第2章 端到端传输协议.doc

第2章 端到端传输协议 第二章端到端的传输协议Fundamental ofCommunication Networks通信网络基础2018/10/16第1章通信网络概论2引言 (1)?不同层次的传输协议均期望提供可靠的数据传输； （1）标识高层送下来的数据分组的起止位置； （2）发现传输中的错误。 ?根据通信双方所处位置的不同，采用的消除错误的解决方法（协议）不同 （1）通信双方通过一条物理链路直接相连，链路层协议解决数据帧的传输错误； （2）通信双方处于一个子网内，通过多条数据链路相连，网络层的端到端传输协议解决分组的传输错误； （3）通信双方处于不同子网内，需要采用运输层的端到端传输协议解决报文的传输错误。 2018/10/16第1章通信网络概论3引言数据链路层?物理层通常只负责比特的传输，而不对比特的含义和作用进行区分。 ?当数据链路层将网络层的分组连续送到物理层进行传输时，或是接收到物理层的比特数据送至网络层时，需要解决几个问题 （1）什么时刻是一帧的开始？ （2）什么时刻是一帧的结束？ （3）那一段传输的是用于差错校验的比特？解决方法数据链路层的组帧技术。 组帧面向上层（封装）和下层。 2018/10/16第1章通信网络概论4第二章内容概述?2.1组帧技术2.1.1面向字符的组帧技术2.1.2面向比特的组帧技术2.1.3采用长度计数的组帧技术?2.2链路层的差错控制技术2.2.1差错控制2.2.2ARQ协议2.2.3最佳帧长2.2.4常用的纠错编码?2.3标准数据链路控制协议及其初始化?2.4网络层和运输层的点对点传输协议2018/10/16第1章通信网络概论5第二章内容概述?2.1组帧技术2.1.1面向字符的组帧技术2.1.2面向比特的组帧技术2.1.3采用长度计数的组帧技术?2.2链路层的差错控制技术2.2.1差错控制2.2.2ARQ协议2.2.3最佳帧长2.2.4常用的纠错编码?2.3标准数据链路控制协议及其初始化?2.4网络层和运输层的点对点传输协议*重点掌握组帧的思想。 2018/10/16第1章通信网络概论62.1.1面向字符的组帧技术 (1)?面向字符的组帧技术指物理层传输的基本单元是一个字符，并形成具有一定格式的字符串。 （1字符=1字节=8比特）?在物理层，有多种方式实现字符的传输。 例如RS-232C异步串行接口协议。 该协议在传送每个字符前后分别加上起始位（D起）、停止位（D止），以便区分不同的字符。 2018/10/16第1章通信网络概论72.1.1面向字符的组帧技术 (2)?RS-232个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会EIA所制定的异步传输标准接口口。 通常RS-232接口有9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)。 一般个人计算机上会有两组RS-232接口，称为1和2。 ?民用领域投影仪?工业领域电力电子设备的通讯，例如DCS、PLC、电动执行器、单片机、电机保护器、电气后台、继电保护装置。 2018/10/16第1章通信网络概论82.1.1面向字符的组帧技术 (3)?Inter网中常用的面向字符的组帧技术的协议SLIP(Serial LineInter Protocol)串行线路的Inter数据链路层协议PPP（Point toPoint Protocol）点-点协议?SLIP和PPP用于串行通信的拨号线路上，家庭计算机或公司用户通过ISP接到Inter的主要协议。 ISP互联网服务提供商，即向广大用户综合提供互联网接入业务、信息业务、和增值业务的电信运营商。 2018/10/16第1章通信网络概论9SLIP协议 (1)?SLIP帧运载的是高层IP数据报。 ?SLIP采用两个特殊字符END（十六进制C0H，H表示十六进制）和ESC（十六进制DBH）。 ?C0的二进制编码比特序列是10000110000000?END用于表示一帧的开始和结束。 