第七讲 - 差错控制与差错检测v3
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流量控制机制保证 传输双方能力上的 匹配。 差错控制将一条不 可靠的线路变得尽 可能可靠。
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3
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差错概述
正确传输
1
传输出错
1 2 1 2
丢失
2
1
3 3
time
3
2 3
i
T
RRi+1 RRi+2
R
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回退-N ARQ的发送窗口
假设 模m =2n ，最大序号Smax = m-1 = 2n – 1 序号空间：0, 1, 2, 3, ……... 2n – 1
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10
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协议2的状态机
T
①将上层数据 封装成帧发送
from_network_layer(&buffer); s.info = buffer; to_physical_layer(&s);
Deliver to upper 把正确帧 交给上层
r.seq==frame_expected
发送肯定确认
s.ack=1-frame_expected; to_physical_layer(&s);
Send ACK
to_network_layer(&r.info); inc(frame_expected);
T
i+1
i
R
i-1
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16
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回退-N ARQ应对出错的确认帧
确认帧被破坏
R收到帧i并发送RR(i+1)，该确认帧在途中丢失； 在T的帧计时器超时前可能收到随后帧的确认。 T的计时器超时，发一个RR帧； 若R没有响应或响应帧被损坏则T重发RR； 这种过程重复一定次数后启动重置过程； REJ被损坏； 如果REJ被丢失，同前面处理过程。
第七讲 差错控制与差错检测
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差错控制与差错检测
主要内容
停等式ARQ 连续式ARQ 差错检测原理 奇偶校验 CRC校验
熟 练 掌 握
阅读
3.2.2 3.3.3 3.4.2 3.4.3
ARQ
否定确认与重发
接收端对出错的帧 返回否定确认 发送端重发该帧
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6
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自动重发检错（ARQ）
纠错编码：在信息序列中根据某种规则加入一定校验码。 ARQ原理
发送方根据被传送的数据信息，按一定的规律加入一些校验码 位，使数据信息和校验码有某种相关性，然后一起发送到接收 方； 接收方根据数据信息与校验码之间的相关规律进行检验，从而 确定接收的信息是否出错，并通过反馈信息把检测结果反馈给 发送方。
F0
ACK1
帧被丢失
？
既然是停等式发 送,是否还需要 序号? A超时重发 ACK0
F1 F0 F0
损坏
R 丢弃 出错帧
R
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8
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time
T
停－等式ARQ应对出错确认帧
ACK被破坏
当确认全部丢失时易造成混肴
WT＝m-1
发送序号：0，1，2，· · · ，m-2； 重发的第一个序号是0； 正常下一轮发送的第一个序号是m-1;
最大发送窗口为： WT = 2 n – 1 = m - 1
WT<m-1
更不会混淆
若WTm-1会怎样？
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frame_expected： 下一个接收帧的序号 r：发送的帧 r：接收的帧
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这里的ACK=正确收到的帧序号
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回退-N ARQ
顺序收发方式：接收方 只能按照帧的序号接收 数据帧。 T F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7
超时重发
event==time_out
Wait for event
wait_for_event( &event)&&
等待event(到 达ACK、出错、 超时)
event==frame_arrival
from_physical_layer(&s);
s.ack==next_frame_to_send
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回退-N ARQ特性
特点
要求每一帧的确认在其后第N个帧尚未结束发送之前到达 发送方必须有存放N帧信息的缓存以便重发 接收方只要求存放一帧的缓冲区 要求全双工链路 若第一帧的确 认在第N帧发 完以前尚未到 达，表明信道 往返时延较大， 可加大帧的长 度或增加N的 值。
0帧接收 还是拒 绝?
发 送 窗 口
接 收 窗 口
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超时
WT
0 1 2 3 4
m-1
丢失 丢失
0 1
丢失
0 1 2 3 4
18
m-1
0 1
?
