通信网络基础期末复习-第一章和第二章-概论和端到端的传输协议
寫(xiě)在前面：本課程授課教師為韓彥芳。本文僅供個(gè)人復(fù)習(xí)學(xué)習(xí)、構(gòu)建知識(shí)體系所用。
文章目錄
- 第1章 通信網(wǎng)絡(luò)概述及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
- 1.1 通信網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成
- 1.2 協(xié)議體系及分層的概念
- 1.2.1分層的概念
- 1.2.2 OSI參考模型
- 1.2.3 TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)
- 1.2.4 混合的分層協(xié)議
- 1.3 通信網(wǎng)絡(luò)的基本理論問(wèn)題(可能有填空題！)
- 第2章 端到端的傳輸協(xié)議
- 2.1組幀技術(shù)
- 2.1.1 面向字符的組幀技術(shù)
- 2.1.2面向比特的組幀技術(shù)
- 2.1.3 采用長(zhǎng)度計(jì)數(shù)的組幀技術(shù)
- 2.2鏈路層的差錯(cuò)控制
- 2.2.1 流量控制
- 2.2.2 差錯(cuò)檢測(cè)
- 2.2.3 ARQ協(xié)議
- 2.3標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路控制(DLC)協(xié)議
- 2.3.1標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議
- 2.3.2 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的初始化
- 1.主從模式下的鏈路初始化
- 2.平衡模式下的初始化
- 3.有故障節(jié)點(diǎn)的初始化
- ABM填圖題
- 2.4網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸協(xié)議
- 2.4.1網(wǎng)絡(luò)層(子網(wǎng)層)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸協(xié)議
- 1.會(huì)話過(guò)程和分組的編號(hào)
- 2.網(wǎng)絡(luò)層的差錯(cuò)控制
- 3.網(wǎng)絡(luò)層的流量控制
- 4.X.25網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)
- 2.4.2網(wǎng)際層(互連層)的傳輸協(xié)議--IP協(xié)議
- 2.4.3運(yùn)輸層的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸協(xié)議
- 1.TCP中的尋址與復(fù)接
- 2.TCP中的差錯(cuò)控制
- 3.TCP的流量控制
第1章 通信網(wǎng)絡(luò)概述及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
1.1 通信網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成
1.1通信網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成
一個(gè)基本的通信網(wǎng)絡(luò)通常由用戶通信終端、物理傳輸鏈路（通道）和鏈路的匯聚點(diǎn)（網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)）組成。
出題：給定英文簡(jiǎn)寫(xiě)，寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的中文意思。比如ATM是什么？
常用通信網(wǎng)絡(luò)
ATM(Asynchronous Transfer Mode,異步傳輸模式)
X.25分組網(wǎng)
PSTN(Public Switched Telephone Network,公用電話交換網(wǎng))/ISDN(Integrated Service Digital Network，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))
移動(dòng)通信網(wǎng)/衛(wèi)星通信網(wǎng)
FDDI(Fiber Distributed Data Interface,光纖分布式數(shù)據(jù)接口)環(huán)網(wǎng)
局域網(wǎng)及高速骨干核心網(wǎng)
以太網(wǎng)系列標(biāo)準(zhǔn)
IEEE根據(jù)以太網(wǎng)特性制定了表格所示的一系列標(biāo)準(zhǔn)。人們通常所說(shuō)的以太網(wǎng)是指這個(gè)表格中的第一行，也就是速率為10Mbit/s的標(biāo)準(zhǔn)。表中，10BASE-T中的T指的是UTP（Unshielded Twisted Pair），全稱(chēng)是非屏蔽雙絞線，是以太網(wǎng)中常用的線纜類(lèi)型，第三行中的X，指的是光纖
數(shù)據(jù)傳輸鏈路
概念：所謂數(shù)據(jù)傳輸鏈路是指在物理傳輸媒介（如雙絞線、同軸電纜、光纖、微波傳輸系統(tǒng)、衛(wèi)星傳輸電路等）上利用一定的傳輸標(biāo)準(zhǔn)（通常規(guī)定了電氣接口、調(diào)制解調(diào)方式、數(shù)據(jù)編碼的方式、比特同步、幀格式和復(fù)分接的方式等）形成的傳輸規(guī)定速率（和格式）的數(shù)據(jù)比特傳輸通道。
數(shù)據(jù)傳輸鏈路的分類(lèi)
一類(lèi)是用戶到網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)（路由器或交換機(jī)）之間的鏈路，簡(jiǎn)稱(chēng)為接入鏈路
一類(lèi)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)（路由器或交換機(jī)）到網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)（路由器或交換機(jī)）之間的鏈路，簡(jiǎn)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)鏈路
