完全理想化数据传输所基于两个假定ppt课件

1、完全理想化的数据传输所基于的两个假定 假定 1： 链路是理想的传输信道，所传送的任何数据既不会出过失也不会丧失。 假定 2： 不论发方以多快的速率发送数据，收方总是来得及收下，并及时上交主机。 这个假定就相当于以为：接纳端向主机交付数据的速率永远不会低于发送端发送数据的速率。 具有最简单流量控制的数据链路层协议 如今去掉上述的第二个假定。但是，依然保管第一个假定，即主机 A 向主机 B传输数据的信道依然是无过失的理想信道。然而如今不能保证接纳端向主机交付数据的速率永远不低于发送端发送数据的速率。 由收方控制发方的数据流，乃是计算机网络中流量控制的一个根本方法。 两种情况的对比传输均无过失ABD

2、ATADATADATADATA送主机 B送主机 B送主机 B送主机 BABDATA送主机 BDATA送主机 B时间不需求流量控制需求流量控制适用的停顿等待协议时间ABDATA0送主机ACKDATA1送主机ACK(a) 正常情况ABDATA0DATA0送主机ACK(c) 数据帧丧失重传tout丢失 ！ABDATA0送主机ACKDATA0丢弃ACK(d) 确认帧丧失重传tout 丢失 ！ABDATA0NAKDATA0送主机ACK(b) 数据帧出错重传出错四种情况几种常见协议 停顿等待协议 延续ARQ协议 选择重传ARQ协议 面向比特的链路控制规程HDLC停顿等待协议的算法 这里不运用否认帧适用的数

3、据链路层协议大都是这样的，而且确认帧带有序号 n。 按照习惯的表示法，ACKn 表示“第 n 1 号帧曾经收到，如今期望接纳第 n 号帧。 ACK1 表示“0 号帧已收到，如今期望接纳的下一帧是 1 号帧； ACK0 表示“1 号帧已收到，如今期望接纳的下一帧是 0 号帧。 停顿等待协议中数据帧和确认帧的发送时间关系 ABDATADATAACK传播时延 tp处置时间 tpr确认帧发送时间 ta传播时延 tp处置时间 tprtT时间两个胜利发送的数据帧之间的最小时间间隔数据帧的发送时间tf设置的重传时间tout停顿等待协议 ARQ 的优缺陷 优点：比较简单 。 缺陷：通讯信道的利用率不高，也就是

4、说，信道还远远没有被数据比特填满。 为了抑制这一缺陷，就产生了另外两种协议，即延续 ARQ 和选择重传 ARQ。这将在后面进一步讨论。 延续 ARQ 协议的任务原理 DATA0DATA1DATA2DATA3DATA4DATA5重传 DATA2重传 DATA3ACK1ACK2ACK1 确认 DATA0ACK2 确认 DATA1DATA2 出错，丢弃DATA3 不按序，丢弃，重传 ACK2DATA4 不按序，丢弃，重传 ACK2DATA5 不按序，丢弃，重传 ACK2ACK3ACK3 确认 DATA2ACK4 确认 DATA3ACK4重传 DATA5重传 DATA4超时重传时间ABtout送交主机

5、送交主机?ACK2ACK2ACK2需求留意： (1) 接纳端只按序接纳数据帧。虽然在有过失的 2号帧之后接着又收到了正确的 3 个数据帧，但接纳端都必需将这些帧丢弃，由于在这些帧前面有一个 2 号帧还没有收到。虽然丢弃了这些不按序的无过失帧，但应反复发送已发送过的最后一个确认帧防止确认帧丧失。(2) ACK1 表示确认 0 号帧 DATA0，并期望下次收到 1 号帧；ACK2 表示确认 1 号帧 DATA1，并期望下次收到 2 号帧。依此类推。 需求留意： (3) 结点 A 在每发送完一个数据帧时都要设置该帧的超时计时器。假设在所设置的超时时间内收到确认帧，就立刻将超时计时器清零。但假设在所设

