计算机网络(第10讲)

1、软件学院软件学院1计算机网络计算机网络（第十讲）主讲：李 勇二零一四年十月软件学院2计算机网络讲义2上次课主要内容o 数据链路层差错控制o 可靠性传输n完全理想化的数据传输n具有最简单流量控制的数据链路层协议n实用的停止等待协议软件学院3实用的停止等待协议处理传输的情况时间ABDATA0送主机ACKDATA1送主机ACK(a) 正常情况ABDATA0DATA0送主机ACK(c) 数据帧丢失重传tout丢失 ！ABDATA0送主机ACKDATA0丢弃ACK(d) 确认帧丢失重传tout丢失 ！ABDATA0NAKDATA0送主机ACK(b) 数据帧出错重传出错四种情况软件学院44.4.4 连续A

2、RQ协议o 连续连续ARQ协议的基本思想：协议的基本思想：n 在发送完一个数据帧后，不是停下来等待确认在发送完一个数据帧后，不是停下来等待确认帧，而是可以连续再发送若干个数据帧。帧，而是可以连续再发送若干个数据帧。n 如果这时收到了接收端发来的确认帧，那么还如果这时收到了接收端发来的确认帧，那么还可以接着发送数据帧。可以接着发送数据帧。n 由于减少了等待时间，整个通信的吞吐量就提由于减少了等待时间，整个通信的吞吐量就提高了。高了。 软件学院51、连续ARQ协议的工作原理o基本思想基本思想 1、发送方可以连续发送多个数据帧（个数有一定的限制），每发送完一个数、发送方可以连续发送多个数据帧（个数有

3、一定的限制），每发送完一个数据帧，设置超时计时器；据帧，设置超时计时器； 2、当发送的数据帧数量没有达到限制就收到了确认帧，可继续连续发送，如、当发送的数据帧数量没有达到限制就收到了确认帧，可继续连续发送，如果达到了限制还没有收到确认帧，则等待；果达到了限制还没有收到确认帧，则等待； 3、接收方不对每个收到的数据帧进行确认，而是对几个数据帧进行确认，由、接收方不对每个收到的数据帧进行确认，而是对几个数据帧进行确认，由于需要对多个数据帧进行确认，因此，确认帧必须编号；于需要对多个数据帧进行确认，因此，确认帧必须编号； 4、接收方将确认帧进行编号，、接收方将确认帧进行编号，ACKn表示已经正确接收

4、到前表示已经正确接收到前n-1个数据帧，个数据帧，期望第期望第n号数据帧；号数据帧； 5、接收方只按顺序接收数据帧，当接收到的数据帧出错时，只确认编号小于、接收方只按顺序接收数据帧，当接收到的数据帧出错时，只确认编号小于出错数据帧编号的数据帧，而将接收到编号大于等于出错数据帧编号的数据出错数据帧编号的数据帧，而将接收到编号大于等于出错数据帧编号的数据帧抛弃。帧抛弃。软件学院62、连续ARQ协议工作示意图o 协议工作示意图协议工作示意图DATA00123ACK1DATA1 DATA2 DATA345touttoutDATA4 DATA26DATA3ACK2DATA47ACK2ACK389DATA

5、5DATA6toutACK5接收接收接收接收抛弃抛弃抛弃抛弃抛弃抛弃接收接收接收接收接收接收时间时间发送端发送端接收端接收端连续连续ARQ协议的工作原理协议的工作原理软件学院73、连续ARQ协议问题的讨论o协议存在的问题协议存在的问题 1、发送方最多连续发送数据帧的个数。、发送方最多连续发送数据帧的个数。 （1）数据帧的编号；）数据帧的编号； （2）发送缓存的大小；）发送缓存的大小； （3）确认帧的编号。）确认帧的编号。 2、 tout值的选取。值的选取。 3、如何协调发送和接收。、如何协调发送和接收。 （1）发送方如何决定发送还是等待；）发送方如何决定发送还是等待； （2）接收方如何将自己的