數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)
基本功能：數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的基本功能是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)(或路由設(shè)備)為運(yùn)載用戶業(yè)務(wù)的分組，選擇合適的傳輸鏈路，從而使這些分組迅速可靠地傳送到目的用戶。
路徑(路由)：一個(gè)分組經(jīng)過(guò)的所有傳輸鏈路的集合。
消息（message）：在數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)中，要傳送的基本內(nèi)容稱(chēng)為消息。消息可以是一份Email，也可以是文件、圖像等。
會(huì)話過(guò)程（Session）：在要進(jìn)行交互操作的場(chǎng)合，如：A可以發(fā)一個(gè)消息給B，B可以發(fā)一個(gè)應(yīng)答給A，雙方需要交互多次才可以完成信息交換過(guò)程，或者說(shuō)，雙方需要按照一定的順序交換大量的消息。稱(chēng)這樣一個(gè)消息的序列為一個(gè)會(huì)話過(guò)程。
典型的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)有：分組交換網(wǎng)、電路交換網(wǎng)和ATM網(wǎng)。
A分組交換網(wǎng)
在分組交換網(wǎng)中，將消息分成許多比較短的格式化的數(shù)據(jù)塊稱(chēng)為分組（Packet）進(jìn)行傳輸和交換。每一個(gè)分組由若干比特?cái)?shù)據(jù)組成。每一個(gè)分組通常包括一個(gè)附加的分組頭。分組頭指明該分組的目的結(jié)點(diǎn)及其他網(wǎng)絡(luò)控制信息。
在每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)中采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的工作方式來(lái)將輸入的分組送到選定的輸出鏈路上（這種按照一定的規(guī)則（路由算法）將輸入分組送到選定的輸出鏈路上的過(guò)程稱(chēng)為交換）。
分組交換網(wǎng)中如何選擇一條合適的路由？主要有兩種基本的路由選擇方式：虛電路方式和數(shù)據(jù)報(bào)方式
B 電路交換網(wǎng)
在電路交換網(wǎng)絡(luò)中，在雙方通信之前，需要建立一條直接的物理通路，在通信結(jié)束后，需要拆除該物理鏈路。在通信過(guò)程中，收發(fā)雙方獨(dú)占該物理鏈路。
在電路交換方式中，信息的傳輸具有很短的時(shí)延，且可以保持收發(fā)雙方嚴(yán)格的同步關(guān)系。但與分組交換相比，鏈路利用率較低。
電路交換適用于：連接時(shí)間長(zhǎng)、批量大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，如數(shù)字話音、傳真等業(yè)務(wù)。對(duì)于經(jīng)常性長(zhǎng)期連接的用戶之間，可以使用永久性連接線路或租用線路，進(jìn)行固定連接，即不存在呼叫建立和拆除線路這兩個(gè)階段，避免了相應(yīng)的時(shí)延。
分組交換和電路交換比較
分組交換中數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路的比較
C ATM網(wǎng)絡(luò)
ATM(Asynchronous Transfer Mode，異步傳輸模式)是在傳統(tǒng)電話網(wǎng)使用的電路交換以及分組交換網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種交換技術(shù)，可以較好地支持不同速率、不同種類(lèi)的寬帶信息交換。
ATM網(wǎng)絡(luò)與分組交換的差別是采用一個(gè)全網(wǎng)統(tǒng)一的固定長(zhǎng)度的分組（稱(chēng)為信元）進(jìn)行傳輸和交換。ATM網(wǎng)絡(luò)中，信元的長(zhǎng)度是53字節(jié)，其中5個(gè)字節(jié)是信元頭，48個(gè)字節(jié)用來(lái)運(yùn)載信息。
好處：由于信元格式和長(zhǎng)度固定，可用硬件電路對(duì)信元進(jìn)行處理，因而縮短了每個(gè)信元的處理時(shí)間。
ATM網(wǎng)絡(luò)接口
ATM信元格式
網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)
前面兩個(gè)小節(jié)討論的是一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)的問(wèn)題，這時(shí)所有的鏈路具有相同的特性，采用某種數(shù)據(jù)傳輸鏈路協(xié)議和尋址方式，通過(guò)交換設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)內(nèi)的路由選擇和信息交換。
網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：是指利用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備及相應(yīng)的技術(shù)措施和協(xié)議把兩個(gè)以上的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，使不同網(wǎng)絡(luò)上的用戶能互相通信和交換信息。
物理層設(shè)備：中繼器和集線器
數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備：網(wǎng)橋和交換機(jī)
網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備：路由器
