计算机网络第11讲

计算机网络

（第十一讲）主讲：李勇二零一五年十月计算机网络讲义2计算机网络讲义2上次课主要内容数据链路层差错控制可靠性传输完全理想化的数据传输具有最简单流量控制的数据链路层协议实用的停止等待协议计算机网络讲义3实用的停止等待协议处理传输的情况时间ABDATA0送主机ACKDATA1送主机ACK(a)正常情况ABDATA0DATA0送主机ACK(c)数据帧丢失重传tout丢失！ABDATA0送主机ACKDATA0丢弃ACK(d)确认帧丢失重传tout丢失！ABDATA0NAKDATA0送主机ACK(b)数据帧出错重传出错四种情况计算机网络讲义44.4.4连续ARQ协议连续ARQ协议的基本思想：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。如果这时收到了接收端发来的确认帧，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。计算机网络讲义51、连续ARQ协议的工作原理基本思想

1、发送方可以连续发送多个数据帧（个数有一定的限制），每发送完一个数据帧，设置超时计时器；

2、当发送的数据帧数量没有达到限制就收到了确认帧，可继续连续发送，如果达到了限制还没有收到确认帧，则等待；

3、接收方不对每个收到的数据帧进行确认，而是对几个数据帧进行确认，由于需要对多个数据帧进行确认，因此，确认帧必须编号；

4、接收方将确认帧进行编号，ACKn表示已经正确接收到前n-1号数据帧，期望第n号数据帧；

5、接收方只按顺序接收数据帧，当接收到的数据帧出错时，只确认编号小于出错数据帧编号的数据帧，而将接收到编号大于等于出错数据帧编号的数据帧抛弃。因此，连续ARQ协议也称为Go-Back-N协议。计算机网络讲义62、连续ARQ协议工作示意图协议工作示意图DATA00123ACK1DATA1DATA2DATA345touttoutDATA4DATA26DATA3ACK2DATA47ACK2ACK389DATA5DATA6toutACK5接收接收抛弃抛弃抛弃接收接收接收时间发送端接收端连续ARQ协议的工作原理计算机网络讲义73、连续ARQ协议问题的讨论协议存在的问题

1、发送方最多连续发送数据帧的个数。（1）数据帧的编号；（2）发送缓存的大小；（3）确认帧的编号。

2、tout值的选取。

3、如何协调发送和接收。（1）发送方如何决定发送还是等待；（2）接收方如何将自己的接收能力通知发送方。在连续ARQ协议中，采用滑动窗口的技术解决上述问题。计算机网络讲义84.4.5滑动窗口协议滑动窗口的概念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。计算机网络讲义91、滑动窗口协议的基本思想1、在发送方设置发送窗口，窗口的大小为在发送方未接到接收方确认的前提下，发送方能连续发送的最大数据帧数；2、窗口的后沿初始化为0，前沿初始化为K-1，表示可以连续发送K个数据帧（K为发送窗口的大小），设置发送指针，初始化为0，表明下一个要发送的是第0号数据帧；3、发送方每发送一个数据帧，发送窗口的发送指针加1，发送指针到达发送窗口前沿时，停止发送，否则继续发送；4、在接收方设置接收窗口，窗口的大小为1，接收窗口的前沿和后沿初始化为0，表示期望收到第0号数据帧；5、接收方只接收数据帧编号等于接收指针的数据帧，抛弃其他的数据帧，每成功接收一个数据帧，接收窗口的前沿和后沿加1，同时，可以对一个或多个接收的数据帧发出确认帧ACKn；6、发送方接到确认帧ACKn，发送窗口的后沿设置为n，前沿设置为k+n，如果发送指针小于窗口的前沿，则继续发送。计算机网络讲义10滑动窗口协议举例1101234567012发送窗口WT不允许发送这些帧允许发送5个帧(a)01234567012不允许发送这些帧还允许发送4个帧WT已发送(b)01234567012不允许发送这些帧WT已发送(c)01234567012不允许发送这些帧还允许发送

