吴静-第二章 数据通信基础知识(完)

第二章数据通信基础知识本章内容2.1数据通信系统2.2数据通信方式2.3数据传输技术2.4数据交换技术2.5流量控制2.6差错检测编码2.7传输介质2.8物理层接口及标准2.9宽带接入技术2.1数据通信系统2.1.1数据通信系统模型2.1.2数据通信的基本概念2.1.3数据通信的主要技术指标2.1.1数据通信系统模型信源变换器信道反变换器信宿发送端噪声源接收端简单的数据通信系统模型数据通信系统定义：指以计算机为中心，用通信线路连接分布在各地的而执行数据传输功能的系统基本作用：在两个实体之间交换数据基本组成三要素：信源、信道、信宿计算机或终端数据终端设备信源：信息发送端信宿：信息接收端信道：传输信息的通道有线信道、无线信道数字信道、模拟信道变换器作用是将信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。变换器一般有编码器或调制器反变换器作用是将接收到的信号恢复成发送端原来的信号，是变换器的反向功能。反变换器一般有译码器或解调器噪声源模拟数据和数字数据都可以转换为模拟信号或数字信号。编码：把数据变换为数字信号的过程译码：把数字信号变换为数据的过程调制：把数据变换为模拟信号的过程解调：把模拟信号变换为数据的过程2.1.2数据通信的基本概念数据：由数字、字符和符号等组成，是信息的载体数据没有实际含义信息：按一定要求以一定格式组织起来的、具有一定意义的数据信息有具体含义信号：信号是数据的具体物理表示，具有确定的物理描述，如电压、磁场强度等。电磁信号一般有模拟信号和数字信号两种形式数字信号：随时间离散变化的信号，如脉冲信号等模拟信号：随时间连续变化的信号，如正弦波信号等1011100码元：代表不同离散数值(状态)的基本波形码元代表的离散数值可以是多进制的，也可以是二进制的如：当使用二进制编码时，只有两种不同的码元，分别代表0状态和1状态码元代表的离散数值是多进制的情况如：传送“101011000110111010……”

方法一：直接传送每个码元携带1bit

码元代表的离散值是二进制的，两种码元

方法二：分组：“101,011,000,110,111,010……”

每个码元携带3bit

码元代表离散值是0~7(八进制)，八种码元可用8种不同的振幅、频率、相位进行调制

数据通信：定义：指信源和信宿之间传送数据信号的通信方式。狭义：指数字信号广义：包括数字信号和模拟信号数字通信：在通信信道中传送数字信号的通信方式模拟通信：在通信信道中传输模拟信号的通信方式数据通信与数字通信的区别？信源编码器信宿译码器信源编码器信宿译码器信源调制器信宿解调器数字信道数字信道模拟信道信源调制器信宿解调器模拟信道2.1.3数据通信的主要技术指标数据通信的主要技术指标：衡量数据传输的有效性和可靠性的参数衡量有效性的指标:

信道带宽和信道容量传输速率(数据传输速率、码元速率)

传输延迟衡量可靠性的指标:

误码率(1)信道带宽和信道容量信道带宽：信道具有的一定频率范围(频带宽度)按信道频率范围不同，可分为三类：

窄带信道——带宽为0~300Hz

音频信道——带宽为300~3400Hz

宽带信道——带宽为3400Hz以上

带宽分配？无线电微波红外线可见光紫外线X射线

射线双绞线同轴电缆卫星地面微波

调幅无线电

调频无线电

海事无线电光纤电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024

移动无线电电信领域使用的电磁波的频谱信道容量定义：指单位时间内信道所能传输的最大信息量，它表征信道的传输能力。表示方式：

a)以码元速率表示：指信道在单位时间内可传输的最大码元数，单位“波特”

b)以数据传输速率表示：指单位时间内最多可传输的二进制数的位数，单位“bit/s”信道容量和信道带宽的关系一般情况下，信道带宽越宽，一定时间内信道上传输的信息量就越多，则信道容量就越大，传输效率就越高。香农定理：在带宽受限、有高斯白噪声干扰的条件下：

C——信道容量，bit/s

W——信道带宽，Hz

N——噪声功率

S——信号功率

S/N——信噪比，一般用分贝(dB)作为度量单位C=Wlog2(1+S/N)信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)奈奎斯特准则：在带宽受限、无噪声干扰的条件下：

C——信道容量，bit/s

W——信道带宽，Hz

N——信道上传输信号可取离散值的个数(状态数)

log2N——信号所表示的二进制数据的位数数据传输速率R和码元速率B的关系最大码元速率BmaxC=2Wlog2NR=Blog2N因为Rmax=C，所以Bmax=2WRmax=Bmaxlog2N由题意知：10log10(S/N)=30

