《计算机网络基础》 第3章 流量控制和差错控制

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等待效率
链路的等待效率
传输时间占总时间的比例
链路比特长度B 链路比特长度
d B = R× V
R：数据速率(bps) d：距离（米） V：传播速率（米/秒）
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参数α 与帧长、 参数α 与帧长、链路长度的关系
设帧长度为L， 设帧长度为 ，则
传播时间 d / V d 1 B α= = = R× × = 传输时间 L / R V L L
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CRC码的实现方法 码的实现方法
三种等价方式： 三种等价方式： 模2运算 运算
数据和生成多项式都用0、1串表示
多项式
数据和生成多项式都用多项式形式表示
数字逻辑
使用异或门和移位寄存器实现
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CRC码的计算举例 码的计算举例——模2运算 码的计算举例 模 运算
D(x) = 1001001 ， G(x) = x3+x2+1 ，求CRC码。 码 1111 011 1001001 000 1101 1000 1101 1010 1101 1111 1101 10 00 11 01 1 010 1 101 111
随机差错、独立差错
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突发错
突发错是指几乎是连续发生的一串错 冲激噪声 无线传输中的信号衰落 对高数据速率影响更大
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突发错的定义
突发长度 B 比特中的第一个和最后一个比特错， 连续 B 比特中的第一个和最后一个比特错，中间 的任意一串比特也有错
长度 >= 给定值x
IEEE定义：两个相邻错误比特之间的正确比特数 定义： 定义 小于规定的标准。 小于规定的标准。
技术》 《计算机网络技术》 计算机网络技术
第3章 流量控制和差错控制 南开大学通信工程系
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第3章 流量控制和差错控制 章
3.1 流量控制 3.2 差错校验编码原理 3.3 差错校验编码 3.4 差错控制 3.5 ARQ差错控制方法 差错控制方法
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Ns为发送的帧序号 Nr为下一个等待接收的帧序号
阴影部分为发送窗口和接收窗口
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3.1.3 其它流量控制方法
1．预约缓冲区法 2．带宽限制法 3．RTS/CTS硬件流量控制 RTS/CTS硬件流量控制 CTS XON/XOFF XOFF流量控制协议 4．XON/XOFF流量控制协议 5．定时延迟 6．许可证法 7．分组丢弃法
3.1 流量控制
3.1.1 停-等流量控制方法 3.1.2 滑动窗口流量控制方法 3.1.3 其它流量控制方法
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流量控制的概念
确保发送实体发送的数据不会超出接收实体接收 数据能力
防止缓冲区溢出
传输时间
把所有比特发送到媒介所需要的时间
传播时间
一个比特沿链路传播所需要的时间
a、生成多项式的最高位和最低位必须为1。 、生成多项式的最高位和最低位必须为 。 b、当CRC码的任何一位发生错误时，被生成多 码的任何一位发生错误时， 、 码的任何一位发生错误时 项式做模2除后应该使余数不为 除后应该使余数不为0。 项式做模 除后应该使余数不为 。 c、不同位发生错误时，应该使余数不同。 、不同位发生错误时，应该使余数不同。 d、对余数继续做模 除，应使余数循环。 、对余数继续做模2除 应使余数循环。 检测单错， 检测单错，要含一个以上的非零项 检测双错， 检测双错，要含一个三项因式 检测奇数错，要含因式(x+1) 检测奇数错，要含因式
数据除以预先指定的一个数，余数作为校 数据除以预先指定的一个数， 验位
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CRC
数据
k位
预先指定的这个数称为生成多项式
n-k+1位
除法
模2除
余数
n-k位，一般称为帧校验序列FCS
校验码
n位，一般称为帧
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CRC码的算法 码的算法
位的数据左移n-k位 低位补0， 将k位的数据左移 位，低位补 ， 位的数据左移 再用n-k+1位的生成多项式进行模 除， 位的生成多项式进行模2除 再用 位的生成多项式进行模 所得的n-k位余数就是 位余数就是FCS。 所得的 位余数就是 。
葡萄酒策略和牛奶策略
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3.2 差错校验编码原理
3.2.1 差错类型 3.2.2 校验码的分类 3.2.3 编码的纠检错能力
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3.2.1 差错类型
单比特错 突发错
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单比特错
孤立， 孤立，只改变一个比特 不影响邻近的比特 白噪声
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3.3 差错校验编码
3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 奇偶校验码 方阵校验码 校验和 CRC码 CRC码 海明码