路由器區(qū)別于交換機(jī)的關(guān)鍵特征是它可連接使用不同物理傳輸媒介、具有不同傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路。
全網(wǎng)互聯(lián)的基本條件：一是全網(wǎng)統(tǒng)一編址，而是路由算法。
1.2 協(xié)議體系及分層的概念
第一章第二部分
設(shè)備之間要進(jìn)行通信，必須遵循一套相同的標(biāo)準(zhǔn)，而這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是協(xié)議。
1.2.1分層的概念
基本概念
1.2.2 OSI參考模型
OSI參考模型共7層，從下往上分別為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層。
物理層
數(shù)據(jù)鏈路層
網(wǎng)絡(luò)層
傳輸層
會(huì)話層
表示層
應(yīng)用層
OSI參考模型整體圖
1.2.3 TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)
TCP/IP協(xié)議族的通信任務(wù)組織成五個(gè)相對(duì)獨(dú)立的層次：應(yīng)用層，傳輸層，互聯(lián)網(wǎng)層，網(wǎng)絡(luò)接入層，物理層。（沒(méi)有OSI七層模型中的表示層和會(huì)話層）。
網(wǎng)絡(luò)接口層
網(wǎng)際層（互聯(lián)網(wǎng)層）
傳輸層
應(yīng)用層
OSI和TCP/IP模型的異同
1.2.4 混合的分層協(xié)議
數(shù)據(jù)的封裝與解封裝
1.3 通信網(wǎng)絡(luò)的基本理論問(wèn)題(可能有填空題！)
第一章涉及到的主要知識(shí)點(diǎn)
第2章 端到端的傳輸協(xié)議
物理層是為鏈路層提供一組虛擬的比特通道，本章將討論在這樣的比特管道上如何形成一條可靠的業(yè)務(wù)通道為上層提供可靠的服務(wù)。
為了形成可靠的業(yè)務(wù)通道，首先解決如何標(biāo)識(shí)高層送下來(lái)的數(shù)據(jù)塊（分組）的起止位置。接著就要解決如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的比特錯(cuò)誤。最后要解決的就是發(fā)現(xiàn)這些錯(cuò)誤后，如何消除這些錯(cuò)誤。
2.1組幀技術(shù)
2.1.1 面向字符的組幀技術(shù)
面向字符的組幀技術(shù)是指物理層傳輸?shù)幕締卧且粋€(gè)字符（通常用一個(gè)字符表示一個(gè)字節(jié)），并在此基礎(chǔ)上形成具有一定格式的字符。
Internet網(wǎng)中常用的面向字符的組幀技術(shù)的協(xié)議有SLIP（Serial Line Internet Protocol）和PPP（Point to Point Protocol）
SLIP協(xié)議
為了防止IP數(shù)據(jù)報(bào)中出現(xiàn)相同的END字符而使收端錯(cuò)誤地終止一幀的接收，SLIP中使用了轉(zhuǎn)義字符ESC。當(dāng)IP數(shù)據(jù)報(bào)中出現(xiàn)END字符時(shí)，就轉(zhuǎn)換成ESC和ESC-END（其中ESC-END=DCH）兩個(gè)字符。當(dāng)IP數(shù)據(jù)報(bào)中出現(xiàn)ESC時(shí)，就轉(zhuǎn)換成為ESC和ESC-ESC（其中ESC-ESC=DDH）兩個(gè)字符。
收端只要收到END字符即表示一幀的開(kāi)始或結(jié)束。每當(dāng)遇到ESC字符就進(jìn)行字符轉(zhuǎn)換，恢復(fù)IP報(bào)文中的原有的END和ESC字符。這樣就可以完全以一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的形式向IP層提交數(shù)據(jù)。
PPP協(xié)議
上述幀格式均支持?jǐn)?shù)據(jù)的透明傳輸，這些幀結(jié)構(gòu)在處理時(shí)非常簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)是效率較低，插入了許多轉(zhuǎn)義字符。另外，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度必須以字節(jié)為單位。
2.1.2面向比特的組幀技術(shù)
2.1.3 采用長(zhǎng)度計(jì)數(shù)的組幀技術(shù)
2.2鏈路層的差錯(cuò)控制
2.2.1 流量控制
2.2.2 差錯(cuò)檢測(cè)
2.2.3 ARQ協(xié)議
停等式ARQ（Stop-and-Wait ARQ）基本思想是在開(kāi)始下一幀傳送以前必須確保當(dāng)前幀已被正確接收
例題
設(shè)有三種物理鏈路：一條是衛(wèi)星鏈路，其信道速率為64kbps，傳播時(shí)延為T(mén)p=270ms，一條是經(jīng)過(guò)電話網(wǎng)的呼叫接續(xù)構(gòu)成的5000km的鏈路，其信道速率為9600bps，傳播時(shí)延Tp=25ms；一條是由同軸電纜提供的長(zhǎng)為500m鏈路，其信道速率為10Mbps，傳播時(shí)延Tp=2.5μs。試求幀長(zhǎng)為K=1000時(shí)和K=10000bit時(shí)停等式ARQ的鏈路最大平均利用率U，最大平均吞吐量S（分組/秒）和平均分組時(shí)延D（ms）
解答暫無(wú)；
設(shè)有物理1種鏈路衛(wèi)星鏈路是，其信道速率為64kbps，傳播時(shí)延為T(mén)p=270ms，試求幀長(zhǎng)為K=1000時(shí)，誤幀率p=0.1時(shí)，停等式ARQ的鏈路最大平均利用率U，最大平均吞吐量S（分組/秒）？
解答
返回n-ARQ的基本思路是：發(fā)端在沒(méi)有收到對(duì)方應(yīng)答的情況下，可以連續(xù)發(fā)送n幀。收端僅接收正確且順序連續(xù)的幀，其應(yīng)答中的RN表示RN以前的所有幀都已經(jīng)正確接收。