可得出：S/N=1000

根据香农公式：

最大数据传输率=3000log2(1+S/N)≈30K(bit/s)例1:电话系统的典型参数是信道带宽为3000Hz，信噪比为30dB，则该系统的最大数据传输速率是多少？例2：对于某带宽为4000Hz的低通信道，采用16种不同的状态来表示数据。

(1)按照奈奎斯特定理，信道的最大码元速率是多少？

最大传输速率是多少？

(2)如果信道的信噪比为30dB，按照香农定理，信道的

最大传输速率是多少？(1)最大码元速率Bmax=2×W=2×4000=8000(波特)

最大传输速率=Bmaxlog2N=8000log216=32K(bit/s)(2)由题知：10log10(S/N)=30

可得出：S/N=1000

最大传输速率=Wlog2(1+S/N)=4000log2(1+1000)

≈40K(bit/s)2.2数据通信方式2.2.1并行通信与串行通信2.2.2单工通信、半双工通信和全双工通信2.2.3异步传输与同步传输2.2.1并行通信与串行通信并行通信定义：指利用多根传输线将多位数据同时进行传送。特点：线路多、成本高适用场合：距离短、数据量大串行通信定义：指利用一条传输线将数据一位一位地按顺序（由低位到高位）分时传输特点：线路少、成本低适用场合：距离远、距离近且速度不高源目的01001100并行数据T源目的串行数据8T010011002.2.2单工通信、半双工通信和全双工通信全双工站A站B站A站B站A站B半双工单工单向分时、双向同时、双向2.2.3异步传输与同步传输异步传输异步是指发送端和接收端不使用共同的时钟，也不在数据中传输同步信号发送端和接收端必须约定数据帧格式和比特率起始位(1个)——每个数据帧开始传送的标志；低电平。数据帧格式数据位(5～8个)——紧跟着起始位传送；低位前，高位后。表示一个字符校验位(1个)——用于校验是否传送正确；可选。停止位(1.5/2个)——表示该数据帧传送结束；高电平。空闲位——传送数据帧之间的间隔；高电平。起始位校验位停止位空闲位数据位低位高位数据帧0/10/10/10/110111…空闲位下一个数据帧同步传输以一个数据帧为传输单位，每个数据帧附加起始和结束标志同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路比较复杂两种形式：

面向字符的同步传输、面向比特的同步传输~~~~起始标志数据数据数据结束标志例１:设数据帧为1个起始位、7个数据位、1个奇偶校验位和1个停止位，如果比特率为1200bps。用7位数据位代表一个字符，求每秒能传送的最多字符数是多少？不存在空闲位时，可传送的字符数最多1200/（1+7+1+1）＝120个2.3数据传输技术2.3.1基带传输、频带传输和宽带传输2.3.2数据编码与调制技术2.3.3多路复用技术2.3.1基带传输、频带传输和宽带传输1)基带传输基带信号：来自信源的电脉冲信号基带传输：在信道中直接传输基带信号的传输方式基带信号往往包含有较多的低频成分或直流成分，仅适合近距离传输。通常在进行远距离传输的模拟信道中，必须对基带信号进行调制(modulation)。

2)频带传输频带信号：将基带信号变换(调制)成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围(300～3400Hz)的信号频带传输：将频带信号在信道中传输的方式。频带传输实际上就是模拟传输频带传输的基础是载波频率恒定的模拟信号3)宽带传输宽带：包括大部分电磁波频谱宽带传输：将宽带信号在信道中传输的方式。2.3.2数据编码与调制技术编码与调制的原因：

数据在传输中容易产生误码编码和调制技术可使系统具有纠错能力和抗干扰能力可极大地避免码流传送中误码的发生编码与调制的任务：提高数据传输效率降低误码率信号是数据的具体表现形式数据与信号之间的四种组合：数字数据

模拟信号数字数据

数字信号模拟数据

数字信号模拟数据

模拟信号（一）数字数据调制为模拟信号数字数据可以由多种不同形式的电脉冲信号的波形来表示。要将基带信号(即数字数据)进行远程传输，必须先将其变换(调制)为频带信号(即模拟信号)，才能在模拟信道上传输。上述变换就是将数字数据调制为模拟信号的过程三种调制方法：1)幅度调制（AM）载波的振幅随基带数字信号而变化，简称调幅2)频率调制（FM）载波的频率随基带数字信号而变化，简称调频3)相位调制（PM）

