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计算机网络技术 聊城大学环境与规划学院2007年1月 第六讲 1 3 4差错检测与控制 例子 对四位有效信息1100做循环冗余校验码 选择生成多项式G x 为1011 k 3 1 M x x3 x2 C3x3 C2x2 C x C 2 M x x3 x6 x5 1100000 k 3 左移三位 3 模2除 M x xk G x 1100000 1011 1110 010 1011 即余数R x 010 4 模2加 得到T x M x x3 R x 1100000 010 1100010 1 3传输技术 1 3 4差错检测与控制 CRC循环码的出错模式 G x 1011 1 3传输技术 1 3 4差错检测与控制 循环码 的来历 例 G x 1011 M x 1100 若接收端收到的码字为1100110 用G x 1011做模2除得到一个不为0的余数100 说明D3位传输有错 将此余数继续补0用G x 1011作模2除 同时让码字循环左移 做了4次后 得到余数为101 这时码字也循环左移4位 说明出错位已移到最高位D7位 将最高位1取反后再将它循环左移3位 补足7次 出错位回到D3位 就成为一个正确的码字1100010 1 3传输技术 1 3 4差错检测与控制 生成多项式G x 应满足的要求 最高位和最低位同时为1 任何一位发生错误都应使余数不为0 不同位发生错误应使余数不同 对余数继续做模2除运算应使余数循环 1 3传输技术 1 3 4差错检测与控制 常用的标准生成多项式有以下几种 CRC ITU T G x x16 x12 x 1CRC 12 G x x12 x11 x x x 1CRC 16 G x x16 x15 x 1CRC 32 G x x32 x26 x23 x22 x16 x12 x11 x10 x x x x x x 1 1 3传输技术 1 3 3数据信号与信道的匹配 说明最基本的几种调制方法的特点 试绘出二进制数据01011001的下列编码波形 单极性不归零编码 双极性归零编码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码 数字信号的编码方式有哪几种 1 3传输技术 习题与思考题 1 3 4差错检测与控制 3 差错控制协议 在计算机通信中 一般都要求有极低的比特差错率 为此广泛地使用了编码技术 主要有两大类 前向纠错 开销较大 不适合于计算机通信 检错重发 在计算机通信中是最常用的 由于发送方对出错的数据帧进行重复是自动进行的 所以这种差错控制体制常简称为ARQ AutomaticRepeatreQuest 直译是自动重复请求 意思是自动请求重发 1 3 4差错检测与控制 1 停等ARQ协议基本原理是发送方根据应答信号来确定接下来发送数据帧的情况 DATA0 ACK ACK ACK DATA2 DATA1 出错 a 正常情况 b 数据帧出错 送主机 A B 送主机 送主机 DATA0 ACK NAK ACK DATA1 DATA1 送主机 A B 送主机 重传 1 3 4差错检测与控制 DATA0 ACK ACK DATA1 DATA1 丢失 DATA0 ACK ACK ACK DATA1 DATA1 丢失 c 数据帧丢失 d 应答帧丢失 送主机 送主机 丢弃 送主机 送主机 A A B B tout tout 1 停等ARQ协议 要解决的两个问题 1 3 4差错检测与控制 优点 比较简单 缺点 通信信道的利用率不高 也就是说 信道还远远没有被数据比特填满 为了克服这一缺点 就产生了另外两种协议 即连续ARQ和选择重传ARQ 停止等待协议ARQ的优缺点 1 3 4差错检测与控制 提示 停止等待ARQ协议的信道利用率不高 解决思路 允许发送方不等确认帧返回就连续发送多个数据帧 连续ARQ协议的基本思想 2 连续ARQ协议 允许多少帧 这要引入一定的技术 算法 加以控制 1 3 4差错检测与控制 在发送完一个数据帧后 不是停下来等待应答帧 ACK 而是可以连续再发送若干个数据帧 如果这时收到了接收方发来的确认帧 那么还可以接着发送数据帧 由于减少了等待时间 整个通信的吞吐量就提高了 若传输信道的传输质量很差因而误码率较大时 连续ARQ不一定优于停止等待协议 连续ARQ协议的基本原理 1 3 4差错检测与控制 1 3 4差错检测与控制 0 1 2 3 4 5 2 3 4 5 ACK0 ACK1 NAK2 ACK2 ACK3 丢弃 当发送方发现前面某一数据帧未收到确认信息而计时器已经超时后 就会重发该帧以及随后的N个数据帧 1 3 4差错检测与控制 为了进一步提高信道的利用率 可设法只重传出现差错的数据帧或者是定时器超时的数据帧 但这时必须加大收方的缓冲区 以便先收下发送序号不连续但仍处在缓冲区中的那些数据帧 等到所缺序号的数据帧收到后再一并送交主机 3 选择重传ARQ协议 1 3 4差错检测与控制 1 3 5流量控制与滑动窗口协议 拥塞与死锁网上传输的数据量增加到一定程度时 网络的吞吐量下降 网络的性能变坏 这种情况就叫拥塞 拥塞的连锁反应将很快波及全网 使通信无法进行 