2018/10/16第1章通信网络概论10SLIP协议 (2)?IP数据报中出现相同END字符时，为避免收端错误地终止一帧的接收，SLIP中使用转义字符ESC（DBH）。 END字符转换成（ESC，ESC-END）两个字符（其中ESC-END=DCH）；ESC字符转换成（ESC，ESC-ESC）两个字符（其中ESC-ESC=DDH）。 2018/10/16第1章通信网络概论11SLIP协议 (3)?发送端完成将IP数据报组成帧之后，即可送到物理层进行传输。 物理层协议在传送每个字符前后分别加上起始位（D起）、停止位（D止）。 ?在接收端收到END字符即表示一帧的开始或结束。 每当遇到ESC字符就进行字符转换，恢复IP报文中的原有的END和ESC字符。 这样就可以完全以一个IP数据报的形式向IP层提交数据。 2018/10/16第1章通信网络概论12SLIP协议 (4)?SLIP协议的特点C0的使用将影响SLIP帧数据的透明性;没有校验字段，差错控制功能由高层的协议承担；SLIP协议并不是Inter的协议标准，因此不同版本的之间就会存在着差别，使得互连变得困难。 2018/10/16第1章通信网络概论132.1.1面向字符的组帧技术 (3)?Inter网中常用的面向字符的组帧技术的协议SLIP(Serial LineInter Protocol)串行线路的Inter数据链路层协议PPP（Point toPoint Protocol）点-点协议2018/10/16第1章通信网络概论14PPP协议 (1)?RFC 1660、RFC1661定义了PPP协议与帧结构，它的格式与HDLC（高级链路层控制协议）的格式相同。 ?PPP协议处理了差错检测。 ?PPP协议不仅在拨号电话线，并且在路由器路由器之间的专用线上广泛应用；?PPP协议是在大多数家庭个人计算机和ISP之间使用的协议，它可以作为在高速广域网和社区宽带网协议族的一部分。 2018/10/16第1章通信网络概论15PPP协议 (2)?7EH作一帧的开始和结束标志（F）；?地址域（A）取固定值FFH （11111111），表示网中所有的站都接收该帧；?控制域（C）取固定值03H （00000011）。 2018/10/16第1章通信网络概论16PPP协议 (3)?协议域（两个字节）标识出不同协议数据域的类型。 取0021H表示该帧运载的信息是IP数据报；取C021H表示该帧的信息是链路控制数据；（链路控制帧）取8021H表示该帧的信息是网络控制数据；（网络控制帧）?帧校验域（FCS）也为两个字节，它用于对信息域的校验。 2018/10/16第1章通信网络概论17PPP协议 (4)?若信息域中出现7EH，则转换为（7DH，5EH）两个字符；?当信息流中出现ASCII码的控制字符（即小于20H），即在该字符前加入一个7DH字符。 ?当信息域出现7DH时，则转换为（7DH，5DH）两个字符；2018/10/16第1章通信网络概论182.1.1面向字符的组帧技术 (4)?Inter网中常用的面向字符的组帧技术的协议SLIP(Serial LineInter Protocol)串行线路的Inter数据链路层协议PPP（Point toPoint Protocol）点-点协议?面向字符的组帧技术特点帧结构在处理时非常简单；效率较低，插入了许多转义字符；数据长度以字节为单位。 2018/10/16第1章通信网络概论19第二章内容概述?2.1组帧技术2.1.1面向字符的组帧技术2.1.2面向比特的组帧技术2.1.3采用长度计数的组帧技术?2.2链路层的差错控制技术2.2.1差错控制2.2.2ARQ协议2.2.3最佳帧长2.2.4常用的纠错编码?2.3标准数据链路控制协议及其初始化?2.4网络层和运输层的点对点传输协议2018/10/16第1章通信网络概论202.1.2面向比特的组帧技术 (1)?在面向比特的组帧技术中，通常采用一个特殊的比特串串，称为Flag,如0160（1j表示连续j个“1”）来表示一帧的正常结束和开始。 01111110.01111110?