载波的初始相位随基带数字信号而变化，简称调相010011100基带信号调幅调频调相对基带信号的三种调制波形（二）数字数据编码为数字信号

数字数据可以由多种不同形式的电脉冲信号的波形来表示。数字信号是离散的电压或电流的脉冲序列，由若干个码元组成表示数字数据的码元形式不同，则相应产生不同的编码方法(1)双极性码

在一个码元时间间隔内:发正电流表示二进制的“1”发负电流表示“0”正向幅度与负向幅度相等有归零型和不归零型之分(2)曼彻斯特编码在每一个码元时间间隔内:当发“0”时，在间隔的中间时刻电平从低向高跃变当发“1”时，在间隔的中间时刻电平从高向低跃变注意：也可采用相反的规定！曼彻斯特编码的波形图tA(3)差分曼彻斯特编码在每一个码元时间间隔内:

无论发“0”或发“1”，在间隔的中间都有电平的跃变。发“0”时，间隔开始时刻有跃变发“1”时，间隔开始时刻不跃变差分曼彻斯特编码的波形图tA例1：画出比特流01101100的双极性不归零码波形图、曼彻斯特编码波形图（码元1是先高后低）、差分曼彻斯特编码波形图At双极性不归零码波形图At曼彻斯特编码波形图At差分曼彻斯特编码波形图作业：如图是二进制序列的曼彻斯特编码，码元１是前低后高，试画出该二进制序列的差分曼彻斯特编码。曼彻斯特编码波形图二进制序列Ｔ(三)模拟数据编码为数字信号常用方法：脉冲编码调制(PCM)、增量调制(IM)PCM过程的三个步骤：

采样、量化、编码不考(1)采样定义把时间上连续的模拟数据转换成时间上离散信息，即在每隔固定长度的时间点上抽取模拟数据的瞬时值。采样定理当采样频率f≥2*模拟数据的频带宽度fmax

时，离散信息可以无失真地代表被取样的模拟数据。

(2)量化定义把采样得到的不同离散幅值，按照一定的量化级转换为对应的数值并取整数，得到离散信号的具体数值。量化级量化级即把离散幅值分为均匀的等级

量化级是2的整数次幂，如分为128级、256级等量化等级越高，表示离散信号的精度越高

(3)编码定义将量化后的离散值转换为一定位数的二进制数值。量化级为N时，对应的二进制位数为log2N

PCM编码过程2.3.3多路复用技术信道共享和多路复用技术产生原因多路复用：利用一条物理信道同时传输多路信息的过程。信道A1A2B1B2C1C2信道信道共享信道A1A2B1B2C1C2复用分用(a)不使用复用技术(b)使用复用技术

1)频分多路复用(FDM)

FDM：就是将具有一定带宽的信道分割为若干个有较小频带的子信道，每个子信道供一个用户使用。FDM的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源FDM子信道示意图频率时间子信道D子信道C子信道B子信道A可用频段2)时分多路复用(TDM)时分多路复用：将时间分成一个个等长的时分复用帧(TDM帧)，每帧再分为若干时隙，轮换地为多个用户使用。每个用户在每个TDM帧中占用固定序号的时隙，这些时隙组成一个子信道TDM的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。TDM子信道示意图频率时间BCDBCDBCDBCDAAAATDM帧TDM帧TDM帧TDM帧可用频段组成子信道A的时隙TDM分为两种：同步时分多路复用

分配给每个用户的时隙固定，空闲时隙不能被其它用户占用异步时分多路复用(又称统计时分多路复用STDM)

动态分配时隙，空闲时隙可以被其它用户占用3)波分多路复用(WDM)WDM相当于光的频分复用WDM指在一根光纤上能同时传送多个波长（频率）不同的光载波的复用技术不考4)码分多路复用(CDM)CDM是基于码型分割信道的共享信道方法常用名词是码分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。每个用户在同样的时间使用同样的频带通信各用户使用不同码型，彼此不会造成干扰每个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片(chip)码片序列(chipsequence)每个站被指派一个唯一的mbit码片序列。如发送比特1，则发送自己的mbit码片序列如发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码例如，S站的8bit码片序列是00011011发送比特1时，就发送序列00011011发送比特0时，就发送序列11100100将码片中的0写为-1,1写为+1，上述S站的码片序列可写为：(–1–1–1+1+1–1+1+1)CDMA的重要特点每个站分配的码片序列特点必须各不相同必须互相正交码片序列的正交关系令向量S表示站S的码片向量令向量T表示其它任何站的码片向量两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积都是0：