從圖中可以看出，如果收端能及時(shí)返回應(yīng)答，則發(fā)端可以連續(xù)不斷地全速發(fā)送幀。如果減緩應(yīng)答返回的速率，則可以控制發(fā)端發(fā)送幀的速率，從而達(dá)到速率控制的目的。
幀損壞的情況
丟失幀的情況
確認(rèn)幀的損壞
返回n幀的圖示
返回n幀ARQ的窗口長(zhǎng)度
選擇重發(fā)式ARQ
選擇重發(fā)式ARQ是對(duì)返回n-ARQ的改進(jìn)。
在返回n-ARQ中，如果前向傳輸?shù)哪骋粋€(gè)幀出錯(cuò)，則在收到對(duì)方的否定應(yīng)答后，該幀及其后續(xù)的幀都要重傳，而不管這些后續(xù)是否傳輸正確。選擇重發(fā)式ARQ的思路與返回ｎ－ＡＲＱ相同，其窗口仍為ｎ，但僅僅重發(fā)有錯(cuò)的幀。
返回n幀ARQ和選擇重傳ARQ的比較填圖作業(yè)題
作業(yè)題答案
2.3標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路控制(DLC)協(xié)議
2.3.1標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議
目前常用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路控制(DLC)協(xié)議有：IBM提出的SDLC，ISO建議的HDLC，ANSI規(guī)定的ADCCP和CCITT建議的LAPB。
HDLC是為多種物理鏈路設(shè)計(jì)的。這些鏈路包括多址鏈路、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路、全雙工鏈路和半雙工鏈路。它包括三種工作模式：正常相應(yīng)模式（NRM），異步響應(yīng)模式（ARM），異步平衡模式（ABM）。
正常響應(yīng)模式（NRM）用于主從式鏈路。即鏈路的一端是主站，另一端是從站。主站負(fù)責(zé)控制和協(xié)調(diào)雙方的通信過(guò)程。典型的應(yīng)用場(chǎng)合是一個(gè)計(jì)算機(jī)與多個(gè)外設(shè)之間的鏈路。采用輪詢(xún)（polling）機(jī)制，實(shí)現(xiàn)主站與從站之間的通信。
異步響應(yīng)模式（ARM）也是采用主從方式，但對(duì)從站沒(méi)有嚴(yán)格的限制，該方式未被廣泛采用，后面將不再討論。
異步平衡模式（ABM）用于全雙工點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的鏈路，鏈路兩端的節(jié)點(diǎn)具有相同的責(zé)任進(jìn)行鏈路控制。這是應(yīng)用最廣泛的協(xié)議之一。
標(biāo)準(zhǔn)DLC協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)
標(biāo)志字段
地址域
地址域在常用情況下為一個(gè)字節(jié)（8bit），它用于多用戶共享一條鏈路時(shí)區(qū)分不同的節(jié)點(diǎn)。在不同的工作方式下，地址域的功能可以不同。例如“在ＮＲＭ方式中，地址域總是從站的地址。當(dāng)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信時(shí)，地址域沒(méi)有作用。
控制域
控制域用來(lái)區(qū)分不同的幀類(lèi)型。它有三種格式：信息幀（I），控制幀（S）和無(wú)編號(hào)幀（U）。
信息幀采用模8的返回n-ARQ方式進(jìn)行傳輸，它對(duì)應(yīng)的控制包括SN和RN。監(jiān)控幀用于在無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)返回ARQ的信息或加速返回ACK和NAK信息。無(wú)編號(hào)幀用于鏈路的建立和終止以及附加信息的傳輸。
控制信息種類(lèi)的區(qū)分是靠控制域的第１和２比特來(lái)區(qū)分的。第１比特為０
表示為信息幀，第１和２比特為“１０”表示監(jiān)控幀，第１和２比特為“１１”表示為無(wú)編號(hào)幀。控制域中的第５個(gè)比特為查詢(xún)／結(jié)束（Ｐ／Ｆ）比特，在查詢(xún)時(shí)稱(chēng)為Ｐ比特，在響應(yīng)時(shí)稱(chēng)為Ｆ比特。
監(jiān)控幀（S幀）
監(jiān)控幀(S)有4種類(lèi)型
通過(guò)控制域中第3和第4比特來(lái)進(jìn)行區(qū)分(下圖中00，01等表示的就是第3、4比特)
無(wú)編號(hào)幀(U幀)
無(wú)編號(hào)幀用于鏈路的建立、拆除和特殊控制。
2.3.2 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的初始化
通信雙方對(duì)使用的通信協(xié)議進(jìn)行初始化是通信過(guò)程中的基本問(wèn)題，如果鏈路中有節(jié)點(diǎn)故障或者鏈路故障存在，初始化問(wèn)題是挺復(fù)雜的。
以鏈路故障為例，當(dāng)鏈路出現(xiàn)故障一段時(shí)間后，為了保證端到端的傳輸可靠性，網(wǎng)絡(luò)層或傳輸層通常會(huì)采取一定的措施，另外選擇一條新的鏈路來(lái)傳輸在舊鏈路上未傳送的分組。當(dāng)舊鏈路恢復(fù)工作以后，高層會(huì)在該鏈路中建立一條新的通路來(lái)傳輸新的分組流。
1.主從模式下的鏈路初始化
在NRM工作過(guò)程中，地址域總是從站的地址，主站在發(fā)出命令和數(shù)據(jù)時(shí)，使用從站的地址，從站用自己的地址予以響應(yīng)或傳輸數(shù)據(jù)
主從模式下，簡(jiǎn)化的鏈路初始化如下圖所示，方便起見(jiàn)，采用mod2的停等式ARQ協(xié)議。
過(guò)程解析：
Ａ節(jié)點(diǎn)為主站，Ｂ節(jié)點(diǎn)為從站。Ａ決定何時(shí)進(jìn)行建立連接和拆除連接。Ａ 首先發(fā)送初始化命令(INIT(SN=1))進(jìn)行鏈路初始化，Ｂ 收到INIT后ACKI(RN=0)予以應(yīng)答。只有當(dāng)Ａ 收到Ｂ 的應(yīng)答后，初始化才能結(jié)束。Ａ如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)未收到Ｂ 的應(yīng)答，Ａ 會(huì)重發(fā)ＩＮＩＴ 命令，直至收到Ｂ 的應(yīng)答。當(dāng)Ａ決定拆除鏈路時(shí)，Ａ發(fā)拆線命令ＤＩＳＣ（ＳＮ＝０），Ｂ收到Ａ的命令后，用ACKD予以應(yīng)答。