与面向字符的组帧技术面临相同的问题，即当信息比特流中出现与Flag相同的比特串（如连续出现6个“1”）如何处理？解决办法比特插入技术2018/10/16第1章通信网络概论212.1.2面向比特的组帧技术 (2)?比特插入技术发端信息流中，每出现连续的5个“1”就插入一个“0”。 这样被插“0”后的信息比特流中就不会有多于5个“1”的比特串。 接收端在收到5个“1”以后，如果收到的是“0”就将该“0”删去；如果是“1”就表示一帧结束。 2018/10/16第1章通信网络概论222.1.2面向比特的组帧技术 (3)?比特插入技术采用比特插入技术，除了消除信息帧中出现Flag的作用以外，它还带来其他作用。 如要丢弃或中止一帧，则可连续发送7个或7个以上的“1”。 当链路连续出现15个“1”则认为链路空闲。 因此016是一个结束标志，如果016后面是0表示正常结束，如果016后面是1表示非常中止。 2018/10/16第1章通信网络概论23第二章内容概述?2.1组帧技术2.1.1面向字符的组帧技术2.1.2面向比特的组帧技术2.1.3采用长度计数的组帧技术?2.2链路层的差错控制技术2.2.1差错控制2.2.2ARQ协议2.2.3最佳帧长2.2.4常用的纠错编码?2.3标准数据链路控制协议及其初始化?2.4网络层和运输层的点对点传输协议2018/10/16第1章通信网络概论242.1.3采用长度计数的组帧技术?除前面采用Flag和特殊字符外，还可以采用帧长度来指示一帧何时结束。 2018/10/16第1章通信网络概论25第二章内容概述?2.1组帧技术2.1.1面向字符的组帧技术2.1.2面向比特的组帧技术2.1.3采用长度计数的组帧技术?2.2链路层的差错控制技术2.2.1差错控制2.2.2ARQ协议2.2.3最佳帧长2.2.4常用的纠错编码?2.3标准数据链路控制协议及其初始化?2.4网络层和运输层的点对点传输协议2018/10/16第1章通信网络概论262.2.1差错控制 (1)?链路层差错检测的功能有效地发现一帧数据比特经过物理信道传输后是否正确。 差错控制是以降低信息传输速率为代价提高传输的可靠性。 ?为了在接收端识别接收到的比特（信息码元）是否存在错误，需要发送端在信息码元序列中增加一些差错控制码元，它们称为监督（check）码元（或校验比特）。 ?监督码元和信息码元之间有某种确定的关系（某种函数关系），使得接收端可以利用这种关系发现或纠正可能存在的错码。 这种具有差错控制能力的编码称为纠错编码。 不同的编码方法，有不同的检错（检错码）和纠错（纠错码）能力。 2018/10/16第1章通信网络概论272.2.1差错控制 (2)?针对不同的应用和信道，差错控制技术不同检错重发(Error DetectionRetransmission)在接收端检测到有错码时，利用反向信道通知发送端，要求发送端重发，直到正确接收为止。 这种技术需要双向信道传送重发指令。 前向纠错FEC(Forward ErrorCorrection)接收端利用发送端加入的监督码元，不但能够发现错码，还能将错码恢复其正确值。 采用FEC时，不需要反向信道传送重发指令，也没有因反复重发而产生的时延，故实时性好。 但是为了能够纠正错误，需要加入更多的监督码元。 FEC被应用于卫星与外层空间通信。 2018/10/16第1章通信网络概论282.2.1差错控制 (3)?针对不同的应用和信道，差错控制技术不同反馈校验(Feedback Checkout)不需要在发送序列中加入监督码元。 接收端将接收到的码元原封不动地转发给发送端。 发送端进行比较，发现有错，立即重发。 检错删除(Deletion)与检错重发的区别在于，接收端发现错码后，立即将其删除，不要求重发。 适用于特定场合，例如循环重复发送某些遥测数据时。 又如，用于多次重发仍然错在错码时，为了提高传输效率不再重发，采取删除的方法。 2018/10/16第1章通信网络概论292.2.1差错控制 (4)?常将检错重发和前向纠错结合起来，形成混合纠错方式（HEC）。 ?