《计算机网络基础》 第3章 流量控制和差错控制

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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%
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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
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 。
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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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码距与编码纠检错能力的关系
1. 若d ≥ e + 1,只要出错位数不超过 ,则可检测 ,只要出错位数不超过e, 个错误; 出e个错误; 个错误
e C d
1
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码距与编码纠检错能力的关系
2. 若d ≥ 2t + 1,只要出错位数不超过 ,则可纠正 ,只要出错位数不超过t, t个错误; 个错误; 个错误
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3.3.2方阵检验码 3.3.2方阵检验码
垂直冗余校验VRC:就是字符奇偶校验; 垂直冗余校验VRC:就是字符奇偶校验; VRC 水平冗余校验LRC LRC: 水平冗余校验LRC:就是对数据块中每个字 符的对应位进行奇偶校验。 符的对应位进行奇偶校验。
字符 最低位 T H E C A T│LRC (偶校) 0 0 1 0 1 1 0│ 1 0 0 0 0 1 0 0│ 1 1 0 1 0 0 0 1│ 1 0 1 0 0 0 0 0│ 1 1 0 0 0 0 0 1│ 0 0 0 0 1 0 0 0│ 1 1 1 1 0 1 1 1│ 0 ───────┴─ 0 1 0 0 0 1 0 0
窗口尺寸
每个帧通过序号来标识 ACK 中包含下一个希望接收到的帧的序号 序列号范围与字段长度 (k)有关 有关
帧的序号以 2k 为模 最大窗口尺寸2k -1
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滑动窗口例子
窗口尺寸为7 窗口尺寸为
A可发送 七个帧 6 5 4 Ns=0 Ns=1 Ns=2 传输之后. A收缩它的窗口 6 5 4 确认之后 A扩大它的窗口 6 5 4 3 0 7 1 2 Ns=3 Ns=4 Ns=5 Ns=6 7 Ns=7 6 Ns=0 0 7 A调整发送窗口 6 5 4 3 1 2 Nr=4 5 4 3 0 1 2 B决定限制信 息流 3 0 7 1 2 Nr=3 6 5 4 3 7 0 1 B确认三个帧 2 并调整它的 窗口 3 发送方A 0 7 1 2 6 5 4 3 7 接收方B 0 1 B准备 2 接受七个帧
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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
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
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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1101
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CRC码的计算举例 码的计算举例——2 码的计算举例
D(x) = x6+x4 + x3 + 1, G(x) = x4+x3 + 1,求CRC码。 , , 码
即信息位是1011001, G(x) 是11001,即r=n-k=4,则 , 即信息位是 , , x4D(x) = x10 + x8 + x7 + x4( 对应代码为 对应代码为10110010000) ) 其由模2除法求余数 除法求余数R(x)的过程如下: 的过程如下: 其由模 除法求余数 的过程如下 1101010 11001 10110010000 11001 11110 11001 11110 11001 11100 11001 1010
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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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
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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。
帧 链路
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3.1.1 停-等流量控制方法
源实体传输一个帧 目的实体接收帧后, 目的实体接收帧后,返回一个确认 源实体在发送下一帧之前必须等待ACK 源实体在发送下一帧之前必须等待ACK ACK以终止流量传输 目的站点可不发送 ACK以终止流量传输 适用于发送少量的但较长的帧
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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
2
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
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。
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பைடு நூலகம்
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
当帧长L固定时, 越大, 就越大 当帧长 固定时, α越大,B就越大 固定时
说明速率越高或距离越远 α < 1,说明发送完一个帧后,第一位还未到达对方
即,一个帧占不满一条链路
7
停止等待链路的利用率公式
线路利用率U(等待效率): 线路利用率 (等待效率):
传输时间占总时间的比例
传输时间 1 U= = 传输时间 + 2传播时间 1 + 2α
给定值x
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3.2.2 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。
5
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
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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