HDLC鏈路的初始化
在HDLC協(xié)議中，SNRM幀對(duì)應(yīng)于上述INIT幀，DISC幀對(duì)應(yīng)上述DISC幀，ACK幀對(duì)應(yīng)上述的ACKI和ACKD。
由于在HDLC協(xié)議中，對(duì)SNRM和DISC都是采用相同的UA幀予以應(yīng)答，因而會(huì)出現(xiàn)無(wú)法區(qū)分對(duì)SNRM的應(yīng)答還是對(duì)DISC的應(yīng)答，因而可能會(huì)導(dǎo)致不正確的操作（如分組丟失）。
過(guò)程解析：
假定傳輸時(shí)延大于發(fā)端等待應(yīng)答的時(shí)延。在圖中，Ａ 發(fā)送三次ＳＮＲＭ 才收到對(duì)方Ｂ的應(yīng)答。Ａ 收到Ｂ的應(yīng)答后，發(fā)送數(shù)據(jù)序號(hào)為ＳＮ＝０的分組Ｄ０。Ａ在發(fā)送Ｄ０后等待一段時(shí)間后仍未收到對(duì)方的應(yīng)答，則認(rèn)為鏈路已不工作，進(jìn)而發(fā)送ＤＩＳＣ命令拆除連接。第二個(gè)ＡＣＫ（對(duì)應(yīng)于第二次ＳＮＲＭ的應(yīng)答）到達(dá)Ａ，使Ａ 認(rèn)為是對(duì)ＤＩＳＣ的應(yīng)答，從而使Ａ 認(rèn)為鏈路已拆除。Ａ在一定的時(shí)延后，決定重新初始化該鏈路，發(fā)出ＳＮＲＭ 命令。第三個(gè)ＡＣＫ（對(duì)應(yīng)于第三次ＳＮＲＭ 的應(yīng)答）使得Ａ認(rèn)為鏈路初始化結(jié)束，進(jìn)而發(fā)送新的ＳＮ＝０的數(shù)據(jù)分組Ｄ′０，此時(shí)對(duì)分組Ｄ０的應(yīng)答（ＲＮ＝０）到達(dá)Ａ，使Ａ認(rèn)為Ｄ′０已被正確接收。如果Ｄ′０傳輸出錯(cuò)，將導(dǎo)致Ｄ′０的丟失。該圖從概念上說(shuō)明由于ＨＤＬＣ應(yīng)答機(jī)制的不完善，將有可能導(dǎo)致鏈路傳輸出錯(cuò)。因此在進(jìn)行通信協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)初始化問(wèn)題進(jìn)行認(rèn)真考慮，它可能使你設(shè)計(jì)的協(xié)議不能正常工作。
2.平衡模式下的初始化
上圖分為三個(gè)過(guò)程：A與B建立連接，A和B同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和A拆除連接。在這些過(guò)程中，任何一方發(fā)送數(shù)據(jù)和要求對(duì)方應(yīng)答時(shí)使用對(duì)方的地址，應(yīng)答時(shí)使用自己的地址。
平衡模式中，通信雙方是平等的，即當(dāng)Ａ站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，Ａ是主站，Ｂ是從站；當(dāng)Ｂ站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，Ｂ是主站，Ａ是從站。因而這相當(dāng)于有兩個(gè)主從協(xié)議在工作。
平衡模式下的初始化過(guò)程如下圖所示。該過(guò)程中，應(yīng)答是嵌入在發(fā)送命令之中的。圖中符號(hào)的含義與HDLC鏈路初始化圖中符號(hào)的含義相同。鏈路ＵP／ＤＯＷＮ 狀態(tài)（即Ａ→Ｂ及Ｂ→Ａ 的狀態(tài)）是由Ａ 和Ｂ 共同確定的。例如Ｂ 在收到對(duì)方的ＩＮＩＴ 命令并發(fā)出初始化ＩＮＩＴ 命令后，只有收到對(duì)方（Ａ）發(fā)來(lái)的ＡＣＫＩ時(shí)，才能認(rèn)定鏈路為ＵＰ狀態(tài)。又如，當(dāng)Ａ發(fā)出ＤＩＳＣ后，只有在收到對(duì)方的ＤＩＳＣ命令后，才能認(rèn)定鏈路為ＤＯＷＮ 狀態(tài)。而在前面的主從協(xié)議中，鏈路的狀態(tài)是由主站確定的。
3.有故障節(jié)點(diǎn)的初始化
節(jié)點(diǎn)故障意味著所有與之相連的鏈路都出現(xiàn)故障。節(jié)點(diǎn)有故障時(shí)，不接受任何輸入，也不產(chǎn)生任何輸出，不發(fā)生任何操作。如果節(jié)點(diǎn)故障時(shí)能記憶其狀態(tài)，則可以看成數(shù)據(jù)傳輸丟失，或高層已將數(shù)據(jù)改走其他鏈路，它與鏈路故障情況相同。當(dāng)節(jié)點(diǎn)恢復(fù)工作時(shí)，所有相鄰鏈路都需要進(jìn)行初始化。如果節(jié)點(diǎn)故障時(shí)狀態(tài)丟失，則此時(shí)的問(wèn)題要復(fù)雜得多。
過(guò)程解析：
假定采用主從式初始化協(xié)議，節(jié)點(diǎn)故障時(shí)丟失其狀態(tài)信息，每次節(jié)點(diǎn)從故障狀態(tài)恢復(fù)時(shí)，都進(jìn)行初始化。假定節(jié)點(diǎn)故障的時(shí)間和恢復(fù)工作的時(shí)間與來(lái)回傳輸時(shí)延屬同一個(gè)量級(jí)。節(jié)點(diǎn)故障及其初始化的過(guò)程如下圖所示。在該圖中，Ａ 節(jié)點(diǎn)多次出現(xiàn)短時(shí)間的故障狀態(tài)，Ｂ 無(wú)法判定Ａ 是否故障。Ａ 開(kāi)始發(fā)送ＩＮＩＴ后出現(xiàn)故障。Ａ 從故障恢復(fù)后再次發(fā)送ＩＮＩＴ進(jìn)行初始化，并收到Ｂ 的應(yīng)答（該應(yīng)答是對(duì)第一次ＩＮＩＴ 的應(yīng)答）后，Ａ 認(rèn)為對(duì)方已收到本次ＩＮＩＴ 命令，便開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)分組Ｄ０。Ａ再次出現(xiàn)故障，當(dāng)Ａ從故障再次恢復(fù)后，又發(fā)送ＩＮＩＴ命令。Ａ在收到Ｂ的應(yīng)答（該應(yīng)答是對(duì)第二次ＩＮＩＴ 的應(yīng)答）后，發(fā)送數(shù)據(jù)分組Ｄ′０。當(dāng)Ａ 收到對(duì)Ｄ０的應(yīng)答后，會(huì)誤認(rèn)為是對(duì)Ｄ′０的應(yīng)答，如果Ｄ′０傳輸出錯(cuò)，則會(huì)導(dǎo)致Ｄ′０的丟失。
