用；能够保证帧按序交付，序号可重用； v 通过设置合适的窗口大小，限制连续发送的通过设置合适的窗口大小，限制连续发送的 帧数、提高传输效率。帧数、提高传输效率。 20 滑动窗口的原理滑动窗口的原理 v 在任何时刻，发方维持一张在任何时刻，发方维持一张按序按序的序列编号的序列编号 表，表中各项对应允许发送的帧。可以说这表，表中各项对应允许发送的帧。可以说这 些帧落在些帧落在发送窗口发送窗口WT之内；之内； v 收方也维持一个收方也维持一个接收窗口接收窗口WR，只有序号落在，只有序号落在 接收窗口接收窗口WR内的帧才允许接

12、收；内的帧才允许接收； v 只有接收窗口向前移动时，发送窗口才可能只有接收窗口向前移动时，发送窗口才可能 向前移动；向前移动； v 发送窗口为发送窗口为 N 时，发送方必须要有时，发送方必须要有 N 个缓存，个缓存， 收到应答才能释放占用的缓存。收到应答才能释放占用的缓存。 21 发送窗口控制发送方的发送速率发送窗口控制发送方的发送速率 01234567012 发送窗口发送窗口 WT 不允许发送这些帧不允许发送这些帧允许发送允许发送 5 个帧个帧 01234567012 不允许发送这些帧不允许发送这些帧还允许发送还允许发送 4 个帧个帧 WT 已发送已发送 (a) 允许发送允许发送 0 4 号

13、共号共 5 个帧个帧 (b) 允许发送允许发送 1 4 号共号共 4 个帧个帧 发送窗口内的帧是允许发送的帧，而不考虑发送窗口内的帧是允许发送的帧，而不考虑 是否收到确认。发送窗口右侧的帧是不允许是否收到确认。发送窗口右侧的帧是不允许 发送的帧。发送的帧。 每发送完一个帧，允许发送的帧数就减每发送完一个帧，允许发送的帧数就减1。 但发送窗口的位置不变。但发送窗口的位置不变。 22 发送窗口控制发送方的发送速率发送窗口控制发送方的发送速率(续续) (c) 不允许发送任何帧（不允许发送任何帧（进入等待状态进入等待状态） (d) 允许发送允许发送 5 7 号共号共 3 个帧个帧 0123456701

14、2 不允许发送这些帧不允许发送这些帧 WT 已发送已发送 01234567012 不允许发送这些帧不允许发送这些帧 还允许发送还允许发送 3 个帧个帧 已发送已发送 已发送已发送 并已收到确认并已收到确认 如果允许发送的如果允许发送的5个帧都发送完了，但还没个帧都发送完了，但还没 有收到任何确认，那么不能再发送任何帧。有收到任何确认，那么不能再发送任何帧。 每收到对一个帧的确认，发送每收到对一个帧的确认，发送 窗口就向前（即向右方）滑动窗口就向前（即向右方）滑动 一个帧的位置一个帧的位置 WT 23 接收窗口接收窗口WR的含义的含义 不允许接收这些帧不允许接收这些帧 01234567012 W

15、R 准备接收准备接收 0 号帧号帧 不允许接收这些帧不允许接收这些帧 01234567012 WR 准备接收准备接收 1 号帧号帧 不允许接收这些帧不允许接收这些帧 01234567012 WR 准备接收准备接收 4 号帧号帧 已收到已收到 已收到已收到 (a) 准备接收准备接收 0 号帧号帧 (b) 准备接收准备接收 1 号帧号帧 (c) 准备接收准备接收 4 号帧号帧 只有当收到帧的序号与接收窗口一致时才能接收该帧。只有当收到帧的序号与接收窗口一致时才能接收该帧。 每收到一个序号正确的帧，接每收到一个序号正确的帧，接 收窗口就向前（即向右方）滑收窗口就向前（即向右方）滑 动一个帧的位置。同

16、时向发送动一个帧的位置。同时向发送 端发送对该帧的确认。端发送对该帧的确认。 24 发送窗口和接收窗口大小的限制发送窗口和接收窗口大小的限制 v 假定：假定： 用用 n 个比特编号，个比特编号，WR=1 v 限制：限制： WT + WR = 2n WT 1 且且 WR=1 29 设置超时计时器设置超时计时器 DATA0 DATA1 DATA2 DATA3 DATA4 DATA5 重传 DATA2 重传 DATA3 ACK0 ACK1 ACK0 确认 DATA0 ACK1 确认 DATA1 DATA2 出错，丢弃 DATA3 不按序，丢弃 DATA4 不按序，丢弃 DATA5 不按序，丢弃 AC

17、K2 ACK2 确认 DATA2 ACK3 确认 DATA3 ACK3 重传 DATA5 重传 DATA4 设置超时计时器 AB 清零 tout 送交主机 送交主机 ? 30 连续连续ARQ协议：优劣分析协议：优劣分析 v 连续发送数据帧，减少等待时间而提高效率，连续发送数据帧，减少等待时间而提高效率， 但重传已正确传送过的数据帧又会降低效率；但重传已正确传送过的数据帧又会降低效率； v 若传输信道的传输质量很差而误码率较大时若传输信道的传输质量很差而误码率较大时 （导致更多的重传导致更多的重传），连续），连续ARQ协议不一定协议不一定 优于停止等待协议；优于停止等待协议； v 对于传播时延很

18、大的信道，停止等待协议很对于传播时延很大的信道，停止等待协议很 不实用，应当采用连续不实用，应当采用连续ARQ协议。协议。 31 滑动窗口协议分类滑动窗口协议分类 三、选择重传三、选择重传ARQ协议协议 32 选择重传选择重传ARQ协议协议 v选择重传选择重传ARQ的原理：的原理： 发方：发方：只重传出现差错的数据帧或者是计时器超时只重传出现差错的数据帧或者是计时器超时 的数据帧；的数据帧； 收方：收方：可以不按序接收，等到所缺序号的数据帧收可以不按序接收，等到所缺序号的数据帧收 到后再一并送交主机。到后再一并送交主机。 v窗口大小限制：窗口大小限制：WT 1且且 1 WR = 2n/2 v效率提高，但实现复杂，需要更多缓存。效率提高，但实现复杂，需要更多缓存。 33 选择重传选择重传ARQ协议：例子协议：例子 重传重传 A tout 送主机送主机 丢弃丢弃 时间时间 01234562345 ACK6 ACK0 ACK1 DATA B 丢失 tf 缓存下来缓存下来 将将2至至6帧送主机帧送主机 ACK1 ACK1 ACK1 ACK1 7 ACK6 34 作业与思考题作业与思考题