例：令向量S为(–1–1–1+1+1–1+1+1)，向量T为(–1–1+1–1+1+1

+1–1)，

S与T是否正交？

解：把向量S和T的各分量值代入上式就可看出这两个码片序列是正交的。

任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1。一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是–1。

正交关系的另一个重要特性ååå====±===·mimiimiiimSmSSm112211)1(111SSååå======·mimimi=1m(-Si2)m(Si)反Sim11)－1(111S反S－1CDMA的工作原理S站的码片序列S110ttttttm

个码片tS站发送的信号SxT站发送的信号Tx总的发送信号Sx+Tx规格化内积S

Sx规格化内积S

Tx数据码元比特发送端接收端S

(Sx+Tx)=S

Sx+S

Tx=S

Sx=

+1S站发送位1-1S站发送位00S站没发送数据例1：共有3个站进行CDMA通信，3个站的码片序列分别为：A(-1-1-1+1+1-1+1+1),B(-1-1+1-1+1+1+1-1),C(-1+1-1+1+1+1-1-1),现收到这样的码片序列X(-1+1-3+1-1-3+1+1),那么，A、B、C3个站分别发送了什么数据呢？所以，A站发送的是位1å=·8i=1XiAi81XA=+1·XB=-1所以，B站发送的是位0·XC=0所以，C站未发送数据例2：在一个CDMA移动通信系统中，A、B、C站分配的码片序列分别为(-1-1-1+1+1-1+1+1)、(-1-1+1-1+1+1+1-1)和(-1+1-1+1+1+1-1-1)，某一时刻A发送数据位0，B发送数据1，C未发送，则接收C站信息的接收者收到的信号是什么？解：A要发送位0，则将其码片反码的序列发送出去，即发送(+1+1+1-1-1+1-1-1)B要发送位1，则将其码片序列发送出去，即发送

(-1-1+1-1+1+1+1-1)C未发送数据收到的信号是双极性信号线性相加的结果，即

(+1+1+1-1-1+1-1-1)+(-1-1+1-1+1+1+1-1)=(00+2-20+20-2)作业：

共有4个站进行码分多址CDMA通信。4个站的码片序列为：

A:(-1-1-1+1+1-1+1+1)

B:(-1-1+1-1+1+1+1-1)

C:(-1+1-1+1+1+1-1-1)

D:(-1+1-1-1-1-1+1-1)

现收到这样的码片序列:(-1+1-3+1-1-3+1+1)。问哪个站发送数据了？发送数据的站发送的是1还是0？2.4数据交换技术“交换”的含义从字面上看，“交换”就是转发从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路资源。

常用的数据交换技术电路交换、报文交换、分组交换2.4.1.电路交换技术电路交换的三个阶段：建立电路传输数据拆除电路A和B通话经过四个交换机通话在A到B的连接上进行((((交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换过程电路交换的特点有电路的建立和拆除过程电路建立以后为专用线路实时性好出现的问题计算机数据具有突发性这导致专用线路的利用率很低2.4.2报文交换技术以报文为单位交换信息。报文交换特点无呼叫建立和专用线路存储-转发式的发送技术报文交换过程

发送报文传输暂存-转发传输暂存-转发传输接收报文与电路交换比较，优点为不存在专用线路，线路利用率较高系统很容易把一个报文送到多个目的站点出现的问题报文传输延迟较长(特别是发生传输错误后)不能满足实时或交互式通信要求2.4.3分组交换技术基本思想数据分组路由选择存储转发分组交换特点无呼叫建立和专用通路存储-转发式的发送技术数据分成分组进行发送报文1101000110101010110101011100010011010010报文较长，不便于传输(1)数据分组数据段1数据段2数据段3报文第一步：在发送端，先把较长的报文分成若干个较短的、长度固定的数据段数据段1数据段2数据段3报文第二步：每个数据段前面添加上首部构成分组首部首部首部分组

1分组

2分组

3请注意：现在左边是“前面”第三步：以“分组”作为数据传输单元，依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）数据段1首部分组1数据段2首部分组

2数据段3首部分组

3分组首部的重要性每一个分组的首部都含有地址等控制信息。每个结点交换机根据收到的分组首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。第四步：接收端收到分组后剥去首部还原成报文数据段1首部分组

1数据段2首部分组

2数据段3首部分组

3收到的数据数据数据数据第五步：在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。这里，假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。报文1101000110101010110101011100010011010010H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1向H5

发送分组H2向H6

发送分组注意分组路径的变化！路由器主机(2)路由选择(3)存储转发H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