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回退-N ARQ的发送窗口
WT＝m
协议3：在一条可能出错的信道上进行传输控制
假设 信道可能出错（序号错） 双方进行单工通信
from_network_layer(&buffer)：从网络层获得需要传输的信息 to_network_layer(&r.info)：将收到的信息往上交给网络层 from_physical_layer(&r)：接收入境帧 to_physical_layer(&s)：发送一个帧 Wait_for_event(&event)：等待event的发生 //* 新增功能 start_timer(s.seq)：启动序号为seq帧的计时器 stop_timer(s.ack)：关闭计时器 Inc()：递增数
stop_timer(s.ack) from_network_layer(&buffer); inc(next_frame_to_send)
Get ACK
T
获得上层数据， 递增序号
next_frame_to_send： 下一个发送帧的序号 s: 拟发送的帧
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F2
REJ5 F5 F6 RR6 F7 RR0
RR2
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回退-N ARQ应对出错的数据帧
数据帧被破坏
T传出一帧i被损坏，R已成功接收帧(i-1)； R发回REJi；表明拒收帧i； T收到REJi后，重传帧i 及其后续帧; 帧i在传输中被丢失，T随后发送帧(i+1)； R收到帧(i+1)后发现次序不对，发回REJi； T收到REJi后，重传帧i及后续帧; 帧i在传输中被丢失，T并没继续发送帧； R收不到任何信息，发回一个RR(而不是REJ)； 当T的i计时器超时，发一个RR帧；
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协议3状态机——发送方
①将上层数据 封装成帧发送 Send a frame
s.info = buffer; s.seq=next_frame_to_send; to_physical_layer(&s); start_timer(s.seq)
ARQ：Automatic-Repeat-reQuest
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停－等式ARQ应对出错数据帧
帧被破坏
停等式ARQ：发送方仅在收到当前帧的肯定确 认后才能发送下一帧。
发送方要保存已发送 但未被确认的数据帧 付本
RR2
RR4
损坏
R
回退N控制策略
发送方连续发出N个 帧，接收方以流水线 方式顺序接收各个帧， 并进行差错检测。 一旦某个帧有错，则 丢弃该帧和它之后所 收到的所有帧。
N：发送窗口大小
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出错
丢弃
5,6,7 重发 超时
F0 F1 丢失 RR(P=1)
丢失
4
T
4
出错
4
4
4
R
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差错控制
差错控制：指对传输的数据信息进行错误检测， 并加以恰当的处理。
正确接收
帧按发出的次序到达，且每个帧有不定长的传输延迟。
检错
当发现错误时，丢弃错误信息并要求重新传输该信息。
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熟 练 掌 握 奇 偶 校 校 验 验 和 计 算 CRC
深 刻 理 解 差 错 检 测 原 理
熟 练 掌 握 机 制
ARQ
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数据链路层完成“点-点”传输
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协议3状态机——接收方
event==frame_arrival
①等待event(正确 帧、错误帧)
Wait for event
wait_for_event(&event)
from_physical_layer(&r);
R
重复发送确认
s.ack=1-frame_expected; to_physical_layer(&s);
纠错
当发现错误时，就地立即加以改正。
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差错控制的基本功能
差错检测
接收端检测到差错。
肯定确认
接收端成功地收到无错帧后返回肯定确认
超时重发
发送端在预定的时间内未收到确认便重发帧
数据帧用交叉的0和1 表示 确认帧也用 ACK0/ACK1表示
丢弃ACK0 超时重发
F0
ACK1
F1
ACK0
损坏
F1
ACK0
R丢弃重 复帧
优点：实现简单 缺点：效率低
T
R
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buffer:存放上层数据 s：拟发送的数据帧
Wait for ACK 收到肯定确认 后等待上层调用
Get from above
wait_for_event(&event)
条件 动作
wait_for_event(&event) from_physical_layer(&r); to_network_layer(&r.info);
R
①将入境帧内 的数据上交给 网络层
Wait for
incoming
Send ACK
to_physical_layer(&s)
反馈肯定确认
r：接收的数据帧
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停等式协议的实例2