為了解決節(jié)點(diǎn)故障后的初始化問(wèn)題，可以采用以下幾種辦法：
（１） 采用非易失性的存儲(chǔ)器來(lái)保存鏈路的工作狀態(tài)。
（２） 如果鏈路有一個(gè)最大的傳播時(shí)延，則可以設(shè)計(jì)一個(gè)足夠長(zhǎng)的定時(shí)器，來(lái)避免上述初始化問(wèn)題。
（３） 采用一個(gè)隨機(jī)數(shù)的方法來(lái)區(qū)分不同正常運(yùn)行期的操作，從而使得發(fā)生不正常操作的概率很小。
ABM填圖題
2.4網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸協(xié)議
前一節(jié)研究了兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，這里要討論一個(gè)會(huì)話過(guò)程(session)跨越一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中多條鏈路，或跨越多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的不同傳輸鏈路時(shí)的分組編號(hào)、差錯(cuò)恢復(fù)、流量控制和編址等問(wèn)題，以保證任意兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程之間可靠的數(shù)據(jù)傳輸。
2.4.1網(wǎng)絡(luò)層(子網(wǎng)層)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸協(xié)議
1.會(huì)話過(guò)程和分組的編號(hào)
對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的一條鏈路而言，它通常被通過(guò)該條鏈路的若干會(huì)話過(guò)程所共享。也就是說(shuō)，不同會(huì)話過(guò)程的分組要共享同一鏈路。如果要將裝載在物理幀中的分組送達(dá)不同的目的地或區(qū)分來(lái)自不同源的分組，這就必須對(duì)不同會(huì)話過(guò)程的分組進(jìn)行標(biāo)識(shí)。
對(duì)于虛電路(VC)方式，對(duì)于不同的會(huì)話過(guò)程，采用虛電路號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，即每個(gè)分組含有一個(gè)虛電路號(hào)。
對(duì)于數(shù)據(jù)報(bào)方式，通常在分組頭中包括：源節(jié)點(diǎn)的地址和目的結(jié)點(diǎn)的地址以及相同節(jié)點(diǎn)中不同會(huì)話過(guò)程的標(biāo)識(shí)。利用這些信息，就可以將任一節(jié)點(diǎn)中的任一會(huì)話過(guò)程中的分組送到任一節(jié)點(diǎn)中相應(yīng)的會(huì)話過(guò)程。
在這兩種標(biāo)識(shí)方式中，數(shù)據(jù)報(bào)方式中的分組頭開(kāi)銷(xiāo)較大；而虛電路方式中分組頭的開(kāi)銷(xiāo)較小，但需要有虛電路的建立過(guò)程。
在虛電路方式中，不同會(huì)話過(guò)程的區(qū)分方法如下圖所示
過(guò)程解析：
圖中節(jié)點(diǎn)３與７之間同時(shí)存在兩個(gè)session(A和B)，sessionＡ由鏈路（３，５）中的ＶＣ７，鏈路（５，８）中的ＶＣ４ 和鏈路（８，７）中的ＶＣ１１ 組成；sessionＢ 由鏈路（３，５）中的ＶＣ１３，鏈路（５，８）中的ＶＣ７和鏈路（8，7）中的ＶＣ６組成。節(jié)點(diǎn)６與２之間有一個(gè)sessionＣ，它由鏈路（６，５），（５，８）和（８，２）中的ＶＣ３、ＶＣ３和ＶＣ７組成。
不同session的分組可以在不同的幀中獨(dú)立傳輸，也可以將多個(gè)session的分組復(fù)接在一幀中進(jìn)行傳輸。不同session的分組復(fù)接在一幀中傳輸?shù)氖疽鈭D如下圖所示。它包括幀頭和各個(gè)session的分組及相應(yīng)的session頭。session頭用于區(qū)分不同session的分組。
前面討論了如何區(qū)分不同session的分組，那么對(duì)于同一session中的分組是否需要進(jìn)行標(biāo)識(shí)或編號(hào)呢？
對(duì)于數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛電路方式，答案都是肯定的。
在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，同一session分組可能會(huì)經(jīng)過(guò)不同的路徑，這樣到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的順序就會(huì)不同于源節(jié)點(diǎn)發(fā)出分組的順序，另外一方面分組在傳輸?shù)倪^(guò)程中，因鏈路擁塞、傳輸錯(cuò)誤、節(jié)點(diǎn)或鏈路故障等原因會(huì)引起分組丟失。因此，就必須提供一種方式來(lái)使目的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)上述問(wèn)題。解決方法就是對(duì)同一session發(fā)送的分組進(jìn)行編號(hào)。
在虛電路方式中，可能會(huì)有下列原因?qū)е路纸M丟失或傳輸出錯(cuò)：
（１） 虛電路號(hào)錯(cuò)誤導(dǎo)致不正確的幀通過(guò)了CRC校驗(yàn)，而把不正確幀誤認(rèn)為是一個(gè)正確的幀；
（２） 當(dāng)數(shù)據(jù)分組中的傳輸錯(cuò)誤未能被CRC檢查出來(lái)；
（３） 節(jié)點(diǎn)或鏈路故障可能導(dǎo)致部分分組丟失，如果沒(méi)有分組編號(hào)，目的節(jié)點(diǎn)就不可以發(fā)現(xiàn)丟失的分組。