6、置的超时时间到了而未收到确认帧，就要重传相应的数据帧仍需重新设置超时计时器。 在等不到 2 号帧确实认而重传 2 号数据帧时，虽然结点 A 曾经发完了 5 号帧，但仍必需向回走，将 2号帧及其以后的各帧全部进展重传。延续 ARQ 又称为Go-back-N ARQ，意思是当出现过失必需重传时，要向回走 N 个帧，然后再开场重传。 需求留意： (4) 以上讲述的仅仅是延续 ARQ 协议的任务原理。协议在详细实现时还有许多的细节。例如，用一个计时器就可实现相当于 N 个独立的超时计时器的功能。 发送网上各站点在任何时辰只需需求，就可以自在地发送信息以帧的方式。信息发送终了，发送站等待一段时间，等待时

7、间等于信道上最远的两个站之间的传输时延的两倍。假设在等待时间内收到接纳站确实认信息，那么阐明发送胜利，否那么重发该数据帧。但为了防止继续冲突，各站需等待一段随机时间后再重发；假设再产生冲突，那么再等待一段随机时间再重发假设多次重发都失败仍收不到确认信息，那么停顿发送该帧。ALOHA协议的最大特点是“想说就说。纯ALOHA协议之原理纯ALOHA协议之原理接纳接纳站根据“帧校验字段同HDLC帧值对所接纳的帧进展过失检验。假设检验无过失，而且地址相符，接纳站就发送一个确认帧。否那么就丢弃所接纳的帧。帧能够因信道噪声或同一时间其他站点传输发出的帧而损坏 (发生冲突了)。任何帧相遇都会立刻产生冲突col

8、lision纯ALOHA协议最大的缺陷是最大吞吐率不到理想值的18% (吞吐率：胜利发送的信息数与实践发送的信息数之比)。在一定时间间隔中，信道输出了三个信息包。由图可见，虽然信道中载有7个信息包，实践上只需3个信息包胜利发射。其平均经过量为37。 1U2U3U信道tttt重发重发再重发重发碰撞碰撞胜利胜利胜利时隙ALOHA协议 ALOHA的改良版，1972年由Robert提出，可将吞吐率提高一倍。 将信道时间分为等长的时间长度,每个长度正好等于一个帧的传输时间又称“时隙或“分槽“。 一切站点的时钟必需坚持同步。 各站只能在时隙的起始时间才干开场发送信息。 这样只需那些都在同一个时隙开场进展传

9、输的帧才有能够冲突。 故此能够发生冲突的危险区比ALOHA降低了大约一半，在任一帧传输时无其他帧发送的概率约为0.368，即信道的吞吐率最大可达37%。S-ALOHAS-ALOHA1U信道重发重发重发再重发碰撞碰撞胜利胜利胜利2U3Ul从信道-时间图看，S-ALOHA平均经过量和P-ALOHA是一样的，均为3/7。l实践中，假设思索的时限增长，用户增多，其胜利率要比P-ALOHA高。 P-ALOHA 与S-ALOHA对比ALOHAS ALOHAP a呼叫量ca通过量05 . 012344 . 03 . 02 . 01 . 0 ALOHA系统的经过量曲线载波监听多路访问协议CSMA protoc

10、ol 纯ALOHA和时隙ALOHA的传输效率都不高，主要缘由是各站独立地决议发送的时辰,使得冲突的概率很高,信道利用率下降。 CSMA要求各站在发送之前先监听信道上能否有其他站点正在传送载波监听。假设有，就稍候；假设无，就发送。 假设多个站点同时发送，就会产生冲突，导致信息混淆，传输失败。 站点在传输后将等待一定时间往返时间加上确认帧争用时间以接纳确认帧。收不到确认(因冲突)就重传。 最大吞吐率远远超越纯ALOHA和时隙ALOHA，取决于传播时间媒体长度和帧的长度：帧越长，传播时间越短，吞吐率越高。载波监听多路访问协议CSMACarrier Sense Multiple Access Prot

11、ocols载波监听Carrier Sense站点在为发送帧而访问传输信道之前，首先监听信道有无载波，假设有载波，阐明已有用户在运用信道，那么不发送帧以防止冲突。多路访问Multiple Access多个用户共用一条线路监听算法运用CSMA，需求某种算法来规定发现信道忙时各站点应该采取的战略。于是就有了几种采用不同载波监听战略的CSMA技术：非坚持CSMA1-坚持CSMAP-坚持CSMA性能: CSMA 时隙 ALOHA 纯 ALOHA非坚持CSMA 1-坚持CSMA p-坚持CSMA 非坚持型非坚持型CSMACSMAnon-persistent CSMAnon-persistent CSMA