停等式协议的实例1
协议2：基于理想化信道的传输控制
假设 信道不会出错 双方进行单工通信 接收方的缓冲区和处理能力都有限
from_network_layer(&buffer)：从网络层获得需要传输的数据 to_network_layer(&r.info)：将收到的数据往上交给网络层 from_physical_layer(&r)：接收入境帧 to_physical_layer(&s)：发送一个帧 wait_for_event(&event)：等待event的发生
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差错概述
正确传输
1
传输出错
1 2 1 2
丢失
2
1
3 3
time
3
2 3
i
T
RRi+1 RRi+2
R
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回退-N ARQ的发送窗口
假设 模m =2n ，最大序号Smax = m-1 = 2n – 1 序号空间：0, 1, 2, 3, ……... 2n – 1
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协议2的状态机
T
①将上层数据 封装成帧发送
from_network_layer(&buffer); s.info = buffer; to_physical_layer(&s);
Deliver to upper 把正确帧 交给上层
r.seq==frame_expected
发送肯定确认
s.ack=1-frame_expected; to_physical_layer(&s);
Send ACK
to_network_layer(&r.info); inc(frame_expected);
T
i+1
i
R
i-1
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回退-N ARQ应对出错的确认帧
确认帧被破坏
R收到帧i并发送RR(i+1)，该确认帧在途中丢失； 在T的帧计时器超时前可能收到随后帧的确认。 T的计时器超时，发一个RR帧； 若R没有响应或响应帧被损坏则T重发RR； 这种过程重复一定次数后启动重置过程； REJ被损坏； 如果REJ被丢失，同前面处理过程。
第七讲 差错控制与差错检测
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差错控制与差错检测
主要内容
停等式ARQ 连续式ARQ 差错检测原理 奇偶校验 CRC校验
熟 练 掌 握
阅读
3.2.2 3.3.3 3.4.2 3.4.3
ARQ
否定确认与重发
接收端对出错的帧 返回否定确认 发送端重发该帧
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自动重发检错（ARQ）
纠错编码：在信息序列中根据某种规则加入一定校验码。 ARQ原理
发送方根据被传送的数据信息，按一定的规律加入一些校验码 位，使数据信息和校验码有某种相关性，然后一起发送到接收 方； 接收方根据数据信息与校验码之间的相关规律进行检验，从而 确定接收的信息是否出错，并通过反馈信息把检测结果反馈给 发送方。
F0
ACK1
帧被丢失
？
既然是停等式发 送,是否还需要 序号? A超时重发 ACK0
F1 F0 F0
损坏
R 丢弃 出错帧
R
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time
T
停－等式ARQ应对出错确认帧
ACK被破坏
当确认全部丢失时易造成混肴
WT＝m-1
发送序号：0，1，2，· · · ，m-2； 重发的第一个序号是0； 正常下一轮发送的第一个序号是m-1;
最大发送窗口为： WT = 2 n – 1 = m - 1
WT<m-1
更不会混淆
若WTm-1会怎样？
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frame_expected： 下一个接收帧的序号 r：发送的帧 r：接收的帧
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这里的ACK=正确收到的帧序号
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回退-N ARQ
顺序收发方式：接收方 只能按照帧的序号接收 数据帧。 T F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7
超时重发
event==time_out
Wait for event
wait_for_event( &event)&&
等待event(到 达ACK、出错、 超时)
event==frame_arrival
from_physical_layer(&s);
s.ack==next_frame_to_send
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回退-N ARQ特性
特点
要求每一帧的确认在其后第N个帧尚未结束发送之前到达 发送方必须有存放N帧信息的缓存以便重发 接收方只要求存放一帧的缓冲区 要求全双工链路 若第一帧的确 认在第N帧发 完以前尚未到 达，表明信道 往返时延较大， 可加大帧的长 度或增加N的 值。
0帧接收 还是拒 绝?
发 送 窗 口
接 收 窗 口
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超时
WT
0 1 2 3 4
m-1
丢失 丢失
0 1
丢失
0 1 2 3 4
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m-1
0 1
?