因此，在虛電路方式中，同樣需要對(duì)同一session中發(fā)送的分組進(jìn)行編號(hào)。
2.網(wǎng)絡(luò)層的差錯(cuò)控制
網(wǎng)絡(luò)層的差錯(cuò)控制方式與數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)控制方式類(lèi)似，采用ＡＲＱ 方
式，發(fā)端有發(fā)送序號(hào)ＳＮ，收端應(yīng)答有接收序號(hào)ＲＮ。ＡＲＱ 的方式可為返回式ＡＲＱ 或選擇重發(fā)式ＡＲＱ。
網(wǎng)絡(luò)層的差錯(cuò)控制與數(shù)據(jù)鏈路層差錯(cuò)控制的主要差別在于：
（１） 使用的位置不同。數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)控制是用于一條物理鏈路的兩端，而網(wǎng)絡(luò)層的差錯(cuò)控制是用于網(wǎng)絡(luò)中的任意兩節(jié)點(diǎn)之間。通常網(wǎng)絡(luò)中的任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸路徑會(huì)由多條鏈路串聯(lián)而成。
（２）分組編號(hào)的方式不同。在網(wǎng)絡(luò)層是對(duì)一個(gè)session中的分組（或者字節(jié)，或者消息）進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)。而在鏈路層上是對(duì)不同session中所有分組進(jìn)行順序編號(hào)。
（３） 傳輸順序的差別。在鏈路層，所有的幀都是按順序傳輸?shù)?#xff1b;而在網(wǎng)絡(luò)層中，相同源和目的節(jié)點(diǎn)的分組可能會(huì)經(jīng)過(guò)不同的路徑，分組的傳輸可能會(huì)出現(xiàn)亂序現(xiàn)象。
（４） 時(shí)延不同。在鏈路層，傳輸時(shí)延（包括傳播時(shí)延、處理時(shí)延、幀傳輸?shù)臅r(shí)延）在小范圍內(nèi)變化；而在網(wǎng)絡(luò)層，傳輸時(shí)延會(huì)在大范圍內(nèi)變化。
前面已經(jīng)提到，在鏈路層為了檢測(cè)傳輸錯(cuò)誤，使用了ＣＲＣ 校驗(yàn)序列；在網(wǎng)絡(luò)層為了檢測(cè)出子網(wǎng)中的傳輸錯(cuò)誤和鏈路層中的未檢測(cè)出來(lái)的錯(cuò)誤，也需要使用某種形式的校驗(yàn)序列。
3.網(wǎng)絡(luò)層的流量控制
前面討論的ARQ協(xié)議（返回ｎ-ARQ和選擇重發(fā)式ARQ 等）主要用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的差錯(cuò)控制。這里討論ARQ協(xié)議如何用于流量控制。
上述采用延遲應(yīng)答來(lái)減小擁塞的方法，對(duì)于減少子網(wǎng)內(nèi)部和目的節(jié)點(diǎn)處的擁塞都是非常有效的。這種減少擁塞的方法是將流控功能附在應(yīng)答的傳輸過(guò)程中。但這也帶來(lái)了一些限制，即發(fā)端無(wú)法區(qū)分下列三種情況。
解決上述問(wèn)題的方法是設(shè)法將應(yīng)答和流控的功能適當(dāng)分開(kāi)。
4.X.25網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)
X.25標(biāo)準(zhǔn)是由CCITT(現(xiàn)稱(chēng)為ITU-T）制定的外部設(shè)備（稱(chēng)為數(shù)據(jù)終端設(shè)備,DTE）到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（稱(chēng)為數(shù)據(jù)通信設(shè)備,DCE）之間的標(biāo)準(zhǔn)接口。其物理層標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)為X.21，其數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)為L(zhǎng)APB。X.25網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)有時(shí)稱(chēng)為分組層標(biāo)準(zhǔn)。
X.25分組有兩種：一種是數(shù)據(jù)分組，另一種是控制分組。其通用格式和數(shù)
據(jù)分組格式如圖２－２７（ａ）和（ｂ）所示。其分組頭由三個(gè)字節(jié)組成：第一個(gè)字節(jié)的高四位是總格式標(biāo)識(shí)（GFI），第一個(gè)字節(jié)的低四位和第二個(gè)字節(jié)是虛信道號(hào)；第三個(gè)字節(jié)是分組類(lèi)型標(biāo)識(shí)。
下面對(duì)各個(gè)控制比特的含義進(jìn)行解釋：
X.25的分組交換過(guò)程
X.25的分組交換過(guò)程如圖２-28所示。它分為呼叫建立階段、數(shù)據(jù)傳輸階
段和呼叫清除階段，其數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程類(lèi)似于數(shù)據(jù)鏈路層。呼叫建立階段用于確定通信的邏輯通路和通信使用的參數(shù)以及初始化雙方的工作狀態(tài)。呼叫清除階段用于拆除邏輯通路。實(shí)際系統(tǒng)的工作情況要比圖２－２８復(fù)雜。例如，當(dāng)子網(wǎng)內(nèi)部因?yàn)樨?fù)載太重而不能建立虛電路時(shí)，或者目的節(jié)點(diǎn)不愿接受呼叫時(shí)，這時(shí)網(wǎng)絡(luò)或目的節(jié)點(diǎn)將會(huì)向主叫節(jié)點(diǎn)發(fā)送呼叫清除請(qǐng)求分組，此次呼叫被拒絕。
2.4.2網(wǎng)際層(互連層)的傳輸協(xié)議–IP協(xié)議
IP協(xié)議有兩個(gè)主要版本，IPv4和IPv6。IPv4中的地址長(zhǎng)度為32bit，IPv6中的地址長(zhǎng)度為128bit。IPv4的報(bào)頭是可變長(zhǎng)的，而在IPv6中報(bào)頭是固定長(zhǎng)度的。