发送分组路由器主机在路由器

E

暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机

H5在路由器

C

暂存查找转发表找到转发的端口在路由器

A

暂存查找转发表找到转发的端口分组交换优点：传输延迟小，提高了传输速率出错概率小，出错时重传分组比报文开销小降低对网络结点存储容量的要求分组在不同链路并发传送，提高了传输效率和线路利用率分组交换出现的问题：分组封装与重组会产生一定的开销

三种交换方式的数据传输过程P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文ABCDABCDABCD报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放数据传送的特点比特流直达终点报文报文报文分组分组分组存储转发存储转发存储转发存储转发设共k段链路，每段链路传播时延为d秒，报文长度为l，每段链路发送速率为v，电路建立时间为s，结点处理和排队时延忽略不计。分组长度为p，分组首部为m。电路交换时延电路建立时间+发送报文时延+k段传播时延=s+l/v+kd报文交换时延

k个结点发送报文时延+k段传播时延=kl/v+kd分组交换时延

设需划分n个分组，l/(p-m)若能整除，则n=l/(p-m)，否则n=l/(p-m)+1，此时分组交换时延为；第1个分组的k段发送时延+第1个分组的k段传播时延+n-1个分组的1段发送时延=kp/v+kd+(n-1)p/v三种交换技术对比电路交换存在呼叫建立，专用线路不传送数据时浪费资源。报文交换没有呼叫建立，只有发送数据时才占用线路，但传输延迟较长分组交换除了报文交换的特点外，还有传输延迟小的优点例1：在图2.8所示的采用“存储-转发”方式分组的交换网络中，所有链路的数据传输速度为100Mbps，分组大小为1000B，其中分组头大小为20B，若主机H1向主机H2发送一个大小为980000B的文件，则在不考虑分组拆装时间和传播延迟的情况下，从H1发送到H2接收完为止，需要的时间至少是多少？2010年全国考研题H1H2划分分组数为：980000/(1000-20)=1000对于每个分组发送时延：(1000*8)/(100*106)=0.08ms总的时间至少为：0.08*3+0.08*999=80.16ms作业：

要传送的报文共1024bit，从源站到目的站共经过3段链路，每段链路的传播时延为10ms，数据率为1Mbps。在电路交换时电路的建立时间为100ms。在分组交换时，分组长度为672bit，首部长度为160bit，且各结点的排队等待时间可忽略不计。

(1)计算在电路交换时的时延

(2)计算在分组交换时的时延2.5流量控制流量控制：指控制发送方的发送能力不超过接收方的接收能力常见的流量控制协议包括：停止-等待协议连续ARQ协议选择重传ARQ协议采用滑动窗口机制2.5.1停止-等待协议常称为自动重传请求ARQ(AutomaticRepeatreQuest)协议描述：当发送方发送完一个数据帧后，便等待接收方发回的确认帧只有当确认帧到达后，才能发送下一个数据帧若计时器超时而仍未收到确认帧，则重传刚刚发送过的数据帧。超时重传M1

(a)无差错情况A发送M1确认M1B发送M2发送M3确认M2确认M3A发送M1B发送M2确认M1丢弃有差错的数据帧(b)超时重传ttttA发送M1B超时重传M1发送M2丢弃重复的M1重传确认M1

(a)确认丢失确认M1A发送M1B超时重传M1发送M2丢弃重复的M1重传确认M1

(b)确认迟到确认M1收下迟到的确认,但什么也不做tttt超时重传发送方每发送一个数据帧，就对这个数据帧设置一次超时计时器。只要超时计时器设置的重传时间已到，但发送方还没有收到接收方的确认，就要向接收方重传这个数据帧。请注意在发送完一个数据帧后，必须暂时保留已发送数据帧的副本。数据帧和确认帧都必须进行编号，并且序号循环使用。超时计时器的重传时间应当比数据帧的平均往返时延更长一些。ack2ack1ack0发送方接收方0112时间时间0E12超时重传出错2.5.2连续ARQ协议协议提出原因