6、接收能力通知发送方。）接收方如何将自己的接收能力通知发送方。o在连续在连续ARQ协议中，采用滑动窗口的技术解决上述问题协议中，采用滑动窗口的技术解决上述问题。软件学院84.4.5 滑动窗口协议o 滑动窗口的概念滑动窗口的概念n 发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口 。n 发送窗口用来对发送端进行流量控制。发送窗口用来对发送端进行流量控制。n 发送窗口的大小发送窗口的大小 WT 代表在还没有收到对方确代表在还没有收到对方确认信息的情况下发送端最多可以发送多少个数认信息的情况下发送端最多可以发送多少个数据帧。据帧。 软件学院91、滑动窗口协议的基本思想o

7、1、在发送方设置发送窗口，窗口的大小为在发送方未接到接收方、在发送方设置发送窗口，窗口的大小为在发送方未接到接收方确认的前提下，发送方能连续发送的最大数据帧数；确认的前提下，发送方能连续发送的最大数据帧数；o2、窗口的后沿初始化为、窗口的后沿初始化为0，前沿初始化为，前沿初始化为K-1，表示可以连续发，表示可以连续发送送K个数据帧（个数据帧（K为发送窗口的大小），设置发送指针，初始化为为发送窗口的大小），设置发送指针，初始化为0，表明下一个要发送的是第，表明下一个要发送的是第0号数据帧；号数据帧；o3、发送方每发送一个数据帧，发送窗口的发送指针加、发送方每发送一个数据帧，发送窗口的发送指针加1

8、，发送指，发送指针到达发送窗口前沿时，停止发送，否则继续发送；针到达发送窗口前沿时，停止发送，否则继续发送；o4、在接收方设置接收窗口，窗口的大小为、在接收方设置接收窗口，窗口的大小为1，接收窗口的前沿和，接收窗口的前沿和后沿初始化为后沿初始化为0，表示期望收到第，表示期望收到第0号数据帧；号数据帧；o5、接收方只接收数据帧编号等于接收指针的数据帧，抛弃其他的、接收方只接收数据帧编号等于接收指针的数据帧，抛弃其他的数据帧，每成功接收一个数据帧，接收窗口的前沿和后沿加数据帧，每成功接收一个数据帧，接收窗口的前沿和后沿加1，同，同时，可以对一个或多个接收的数据帧发出确认帧时，可以对一个或多个接收的

9、数据帧发出确认帧ACKn；o6、发送方接到确认帧、发送方接到确认帧ACKn，发送窗口的后沿设置为，发送窗口的后沿设置为n，前沿设，前沿设置为置为k+n，如果发送指针小于窗口的前沿，则继续发送。，如果发送指针小于窗口的前沿，则继续发送。软件学院10滑动窗口协议举例软件学院1101234567012发送窗口WT不允许发送这些帧允许发送 5 个帧(a)01234567012不允许发送这些帧还允许发送 4 个帧WT已发送(b)01234567012不允许发送这些帧WT已发送(c)01234567012不允许发送这些帧还允许发送 3 个帧WT已发送 已发送并已收到确认(d)软件学院12不允许接收这些帧0

10、1234567012WR准备接收 0 号帧(a)不允许接收这些帧01234567012WR准备接收 1 号帧已收到(b)不允许接收这些帧01234567012WR准备接收 4 号帧已收到(c)软件学院133、对滑动窗口协议说明o 1、从发送窗口可以获得的信息。、从发送窗口可以获得的信息。（1）已成功发送的数据帧；）已成功发送的数据帧；（2）发送还没有确认的数据帧；）发送还没有确认的数据帧；（3）还可以最多连续发送的数据帧；）还可以最多连续发送的数据帧；（4）下一个要发送的数据帧。）下一个要发送的数据帧。o 2、从接收窗口可以获得的信息。、从接收窗口可以获得的信息。（1）以成功的接收的数据帧；）