3个帧WT已发送

已发送并已收到确认(d)12不允许接收这些帧01234567012WR准备接收0号帧(a)不允许接收这些帧01234567012WR准备接收

1号帧已收到(b)不允许接收这些帧01234567012WR准备接收4号帧已收到(c)计算机网络讲义133、对滑动窗口协议说明1、从发送窗口可以获得的信息。（1）已成功发送的数据帧；（2）发送还没有确认的数据帧；（3）还可以最多连续发送的数据帧；（4）下一个要发送的数据帧。2、从接收窗口可以获得的信息。（1）以成功的接收的数据帧；（2）下一次要接收的数据帧。3、发送端的tout为略大于与窗口大小等效的时间。4、接收端通过控制发送窗口的滑动协调发送方和接收方的动作。5、发送方最大连续发送数据帧的个数与窗口大小相等。计算机网络讲义144、关于滑动窗口协议的讨论1、发送窗口大小的最佳值。（1）网络接口的速度；（2）数据链路的速度；（3）接收方处理数据的速度；（4）发送缓存的大小；（5）可以证明，当用n个比特为数据帧编号时，若接收窗口的大小为1时，发送窗口小于等于2n-1。2、发送方是否出现等待现象；若窗口的大小合适，可以不出现等待现象。3、数据帧的编号问题。若窗口大小为K，则数据帧的编号应大于等于个比特。计算机网络讲义155、选择重传ARQ协议可加大接收窗口，先收下发送序号不连续但仍处在接收窗口中的那些数据帧。等到所缺序号的数据帧收到后再一并送交主机。选择重传ARQ协议可避免重复传送那些本来已经正确到达接收端的数据帧。但我们付出的代价是在接收端要设置具有相当容量的缓存空间。对于选择重传ARQ协议，若用n

比特进行编号，则接收窗口的最大值受下式的约束：WR

2n/2计算机网络讲义164.5点到点信道的数据链路层数据链路层提供点对点和广播两种信道。其中点对点信道主要使用的广域网中。1、点对点信道不需要寻址；2、其他的功能则都需要；3、OSI的观点是必须把数据链路层做成是可靠的，因此在CRC校验的基础上还需要增加帧编号、确认和重传机制。计算机网络讲义171、点对点信道通信步骤点对点信道的数据链路层在进行通信时的主要步骤如下：

1、发送方将网络层提交的IP数据报封装成帧，将帧发给发送方的物理层；

2、接收方从物理层接收比特流，重新封装成帧；

3、接收方判断接收的帧是否有错，无错，提取IP数据报上交网络层，有错，丢弃该帧。计算机网络讲义182、点对点通信协议典型的两种点对点协议

1、高级数据链路控制协议（HDLC，High-levelDataLinkControl）；

2、点对点协议（PPP，PointtoPointProtocl）。计算机网络讲义194.5.1高级控制链路协议HDLC1974年，IBM公司推出了面向比特的规程SDLC(SynchronousDataLinkControl)。后来ISO把SDLC修改后称为HDLC(High-levelDataLinkControl)，译为高级数据链路控制，作为国际标准ISO3309。CCITT则将HDLC再修改后称为链路接入规程LAP(LinkAccessProcedure)。不久，HDLC的新版本又把LAP修改为LAPB，“B”表示平衡型(Balanced)，所以LAPB叫做链路接入规程(平衡型)。计算机网络讲义201、HDLC的帧结构标志字段F(Flag)为6个连续1加上两边各一个0共8bit。在接收端只要找到标志字段就可确定一个帧的位置。比特888可变168信息

Info标志

F标志

F地址

A控制

C帧检验序列

FCS透明传输区间FCS检验区间计算机网络讲义212、各字段含义地址字段A是8bit。帧检验序列FCS字段共16bit。所检验的范围是从地址字段的第一个比特起，到信息字段的最末一个比特为止。控制字段C共8bit，是最复杂的字段。HDLC的许多重要功能都靠控制字段来实现。计算机网络讲义224.5.2点对点协议PPP由于目前数据传输线路质量的提高，更多使用的点对点数据链路层协议是PPP。

