通信网络基础

2.4 网络层和运输层的点对 点传输协议
前一节我们研究了两个相邻节点的数据传输的协 议，这里我们要讨论一个会话过程（Session） 跨越一个网络中多条链路，或跨越多个网络的不 同传输链路时的分组编号、差错恢复、流量控制 和编址等问题，以保证任意两个网络节点或两个 应用进程之间可靠的数据传输。
A B C D
2.4.1 网络层（子网层）的点 对点传输协议
1．会话过程和分组的编号 对于网络中的一条链路而言，它通常被通过该链路 的若干个会话过程所共享。也就是说，不同会话过 程的分组要共享同一链路。如果要将装载在物理帧 中的分组送达不同的目的地或区分来自不同源的分 组，这就必须对不同会话过程的分组进行标识 。 组，这就必须对不同会话过程的分组进行标识。
20162016-9-28
1
20162016-9-28
2
不同会话过程的标识方法
1．会话过程和分组的编号(1)
对于虚电路（ 对于虚电路（VC）方式，对于不同的会话过程，采用虚 ）方式，对于不同的会话过程，采用虚 电路号进行标识，即每个分组含有一个虚电路号。 对于数据报方式 ，通常在分组头中应包括：源节点地址 对于数据报方式，通常在分组头中应包括：源节点地址 和目的节点的地址以及相同节点中不同会话过程的标 识。利用这些信息，就可以将任一节点中的任一会话过 程中的分组送到任一节点中相应的会话过程。
20162016-9-28
3
20162016-9-28
4
1．会话过程和分组的编号(2)
数据报方式中的分组头开销较大 虚电路方式中分组头的开销较小，但需要有虚电 路的建立过程
链路层对帧进行了编号，那么，同一Session中 的分组是否还需要进行标识或编号呢？
20162016-9-28
5
20162016-9-28
6
1

数据报方式中
在数据报方式中，同一Session分组可能会经过不同的 路径，这样到达目的节点的顺序就会不同于源节点发出 分组的顺序。 另外一方面分组在传输的过程中，因链路拥塞、传输错 误、节点或链路故障等原因会引起分组丢失。 因此必须提供一种方式来使目的节点发现上述问题。 解决方法就是对同一Session发送的分组进行编号。
虚电路方式中
在虚电路方式中，可能会有下列原因导致分组丢 失或传输出错：
①虚电路号错误导致不正确的帧通过了CRC校验，而把不正确帧误 认为是一个正确的帧； ②当数据分组中的传输错误未能被CRC检查出来； ③节点或链路故障，可能导致部分分组丢失，如果没有分组编号， 目的节点就不可以发现丢失的分组。
因此，也需要对同一session中发送的分组进行编 号。
20162016-9-28 8
20162016-9-28
7
2.网络层的差错控制(1)
网络层的差错控制与数据链路层差错控制的方式 类似，采用ARQ方式。
2.网络层的差错控制(2)
网络层的差错控制与数据链路层差错控制的主要差别：
①使用的位置不同。数据链路层的差错控制是用于一条物理链路的两端， 使用的位置不同。数据链路层的差错控制是用于一条物理链路的两端， 而网络层的差错控制是用于网络中的任意两节点之间。通常网络中的任 意两个节点之间的传输路径会由多条链路串联而成。 ②编号的方式不同。在网络层是对一个 编号的方式不同。在网络层是对一个Session中的分组（或者字节，或 者消息）进行统一编号。而在链路层上是对不同 Session 中所有分组 （成帧后）进行顺序编号。 ③传输顺序的差别。在链路层，所有的帧都是按顺序传输的；而在网络层 传输顺序的差别。在链路层，所有的帧都是按顺序传输的；而在网络层 中，相同源和目的节点的分组可能会经过不同的路径，分组的传输可能 会出现乱序现象。 ④时延不同。在链路层，传输时延（包括传播时延、处理时延、帧传输的 时延不同。在链路层，传输时延（包括传播时延、处理时延、帧传输的 时延）在小范围内变化；而在网络层，传输时延会在大范围内变化。
20162016-9-28
9
20162016-9-28
10
2.网络层的差错控制(3)
由于分组可能会经过不同的路径，会出现丢失、乱序和 任意的时延，因而不能保证网络层（和运输层）的差错 任意的时延，因而不能保证网络层（和运输层）的差错 恢复100%正确。 正确。
n
2.网络层的差错控制(4)
解决上述问题的办法有：
①网络层最好采用虚电路方式； ②分组编号的模值应足够大，使得上述错误出现的可能性足够地 小，达到可以接受的范围； ③给每个分组规定一个最大生存时间，在该区间内，使得分组的 序号在使用mod m时不可能出现一个循环。
假定分组要用 mod m 的编号方式，则序号为 l mod m 和（ l +m ） mod m 的分组在接收端是无法区分的。 假定使用数据报方式，由于分组的时延和丢失，有时必须采用端到端的 重传，即发端在一个给定的时间内没有收到接收端的应答，发端就会重 发某一分组，设其序号为l mod m。而该重发分组的前一个拷贝，可能 并没有丢失，可能会因网络的任意时延而潜伏在网络之中。发端继续发 送新的分组直至（ l+m ） mod m 分组时，如果潜伏在网络中的序号为 l mod m 的分组的一个拷贝先于序号为（l+m）mod m 分组到达接收节点 将会导致不可纠正的错误。
n
在后面讨论的TCP/IP协议中，采用了后两种方法的组合。
20162016-9-28
11
20162016-9-28
12
2