11、以成功的接收的数据帧；（2）下一次要接收的数据帧。）下一次要接收的数据帧。o 3、发送端的、发送端的tout为略大于与窗口大小等效的时间。为略大于与窗口大小等效的时间。o 4、接收端通过控制发送窗口的滑动协调发送方和接收方、接收端通过控制发送窗口的滑动协调发送方和接收方的动作。的动作。o 5、发送方最大连续发送数据帧的个数与窗口大小相等。、发送方最大连续发送数据帧的个数与窗口大小相等。软件学院144、关于滑动窗口协议的讨论o 1、发送窗口大小的最佳值。、发送窗口大小的最佳值。（1）网络接口的速度；）网络接口的速度；（2）数据链路的速度；）数据链路的速度；（3）接收方处理数据的速度；）接收方处理

12、数据的速度；（4）发送缓存的大小；）发送缓存的大小；（5）可以证明，当用）可以证明，当用n个比特为数据帧编号时，若接收窗口个比特为数据帧编号时，若接收窗口的大小为的大小为1时，发送窗口小于等于时，发送窗口小于等于2n-1。o 2、发送方是否出现等待现象；、发送方是否出现等待现象；n若窗口的大小合适，可以不出现等待现象。若窗口的大小合适，可以不出现等待现象。o 3、数据帧的编号问题。、数据帧的编号问题。软件学院155、选择重传ARQ协议 o 可加大接收窗口，先收下发送序号不连续但仍处在可加大接收窗口，先收下发送序号不连续但仍处在接收窗口中的那些数据帧。等到所缺序号的数据帧接收窗口中的那些数据帧。

13、等到所缺序号的数据帧收到后再一并送交主机。收到后再一并送交主机。 o 选择重传选择重传 ARQ 协议可避免重复传送那些本来已经协议可避免重复传送那些本来已经正确到达接收端的数据帧。正确到达接收端的数据帧。o 但我们付出的代价是在接收端要设置具有相当容量但我们付出的代价是在接收端要设置具有相当容量的缓存空间。的缓存空间。o 对于选择重传对于选择重传 ARQ 协议，若用协议，若用 n 比特进行编号比特进行编号，则接收窗口的最大值受下式的约束：，则接收窗口的最大值受下式的约束：WR 2n/2软件学院164.5 点到点信道的数据链路层o 数据链路层提供点对点和广播两种信道。其中点对点信道主要使用的广域

14、网中。o 1、点对点信道不需要寻址；o 2、其他的功能则都需要；o 3、OSI的观点是必须把数据链路层做成是可靠的，因此在CRC校验的基础上还需要增加帧编号、确认和重传机制。软件学院171、点对点信道通信步骤、点对点信道通信步骤o 点对点信道的数据链路层在进行通信时的主要步骤点对点信道的数据链路层在进行通信时的主要步骤如下：如下：1、发送方将网络层提交的、发送方将网络层提交的IP数据报封装成帧，将数据报封装成帧，将帧发给发送方的物理层；帧发给发送方的物理层；2、接收方从物理层接收比特流，重新封装成帧；、接收方从物理层接收比特流，重新封装成帧；3、接收方判断接收的帧是否有错，无错，提取、接收方判

15、断接收的帧是否有错，无错，提取IP数据报上交网络层，有错，丢弃该帧。数据报上交网络层，有错，丢弃该帧。软件学院182、点对点通信协议、点对点通信协议o 典型的两种点对点协议典型的两种点对点协议1、高级数据链路控制协议（高级数据链路控制协议（HDLC，High-level Data Link Control）；）；2、点对点协议（、点对点协议（PPP，Point to Point Protocl）。）。软件学院194.5.1 高级控制链路协议HDLCo 1974年，IBM 公司推出了面向比特的规程SDLC (Synchronous Data Link Control)。o 后来 ISO 把 SD

16、LC 修改后称为 HDLC (High-level Data Link Control)，译为高级数据链路控制，作为国际标准ISO 3309。o CCITT 则将 HDLC 再修改后称为链路接入规程 LAP (Link Access Procedure)。不久，HDLC 的新版本又把 LAP 修改为 LAPB，“B”表示平衡型(Balanced)，所以 LAPB 叫做链路接入规程(平衡型)。软件学院201、HDLC的帧结构o 标志字段 F (Flag) 为 6 个连续 1 加上两边各一个 0 共 8 bit。在接收端只要找到标志字段就可确定一个帧的位置。 比特888可变168信息 Info标志