1、PPP协议是可提供同步传输和异步传输的数据链路层协议；

2、由于该协议非常简单，所以使用广泛，效率较高；

3、该协议是IETF在1992年制定，在1993年和1994年进行了修订，参考文档为RFC1661；

4、该协议是针对TCP/IP而设计的。计算机网络讲义231、PPP协议的需求IETF认为，在设计PPP协议时必须考虑以下的需求。简单、封装成帧、透明性、多种网络层协议、多种类型链路、差错检验、检测连接状态、最大传送单元、网络层地址协议、数据压缩协商。PPP协议不需要的功能 纠错、流量控制、序号、多点线路、半双工和单工链路。计算机网络讲义242、PPP协议的组成一个将IP数据报封装到串行链路的方法。

1、支持异步链路（无奇偶校验的8比特数据）；

2、支持面向比特的同步链路。一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议（LCP）。

1、通信双方可协商一些选项；

2、在RFC1661中定义了11种类型的LCP分组。一套网络控制协议（NCP）。

1、包含很多不同的协议；

2、其中的每一个协议支持不同的网络层协议。计算机网络讲义253、PPP协议的帧格式PPP协议的帧格式

1、PPP帧分为三部分，即首部、数据和尾部；

2、首部分为四个字段，第一字段是标志字段F，规定为十六进制的Ox7E（01111110），表示一个帧的开始或结束，是PPP帧的界定符。连续两帧之间只需要一个标志字段。如果出现连续的两个标志字段，就表示一个空帧，应当抛弃；

3、首部的第二字段为1字节地址字段A，规定为0xFF；

4、首部的第三字段为1字节控制字段C规定为0x03；

5、首部的第三字段为2字节协议字段，规定了帧当中封装的协议。如0x0021为IP协议，0xC021为LCP协议等；

6、数据部分的长度是可变的，但不超过1500字节；

7、尾部第一字段为2字节的CRC校验序列FCS。第二字段为Ox7E（01111110）。计算机网络讲义264、异步传输功能的透明传输解决办法采用字节填充的方式解决透明传输的问题。

1、当PPP使用异步传输时，它把转义符定义为0x7D，并使用字节填充，填充方法如下：（1）把数据字段出现的每一个0x7E字节转换为2字节序列（0x7D，0x5E）；（2）若数据字段出现一个0x7D的字节，则把转变为2字节序列（0x7D，0x5D）；（3）若数据字段中出现了ASCII的控制字符（数值小于0x20的字符），则在该字符前面要加入一个0x7D字节，同时改变该字符的编码。如0x03转变为0x7D，0x23；

2、由于在发送端进行了字节填充，因此在链路上传送的信息字节数超过了原来的信息字节数。在接收端进行相反的变化，正确恢复原来的信息。计算机网络讲义275、同步传输功能的透明传输解决办法零比特填充

1、PPP用在SONET/SDH链路时，使用的是同步传输；

2、在这种情况下，PPP协议采用零比特填充的方法来实现透明传输。（1）在发送端，先扫描整个数据字段，只要发现有5个连续1，则立即填入一个0；（2）在接收端进行相反的操作。计算机网络讲义286、PPP协议的工作过程PPP协议的工作过程。

1、客户机首先向服务器发送一系列的LCP分组，分组中包含了PPP的参数，服务器对客户机进行响应，协商PPP参数，用来建立LCP连接。

2、接下来客户机启动NCP协议，服务器为客户机分配网络层地址。

3、当通讯结束后，客户机或服务器利用NCP释放网络层资源，然后利用LCP释放数据链路层连接，最后释放物理层连接。计算机网络讲义297-1、PPP协议的状态PPP协议的状态

1、链路静止状态

PPP协议的起始和终止状态，此时在客户机和服务器之间没有物理层连接。

2、链路建立状态 在双方建立物理连接后，PPP就进入了链路建立状态，其目的是建立数据链路层的LCP连接。对于客户机发出的请求，服务器可以回应配置确认帧、配置否认帧和配置拒绝帧。配置参数包括：最大帧长、使用的鉴别协议