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通信网络理论基础通信网络理论基础盛盛敏敏InformationScienceInstitute,InformationScienceInstitute,XidianXidianUniversityUniversityMsheng@mail.xidian.edu.cnMsheng@mail.xidian.edu.cn第一章第一章通信网络的基本构成通信网络的基本构成分组交换的三个基本过程分组交换的三个基本过程协议体系结构协议体系结构第二章第二章组帧技术组帧技术链路层的差错控制技术链路层的差错控制技术最佳帧长最佳帧长标准数据链路控制协议及其初始化标准数据链路控制协议及其初始化网络层和运输层的点对点传输协议网络层和运输层的点对点传输协议组帧技术组帧技术面向字符的组帧技术面向字符的组帧技术面向比特的组帧技术面向比特的组帧技术采用长度计数的组帧技术采用长度计数的组帧技术差错检测差错检测差错检测的基本目的和思想差错检测的基本目的和思想ARQARQ协议协议停等式停等式ARQARQ返回返回nn--ARQARQ选择重发式选择重发式ARQARQ并行等待式并行等待式ARQARQARQARQ协议性能评估协议性能评估算法（协议）的正确性算法（协议）的正确性算法（协议）的有效性算法（协议）的有效性最佳帧长最佳帧长一个方面是在一条链路上使传输效率最高一个方面是在一条链路上使传输效率最高的最佳帧长的最佳帧长。。另一个方面是在多条链路构成的传输路径另一个方面是在多条链路构成的传输路径上，使得传输效率最高的最佳帧长。上，使得传输效率最高的最佳帧长。标准的数据链路控制协议标准的数据链路控制协议目前常用的标准数据链路控制（目前常用的标准数据链路控制（DLCDLC）协议有：）协议有：IBMIBM提出的提出的SDLCSDLC，，ISOISO建议的建议的HDLCHDLC，，ANSIANSI规定规定的的ADCCPADCCP和和CCITTCCITT建议的建议的LAPBLAPB等。其中，等。其中，HDLCHDLC与与ADCCPADCCP功能相同，功能相同，SDLCSDLC是是HDLCHDLC的一个功能子的一个功能子集。集。LAPBLAPB也是也是HDLCHDLC的一个子集。的一个子集。HDLCHDLC（（ADCCPADCCP）是为多种物理链路设计的。这）是为多种物理链路设计的。这些链路包括多址链路、占对点链路、全双工和半些链路包括多址链路、占对点链路、全双工和半双工链路。它包括三种工作模式：双工链路。它包括三种工作模式：正常响应模式正常响应模式（（NRMNRM）、异步响应模式（）、异步响应模式（ARMARM）和异步平衡模）和异步平衡模式（式（ABMABM）。）。标准的数据链路控制协议标准的数据链路控制协议理解标准的链路控制协议，并可以根据实理解标准的链路控制协议，并可以根据实际情况设计某种可应用的链路层协议。际情况设计某种可应用的链路层协议。数据链路层协议的初始化数据链路层协议的初始化网络层（子网层）的点对点传输协议网络层（子网层）的点对点传输协议对于网络中的一条链路而言，它通常被通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，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这就必须对不同会话过程的分组进行标识。识。不同会话过程的标识方法不同会话过程的标识方法同一同一SessionSession中的分组的标识或编号中的分组的标识或编号在数据报方式中，同一在数据报方式中，同一SessionSession分组可能会经分组可能会经过不同的路径，这样到达到目的节点的顺过不同的路径，这样到达到目的节点的顺序就会不同于源节点发出分组的顺序，另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塞、传输错误、节点或链路故障等原因会引起分组丢失。因此，就必须提供一种方引起分组丢失。因此，就必须提供一种方式来使目的节点发现上述问题。解决方法式来使目的节点发现上述问题。解决方法就是对同一就是对同一SessionSession发送的分组进行编号。发送的分组进行编号。网络层的差错控制网络层的差错控制网络层的差错控制与数据链路层差错控制网络层的差错控制与数据链路层差错控制的主要差别的主要差别网络层的流量控制网络层的流量控制目的节点如想减缓接收分组的速率，则可目的节点如想减缓接收分组的速率，则可以将含有以将含有RNRN的应答分组适当延迟后再发送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即可。这种控制信源速率的方法称为端到端流量控制。端流量控制。运输层的点对点传输协议运输层的点对点传输协议TCPTCP中的寻址和复接中的寻址和复接TCPTCP中的差错控制中的差错控制TCPTCP的流量控制的流量控制在在TCPTCP中采用了慢启动（中采用了慢启动（slowslow--startstart）、拥塞避免）、拥塞避免(congestionavoidance)(congestionavoidance)和加速递减等技术来进行拥塞控和加速递减等技术来进行拥塞控制。制。第二章第二章本章主要讨论了端对端的传输协议，它涉本章主要讨论了端对端的传输协议，它涉及到两种类型链路的可靠数据传输；一是及到两种类型链路的可靠数据传输；一是在一条物理链路上如何进行有效和可靠的在一条物理链路上如何进行有效和可靠的数据传输，二是针对跨越多条物理链路或数据传输，二是针对跨越多条物理链路或多个网络的一条等效的链路之间如何进行多个网络的一条等效的链路之间如何进行可靠的数据传输。