17、 F标志 F地址 A控制 C帧检验序列 FCS透明传输区间FCS 检验区间软件学院212、各字段含义o 地址字段 A 是 8 bit。 o 帧检验序列 FCS 字段共 16 bit。所检验的范围是从地址字段的第一个比特起，到信息字段的最末一个比特为止。 o 控制字段 C 共 8 bit，是最复杂的字段。HDLC 的许多重要功能都靠控制字段来实现。软件学院224.5.2 点对点协议PPPo 由于目前数据传输线路质量的提高，更多使用的点对点由于目前数据传输线路质量的提高，更多使用的点对点数据链路层协议是数据链路层协议是PPP。1、PPP协议是可提供同步传输和异步传输的数据链路协议是可提供同步传输和

18、异步传输的数据链路层协议；层协议；2、由于该协议非常简单，所以使用广泛，效率较高；、由于该协议非常简单，所以使用广泛，效率较高；3、该协议是、该协议是IETF在在1992年制定，在年制定，在1993年和年和1994年进行了修订，参考文档为年进行了修订，参考文档为RFC1661；4、该协议是针对、该协议是针对TCP/IP而设计的。而设计的。软件学院231、PPP协议的需求o IETF认为，在设计认为，在设计PPP协议时必须考虑以下协议时必须考虑以下的需求。的需求。 简单、封装成帧、透明性、多种网络层协议、简单、封装成帧、透明性、多种网络层协议、多种类型链路、差错检验、检测连接状态、最多种类型链路

19、、差错检验、检测连接状态、最大传送单元、网络层地址协议、数据压缩协商大传送单元、网络层地址协议、数据压缩协商。o PPP协议不需要的功能协议不需要的功能纠错、流量控制、序号、多点线路、半双工和纠错、流量控制、序号、多点线路、半双工和单工链路。单工链路。软件学院242、PPP协议的组成o 一个将一个将IP数据报封装到串行链路的方法。数据报封装到串行链路的方法。 1、支持异步链路（无奇偶校验的、支持异步链路（无奇偶校验的8比特数据）；比特数据）； 2、支持面向比特的同步链路。、支持面向比特的同步链路。o 一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制

20、协议（议（LCP）。）。 1、通信双方可协商一些选项；、通信双方可协商一些选项； 2、在、在RFC1661中定义了中定义了11种类型的种类型的LCP分组。分组。o 一套网络控制协议（一套网络控制协议（NCP）。）。 1、包含很多不同的协议；、包含很多不同的协议； 2、其中的每一个协议支持不同的网络层协议。、其中的每一个协议支持不同的网络层协议。软件学院253、PPP协议的帧格式oPPP协议的帧格式协议的帧格式 1、PPP帧分为三部分，即首部、数据和尾部；帧分为三部分，即首部、数据和尾部； 2、首部分为四个字段，第一字段是标志字段、首部分为四个字段，第一字段是标志字段F，规定为十六进制的，规定为

21、十六进制的Ox7E（01111110），表示一个帧的开始或结束，是），表示一个帧的开始或结束，是PPP帧的界定符。连续两帧之间只帧的界定符。连续两帧之间只需要一个标志字段。如果出现连续的两个标志字段，就表示一个空帧，应当抛弃需要一个标志字段。如果出现连续的两个标志字段，就表示一个空帧，应当抛弃； 3、首部的第二字段为、首部的第二字段为1字节地址字段字节地址字段A，规定为，规定为0 xFF； 4、首部的第三字段为、首部的第三字段为1字节控制字段字节控制字段C规定为规定为0 x03； 5、首部的第三字段为、首部的第三字段为2字节协议字段，规定了帧当中封装的协议。如字节协议字段，规定了帧当中封装的协