改进停止-等待协议——提高信道利用率协议描述数据帧按序从发送方流向接收方发送方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出错帧处理方法：接收方等待发送方重发该帧，对其它发送方发来的帧均丢弃，发送方重发包括该帧在内的后面N帧附加说明连续ARQ协议又叫后退N帧ARQ协议(GoBackN,GBN)接收方可以累计确认ack62013423401EDD2345656发送方接收方重传2~4┏━━━━┓ack0ack1ack2ack3ack4出错被丢弃的数据帧超时间隔ack52.5.3选择重传ARQ协议选择重传(SelectiveRepeat)协议(SR)协议提出原因：改进连续ARQ协议——减少重传帧数，设法只重传出错的数据帧协议描述：出错帧的处理方法接收方发现某帧出错后，接收方对后面传来的帧不丢弃，而是把它们放在一个缓冲区中发送方只对出错帧进行重传接收方收到重传帧后，就将已收到的其余帧一起按正确的顺序递交网络层，且只对最高序号帧进行确认。2013425601E342567878发送端接收端重传┏━┓超时间隔ack0ack1ack4ack5ack6ack7ack8出错被缓冲的数据帧将2~4传给网络层2.5.4滑动窗口机制滑动窗口机制是从发送和接收两方面限制用户资源需求，并通过接收方来控制发送方的数量发送方在发送窗口尺寸允许下，一次可连续发送多个数据帧接收方在接收窗口尺寸允许下，可接收多个数据帧，并对多个数据帧一次进行确认发送窗口和接收窗口发送窗口发送窗口是指发送方允许连续发送数据帧的序列表发送窗口的大小限制了发送方的已发送但未被确认的数据帧的数目。接收窗口接收窗口是指接收方允许接收数据帧的序列表凡是到达接收窗口内的数据帧才被接收，在窗口外的其它数据帧被丢弃窗口滑动方法发送窗口滑动方法发送方收到确认ACKi(i为接收方期望收到的序号)后，将发送窗口向前滑动到起始序号为i的位置，然后根据收到的接收窗口大小来设置发送窗口大小接收窗口滑动方法接收方对按序收到数据中的最高序号j(j为接收方最后正确接收的序号)给出确认ACKj+1，然后将接收窗口向前滑动到起始序号为j+1的位置窗口的滑动过程前移不允许发送已发送并收到确认A的发送窗口=20允许发送的序号26272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556B期望收到的序号31前沿后沿前移收缩根据B给出的确认号31,接收窗口大小20A构造出自己的发送窗口TCP标准强烈不赞成发送窗口前沿向后收缩不允许发送已发送并收到确认A的发送窗口位置不变允许发送但尚未发送262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已发送但未收到确认56P1P2P3不允许接收已发送确认并交付主机B的接收窗口允许接收26272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556未按序收到可用窗口A发送了11个数据帧P3–P1=A的发送窗口(又称为通知窗口)P2–P1=已发送但尚未收到确认的数据帧P3–P2=允许发送但尚未发送的数据帧(又称可用窗口或有效窗口)注意:B只能对按序收到的数据的最高序号给出确认确认号？允许发送但尚未发送A的发送窗口向前滑动262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已发送并收到确认不允许发送已发送但未收到确认56P1P2P3允许接收B的接收窗口向前滑动262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已发送确认并交付主机不允许接收56未按序收到A收到新的确认号34，接收窗口大小20，发送窗口向前滑动，可用窗口增大先存下，等待缺少的数据的到达B收到31号帧，把31~33号帧交付给主机，接收窗口向前移动3个序号，并给A发确认不允许发送已发送并收到确认A的发送窗口已满，可用窗口为零262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已发送但未收到确认56P1P2P3A的发送窗口内的序号都已用完，但还没有再收到确认，必须停止发送。ACK=1,ack=601,rwnd=0ACK=1,ack=501,rwnd=100ACK=1,ack=201,rwnd=300seq=1,DATAseq=201,DATAseq=401,DATAseq=301,DATAseq=101,DATAseq=201,DATAseq=501,DATAAB允许A发送序号201至500共300帧A发送了序号101至200，还能发送200帧A发送了序号301至400，还能再发送100帧新数据A发送了序号1至100，还能发送300帧A发送了序号401至500，不能再发送新数据了A超时重传旧的数据，但不能发送新的数据允许A发送序号501至600共100帧A发送了序号501至600，不能再发送了不允许A再发送（到序号600为止的数据都收到了）丢失！利用滑动窗口进行流量控制举例A向B发送数据。在连接建立时，

B告诉A：“我的接收窗口rwnd=400（数据帧）”。流量控制各协议的窗口大小发送窗口大小接收窗口大小停止-等待协议11连续ARQ协议N1选择重传ARQ协议NM最大窗口尺寸问题讨论设帧序号位数为Q，发送窗口大小为WT，接收窗口大小为WR，为了能区分出新帧和重传帧，需满足如下条件:停止-等待协议

