笫六講數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議

2022/11/151數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議將由簡單到復(fù)雜介紹三個數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議。簡單的模型該模型中有兩個主機(jī)A和B交換報(bào)文。它們各自連接到一個節(jié)點(diǎn)機(jī)，分別為節(jié)點(diǎn)機(jī)A和B。節(jié)點(diǎn)A和B之間有物理信道直接相連，通過在其上建立的數(shù)據(jù)鏈路可以交換由報(bào)文構(gòu)成的幀。

2022/11/152本講內(nèi)容第三章數(shù)據(jù)鏈路層 3.3數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議

3.3.1停等協(xié)議

3.3.2順序接收的管道協(xié)議

3.3.3選擇重傳協(xié)議

2022/11/1533.3.1停等協(xié)議最簡單的停等（stop-and-wait）協(xié)議

這個協(xié)議規(guī)定發(fā)送方每發(fā)送一幀后就要停下來，等待對方已正確接收的確認(rèn)（Acknowledgement，Ack）幀返回后才能繼續(xù)發(fā)送下一幀(下面使用類java語言)Senderwhile(1){ transmit(frame); try{ receive(ack); }catch(timeout){ retransmit(frame); } getnewframe}Receiverwhile(1){ receive(frame); transmit(ack);}2022/11/1543.3.1停等協(xié)議（續(xù)）對前面的改進(jìn)：必須將發(fā)送的數(shù)據(jù)幀編以序號來區(qū)分是新發(fā)送的幀還是重新發(fā)送的幀確認(rèn)幀Ack也應(yīng)加上序號以表示是確認(rèn)哪一幀用類JAVA代碼來描述己加上數(shù)據(jù)幀序號和確認(rèn)幀序號的停等協(xié)議執(zhí)行過程，如后面一頁所示：2022/11/1553.3.1停等協(xié)議（續(xù)）Sendernext_frame_to_send=0;while(1){transmit(framenext_frame_to_send);try{while(1){receive(ackn);if(n!=next_frame_to_send)continue;}}catch(timeout){

retransmit(frame);}

next_frame_to_send++;}Receiverframe_expected=0;while(1){receive(framen);

ack(framen);if(n!=frame_expected)continue;

frame_expected++;}2022/11/156再加上接收方校驗(yàn)的過程后停等協(xié)議發(fā)送方和接收方運(yùn)行的流程示意圖接受方0→期待幀號期待幀號⊕1→期待幀號恢復(fù)報(bào)文送主機(jī)等待校驗(yàn)和檢查收到幀的Seq=期待幀號確認(rèn)幀號Ack=Seq(返回)不對對對不對數(shù)據(jù)幀到達(dá)0→發(fā)送幀號從主機(jī)取報(bào)文裝配幀(seq=發(fā)送幀號)發(fā)送,并置計(jì)時器等待Ack=發(fā)送幀號發(fā)送幀號⊕1→發(fā)送幀號發(fā)送方對不對計(jì)時器超時發(fā)送數(shù)據(jù)幀返回Ack幀2022/11/1573.3.1停等協(xié)議（續(xù)）停等協(xié)議的最大缺點(diǎn)是由于發(fā)送方要停下來等待Ack返回后再繼續(xù)發(fā)送而造成信道的浪費(fèi)。設(shè)信道容量是Bbps，幀長度為Lbits，信號在信道中的往返傳播延遲時間（propagationdelay）是2R，并假定返回的Ack幀很短，不占用信道時間。在一個周期中實(shí)際用于發(fā)送的時間是L/B。而空等待的時間是2R。因此，信道的實(shí)際有效利用率只有

停等協(xié)議的信道利用率

2022/11/158實(shí)際上，若由于信道差錯而收不到Ack而造成超時重傳以及有效傳送的數(shù)據(jù)必須加上幀頭（包括用于校驗(yàn)的冗余位）構(gòu)成幀來發(fā)送，它們也都會造成信道有效利用率的損失。B為信道容量（b/s） R為單程傳播延遲時間（s） L為數(shù)據(jù)幀長度（bits） 并設(shè)

D為幀內(nèi)有效數(shù)據(jù)的長度（bits）

H為幀頭的長度（bits） 顯然有，L=H+D。 另外，可以認(rèn)為Ack幀不含有用戶數(shù)據(jù)，故其長度亦為H。又令

T表示等待Ack的超時間隔時間（s）

P1和P2分別表示數(shù)據(jù)幀和Ack幀出錯或丟失的概率 則每個數(shù)據(jù)幀不能正確發(fā)送和收到確認(rèn)ACK的概率為從而可求得最終發(fā)送成功所需的平均發(fā)送次數(shù)為

或者說，平均重傳次數(shù)為

2022/11/159在時間內(nèi)，真正用來發(fā)送有效用戶數(shù)據(jù)的時間僅為D/B，即信道有效利用率為信通利用率的分析超時間隔T必須取得足夠大，即T≥H/B+2R，才能使得在發(fā)送成功時不會由于太早超時而誤重傳。為了使U達(dá)到最大，可取T=H/B+2R。此時有2022/11/1510停等協(xié)議的捎帶確認(rèn)(PiggyBack)

2022/11/1511本講內(nèi)容第三章數(shù)據(jù)鏈路層 3.3數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議