12、优点：减少了冲突的概率； 缺陷：添加了信道空闲时间，数据发送延迟增大； 信道效率比 1-坚持CSMA低，传输延迟比 1-坚持CSMA大。 原理 假设站点有数据发送，先监听信道； 假设站点发现信道空闲，那么发送； 假设信道忙，等待一随机时间，然后重新开场发送过程； 假设产生冲突，等待一随机时间，然后重新开场发送过程。1 1坚持型坚持型CSMACSMA1-persistent CSMA1-persistent CSMA 原理 假设站点有数据发送，先监听信道； 假设站点发现信道空闲，那么发送； 假设信道忙，那么继续监听直至发现信道空闲，然后完成发送； 假设产生冲突，等待一随机时间，然后重新开场发送过

13、程。 优点：减少了信道空闲时间； 缺陷：添加了发生冲突的概率； 广播延迟对协议性能的影响：广播延迟越大，发生冲突的能够性越大，协议性能越差； 原理原理 假设站点有数据发送，先监听信道；假设站点有数据发送，先监听信道； 假设站点发现信道空闲，那么以概率假设站点发现信道空闲，那么以概率p发发送数据，以概率送数据，以概率q =1- p 延迟至下一个时延迟至下一个时槽发送。假设下一个时槽仍空闲，反复槽发送。假设下一个时槽仍空闲，反复此过程，直至数据发出或时槽被其他站此过程，直至数据发出或时槽被其他站点所占用；点所占用； 假设信道忙，那么等待下一个时槽，重假设信道忙，那么等待下一个时槽，重新开场发送；新

14、开场发送； 假设产生冲突，等待一随机时间，然后假设产生冲突，等待一随机时间，然后重新开场发送。重新开场发送。五种多路访问协议性能之比较五种多路访问协议性能之比较S表示信道的吞吐量，在t时间内胜利发送的平均帧数；G表示网络负载， t时间内总共发送的平均帧数胜利+重法五种多路访问协议性能之比较五种多路访问协议性能之比较 几种CSMA系统的经过量，皆是随传播时延的增大而急剧减小，所以 CSMA只能在小传播时延情况下有效。 虽然，碰撞检测可改善性能，但随着时延的增大，其效果也将逐渐减弱。 CSMA在有时延存在的情况下，总有碰撞发生。要消除碰撞，必需进展非竞争的集中控制。每个站在发送数据前，先监听信道上

15、有无其他站正在发送信息，假设无，那么发送数据；那么有，那么暂不发送，退避一段时间后再尝试。其最大的特点是“先听后说。CSMA的监听战略有三种算法： 非坚持 一旦监听到信道忙就不再坚持听下去，延迟一段随机时间后再重新监听。信道利用率不高1-坚持 监听到信道忙时依然坚持听下去，直到空闲为止。一旦信道空闲就发送。如有冲突，等待一随机时间后再监听。冲突较大P-坚持 监听到信道忙时依然坚持听下去，直到空闲为止。当听到信道空闲时，以概率p发送数据。(p=1时，即为1坚持 p-坚持的主要问题是如何确定一个适宜的p 值。轻载时，1坚持CSMA吞吐量特性最好；重载时，非坚持CSMA吞吐量特性最好，但时间延迟增大

16、。小结：CSMA协议带冲突检测的载波监听多路访问协议CSMA/CD引入缘由引入缘由 当两个帧发生冲突时，两个被损坏帧继续传送毫无意义，当两个帧发生冲突时，两个被损坏帧继续传送毫无意义，而且信道无法被其他站点运用，对于有限的信道来讲，这是很而且信道无法被其他站点运用，对于有限的信道来讲，这是很大的浪费。假设站点边发送边监听，并在监听到冲突之后立刻大的浪费。假设站点边发送边监听，并在监听到冲突之后立刻停顿发送，可以提高信道的利用率，因此产生了停顿发送，可以提高信道的利用率，因此产生了CSMA/CDCSMA/CD。原理原理站点运用站点运用CSMACSMA协议进展数据发送；协议进展数据发送；在发送期间