Q=1，则WT和WR只能为1，满足WT+WR≤2Q连续ARQ协议

WR只能为1，由WT+WR≤2Q可知，WT≤2Q-1

选择重传ARQ协议WT+WR≤2QWT+WR≤2QWT≤WR不考虑拥塞控制，WT=WR≤2Q-1考虑拥塞控制，请自行讨论?帧序号位数为3，发送窗口WT和接收窗口WR的大小都为7，则会出现如下情况：发送方0123456701234567接收方0123456701234567发送方0123456701234567接收方0123456701234567数据帧正确接收发送方0123456701234567接收方0123456701234567确认帧丢失012345重叠帧信道利用率问题讨论设发送一个数据帧时延TD，往返时延RTT，发送一个确认帧时延TA(常忽略不计)，信道利用率为U停止-等待协议连续ARQ协议和选择重传ARQ协议设发送窗口大小为P，并且满足PTD≤TD+RTT+TA

U=TD/(TD+RTT+TA)U=PTD/(TD+RTT+TA)U=TD/(TD+RTT)不计TAU=PTD/(TD+RTT)不计TA三个协议的发送周期相同不考例1：若采用后退N帧ARQ协议进行流量控制，帧编号字段为7位，则发送窗口的最大尺寸为()A.7B.8C.127D.128例2：数据链路层采用GoBackn方式进行流量控制，发送方已经发送了编号为0~6的帧。当计时器超时时，1号帧的确认还没有返回，则发送方需要重发的帧数是()A.1B.2C.5D.6例3：在选择重传协议(SR)中，当帧的序号字段为3比特，为保证新滑动的窗口与旧的窗口不产生帧编号的重叠，则发送窗口的最大尺寸是()A.2B.4C.6D.8例4：数据链路层采用选择重传协议(SR)传输数据，发送方已发送了0~3号数据帧，现0、2号帧依次超时，则此时需要重传的帧数是()A.1B.2C.3D.4CDBB例5：在数据传输速率为100Kbps的卫星信道上发送长度为1Kb的帧，单程传播时延为0.27s。假设确认总是由数据帧捎带，帧头很短，帧序号的长度为3bit。对于下列三种协议，可以取得的最大信道利用率是多少？

(1)停止-等待协议(2)连续ARQ协议(3)选择重传ARQ协议解：三种协议的发送周期相同，均为

1/100+0.27+1/100+0.27=0.56s(1)发送一个数据帧的时间为1/100=0.01s

故U1=0.01/0.56=1.8%(2)发送窗口最大值为23-1=7

故U2=0.01*7/0.56=12.5%(3)发送窗口最大值为23-1=4

故U3=0.01*4/0.56=7.1%不考作业：1.数据链路层采用了后退N帧(GBN)协议，发送方已经发送了编号为0~7的帧。当计时器超时时，若发送方只收到0、2、3号帧的确认，则发送方需要重发的帧数是()A.2B.3C.4D.52.P512(6)不考2.6差错检测编码基本思想发送端通过对信息序列进行某种变换，使原来彼此独立的、没有相关性的信息码产生某种相关性接收端据此来检查和纠正传输信息序列中的差错。常用的差错检测编码奇偶校验码校验和循环冗余校验码2.6.1奇偶校验码奇偶校验码是一种最简单的检错码只能对付少量的随机性错误奇偶校验定义：在原数据位后附加一个检验位(冗余位)，使得在附加后的整个数据码中的“1”的个数成为奇数或偶数，分别称为奇校验或偶校验。奇偶校验过程发送端先将要传送的数据分组(一个字符[异步时]或若干个字符[同步时])，然后在每一组后增加校验位[异步时]或校验字符[同步时]接收端按同样规律进行检验，如发现不符，则有错，否则认为传输正确。不考奇偶校验分为三类水平奇偶校验垂直奇偶校验水平垂直奇偶校验水平奇偶校验主要用于异步传输信息字段：以字符为单位检验对象：一个字符检验字段：一个二进制位(称为水平校验位)传送顺序：水平校验位附加在字符之后传输垂直奇偶校验主要用于同步传输信息字段：一组(由多个字符构成)为单位校验对象：对组中每个字符的相同位(构成一列)进行奇偶校验检验字段：校验位形成的校验字符(若干位垂直校验位)传送顺序：检验字符附加在信息分组之后传输水平垂直奇偶校验

把水平和垂直两个方向的奇偶校验结合起来字符信息比特水平偶校验位7654321A10000010B10000100C10000111D10001000E10001011F10001101G10001110垂直偶校验位1000000水平垂直偶校验码表检测能力水平或垂直奇偶校验只能检测出奇数个错误，而不能检测出偶数个位错水平垂直校验能检测出大多数偶数个位错2.6.2校验和能检测突发性的位串出错网络层协议IP、运输层协议TCP/UDP等都采用互联网校验和来对报头进行差错检测不考互联网校验和计算方法