当接收端出现少量错码并有能力纠正的时候，采用前向纠错技术；当接收端出现较多错码，超出了码的纠错能力的时候，则要求发送端重新传输。 2018/10/16第1章通信网络概论30检错码?纠错编码按照实现的功能可以分为只能检错错误的检错码和不仅能发现错误而且能自动纠正错误的纠错码。 ?常用的检错码有奇偶校验循环冗余校验（CRC，Cyclic RedundancyCheck）?检错的基本思路发端按照给定的规则，在K个信息比特后面增加L个按照某种规则计算的校验比特；在接收端对收到的信息比特重新计算L个校验比特。 比较接收到的校验比特和本地重新计算的校验比特，如果相同则认为传输无误，否则认为传输有错。 2018/10/16第1章通信网络概论31奇偶校验 (1)?奇偶校验码是一种通过增加冗余位使得码字中“1”的个数恒为奇数或偶数的编码方法，它是一种检错码。 ?汉明距离任意两个相同长度的码字比特取值不同的位置数。 ?码的最小汉明距离（最小距离）任意两个码字之间距离的最小值。 例如有四个码字（000,011,101,110，最小距离为d=2）2018/10/16第1章通信网络概论32奇偶校验 (2)?奇偶校验的种类很多，这里给出一个例子。 例信息序列长K=3，校验序列长L=4。 输入信息比特为S1，S2，S3，校验比特为C1，C2，C3，C4。 设发送的信息比特为100,经过奇偶校验码生成的校验序列为为1110,则发送的信息序列为1001110。 若经过物理信道传输后，接收的序列为1011110，则本地根据收到的信息比特101计算出的校验序列应为0011。 显然该序列与接收到的校验序列1110不同，表明接收的信息序列有错。 2018/10/16第1章通信网络概论33奇偶校验 (3)?如果L取1，即C=S1?S2?S3?S K为最简单的单比特的奇偶校验码，它使得生成的码字（信息比特+校验比特）所含“1”的个数为偶数。 该码可以发现所有奇数个比特错误，但是不能发现任何偶数个错误。 ?在实际应用奇偶校验码时，每个码字中K个信息比特可以是输入信息比特流中K个连续的比特，也可以按一定的间隔（如一个字节）取K个比特。 为了提高检测错误的能力，可将上述两种取法重复使用。 2018/10/16第1章通信网络概论34检错码?纠错编码按照实现的功能可以分为只能检错错误的检错码和不仅能发现错误而且能自动纠正错误的纠错码。 ?常用的检错码有奇偶校验循环冗余校验（CRC，Cyclic RedundancyCheck）（*重点掌握）2018/10/16第1章通信网络概论35循环冗余校验 (1)?CRC（循环冗余校验）是根据输入比特序列(S K-1,S K-2,S1,S0)通过CRC算法产生L位的校验比特序列(C L-1,C L-2,C1,C0)?CRC算法步骤1将输入比特序列表示为时延多项式的系数；S(D)=S K-1D K-1+S K-2D K-2+S1D+S0式中D可以看成为一个时延因子，D i对应比特S i所处的位置。 举例2018/10/16第1章通信网络概论36循环冗余校验 (2)?步骤2根据给定的CRC校验比特的生成多项式（即用于产生CRC比特的多项式）产生校验比特的多项式系数?则校验比特对应下列多项式的系数式中，Remainder?表示取余数。 式中的除法与普通的多项式长除相同，其差别是系数是二进制，其运算以模2为基础。 （举例）?最终形成的发送序列为(S K-1,S K-2,S1,S0，C L-1,C1,C0)2018/10/16第1章通信网络概论37循环冗余校验 (3)?生产多项式的选择不是任意的，它必须使得生产的校验序列有很强的检错能力。 常用的几个L阶CRC生产多项式为CRC-16（L=16）CRC-CCITT（L=16）CRC-32（L=32）（举例）2018/10/16第1章通信网络概论38循环冗余校验 (4)?在接收端，将接收到的序列R(D)与生成多项式g(D)相除，并求其余数。 ?如果，则认为接收无误。 ?针对CRC而言，当KSN，则将SN加1，返回 （2）。 如果在规定的有限长时间内，没有从B接收到RNSN的帧（应答），则返回 （3）进行重传。 