網絡化測控-04計算機網絡關鍵技術 - 副本

1網絡化測控機電工程與自動化學院儀器科學與技術系董志2上次課內容：計算機網絡概述1、計算機網絡的基本概念2、計算機網絡的分類3、計算機網絡的拓撲結構4、計算機網絡的體系結構5、計算機網絡的性能指標3本節課內容：計算機網絡的關鍵技術1、CSMA/CD協議2、令牌環3、TCP連接管理4、擁塞控制5、交換方式6、停止等待協議4本節課內容：計算機網絡的關鍵技術1、CSMA/CD協議2、令牌環3、TCP連接管理4、擁塞控制5、交換方式6、停止等待協議51.CSMA/CD協議CSMA/CD：Carriersensemultipleaccesswithcollisiondetection帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問背景

ALOHA協議重發改進ALOHA協議時間片思想發送前監聽邊發邊聽6碰撞B檢測到碰撞A檢測到碰撞ABABABABABT=0，A發送數據，B檢測到空閑。T=t1時，B檢測到信道空閑，發送數據。T=t2時，發生碰撞T=t3時，B檢測到發生碰撞，停止發送數據。T=t4時，A檢測到發生碰撞，停止發送數據。數據。1.CSMA/CD協議71.CSMA/CD協議

流程當某結點需要發送數據時，偵聽網絡，判斷是否有信號正在傳輸；若網絡中有信號正在傳輸，繼續偵聽；若網絡中無信號傳輸，發送數據，同時繼續偵聽；若發出數據與監聽數據一致，則沒有發生沖突，完成發送任務；若發出數據與監聽數據不一致，則認為發生沖突，立即中止發送過程；計算發送失敗的次數；若發送失敗次數小于閾值，根據相關規避算法，生成等待時間，等待時間后準備重新發送；若失敗次數大于閾值，停止發送嘗試，通知實體可能出現網絡故障。8最佳發送概率每個用戶獨立隨機發送數據，發送概率為為使P（成功）的概率最大1.CSMA/CD協議91.CSMA/CD協議將代入P（成功）當當當101.CSMA/CD協議

系統設計原則傳輸一個最小幀所需的時間路徑延遲值

這個條件的滿足取決于：最小幀長度、帶寬、路徑的長度、傳播速率。11幀長64字節，以太網速率10Mb/s，信號在電纜中的傳輸速率傳送一個最小幀長PDV必須小于25.6us因此電纜長度必須小于5120m1.CSMA/CD協議

系統設計舉例100M/s、1000M/s以太網：電纜最大長度分別為512m和51.2m。解決方法：增大最小幀長64字節512字節12本節課內容：計算機網絡的關鍵技術1、CSMA/CD協議2、令牌環3、TCP連接管理4、擁塞控制5、交換方式6、停止等待協議132.令牌環目的：提高數據發送時延的確定性；實現方法：所有節點物理上連接成一個環，沿環有一個特殊的控制幀（令牌）在單向循環流動，相當于輪詢；特色之處：令牌有“忙”或“空閑”兩種模式。

令牌環是一種適用于環形網絡的分布式介質訪問控制方式，已由IEEE802委員會建議成為局域網控制協議標準之一，即IEEE802.5標準。142.令牌環

工作原理環初始化（建立一邏輯環），然后產生一空令牌，在環上流動；希望發送數據的站等待，直到它檢測到下一個空令牌的到來；發送站拿到空令牌后，將其置為忙狀態，同時在忙令牌后面發送數據；當令牌“忙”時，由于網上無空令牌，想發送數據的站必須等待；數據經環傳遞時，各站將其目的地址和本站地址比較，相符則接收同時轉發；否則只轉發；發送數據沿環循環一周再回到發送站，由發送站將該幀從環上移去，同時釋放令牌（將其狀態改為“閑”）發往下一站。15令牌ABCDABCDABCDABCD節點A截獲令牌,并準備發送數據節點A將數據發送到節點C數據循環一周后,節點A將其收回產生新的令牌,發送到環路中2.令牌環16

優點：（1）各站點有公平訪問權，延遲時間固定，適用于實時過程控制；（2）無沖突；（3）可以傳遞很短的幀，傳遞速率快；缺點：環鏈路利用率低。2.令牌環17本節課內容：計算機網絡的關鍵技術1、CSMA/CD協議2、令牌環3、TCP連接管理4、擁塞控制5、交換方式6、停止等待協議183.TCP連接管理TCP報文格式源端口（16）目的端口（16）序號確認號首部長度（4）保留未用（6）碼元比特（6）窗口校驗和（16）緊急指針（16）選項（24）填充（8）數據……..193.TCP連接管理TCP連接的建立20TCP連接的釋放3.TCP連接管理21本節課內容：計算機網絡的關鍵技術1、CSMA/CD協議2、令牌環3、TCP連接管理4、擁塞控制5、交換方式6、停止等待協議22

擁塞（Congestion）是指到達通信子網中某一部分的分組數量過多，使得該部分網絡來不及處理，以致引起這部分乃至整個網絡性能下降的現象，嚴重時甚至會導致網絡通信業務陷入停頓，即出現死鎖（Deadlock）現象，最終導致網絡有效吞吐量接近為零。4.擁塞控制