网络的这种状态叫做 死锁 这就要采用流量控制技术来避免 典型的是滑动窗口协议 1 3 5流量控制与滑动窗口协议 其主要思想是允许连续发送多个被给予顺序编号的帧 而无需等待应答 发送方和接收方通过滑动窗口机制实现流量控制 发送窗口 接收窗口 滑动窗口协议 1 3 5流量控制与滑动窗口协议 发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口 发送窗口用来对发送端进行流量控制 发送窗口的大小WT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据帧 下面用数据单元采用模8编码 发送窗口的大小为5 接收窗口的大小为4 来说明滑动窗口协议的工作原理 发送端设置发送窗口 不允许发送这些帧 允许发送5个帧 1 3 5流量控制与滑动窗口协议 在接收端只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下 若接收到的数据帧落在接收窗口之外 则一律将其丢弃 只有当收到的帧的序号与接收窗口一致时才能接收该帧 否则 就丢弃它 每收到一个序号正确的帧 接收窗口就向前 即向右方 滑动一个帧的位置 同时发送对该帧的确认 接收端设置接收窗口 1 3 5流量控制与滑动窗口协议 不允许接收这些帧 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 WR 准备接收0 3号帧 a 不允许接收这些帧 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 WR 准备接收1 4号帧 已收到 b 不允许接收这些帧 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 WR 准备接收4 7号帧 已收到 c 1 3 5流量控制与滑动窗口协议 滑动窗口的重要特性 只有在接收窗口向前滑动时 与此同时也发送了确认 发送窗口才有可能向前滑动 收发两端的窗口按照以上规律不断地向前滑动 因此这种协议称为滑动窗口协议 当发送窗口和接收窗口的大小都等于1时 就是停止等待协议 1 3 5流量控制与滑动窗口协议 举例 发送窗口WT 5 接收窗口WR 1 1 3 6信道的多路复用技术 1 多路复用技术的原因及含义 1 减少远距离通信时的线路开支 2 降低单路信号通信时的线路带宽的浪费 3 所谓的多路复用技术 是指将多路信号在单一的传输线路上同时传输的技术 1 3 6信道的多路复用技术 复用 多个信息源共享一个公共信道为何要复用 提高线路利用率适用场合 当信道的传输能力大于每个信源的平均传输需求时类比 公共运输系统 铁路 海运 航空 1 3 6信道的多路复用技术 复用类型频分复用FDM FrequencyDivisionMultiplexing 时分复用TDM TimeDivisionMultiplexing 波分复用WDM WaveDivisionMultiplexing 1 3 6信道的多路复用技术 1 频分多路复用 FDM 典型应用 无线广播 无线 有线 电视 特点 发射端在发射之前先将原始信号用频率调制到对应的频段 称为 频谱搬移 各频带的带宽中预留有 保护带 以防相邻频段信号的串扰 一般用于 模拟信号 传输中 1 3 6信道的多路复用技术 1 3 6信道的多路复用技术 2 时分多路复用 TDM 是以信道传输时间作为分割对象 通过为多个信道分配互不重叠的时间片来实现多路复用 主要用于电话主干线路 同步时分复用 STM 将一条共享传输线路上的时隙按固定 预先决定好的形式分配给设备 1 3 6信道的多路复用技术 A2 A1 A3 原始信号 D2 D1 D3 数字化信号 复用后数据 时隙号 1 2 3 1 D3 D2 D1 STM适用于数字信号传输 时间片1 时间片2 D1 时隙 D2 2 1 3 6信道的多路复用技术 2 异步时分复用 ATM 将一条共享传输路线上的时隙动态 按需分配给设备的一种时分复用技术 STM的缺点 某用户无数据发送 其他用户也不能占用该通道 将会造成带宽浪费 改进 异步时分多路复用 ATM 用户不固定占用某个通道 有空槽就将数据放入 1 3 6信道的多路复用技术 1 3 6信道的多路复用技术 T 标准 北美 日本 E 标准 欧洲 中国 南美 E1 一次群 标准每125us为一个时间片 每时间片分为32个通道 通道0用于同步 通道16用于信令 其他30个通道用于传输30个PCM话音数据 E1速率 32x8bit 125us 2 048Mb s对E1进一步复用 还可构成E2 E3 E4和E5 E5可承载7680个话路 数据率约为565Mbit s 实例 时分复用 数字载波复用标准 1 3 6信道的多路复用技术 是在一根光纤上能同时传送多个波长不同的光载波信号的复用技术 通过WDM 将光纤信道分为多个波段 每个波段传输一种波长的光信号 这样在一根光纤上可同时传输多个不同波长的光信号 光信号具有不同波长 波分多路复用利用了衍射光栅来实现不同光波的合成和分解 发送端的波分复用设备叫合波器 它将不同信道的信号调制成不同波长的光 并复用到一条光纤信道上 接收端的波分复用设备叫分波器 它分