2018/10/16第1章通信网络概论50停等式ARQ算法描述 (2)?节点B的接收算法如下 （1）置RN=0。 （2）无论何时从A正确接收一个SN=RN的帧，将该帧中的分组送给高层，并将RN加1。 （3）在接收到该分组后的一个规定的有限长时间内，将RN放入一帧的RN域中发给A。 返回 （2）。 2018/10/16第1章通信网络概论51停等式ARQ协议性能评估?任何协议都可以从两方面对其进行评估 （1）正确性协议始终能够正常工作；可分为两部分稳妥性（Safety）和活动性（Liveness）。 （2）有效性可用三个具体的值来表示吞吐量、链路的利用率、分组延迟。 （*重点掌握）2018/10/16第1章通信网络概论52停等式ARQ算法描述?吞吐量是指在给定的物理信道和输入分组流的条件下，接收端能够呈送给高层的分组速率（分组/秒或比特/秒）。 ?链路的利用率是指物理层（比特管道）的传输容量中用于有效分组传输所占的比例。 在信道中，如果被等待、重传和其它不必要的传输分组所占的比例越少，则信道的利用率就越高。 ?分组延迟是指链路层从发端收到高层的分组开始到收端将该分组呈送给高层为止所需的时间。 2018/10/16第1章通信网络概论53停等式ARQ算法有效性分析 (1)?设数据帧是固定帧长，其传输时间为T D秒，肯定和否定应答帧长为T ACK秒，物理信道的传播时延为T p秒，则在忽略算法的处理时延的情况下，一帧的传输周期为（T D+T P+T ACK+T P）?假定任意一个数据帧平均需要发送N T次（一次初发，N T1次重发）才能成功，则该帧平均需要N T个传输周期。 2018/10/16第1章通信网络概论54停等式ARQ算法有效性分析 (2)?则物理链路的最大平均利用率（传输一帧的效率）?令，忽略应答帧的传输时间（认为T ACK0），有D pT T/?)21(1?TNU)/21 (1)(D ACKD pT pACK pD TDT T T T N TTTT NTU?2018/10/16第1章通信网络概论55停等式ARQ算法有效性分析 (3)?假定又假定数据帧的误帧率为p=1-q，应答帧因长度很短从而其出错的可能性可以忽略，即认为应答帧总是可以正确传输，则一个数据帧发送i次成功的概率为?求N T（需要多少次数发送才能将一帧数据正确送出）?代入求得链路的最大平均利用率)1(1p pi?1111)1(iiTpp ipN111212()PDp pUTT?p,T P与U的关系2018/10/16第1章通信网络概论56停等式ARQ算法有效性分析 (4)?平均吞吐量（接收端能呈现给高层的分组速率）?停等式ARQ的平均分组延迟为D=组帧时延+NT(T D+T P+T ACK+T P)组帧时延是指从高层分组的第一比特到达链路层开始，到链路层将该分组的所有比特收齐，经过增加控制头（如帧起止标志发送序号，接收序号等）和校验比特（CRC）形成可传输的数据帧为止。 )21 (1)(1?D pACK pD TTpTTTT NS2018/10/16第1章通信网络概论57停等式ARQ算法有效性分析 (5)?组帧时延取决于网络层与链路层之间的接口速率和方式，以及链路层的处理速度和方式。 ?例如若网络层与链路层运行在相同的微处理器或计算机系统上，采用数据块传递的方式来传递分组，则组帧时延可以相当小，且可以忽略。 ?如果网络层与链路层采用传输速率为R（比特/秒）的接口交换数据，则组帧的时延为K/R（这里K为分组的长度（比特数）。 2018/10/16第1章通信网络概论58停等式ARQ算法有效性分析 (6)?例有三条物理链路及其传输特性一条是卫星链路，信道速率为64Kbps，传播时延为Tp=270ms;一条是经过电话网链路，长为5000km，信道传输速率为9600bps；一条是同轴电缆提供的长为500m的链路，信道速率为10Mbps。 试求帧长为L=1000bit，10000bit时停等式ARQ的链路最大平均利用率U，最大平均吞吐量和分值时延。 2018/10/16第1章通信网络概论59停等式ARQ算法有效性分析 (7)?