网络化测控-04计算机网络关键技术 - 副本

1网络化测控机电工程与自动化学院仪器科学与技术系董志2上次课内容：计算机网络概述1、计算机网络的基本概念2、计算机网络的分类3、计算机网络的拓扑结构4、计算机网络的体系结构5、计算机网络的性能指标3本节课内容：计算机网络的关键技术1、CSMA/CD协议2、令牌环3、TCP连接管理4、拥塞控制5、交换方式6、停止等待协议4本节课内容：计算机网络的关键技术1、CSMA/CD协议2、令牌环3、TCP连接管理4、拥塞控制5、交换方式6、停止等待协议51.CSMA/CD协议CSMA/CD：Carriersensemultipleaccesswithcollisiondetection带冲突检测的载波侦听多路访问背景

ALOHA协议重发改进ALOHA协议时间片思想发送前监听边发边听6碰撞B检测到碰撞A检测到碰撞ABABABABABT=0，A发送数据，B检测到空闲。T=t1时，B检测到信道空闲，发送数据。T=t2时，发生碰撞T=t3时，B检测到发生碰撞，停止发送数据。T=t4时，A检测到发生碰撞，停止发送数据。数据。1.CSMA/CD协议71.CSMA/CD协议

流程当某结点需要发送数据时，侦听网络，判断是否有信号正在传输；若网络中有信号正在传输，继续侦听；若网络中无信号传输，发送数据，同时继续侦听；若发出数据与监听数据一致，则没有发生冲突，完成发送任务；若发出数据与监听数据不一致，则认为发生冲突，立即中止发送过程；计算发送失败的次数；若发送失败次数小于阈值，根据相关规避算法，生成等待时间，等待时间后准备重新发送；若失败次数大于阈值，停止发送尝试，通知实体可能出现网络故障。8最佳发送概率每个用户独立随机发送数据，发送概率为为使P（成功）的概率最大1.CSMA/CD协议91.CSMA/CD协议将代入P（成功）当当当101.CSMA/CD协议

系统设计原则传输一个最小帧所需的时间路径延迟值

这个条件的满足取决于：最小帧长度、带宽、路径的长度、传播速率。11帧长64字节，以太网速率10Mb/s，信号在电缆中的传输速率传送一个最小帧长PDV必须小于25.6us因此电缆长度必须小于5120m1.CSMA/CD协议

系统设计举例100M/s、1000M/s以太网：电缆最大长度分别为512m和51.2m。解决方法：增大最小帧长64字节512字节12本节课内容：计算机网络的关键技术1、CSMA/CD协议2、令牌环3、TCP连接管理4、拥塞控制5、交换方式6、停止等待协议132.令牌环目的：提高数据发送时延的确定性；实现方法：所有节点物理上连接成一个环，沿环有一个特殊的控制帧（令牌）在单向循环流动，相当于轮询；特色之处：令牌有“忙”或“空闲”两种模式。

令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访问控制方式，已由IEEE802委员会建议成为局域网控制协议标准之一，即IEEE802.5标准。142.令牌环

工作原理环初始化（建立一逻辑环），然后产生一空令牌，在环上流动；希望发送数据的站等待，直到它检测到下一个空令牌的到来；发送站拿到空令牌后，将其置为忙状态，同时在忙令牌后面发送数据；当令牌“忙”时，由于网上无空令牌，想发送数据的站必须等待；数据经环传递时，各站将其目的地址和本站地址比较，相符则接收同时转发；否则只转发；发送数据沿环循环一周再回到发送站，由发送站将该帧从环上移去，同时释放令牌（将其状态改为“闲”）发往下一站。15令牌ABCDABCDABCDABCD节点A截获令牌,并准备发送数据节点A将数据发送到节点C数据循环一周后,节点A将其收回产生新的令牌,发送到环路中2.令牌环16

优点：（1）各站点有公平访问权，延迟时间固定，适用于实时过程控制；（2）无冲突；（3）可以传递很短的帧，传递速率快；缺点：环链路利用率低。2.令牌环17本节课内容：计算机网络的关键技术1、CSMA/CD协议2、令牌环3、TCP连接管理4、拥塞控制5、交换方式6、停止等待协议183.TCP连接管理TCP报文格式源端口（16）目的端口（16）序号确认号首部长度（4）保留未用（6）码元比特（6）窗口校验和（16）紧急指针（16）选项（24）填充（8）数据……..193.TCP连接管理TCP连接的建立20TCP连接的释放3.TCP连接管理21本节课内容：计算机网络的关键技术1、CSMA/CD协议2、令牌环3、TCP连接管理4、拥塞控制5、交换方式6、停止等待协议22

拥塞（Congestion）是指到达通信子网中某一部分的分组数量过多，使得该部分网络来不及处理，以致引起这部分乃至整个网络性能下降的现象，严重时甚至会导致网络通信业务陷入停顿，即出现死锁（Deadlock）现象，最终导致网络有效吞吐量接近为零。4.拥塞控制