22、议。如0 x0021为为IP协议，协议，0 xC021为为LCP协议等；协议等； 6、数据部分的长度是可变的，但不超过、数据部分的长度是可变的，但不超过1500字节；字节； 7、尾部第一字段为、尾部第一字段为2字节的字节的CRC校验序列校验序列FCS。第二字段为。第二字段为Ox7E（01111110）。软件学院264、异步传输功能的透明传输解决办法、异步传输功能的透明传输解决办法o采用字节填充的方式解决透明传输的问题。采用字节填充的方式解决透明传输的问题。 1、当、当PPP使用异步传输时，它把转义符定义为使用异步传输时，它把转义符定义为0 x7D，并使用字节填充，并使用字节填充，填充方法如下：

23、，填充方法如下： （1）把数据字段出现的每一个）把数据字段出现的每一个0 x7E字节转换为字节转换为2字节序列（字节序列（ 0 x7D，0 x5E ）；）； （2）若数据字段出现一个）若数据字段出现一个0 x7D的字节，则把转变为的字节，则把转变为2字节序列（字节序列（ 0 x7D，0 x5D ）；）； （3）若数据字段中出现了）若数据字段中出现了ASCII的控制字符（数值小于的控制字符（数值小于0 x20的字符）的字符），则在该字符前面要加入一个，则在该字符前面要加入一个0 x7D字节，同时改变该字符的编码。如字节，同时改变该字符的编码。如0 x03转变为转变为0 x7D，0 x31 ； 2

24、、由于在发送端进行了字节填充，因此在链路上传送的信息字节数超过、由于在发送端进行了字节填充，因此在链路上传送的信息字节数超过了原来的信息字节数。在接收端进行相反的变化，正确恢复原来的信息了原来的信息字节数。在接收端进行相反的变化，正确恢复原来的信息。软件学院275、同步传输功能的透明传输解决办法、同步传输功能的透明传输解决办法o 零比特填充零比特填充1、PPP用在用在SONET/SDH链路时，使用的是同步传链路时，使用的是同步传输；输；2、在这种情况下，、在这种情况下，PPP协议采用零比特填充的方法来协议采用零比特填充的方法来实现透明传输。实现透明传输。 （1）在发送端，先扫描整个数据字段，只

25、要发现有）在发送端，先扫描整个数据字段，只要发现有5个个连续连续1，则立即填入一个，则立即填入一个0； （2）在接收端进行相反的操作。）在接收端进行相反的操作。软件学院286、PPP协议的工作过程协议的工作过程o PPP协议的工作过程。协议的工作过程。1、客户机首先向服务器发送一系列的、客户机首先向服务器发送一系列的LCP分组，分组分组，分组中包含了中包含了PPP的参数，服务器对客户机进行响应，协的参数，服务器对客户机进行响应，协商商PPP参数，用来建立参数，用来建立LCP连接。连接。2、接下来客户机启动、接下来客户机启动NCP协议，服务器为客户机分配协议，服务器为客户机分配网络层地址。网络层

26、地址。3、当通讯结束后，客户机或服务器利用、当通讯结束后，客户机或服务器利用NCP释放网络释放网络层资源，然后利用层资源，然后利用LCP释放数据链路层连接，最后释释放数据链路层连接，最后释放物理层连接。放物理层连接。软件学院297-1、PPP协议的状态oPPP协议的状态协议的状态1、链路静止状态、链路静止状态PPP协议的起始和终止状态，此时在客户机和服务器之间没有物理层连接。协议的起始和终止状态，此时在客户机和服务器之间没有物理层连接。2、链路建立状态、链路建立状态在双方建立物理连接后，在双方建立物理连接后，PPP就进入了链路建立状态，其目的是建立数据链路层就进入了链路建立状态，其目的是建立数据链路层的的LCP连接。对于客户机发出的请求，服务器可以回应配置确认帧、配置否认帧连接。对于客户机发出的请求，服务器可以回应配置确认帧、配置否认帧和配置拒绝帧。和配置拒绝帧。 配置参数包括：最大帧长、使用的鉴别协议、控制和地址字段的使用等。配置参数包括：最大帧长、使用的鉴别协议、控制和地址字段的使用等。3