例有三条物理链路及其传输特性从表中可以看出传播时延相对于帧长的比例a越小，链路的利用率越高，吞吐量也越大，时延也越小。 结论在卫星链路上采用停等式ARQ协议效率较低。 （半双工）2018/10/16第1章通信网络概论602.2.2ARQ协议 (3)有四种不同形式的ARQ重传协议?停等式ARQ?返回n-ARQ?选择重发式ARQ?并行等待式ARQ2018/10/16第1章通信网络概论61返回n-ARQ (1)?返回n-ARQ(Go Backn ARQ，GBN)的基本思路是发端在没有收到对方应答的情况下，可以连续发送n帧。 收端仅接收正确且顺序连续的帧，其应答中的RN表示RN以前的所有帧都已正确接收。 这里收端不需要每收到一个正确的帧就发出一个应答，可对接收到的正确顺序的最大帧序号进行应答。 ?返回n-ARQ是应用最广泛的ARQ协议，已经应用于HDLC等标准的DLC协议中。 2018/10/16第1章通信网络概论62返回n-ARQ (2)?返回n-ARQ参数n（滑动窗口宽度）从图中可以看出，如果收端能及时返回应答，则发端可连续不断地全速连续发送帧。 （如果我们减缓应答返回的速率，则可以控制发端发送帧的速率，从而达到速率控制的目的。 ）2018/10/16第1章通信网络概论63返回n-ARQ (2)?下面考察双向都有数据传输并且帧长度不等长时，发送端窗口滑动的情况。 情况一传输错误对发端的影响。 尽管2,3,4号帧传输正确，但它们的序号与接收端期望的序号不符合，而不能被正确接收，因而还需要重传。 0窗口 (4)SN节点A123412340RN节点B1提交的分组00,31,4等待应答定时器溢出等待接收1提交的分组11,42,522tRN=1RN=2RN=32018/10/16第1章通信网络概论64返回n-ARQ (3)?情况一传输错误对发端的影响,改进方法解决办法是可以缩短发送窗口n的大小，或是加快出错的反馈速度。 即收端一旦接收到一个错误帧，立即返回一个短的应答帧（监控帧），使发端尽快返回重发。 0窗口 (4)SN节点A123412340RN节点B1提交的分组00,31,4等待应答定时器溢出等待接收1提交的分组11,42,522tRN=1RN=2RN=32018/10/16第1章通信网络概论65返回n-ARQ (4)?情况二反向帧长对发端的影响。 应答的超长时延可能导致发端重发。 改进方法增大n。 只要n个正向传输帧长之和大于反向帧长，就能缓解带来的影响。 0窗口 (4)SN节点A12343450RN节点B提交的分组00,31,4定时器溢出1,45,85t13123415RN=1RN=3RN=53,6RN=5672018/10/16第1章通信网络概论66返回n-ARQ (5)?情况三反向帧出错对发端的影响。 （可能没有影响）应答的出错可能导致发端重发。 改进方法可以增大n。 增加n之后，出错的应答帧被后来应答帧补救的概率很大，降低出错带来的影响。 0窗口 (4)SN节点A12340RN节点B提交的分组00,32,51t12564572345RN=1RN=3RN=232018/10/16第1章通信网络概论67返回n-ARQ (6)?返回n-ARQ的序号也可以用模为m(mn)的整数来表示。 例如，取模8则可用3比特来表示序号（07），此时最大的窗口取值只能为7，如果n=m，则系统无法正常工作。 ?其原因如下假设，发端发送8帧后，收到了对方的所有确认，则将发送新的8帧，其序号为07。 如果发端发送8帧后，收端发送的应答未能到达发端，发端将重发这8帧，其序号仍为07。 由于这两种情况对收端而言是无法区分的，因而在接收到第二次序号为07的帧时，收端无法区分是新的帧还是重发的帧。 2018/10/16第1章通信网络概论68返回n-ARQ协议性能分析 (1)*?假定数据帧长是一个固定值，且假定应答帧传输时间很小可以忽略(T ACK=0)。 ?返回n-ARQ的效率与链路的传输时延(T P)，帧长(T D)，窗口n等参数紧密相关。 ?令d=T D+2T P+T ACK=T D+2T P,d为一帧的发送（接收）周期。 ?nT D为一次发送n帧的时间（发送）。 2018/10/16第1章通信网络概论69返回n-ARQ协议性能分析 (2)?通过比较nT D和d，得出不同的结果。 ?情况1当nT Dd，应答帧可以及时返回。 ?情况2当nT D 2018/10/16第1章通信网络概论70返回n-ARQ协议性能分析 (2)?讨论误帧率（p）是否存在条件下的协议性能。 0DDnT dpnTd?0DDnT dpnTd?2018/10/16第1章通信网络概论71返回n-ARQ协议性能分析 (3)?情况1当nT Dd，应答帧可以及时返回。 发端不再需要空余的等待应答时间，而是连续不断地向链路上发送数据帧。 由于误帧率为0，链路的最大平均利用率U=1。 ?情况2当nT D 即在时间d=T D+2T P内，发端最多可以发送n个帧。 0p?2018/10/16第1章通信网络概论72返回n-ARQ协议性能分析 (4)?讨论误帧率（p）是否存在条件下的协议性能。 0DDnT dpnTd?0DDnT dpnTd?2018/10/16第1章通信网络概论73返回n-ARQ协议性能分析 (5)?情况1nT Dd?设传输过程中的误帧率为p，每出现一个错帧，发端就会重复n帧。 假设发送一帧，平均需要i次才能传输成功（其中成功传输1次，剩余i-1均是重传，每一次重传需要发送n个数据帧）。 ?则i次传输所需要的总帧数为1+(i-1)n；?每一帧需要传输i次才能正确接收的概率为)1(1p pi?2018/10/16第1章通信网络概论74返回n-ARQ协议性能分析 (6)?情况1nT Dd?正确接收一帧需要传输的次数?链路的信道利用率U111 (1) (1)11iTinpN in ppp?11 (12)1 (1)DT DTT pUn aNTNn p?2018/10/16第1章通信网络概论75返回n-ARQ协议性能分析 (7)?情况2nT D (1) (12)1 (1)DTnT npUN da np? (12)n a?2018/10/16第1章通信网络概论76返回n-ARQ协议性能分析 (8)?当p=0.01时，链路利用率与相对传输时延、窗口n的大小紧密相关。 ?当相对传输时延相对较大（如在卫星链路中）时，为了达到较高的链路利用率，应选择较大的n。 从图中可以看出，当时，（表示取大于等于x的最小整数），链路利用率最高。 ?最佳的窗口宽度（nT D）近似等于d，即nT D=T D+2T P2018/10/16第1章通信网络概论772.2.2ARQ协议 (4)有四种不同形式的ARQ重传协议?停等式ARQ?返回n-ARQ?选择重发式ARQ?并行等待式ARQ2018/10/16第1章通信网络概论78选择重发式ARQ (1)?选择重发式ARQ（Selective RepeatARQ）是对返回n-ARQ的改进，其基本思想为返回n-ARQ中，如果前向传输的某一个帧出错，则在收到对方的否定应答后，该帧及其后续的帧都要重传，而不管这些后续是否传输正确。 选择重发式ARQ的思路与返回n-ARQ相同，其窗口仍为n，但仅仅重发有错的帧。 2018/10/16第1章通信网络概论79选择重发式ARQ (2)?为了实现选择有错帧进行重发的目的，这就要求接收节点具有对分组排序的能力（因为这时接收到的分组是乱序的），并且在应答时除了应答RN以外，还要包括大于RN的哪些帧帧已被正确接收的信息。 接收节点可以用RN+k个比特（每个比特的位置的取值对应于RN后面第n个帧的接收状态是ACK或NAK）来进行应答。 ?当RN和SN采用模m来表示时，要求m2n；否则，如果取mn，会引起接收数据的序号混淆。 2018/10/16第1章通信网络概论80选择重发式ARQ (3)?选择重发式ARQ的链路利用率同样可用和返回nARQ同样的方式来表示，但这里重传的帧仅为出错的帧，即?从而可得选择重发式ARQ的链路利用率为pNf?11?21,)21()1(21,1np nnpU2018/10/16第1章通信网络概论812.2.2ARQ协议 (4)有四种不同形式的ARQ重传协议?停等式ARQ?返回n-ARQ?