发送方

(1)把报头中的校验和字段置为0(2)将报头视为二进制16位整数流，如果长度不足，则补若干个0凑足16位整数倍

(3)对报头内的每个16位二进制数进行反码求和

(4)所有16位全部加完后，将求和结果取反填入校验和字段中，并将数据与校验和一起发送出去

接收方

(1)收到数据后，同样对报头中的每个16位二进制数进行反码求和

(2)如果计算的结果为全1，则传输正确；否则，出错反码求和的运算规则从低位到高位逐列进行计算若有进位，加到左一列高位若最高位相加后产生进位，则得到的结果要加1发送方接收方16位字116位字2置为全0检验和16位字n16位反码算术运算求和……取反码报头数据报16位检验和16位字116位字216位检验和16位字n16位反码算术运算求和结果……数据部分若结果为全1,则正确；否则，传输出错数据部分不参与检验和的计算CRC码由要传送的k位信息码后附加r位校验序列码(冗余码)构成CRC码采用多项式编码方法被处理的数据可看作是一个n阶的二进制多项式，如一个8位二进制数10110101可表示为：1x7+0x6+1x5+1x4+0x3+1x2+0x+12.6.3循环冗余校验码(CRC码)第一步：求r位校验序列码设k位信息码多项式为M(x)发送方和接收方约定的r

阶生成多项式为G(x)在信息码末尾添加r个0,则其对应的多项式变为m(x)=xrM(x)用模2除法进行m(x)/G(x)运算,获得商Q(x)和余数R(x),则m(x)=G(x)*Q(x)+R(x)

这里，R(x)对应数据为r位校验序列码循环冗余校验方法第二步：求CRC码令T(x)=m(x)+R(x)，T(x)对应数据为CRC码发送CRC码第三步：检验设接收端收到的数据多项式为T’(x)，将T’(x)除以G(x)，若余数为0则传输数据正确，否则错误M(x)=pk-1xk-1+pk-2xk-2+…+p0x0pk-1pk-2…p0m(x)=xrM(x)=pk+r-1xk+r-1+…+prxr+0xr-1…+0x0r项pk+r-1…pr0…0r位G(x)=yrxr+yr-1xr-1+…+y0x0商Q(x)=qk-1xk-1+…+q0x0余数R(x)=lr-1xr-1+…+l0x0yryr-1…y0m(x)/G(x)商qk-1…q0余数lr-1…l0pk+r-1…pr0…0yryr-1…y0T(x)=m(x)+R(x)=pk+r-1xk+r-1+…+prxr+lr-1xr-1+…+l0x0=pk+r-1…prlr-1…l0pk+r-1…pr0…0+lr-1…l0模2运算法则模2加法——相当于异或运算

0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=0模2减法——按照模2加法规则运算

0–0=0,0–1=1,1–0=1,1–1=0模2除法——部分余数首位为1,则商为1，否则商为0。例：信息序列为1100，生成多项式为g(x)=x3+x+1，求CRC码的检验序列码，并验证收到CRC码1101010的正确性。解：M(x)=x3+x2

1100

G(x)=x3+x+11011

m(x)=xrM(x)=x3(x3+x2)=x6+x5

1100000

m(x)/G(x):R(x)=x1100000/1011的余数为010r位检验序列码为010

T(x)=m(x)+R(x)=x6+x5+x1100000+010=1100010

则对应CRC码为1100010验证：T’(x)/G(x):1101010/1011余数11，不正确1011111100000101111011011011011011001001100000/1011结果：商为1110，余数为010(取r=3位)1若信息码字为11100011，生成多项式G(x)=x5+x4+x+1，则计算出的CRC检验码为()A.01101B.11010C.001101D.00110102信息位串为1010001，若G(x)=x4+x2+x+1,求CRC码。3采用生成多项式x6+x4+x+1发送的报文到达接收方为101011000110，所接收的报文是否正确？试说明理由作业：2.7传输介质2.7.1有线传输介质2.7.2无线传输介质2.7.1有线传输介质(1)双绞线双绞线：两根绝缘铜导线拧成有规则的螺旋形导线通常一对线作为一条通信线路若干对双绞线构成一根电缆导体绝缘体一对绞线(双绞线)填充物外壳铜线铜线聚氯乙烯套层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝缘层非屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线STP双绞线分类：屏蔽双绞线STP(ShieldedTwisted-Pair)非屏蔽双绞线UTP(UnshieldedTwisted-Pair)常用双绞线的分