擁塞控制：高效。擁塞控制解決方案能夠帶來高的網絡利用率。

所有相互競爭的數據流都有高的、端到端應用吞吐量和低的端到端延遲。公平。資源在相互競爭的數據流間公平地被分配。23輕負載隊列形成擁塞崩潰4.擁塞控制244.1TCP慢啟動+1(倍)?+1?restart254.2尾部丟棄

路由器的緩存管理方案用以決定何時丟棄報文以及丟棄哪些報文。最簡單的方案是尾部丟棄（drop-tail）。在隊列滿之前報文都會被接收，隊列滿后所有報文都被丟棄，當隊列空間重新可用才開始停止丟棄報文。

缺點不會盡早地通知擁塞（沒有預警機制）會造成突發的報文丟失可能會造成流量的突發增減264.3隨機早期檢測（RED）基本思想：

監測并保持平均隊列長度盡量小：足夠小以保證延遲足夠小；但同時又要足夠大，這樣當突發流量的負載產生一個臨時的瓶頸時，才能保證瓶頸帶寬的使用。機制描述：

如果平均隊列長度qa<min，則報文直接轉發。如果qa的取值在min在max之間，則報文以pa的概率丟棄。如果qa>max，則報文（總是）被丟棄。27本節課內容：計算機網絡的關鍵技術1、CSMA/CD協議2、令牌環3、TCP連接管理4、擁塞控制5、交換方式6、停止等待協議28

電路交換(CircuitSwitching)是指數據傳輸期間，在源站點與目的站之間建立專用電路鏈接，數據傳輸結束之前，電路一直被占用，而不能被其他節點所使用。5.1電路交換295.1電路交換交換過程電路的建立數據的傳輸電路的拆除30

優點：1.實時性好，一旦線路建立，通信雙方的所有資源（包括線路資源）均用于本次通信，除了少量的傳輸延遲之外，不再有其他延遲，具有較好的實時性。2.線路交換設備簡單，不提供任何緩存裝置。3.數據傳輸可靠，數據不會丟失且保持原來的序列。4.用戶數據透明傳輸，要求收發雙方自動進行速率匹配。5.1電路交換31

缺點：

1.交換前必須先建立連接，電路的建立、拆除時間長。特別是在數據傳輸階段的持續時間短暫時，電路建立和拆除所用的時間得不償失。

2.獨占性：建立線路之后、釋放線路之前，即使其他站點之間無任何數據可以傳輸，整個線路仍不允許通過其他站點進行傳輸，造成信道容量的浪費，線路的利用率低。

3.當用戶終端或網絡節點負荷過重時，可能出現呼叫不通的情況，即不能建立電路連接。5.1電路交換325.2報文交換報文是站點一次性要發送的數據塊，其長度不限并且可變。報文交換方式不需在兩個站點之間建立一條專用電路。33交換特點1.無呼叫建立和，消除了呼叫等待時間，鏈路利用率較高。2.在同一時間內，報文的傳輸只占用兩個節點之間的一段線路。3.存儲-轉發式的發送技術引入了傳播時延；引入了排隊等待時延。5.2報文交換交換過程1.當一個站要發送報文時，它將一個目的地址附加到報文上，途經的網絡節點根據報文上的目的地址信息，把報文發送到下一個節點，一直逐個節點地轉送到目的節點。2.每個節點在收到整個報文并檢查無誤后，就暫存這個報文，然后利用路由信息找出下一個節點的地址，再把整個報文傳送給下一個節點。34

優點：1.電路利用率高；2.在電路交換網絡上，當通信很大時，不能接受新的呼叫。而在報文交換網絡上，仍然可以接收報文；3.報文交換系統可以把一個報文發送到多個目的地，而電路交換網絡很難做到這一點。缺點：1.不能滿足實時或交互式的通信要求，報文經過網絡的延遲時間長而且不定。2.有時節點收到過多的數據而無空間存儲或不能及時轉發時，就不得不丟棄報文。5.2報文交換355.3分組交換

分組交換，又稱包交換。它是報文交換的一種改進，它將報文分成若干個分組，每個分組的長度有一個上限。36

優點1.把數據傳送單位的最大長度限制在較小的范圍內，這樣每個節點所需要的存儲量低了。2.分組是較小的傳輸單位，只有出錯的分組才會被重發，因此大大降低了重發的比例和開銷，提高了交換速度。3.源節點發出一個報文的第一個分組后，可以連續發第二個、第三個分組，這些分組在各個節點中被同時接收、處理和發送，而且可走不同的路徑。這種并行性縮短了整體傳輸時間，并隨時利用網絡中流量分布的變化而確定盡可能快的路徑。5.3分組交換37傳輸效率對比線路誤碼率：報文長度：1.報文交換能夠被正確傳輸的概率：2.分組交換，報文被分成10個分組結論：整個報文平均要被傳送將近3次。結論：每個分組平均被傳送將近1.1次。5.3分組交換385.4三種交換方式總結39本節課內容：計算機網絡的關鍵技術1、CSMA/CD協議2、令牌環3、TCP連接管理4、擁塞控制5、交換方式6、停止等待協議40完全理想化的數據傳輸：（1）鏈路是理想的傳輸信道，所傳送的任何數據既不會出差錯也不會丟失。（2）不管發送端以多快的速率發送數據，接收端總是來得及接收，并及時上交主機。6.停止等待協議41保留第一個假定：無差錯。去掉第二個假定（總能接收全部發送數據），即是否正確接收數據需要接收端的確認。