选择重发式ARQ?并行等待式ARQ2018/10/16第1章通信网络概论82并行等待式ARQ (1)?ARPANET ARQ采用了8个并行等待式ARQ，每一个等待式ARQ对应一个虚似信道。 ?输入分组可以任意分配到空闲的虚拟信道A-H上。 如果所有虚信道忙，分组将在DLC层外等待。 2018/10/16第1章通信网络概论83并行等待式ARQ (2)?处于忙状态的虚拟信道上的分组被复接到物理比特管道上传输。 可以采用轮询的方法来循环查询各个虚拟信道，当轮询到某一忙信道时，如果应答还没有收到，则将该虚拟信道的分组再次发送到物理信道上。 因此，该复接方式就不需要设置定时器来计算等待应答的时间。 2018/10/16第1章通信网络概论84并行等待式ARQ (3)?由于采用mod2方式，仅需一位就可以表示SN和RN。 ?为了区分不同的虚拟信道，在帧头中还增加了3bit的虚拟信道号。 2018/10/16第1章通信网络概论85第二章内容概述?2.1组帧技术2.1.1面向字符的组帧技术2.1.2面向比特的组帧技术2.1.3采用长度计数的组帧技术?2.2链路层的差错控制技术2.2.1差错控制2.2.2ARQ协议2.2.3最佳帧长2.2.4常用的纠错编码?2.3标准数据链路控制协议及其初始化?2.4网络层和运输层的点对点传输协议2018/10/16第1章通信网络概论862.2.3最佳帧长 (1)?从两个方面来考察最佳帧长 （1）在一条链路上使传输效率最高的最佳帧长。 （2）是在多条链路构成的传输路径上，使得传输效率最高的最佳帧长。 2018/10/16第1章通信网络概论872.2.3最佳帧长 (2)?在一条链路上使传输效率最高的最佳帧长?在实际传输过程中，每一帧数据（l fbit）通常包括数据负荷（l dbit）和控制信息（l h bit），即l f=l d+l h。 ?如果帧长较短，控制比特所占用的比例较大，因而链路利用率下降。 ?如果帧长较长，在数据帧传输过程中，因信道误码的存在而导致帧传输错误的概率较大，重传的次数将增大，这也会导致链路利用率的下降。 因此存在一个最佳帧长，使链路利用率最高。 2018/10/16第1章通信网络概论882.2.3最佳帧长 (3)?链路的误比特率为p b(信道错误为随机错误)，则数据帧的差错率或误帧率p为?当p b很小时，上式可以近似为flbp p)1(1?1?b fp l p2018/10/16第1章通信网络概论892.2.3最佳帧长 (4)?以停等式ARQ为例，链路的有效利用率其中T b为比特宽度，。 将代入并经得到bpf bfpDpTTl TlTTT?00,?h dfl ll?)2()1(02?h ddb db helll p l p lU112defl pUla?112pUa?2018/10/16第1章通信网络概论902.2.3最佳帧长 (5)?将上式对l d求导，并令其为零，可得最佳数据帧长度为)2()2 (2)2 (2)2)(1 (4)2(40000202?hbhbh bh bhbh bdlplplplplplpl2018/10/16第1章通信网络概论912.2.3最佳帧长 (6)?从两个方面来考察最佳帧长 （1）在一条链路上使传输效率最高的最佳帧长。 （2）是在多条链路构成的传输路径上，使得传输效率最高的最佳帧长。 2018/10/16第1章通信网络概论922.2.3最佳帧长 (7)?下面，我们将讨论在分组经过多次中转才能到达目的节点时，能使得网络开销最小和时延最小情况下的最佳帧长。 ?一条消息分成不同长度的分组经过中转到达目的节点的过程如右图。 从降低时延的角度，分组的长度应尽可能小小。 2018/10/16第1章通信网络概论932.2.3最佳帧长 (8)?分组长度较小会带来什么问题？设消息的长度为M，分组的长度为K，通常每一帧都包含固定的开销V（含头和尾）。 这样每一条消息要分成IntM/K+分组，Intx+表示大于或等于x的最小整数。 在消息的传输过程中，前IntM/K个分组均有K个比特，而最后一个分组的比特数在1到K之间。 一条消息要传输的总比特数为