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3.3.1奇偶检验码 3.3.1奇偶检验码
在字符上附加奇偶检验位 偶检验：整个字符中有偶数个1 偶检验：整个字符中有偶数个1 奇检验：整个字符中有奇数个1 奇检验：整个字符中有奇数个1 如果有偶数位出错， 如果有偶数位出错，检测不到
参考：总传输效率
n−r n n−r η = ηc × η w ×η s = × × (1 − PB ) = (1 − PB ) n n + RT n + RT
n：帧长；r：冗余位；T：环路延迟时间； R：数据速率， PB：误帧率
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停止等待链路的利用率举例1 停止等待链路的利用率举例
光纤链路： 比特， 光纤链路：1 Gbps，200m，帧长 ， ，帧长8000比特，求其利用率 比特 求其利用率. 传播速率20万公里 万公里/秒 传播速率 万公里 秒 链路比特长度B=R*d/V 链路比特长度 =1Gbps*200m/20万公里 秒 万公里/秒 万公里 =1000比特 比特 α=B/L=1000/8000=0.125 U=1/(1+2 α)=1/(1+0.25)=80% 传输一个帧8微秒，传播时延 微秒 传输一个帧 微秒，传播时延1微秒 微秒 总耗时8 总耗时 + 1（帧）+ 1（ACK）=10微秒 （ （ ） 微秒 U=8/10=80%
t C1
1 d
t C2
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码距与编码纠检错能力的关系
3. 若d ≥ e + t + 1 （e > t），只要出错位数不超过 ），只要出错位数不超过 ），只要出错位数不超过e 则可纠正t个错误 同时检测出e个错误 个错误， 个错误。 ，则可纠正 个错误，同时检测出 个错误。
t C1
e 1 d
t C2
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CRC码算法的证明 码算法的证明
D：k位数据。 T：n位的帧 ： 位数据 位数据。 ： 位的帧 P： n-k+1位的生成多项式 ： 位的生成多项式
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n− K
D
P
R =Q+ P
n−k
T =2
T 2 = P
D+R
n−k
n−k
D+R 2 D R R R = + =Q+ + P P P P P
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生成多项式的选择
给定值x
193.2.2ຫໍສະໝຸດ 校验码的分类1. 2. 3. 4. 检错码和纠错码 分组码和卷积码 线性码和非线性码 系统码和非系统码
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3.2.3 编码的纠检错能力
海明距离
两个码字之间对应位不同的个数
码距
某种编码的码距是全部码字中两两之间海明距离的最 小值。
合法码字
如果一个码字符合编码规则，则称该码字是一个合法 码字。
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停止等待链路的利用率举例2 停止等待链路的利用率举例
卫星链路： 比特， 卫星链路：1 Mbps，36000km，帧长 ， ，帧长8000比特， 比特 求其利用率。 求其利用率。 传播速率30万公里 万公里/秒 传播速率 万公里 秒 链路比特长度B=240 000比特 链路比特长度 比特 α =B/L=240000/8000=30 U=1/(1+2 α)=1/(1+60)=1.62% 传播时延240ms，传输一个帧8ms ，传输一个帧 传播时延 总耗时8 环路延迟） 总耗时 + 2*240(环路延迟）=488ms 环路延迟 U=8/488=1.64%
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3.1.2 滑动窗口流量控制
滑动窗口法允许发送方在等到确认以前， 滑动窗口法允许发送方在等到确认以前， 可以连续发送多个数据帧
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滑动窗口流量控制
允许一次传送多个帧 接收器有长度为W个帧的缓冲区 接收器有长度为 个帧的缓冲区 的情况下， 不等待任何 ACK的情况下，发送器可发送 个帧 的情况下 发送器可发送W个帧
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最高位 VRC （奇校）
3.3.3 检查和
把数据块中的每一个字符代码都按二进制 加法求和
字符 C 字符 A 进位│和 循环进位 1000011 + 1000001 ──── 1│0000100 -----------0000100 + 1 ───── 0000101
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检查和
3.3.4循环冗余校验码CRC 3.3.4循环冗余校验码CRC 循环冗余校验码
非法码字
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编码的纠检错能力
码距d与编码的检错和纠错能力的关系是： 码距 与编码的检错和纠错能力的关系是： 与编码的检错和纠错能力的关系是 1. 若d ≥ e + 1，只要出错位数不超过 ，则可 ，只要出错位数不超过e， 检测出e个错误 个错误； 检测出 个错误； 2. 若d ≥ 2t + 1，只要出错位数不超过 ，则可 ，只要出错位数不超过t， 纠正t个错误 个错误； 纠正 个错误； 3. 若d ≥ e + t + 1 （e > t），只要出错位数不 ），只要出错位数不 ）， 超过e，则可纠正t个错误 同时检测出e个错误 个错误， 个错误。 超过 ，则可纠正 个错误，同时检测出 个错误。