3.网络层的流量控制(1)
ARQ协议的基本机制是采用滑动窗口 （窗口宽度为n） 协议的基本机制是采用滑动窗口（窗口宽度为 来限制在一个Session中发送节点向网络发送的分组数。 即第j个分组能够发送给网络的条件是第j-n个分组已经被 应答。 如果网络发生拥塞或传输时延增加，则应答将被时延， 这样信源的发送速率就会降低。因此，利用ARQ协议的 这种特性，目的节点如想减缓接收分组的速率，则可以 将含有RN的应答分组适当延迟后再发送即可。这种控制 信源速率的方法称为端到端流量控制 。 信源速率的方法称为端到端流量控制。
20162016-9-28 13 20162016-9-28
发端无法区分的情况
上述采用延迟应答来减小拥塞的方法，对于减少子网内 部和目的节点处的拥塞都是非常有效的。这种减少拥塞 的方法是将流控功能附在应答的传输过程中。这也带来 了一些限制，即发端无法区分下列三种情况。
n
①如果由于传输出错，而导致应答未到达发端，发端会在超时后重发对 应的分组。 ②如果应答因网络拥塞而被时延，则发端会在超时后重发。但实际上此 时发端不应重发，否则会加重网络拥塞。 ③如果因为目的节点处于过载状态而导致应答被推迟发送，则发端也会 在超时后重发，这样也会加重网络的拥塞。
n
n
14
3.网络层的流量控制(2)
X.25网络层标准
解决方法是将应答和流控的功能适当分开。
n
一个思路是不减缓应答，而使发端减慢发送速度。
n
具体做法是采用类似于 DLC 中 RNR （接收未准备好）帧来应答 对方，这样既应答了对方，又表示目的节点处于忙或拥塞的状 态，从而达到了降速的目的。
省略
n
另一个思路是采用许可机制（permit scheme）。
n
具体做法是：目的节点向源节点发送两个反馈信息： RN+Permit （ j ） 。 其 中 ， RN 属 于 常 规 的 应 答 ， 许 可 证 （ Permit ）通知目的节点还准备接收多少个分组，即允许源节 点发送的分组序号为 RN 到 RN+j-1 。该方法实际上改变了窗口 的大小。
20162016-9-28
15
20162016-9-28
16
2.4.2 网际层的传输协议--IP --IP 协议
用户可以使用各种类型的接入网 络，要实现任意两个用户之间的 通信，就需要将这些网络互连起 来。 网络互连在一起进行通信，会遇 到许多问题要解决，如：不同的 寻址方案、不同的最大分组长 度、不同的网络接入机制、不同 的超时控制、不同的差错恢复方 法、不同的状态报告方法、不同 的路由选择技术、不同的用户接 入控制、不同的服务方式（面向 连接服务和无连接服务）、不同 的管理与控制方式，等等。
20162016-9-28 17
2.4.2
IP协议
目前全球最大的、开放的、由众多网络通过路由器互连而成的，采用 TCP/IP协议族的网络称为因特网（Internet）。 Internet使用的网际协议称为IP（Internet Protocol）。 Internet的设计目标是使得所有的网络尽可能容易地加入到Internet中。 尽管许多网络传输数据报的时延可能是任意的，数据报的传输可能会丢 失、重复和乱序，但这些网络都允许加入到Internet中。由于Internet网 假定实际的子网缺少可靠性的保障，所以IP采用了数据报协议。 至于子网内部采用什么样的协议与IP无关。子网内部可以采用数据报方 式，也可以采用虚电路方式来传输IP分组。
20162016-9-28
18
3