可靠的数据传输。第二章第二章它要解决的基本问题是：它要解决的基本问题是：将不可靠的链路变成一条可靠的链路将不可靠的链路变成一条可靠的链路如何保证在各种异常情况下，收发双方协同工如何保证在各种异常情况下，收发双方协同工作作如何进行流量控制如何进行流量控制第三章第三章网络的时延模型网络的时延模型衡量网络传输能力的重要指标之一是将一衡量网络传输能力的重要指标之一是将一个分组从源节点传到目的节点的时延。对个分组从源节点传到目的节点的时延。对时延的考虑将会影响网络算法和协议（如时延的考虑将会影响网络算法和协议（如多址协议、路由算法、流控算法等）的选多址协议、路由算法、流控算法等）的选择。因此，我们必须了解网络时延的特征择。因此，我们必须了解网络时延的特征和机制，以及网络时延取决于哪些网络特和机制，以及网络时延取决于哪些网络特征。征。网络的时延模型网络的时延模型网络中的时延通常包括四个部分：处理时网络中的时延通常包括四个部分：处理时延、排队时延、传输时延和传播时延。延、排队时延、传输时延和传播时延。LittleLittle定理定理NN、、λλ、、TT的相互关系是：的相互关系是：这就是这就是LittleLittle定理（公式）。该公式表明：系统中定理（公式）。该公式表明：系统中的用户数（顾客数）＝的用户数（顾客数）＝[[用户（顾客）的平均到达用户（顾客）的平均到达率率]]××[[用户（顾客）的平均时延用户（顾客）的平均时延]]。。TNλ=LittleLittle定理的应用定理的应用BasicQueueTheoryBasicQueueTheoryM/M/mM/M/m型排队系统型排队系统M/M/1M/M/1排队系统排队系统状态转移特性及其稳态分布状态转移特性及其稳态分布λµλρρλ−=•−==111NT()ρµρλµµλµ−=−•=−=111TW()ρρµλλµµλλ−•=−==12WNQM/M/mM/M/m型排队系统型排队系统M/M/mM/M/m排队系统排队系统M/M/mM/M/m型排队系统型排队系统M/M/M/M/∞∞排队系统排队系统对于对于M/M/M/M/∞∞排队系统，排队系统，由于该系统是一个没由于该系统是一个没有排队的系统，所以其排队队长为有排队的系统，所以其排队队长为00。。因而系统中的平均用户数为因而系统中的平均用户数为µλ=NM/M/mM/M/m型排队系统型排队系统M/M/M/M/m/mm/m排队系统排队系统对于对于M/M/M/M/m/mm/m排队系统，系统中的容量为排队系统，系统中的容量为mm。当。当用户进入系统时，发现用户进入系统时，发现mm个服务员全忙时，就立个服务员全忙时，就立刻离开系统（或丢失）。这种情况主要用于电路刻离开系统（或丢失）。这种情况主要用于电路交换系统。比如，当我们打长途电话时，假定仅交换系统。比如，当我们打长途电话时，假定仅有有mm条线路可用，如果我们发现线路全忙，我们条线路可用，如果我们发现线路全忙，我们就会过一会再打或以后再打，这就相当于我们离就会过一会再打或以后再打，这就相当于我们离开系统。这是一种呼损制系统，而不像开系统。这是一种呼损制系统，而不像M/M/mM/M/m是是一个等待制系统。一个等待制系统。M/G/1M/G/1型排队系统型排队系统PP--KK公式公式证明和应用证明和应用()ρλ−=122XW服务员有休假的服务员有休假的M/G/1M/G/1排队模型排队模型服务员有休假的服务员有休假的M/G/1M/G/1（（M/G/1QueueswithM/G/1QueueswithVacationsVacations）排队系统是指在每一个忙周期）排队系统是指在每一个忙周期后（分组传输结束后），服务员需要休假后（分组传输结束后），服务员需要休假（休假对应于服务员（通信节点）要进行（休假对应于服务员（通信节点）要进行其它处理，如存储数据、信令交换等），其它处理，如存储数据、信令交换等），在服务员休假期内到达的用户，要等待服在服务员休假期内到达的用户，要等待服务员休假结束后，才能被服务。如服务员务员休假结束后，才能被服务。如服务员休假期满后，没有用户到达，服务员进入休假期满后，没有用户到达，服务员进入另一个休假期。另一个休假期。采用不同服务规则的采用不同服务规则的M/G/1M/G/1排队系统排队系统采用预约方式的采用预约方式的M/G/1M/G/1排队系统排队系统闸门型系统（闸门型系统（gatedsystemgatedsystem））耗尽型系统（耗尽型系统（exhaustivesystemexhaustivesystem））部分闸门型系统（部分闸门型系统（partiallygatedsystempartiallygatedsystem））多用户系统多用户系统对于多用户系统来说，与单用户的差别主要是新到达对于多用户系统来说，与单用户的差别主要是新到达分组进入不同用户的队列（系统共有分组进入不同用户的队列（系统共有mm个队列）时，将个队列）时，将会遇到不同数量的预约时隙数（服务休假次数）。设会遇到不同数量的预约时隙数（服务休假次数）。设系统有系统有mm个用户，当第个用户，当第ii个分组到达系统时正好是第个分组到达系统时正好是第ll个个用户的预约传输期。如果第用户的预约传输期。如果第ii个分组属于个分组属于ll＋＋11个用户的个用户的队列，则它只会遇到一个预约分组的传输。如果第队列，则它只会遇到一个预约分组的传输。如果第ii个个分组属于第分组属于第ll－－11个用户的队列，则它会遇到个用户的队列，则它会遇到mm－－11个预个预约分组的传输。约分组的传输。服务受限的系统服务受限的系统所谓服务受限的系统是指只允许每个队列所谓服务受限