3.3.1停等協(xié)議

3.3.2順序接收的管道協(xié)議

3.3.3選擇重傳協(xié)議

2022/11/15123.3.2順序接收的管道協(xié)議使用管道協(xié)議：可以提高信道的有效利用率，就要允許發(fā)送方不等確認(rèn)幀返回就再連續(xù)發(fā)送若干幀由于允許連續(xù)發(fā)出多個未被確認(rèn)的幀，幀號就不能僅采用一位（只有0和1兩種幀號），而要采用多位幀號才能區(qū)分凡是被發(fā)送出去尚未被確認(rèn)的幀都可能出錯或丟失而要求重發(fā)，因而都要保留下來。這就要求發(fā)送方有較大的發(fā)送緩沖區(qū)保留準(zhǔn)備重發(fā)的幀2022/11/1513順序接收的管道協(xié)議（續(xù)）“回退n”（gobackn）2022/11/1514順序接收的管道協(xié)議（續(xù)）回退n的缺陷：允許已發(fā)送未被確認(rèn)的幀越多，可能要退回來重發(fā)的幀也越多改進(jìn)：發(fā)送窗口為了控制發(fā)送方的發(fā)送速度以及受發(fā)送緩沖區(qū)大小的制約等因素都要求對發(fā)送方已發(fā)出但尚未經(jīng)確認(rèn)的幀的數(shù)目加以限制，這個數(shù)目就是“發(fā)送窗口”落在這個窗口內(nèi)的幀號就是等待接收返回的Ack信息的幀號。由于幀號只有有限的位數(shù)，到一定時間后就又反復(fù)循環(huán)了2022/11/15153.3.2管道協(xié)議幀序號確定M個幀的發(fā)送時間：等待時間：填滿等待時間：m=序號2022/11/1516順序接收的管道協(xié)議（續(xù)）滑動窗口（slidingwindow）協(xié)議若幀號取3位（即000~111，或0號到7號），發(fā)送窗口取值為2，則發(fā)送的過程圖中發(fā)送方陰影所示代表了發(fā)送窗口，而接收方陰影所示則可相應(yīng)地被視為接收窗口。在進(jìn)行的過程中，窗口位置一直在滑動（停等協(xié)議可以看成是發(fā)送窗口等于1的滑動窗口協(xié)議的特例）2022/11/1517本講內(nèi)容第三章數(shù)據(jù)鏈路層 3.3數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議

3.3.1停等協(xié)議

3.3.2順序接收的管道協(xié)議

3.3.3選擇重傳協(xié)議

2022/11/15183.3.3選擇重傳協(xié)議選擇重傳（selectiverepeat）的工作原理：

NAK2:反向確認(rèn)幀，要求重發(fā)。2022/11/15193.3.3選擇重傳協(xié)議（續(xù)）選擇重傳協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)：在某幀出錯時減少了后面所有幀都要重傳的浪費(fèi)但接收方要有一個足夠大的緩沖區(qū)來暫存未按順序正確接收到的幀可以用滑動窗口的觀點(diǎn)來統(tǒng)一看待停等、回退n和選擇重傳這三種協(xié)議，其差別僅在其窗口的大小2022/11/1520練習(xí)題3.193.20使用回退n協(xié)議在3000km長的1.544Mb/s的T1干線上發(fā)送64字節(jié)的幀，若信號傳播速度是6μs/km，問幀的順序號應(yīng)有多少位？

3.22若幀號位數(shù)為3，窗口尺寸為2，請對選擇重傳協(xié)議畫出由初始狀態(tài)出發(fā)下列事件依次發(fā)生時的滑動窗口圖：發(fā)送幀0、發(fā)送幀1、接收幀0、接收確認(rèn)幀0、發(fā)送幀2、接收反向確認(rèn)幀1、接收幀2、重發(fā)幀1、接收幀1、接收確認(rèn)幀2。3.253.26

在50Kbps的衛(wèi)星信道上發(fā)送1K比特長的幀，確認(rèn)信號總是由數(shù)據(jù)幀捎帶。幀頭很短，使用三位順序號。對下述三種協(xié)議，最大可能達(dá)到的信道有效利用率是多少？(1)停等協(xié)議(2)回退n協(xié)議(3)選擇重傳協(xié)議2022/11/1521練習(xí)題3.192022/11/1522練習(xí)題3.20使用回退n協(xié)議在3000km長的1.544Mb/s的T1干線上發(fā)送64字節(jié)的幀，若信號傳播速度是6μs/km，問幀的順序號應(yīng)有多少位？

2022/11/1523練習(xí)題3.22若幀號位數(shù)為3，窗口尺寸為2，請對選擇重傳協(xié)議畫出由初始狀態(tài)出發(fā)下列事件依次發(fā)生時的滑動窗口圖：發(fā)送幀0、發(fā)送幀1、接收幀0、接收確認(rèn)幀0、發(fā)送幀2、接收反向確認(rèn)幀1、接收幀2、重發(fā)幀1、接收幀1、接收確認(rèn)幀2。

2022/11/1524練習(xí)題3.252022/11/1525練習(xí)題3.26

在50Kbps的衛(wèi)星信道上發(fā)送1K比特長的幀，確認(rèn)信號總是由數(shù)據(jù)幀捎帶。幀頭很短，使用三位順序號。對下述三種協(xié)議，最大可能達(dá)到的信道有效利用率是多