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回退-N ARQ的发送窗口
WT＝m
协议3：在一条可能出错的信道上进行传输控制
假设 信道可能出错（序号错） 双方进行单工通信
from_network_layer(&buffer)：从网络层获得需要传输的信息 to_network_layer(&r.info)：将收到的信息往上交给网络层 from_physical_layer(&r)：接收入境帧 to_physical_layer(&s)：发送一个帧 Wait_for_event(&event)：等待event的发生 //* 新增功能 start_timer(s.seq)：启动序号为seq帧的计时器 stop_timer(s.ack)：关闭计时器 Inc()：递增数
stop_timer(s.ack) from_network_layer(&buffer); inc(next_frame_to_send)
Get ACK
T
获得上层数据， 递增序号
next_frame_to_send： 下一个发送帧的序号 s: 拟发送的帧
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F2
REJ5 F5 F6 RR6 F7 RR0
RR2
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回退-N ARQ应对出错的数据帧
数据帧被破坏
T传出一帧i被损坏，R已成功接收帧(i-1)； R发回REJi；表明拒收帧i； T收到REJi后，重传帧i 及其后续帧; 帧i在传输中被丢失，T随后发送帧(i+1)； R收到帧(i+1)后发现次序不对，发回REJi； T收到REJi后，重传帧i及后续帧; 帧i在传输中被丢失，T并没继续发送帧； R收不到任何信息，发回一个RR(而不是REJ)； 当T的i计时器超时，发一个RR帧；
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协议3状态机——发送方
①将上层数据 封装成帧发送 Send a frame
s.info = buffer; s.seq=next_frame_to_send; to_physical_layer(&s); start_timer(s.seq)
ARQ：Automatic-Repeat-reQuest
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停－等式ARQ应对出错数据帧
帧被破坏
停等式ARQ：发送方仅在收到当前帧的肯定确 认后才能发送下一帧。
发送方要保存已发送 但未被确认的数据帧 付本
RR2
RR4
损坏
R
回退N控制策略
发送方连续发出N个 帧，接收方以流水线 方式顺序接收各个帧， 并进行差错检测。 一旦某个帧有错，则 丢弃该帧和它之后所 收到的所有帧。
N：发送窗口大小
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出错
丢弃
5,6,7 重发 超时
F0 F1 丢失 RR(P=1)
丢失
4
T
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出错
4
4
4
R
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差错控制
差错控制：指对传输的数据信息进行错误检测， 并加以恰当的处理。
正确接收
帧按发出的次序到达，且每个帧有不定长的传输延迟。
检错
当发现错误时，丢弃错误信息并要求重新传输该信息。
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熟 练 掌 握 奇 偶 校 校 验 验 和 计 算 CRC
深 刻 理 解 差 错 检 测 原 理
熟 练 掌 握 机 制
ARQ
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数据链路层完成“点-点”传输
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协议3状态机——接收方
event==frame_arrival
①等待event(正确 帧、错误帧)
Wait for event
wait_for_event(&event)
from_physical_layer(&r);
R
重复发送确认
s.ack=1-frame_expected; to_physical_layer(&s);
纠错
当发现错误时，就地立即加以改正。
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差错控制的基本功能
差错检测
接收端检测到差错。
肯定确认
接收端成功地收到无错帧后返回肯定确认
超时重发
发送端在预定的时间内未收到确认便重发帧
数据帧用交叉的0和1 表示 确认帧也用 ACK0/ACK1表示
丢弃ACK0 超时重发
F0
ACK1
F1
ACK0
损坏
F1
ACK0
R丢弃重 复帧
优点：实现简单 缺点：效率低
T
R
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buffer:存放上层数据 s：拟发送的数据帧
Wait for ACK 收到肯定确认 后等待上层调用
Get from above
wait_for_event(&event)
条件 动作
wait_for_event(&event) from_physical_layer(&r); to_network_layer(&r.info);
R
①将入境帧内 的数据上交给 网络层
Wait for
incoming
Send ACK
to_physical_layer(&s)
反馈肯定确认
r：接收的数据帧
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停等式协议的实例2
停等式协议的实例1
协议2：基于理想化信道的传输控制
假设 信道不会出错 双方进行单工通信 接收方的缓冲区和处理能力都有限
from_network_layer(&buffer)：从网络层获得需要传输的数据 to_network_layer(&r.info)：将收到的数据往上交给网络层 from_physical_layer(&r)：接收入境帧 to_physical_layer(&s)：发送一个帧 wait_for_event(&event)：等待event的发生