拥塞控制：高效。拥塞控制解决方案能够带来高的网络利用率。

所有相互竞争的数据流都有高的、端到端应用吞吐量和低的端到端延迟。公平。资源在相互竞争的数据流间公平地被分配。23轻负载队列形成拥塞崩溃4.拥塞控制244.1TCP慢启动+1(倍)½+1½restart254.2尾部丢弃

路由器的缓存管理方案用以决定何时丢弃报文以及丢弃哪些报文。最简单的方案是尾部丢弃（drop-tail）。在队列满之前报文都会被接收，队列满后所有报文都被丢弃，当队列空间重新可用才开始停止丢弃报文。

缺点不会尽早地通知拥塞（没有预警机制）会造成突发的报文丢失可能会造成流量的突发增减264.3随机早期检测（RED）基本思想：

监测并保持平均队列长度尽量小：足够小以保证延迟足够小；但同时又要足够大，这样当突发流量的负载产生一个临时的瓶颈时，才能保证瓶颈带宽的使用。机制描述：

如果平均队列长度qa<min，则报文直接转发。如果qa的取值在min在max之间，则报文以pa的概率丢弃。如果qa>max，则报文（总是）被丢弃。27本节课内容：计算机网络的关键技术1、CSMA/CD协议2、令牌环3、TCP连接管理4、拥塞控制5、交换方式6、停止等待协议28

电路交换(CircuitSwitching)是指数据传输期间，在源站点与目的站之间建立专用电路链接，数据传输结束之前，电路一直被占用，而不能被其他节点所使用。5.1电路交换295.1电路交换交换过程电路的建立数据的传输电路的拆除30

优点：1.实时性好，一旦线路建立，通信双方的所有资源（包括线路资源）均用于本次通信，除了少量的传输延迟之外，不再有其他延迟，具有较好的实时性。2.线路交换设备简单，不提供任何缓存装置。3.数据传输可靠，数据不会丢失且保持原来的序列。4.用户数据透明传输，要求收发双方自动进行速率匹配。5.1电路交换31

缺点：

1.交换前必须先建立连接，电路的建立、拆除时间长。特别是在数据传输阶段的持续时间短暂时，电路建立和拆除所用的时间得不偿失。

2.独占性：建立线路之后、释放线路之前，即使其他站点之间无任何数据可以传输，整个线路仍不允许通过其他站点进行传输，造成信道容量的浪费，线路的利用率低。

3.当用户终端或网络节点负荷过重时，可能出现呼叫不通的情况，即不能建立电路连接。5.1电路交换325.2报文交换报文是站点一次性要发送的数据块，其长度不限并且可变。报文交换方式不需在两个站点之间建立一条专用电路。33交换特点1.无呼叫建立和，消除了呼叫等待时间，链路利用率较高。2.在同一时间内，报文的传输只占用两个节点之间的一段线路。3.存储-转发式的发送技术引入了传播时延；引入了排队等待时延。5.2报文交换交换过程1.当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，途经的网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。2.每个节点在收到整个报文并检查无误后，就暂存这个报文，然后利用路由信息找出下一个节点的地址，再把整个报文传送给下一个节点。34

优点：1.电路利用率高；2.在电路交换网络上，当通信很大时，不能接受新的呼叫。而在报文交换网络上，仍然可以接收报文；3.报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路交换网络很难做到这一点。缺点：1.不能满足实时或交互式的通信要求，报文经过网络的延迟时间长而且不定。2.有时节点收到过多的数据而无空间存储或不能及时转发时，就不得不丢弃报文。5.2报文交换355.3分组交换

分组交换，又称包交换。它是报文交换的一种改进，它将报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限。36

优点1.把数据传送单位的最大长度限制在较小的范围内，这样每个节点所需要的存储量低了。2.分组是较小的传输单位，只有出错的分组才会被重发，因此大大降低了重发的比例和开销，提高了交换速度。3.源节点发出一个报文的第一个分组后，可以连续发第二个、第三个分组，这些分组在各个节点中被同时接收、处理和发送，而且可走不同的路径。这种并行性缩短了整体传输时间，并随时利用网络中流量分布的变化而确定尽可能快的路径。5.3分组交换37传输效率对比线路误码率：报文长度：1.报文交换能够被正确传输的概率：2.分组交换，报文被分成10个分组结论：整个报文平均要被传送将近3次。结论：每个分组平均被传送将近1.1次。5.3分组交换385.4三种交换方式总结39本节课内容：计算机网络的关键技术1、CSMA/CD协议2、令牌环3、TCP连接管理4、拥塞控制5、交换方式6、停止等待协议40完全理想化的数据传输：（1）链路是理想的传输信道，所传送的任何数据既不会出差错也不会丢失。（2）不管发送端以多快的速率发送数据，接收端总是来得及接收，并及时上交主机。6.停止等待协议41保留第一个假定：无差错。去掉第二个假定（总能接收全部发送数据），即是否正确接收数据需要接收端的确认。