在IP中，數(shù)據(jù)報(bào)的原始長(zhǎng)度主要是根據(jù)用戶的方便來(lái)選擇的，但不同的網(wǎng)絡(luò)對(duì)分組的長(zhǎng)度有不同的限制，因此要將一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)分成若干較小的段（fragment）。這些小的數(shù)據(jù)段在網(wǎng)絡(luò)中自由地傳輸，到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)后，再組裝成IP分組上交給應(yīng)用層。如果一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)段在傳輸過(guò)程中丟失，則該數(shù)據(jù)報(bào)中其他到達(dá)的數(shù)據(jù)段在一定時(shí)間后將被丟棄。整個(gè)數(shù)據(jù)段將由發(fā)端重發(fā)。盡管這種做法效率不高，但實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。如果要提高傳輸效率，網(wǎng)際層就必須采用差錯(cuò)恢復(fù)機(jī)制。
通過(guò)上述四個(gè)參數(shù)，就可以確定某一分段數(shù)據(jù)屬于哪一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)以及它在數(shù)據(jù)流中所處的位置和長(zhǎng)度。
2.4.3運(yùn)輸層的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸協(xié)議
1.TCP中的尋址與復(fù)接
通常在TCP之上有很多的用戶（或進(jìn)程），為了區(qū)分這些用戶（或進(jìn)程），就需要對(duì)它們進(jìn)行編址。TCP 中將TCP之上的每一個(gè)用戶（或進(jìn)程）稱(chēng)為一個(gè)端口（port）（用１６比特表示）。一些常用的TCP 端口為：SMTP（25），FTP（21），TELNET（23）；一些常用的UDP 端為：RPC（111），SNMP（161）和TFTP（69）。因此，在TCP中，一個(gè)完整的地址應(yīng)當(dāng)由三部分組成：網(wǎng)絡(luò)號(hào)、主機(jī)號(hào)、端口號(hào)，它們被稱(chēng)為一個(gè)套接口（socket）。在TCP中，僅將端口號(hào)包括在TCP頭中，而以參數(shù)的形式將網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)（ＩＰ地址）告知ＩＰ層，ＩＰ 層將ＩＰ地址放入ＩＰ頭中。對(duì)于具有相同源和目的節(jié)點(diǎn)的不同端口的消息將復(fù)接在ＩＰ分組中傳輸。而ＩＰ本身并不關(guān)心TCP提交的信息內(nèi)容。
2.TCP中的差錯(cuò)控制
在TCP中，差錯(cuò)恢復(fù)主要解決兩方面的問(wèn)題，一是重傳問(wèn)題，二是連接建立
和拆除時(shí)錯(cuò)誤。
TCP中采用了一種自適應(yīng)算法來(lái)確定重發(fā)間隔。該算法采用下式來(lái)確定報(bào)文的平均往返時(shí)延Ｔ（往返時(shí)延指報(bào)文發(fā)送時(shí)刻到發(fā)端接收到相應(yīng)應(yīng)答的時(shí)刻之間的時(shí)延。）
通過(guò)上面的討論，得到TCP的報(bào)文格式
分析
在圖中：源端口和目的端口是運(yùn)輸層向高層提供的服務(wù)接口，采用16bit表示。數(shù)據(jù)偏移占４bit，表示在該報(bào)文中數(shù)據(jù)開(kāi)始點(diǎn)離TCP報(bào)文段起始點(diǎn)的距離，它實(shí)際上是TCP報(bào)文頭的長(zhǎng)度。控制域用６個(gè)比特表示，它用于建立和釋放連接、應(yīng)答和報(bào)文提交方式等動(dòng)作的控制。
其中：
URG比特＝１ 表示此報(bào)文應(yīng)盡快發(fā)送，它與緊急指針配合使用，指明緊急數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；
ACK比特＝１表示確認(rèn)序號(hào)字段有意義；
PSH 比特＝１ 表示請(qǐng)求遠(yuǎn)端TCP將本報(bào)文段立即傳送給其應(yīng)用層；
RST比特＝１表示要重新建立連接；
SYN 比特和ACK比特組合使用用于表示發(fā)送建立連接請(qǐng)求和應(yīng)答，SYN比特＝１及ACK比特＝０表示建立連接的請(qǐng)求報(bào)文，SYN比特＝１及ACK 比特＝１表示同意建立連接的應(yīng)答報(bào)文；
FIN比特＝１表示要釋放一個(gè)連接。
窗口占兩個(gè)字節(jié)，表示收窗口的大小，即告訴對(duì)方在未收到應(yīng)答前可發(fā)送的最大數(shù)據(jù)節(jié)長(zhǎng)度。
校驗(yàn)和是對(duì)報(bào)文頭的校驗(yàn)。緊急指針指明在報(bào)文段中，緊急數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。
3.TCP的流量控制
為了解決接收者緩沖區(qū)溢出問(wèn)題，在TCP中采用了窗口允許機(jī)制。TCP報(bào)文格式中，采用了16bit的窗口域，該窗口稱(chēng)為通知窗口（advertised window），它用來(lái)通知發(fā)端在未收到應(yīng)答以前可以發(fā)送的最多字節(jié)數(shù)，即發(fā)端可以發(fā)送序號(hào)從ＲＮ到ＲＮ 加窗口值之間的數(shù)據(jù)字節(jié)。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的通信网络基础期末复习-第一章和第二章-概论和端到端的传输协议的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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