17、假设检测到冲突，立刻终止发送，并发出一个瞬间在发送期间假设检测到冲突，立刻终止发送，并发出一个瞬间干扰信号，使一切的站点都知道发生了冲突；干扰信号，使一切的站点都知道发生了冲突；在发出干扰信号后，等待一段随机时间，再反复上述过程。在发出干扰信号后，等待一段随机时间，再反复上述过程。载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD载波监听载波监听目的：降低冲突次数目的：降低冲突次数假设信道空闲，立刻发送假设信道空闲，立刻发送假设信道忙，等待直到信道空闲假设信道忙，等待直到信道空闲冲突检测冲突检测目的：降低冲突的影响，使信道在冲突发生可以目的：降低冲突的影响，使信道在冲突发生可以尽快恢复运用尽快恢复运用一

18、检测到冲突就放弃传输，等待一个随机时间，一检测到冲突就放弃传输，等待一个随机时间，然后重新监听。然后重新监听。CSMA/CD执行过程 每站在发送数据前，先监听信道能否空闲；假设是，那么发送数据，并继续监听下去，一旦监听到冲突，立刻停顿发送，并在短时间内延续向信道发出一串阻塞信号JAM强化冲突，假设信道忙，那么暂不发送，退避一随机时间后再尝试。 CSMA/CD协议在CSMA协议根底上添加了发送期间检测冲突的功能。其最大特点是“先听后说,边说边听。该协议已被IEEE 802委员会采用，并以此为根据制定了IEEE 802.3规范。 CSMA/CD协议同样可分为“非坚持 、“1-坚持 和“p-坚持 三

19、种。 以太网通常采用非时隙1-坚持CSMA/CD。CSMA/CD协议的根本思想CSMA/CD之性能Performance of CSMA / CD 假设只需一个站点要发送，信道利用率可达100%。 假设有两个或更多个站点要同时发送，线路利用率和吞吐率就会下降部分带宽被冲突和退避延迟耗费了。实践上，一条共享10 Mbps 以太网络通常只能提供24 Mbps的吞吐量给所衔接的各个站点。 随着网络利用率的添加，特别是假设有许多站点争用时,能够出现过载情况。此时，网络的吞吐量将急剧下降，信道容量的大部分被CSMA/CD算法耗费掉，只需极小部分用于传送有用的数据。为什么一个共享的以太网要求站点数不得超越

20、1024个，缘由就在此。 人们通常以利用率到达40%作为LAN过载的临界值。利用率较高的LAN将出现高冲突率，传输时间也极能够变化很大由于退避。 运用网桥或交换机将LAN分成两个或更多个冲突域将是极其有益的。以太网任务原理：载波监听多路访问Carrier Sense Multiple Access (CSMA) 一个站点有数据要发送时，要先将其冲突计数器清零，然后监听电缆，看能否有其他站点的载波(信号)在传送。 “监听可以经过监测电缆上能否有电流每个比特大致为 1820 毫安来实现。每个比特是以10 MHz (快速以太网为100 MHz的时钟频率进展曼彻斯特编码后发送的。 假设信道没有空闲，就

21、等待，直到信道空闲。然后还要再等一个小的“帧间隔IFG时间最小为9.6微秒以便让一切接纳站点有时间为下一轮的传输作好预备。 【帧间隔】以太网数据帧之间的最小时间间隔，用于设备恢复，以便下一帧数据的接纳。任何一个以太网帧，那么在传输前都要等待一个帧间隔时间。只需此期间网络继续空闲，才干开场试发送。帧间隔使网路上的各个设备都有一样的时机获得发送权。以太网任务原理： 冲突检测Collision Detection (CD) CSMA并不能防止两个站点同时发送。假设两个站点都想发送，而且都监听到信道是空闲的，它们将都认定目前无人在运用信道。这样就会产生冲突。 每个正在发送数据的站点都继续监听本人的发送过程。假设发现冲突好像轴电缆上的电流值超越24毫安，就立刻停顿发送，而改发一个32比特的阻塞码。发送阻塞码的目的是