第四章 通信网络理论1.

计算机网络理论及网络基础第四章通信网络系统西安交通大学唐亚哲[e-mail]§4.1通信网络的概念4.1.1通信网络的基本构成由发送节点、接收节点、以及连接两个以上通路的中继、交换节点构成；终端接点中继接点图4.1通信网络拓扑结构通路4.1.2通路就是直接连接两点之间的通信线路有各种不同的结构形式（图4.2）4.1.3交换网由若干条通路和连接这些通路的、具有交换功能的中继节点所构成的网络就是交换网交换网的构成分为两种1、按层次对节点进行配置，在上下层之间以及同一层之间分别设置通路，这样构成的网就是分层网；2、是各节点之间平等连接构成单级网。4.1.4信息传送方式1、流过通路和中继节点的信息分为：数据信息：源/目标节点之间传送的数据；控制信息：表示数据特性，对数据进行控制、管理的信息。2、信息传输方式全双工传送方式；半双工方式；单工方式。信息信息图4.5通信方式概念图（a）全双工（b）半双工（c）单工发送装置接收装置接收装置发送装置发送装置通路信息信息接收装置发送装置接收装置接收装置发送装置通路通路通路(a)(b)(c)3、数据的格式为了提高错误控制效率，数据采用分组格式进行传输。数据由罗马字、数字、符号等文字，或者二进制编码集构成。国际上广泛使用的文字编码是ISO7单位编码。§4.2信息传送控制过程4.2.1传送控制过程的概念数据传送控制过程—通过数据线路，从源端节点向目标端节点进行可靠、高效数据传送所需要的一系列控制过程。源、目标间传送数据传送控制过程包括（l）两点之间进行数据链路设置—构成逻辑通路，（2）传输数据的分组/组装控制，（3）帧同步控制；（4）错误控制，（5）数据块传输过程控制，（6）同一条传输线路上数据信息和控制信息分离的控制。数据发送装置传输控制规程数据站DCEDCE数据发送装置传输控制规程数据站数据传输通路数据线数据链路图4.7数据传送控制过程的控制构成DTEDTE4.2.2数据链路的设置控制1、数据链路设置控制目的（1）选择目标装置；（2）在收发信装置之间（即数据源与宿之间）设置一条逻辑通路（数据链路）2、数据链路的设置方法（1）数据链路设置的方法有两种：双向数据传输的方式,单向传输的方式.（2）数据链路的设置控制方式争用方式；查询/选择方式。4.2.3同步控制1、同步：判别一个字符或一个数组构成的界限标识。2、同步的分类（1）字符同步同步线路方式——在要发送的信息串前面先连续加上2－3个SYN字符，接收端对接收的比特串模式与SYN模式进行比较，一旦发现相同模式，就表示以后到来的为有效字符，立即进行检出。非同步线路方式——普通采用起止式同步方式，即要传送字符是由信息字符、标识该字符的启始信号、终止信号三部分构成，各部分之间能够从物理上相互区分开来。（2）帧同步（有三种方式）A、采用特殊传送控制字符的同步方式（如表4.1）B、采用“01111110”模式作为同步模式的方式—标记同步或F同步。C、采用开始标识和信息长度的同步方式。（3）数据的透明性——能够对任意编码或二进制序列进行传送的方法称为编码独立性、或者比特串透明性的数据传送；——能够进行这种传送的系统就具有编码、或者比特串的透明性—总称为具有数据的透明性。3、实现数据透明性传送的方法A、在上述采用标记F（01111110）同步的系统中，如果在信息串中出现连续“111111”的情况，就在第5个“1”的后面插入一个“0”，变成“011111010”再发送出去。B、在接收端再把插入的“0”去掉，恢复为原来的状态“111111”。4.2.4报文分割和传输效率1、数据分组长度的选择：决定数据分组长度的因素——线路质量、传送效率、应答时间、缓冲存贮器等设备的成本。2、数据分组长度与传送效率的关系假设：ND为数据分组的平均长度（比特数），NH为控制码长度（比特数），S为通信线路的信号传输速度，TL为一个数组发送完直到下一个数组开始发送为止的等待时间，TR为重发情况下的TL时间，PE为比特出错概率。则正确传送完成一个数据分组所需时间的平均值TB为：TB=TL+（ND+NH）/S+（TR+（ND+NH）/S)（PE+PE2+PE3+…）=TL+（ND+NH）/S+[（TR+（ND+NH）/S][PE/（1-PE）]实际有效传送速度：SR=ND/TB=ND/{TL+（ND+NH）/S+[（TR+（ND+NH）/S][PE/（1-PE）]}传输效率=SR/S=ND/{STL+N+(STR+N)[PE/（1-PE）]},(N=ND+NH)数组长度N与线路故障率、传送效率的关系曲线如图4.10所示。1001000100000.20.40.60.81传输效率10－2误码率（位）10－310－4TL=TR=0，NH=48位的情况10－510－6图4.10数组长度和传送效率的关系数据块长度（位）4.2.5错误控制1定义：为了提高数据传输的可靠性，而在接收端对错误进行检测和订正的功能就叫错误控制。2、通信中常用的编码循环码，水平、垂直奇偶校验码。3、实现错误控制方法出错重发4.2.6传送控制1、概述在接收站：A、确认数组的正确接收并向上一级提交；B、当该数据从缓冲中移出后，给出允许下一个数组传输的信号。在数组连续传送的情况下：检查数组是否丢失，以及是否按照正确的顺序进行排列。以上控制过程汇总起来就叫做传送控制。2、接收端返回给发送端的控制信息（应答信息）①数组正确无误被接收，且接收缓冲可用，则允许下一个数组传送；②未正确接收到数组，要求重发；③接收端处于不可接收数组的状态，要求停止传送数组；3、发送端-接收端的交互方式（1）交互监视方式（2）同时监视方式(b)同时监视方式图4.11交换监视和同时监视动作示例(a)交互监视方式ACK数据1接收方放弃NAK：ACK1检验OK检验NO检验OK错误发送方数据1数据2数据3数据4数据2（重发）数据1发送方检验NO错误数据1(重发)NAK接收方检验OK（3）同时监视方式与交互监视方式的比较如图4.13所示，交互监视方式随着传送速度的提高，传送延迟时间的影响更加严重，传送效率就越低。而同时监视方式的传送效率很高，但控制复杂。图4.13同时监视方式和交互监视方式的传送效率比较TD传送延迟时间（参考图4.12），数组长度为1000位的情况线路传输率（kb/s）传输效率10.82.44.89.648240同时监视方式交互监视方式TD=5ms,10msTD=5msTD=10ms0.20.40.64、同时监视方式的控制（1）工作原理数组中附加有顺序编号，区分数组，同时检测数组的丢失和重复；在应答信息中也附加有对应的顺序编号，表示该数组已接收；顺序编号1，2，…，M－l，M，1，2，…循环分配，M为模数，M的值是根据线路的传送速度、传送延迟、数组的长度等决定。（2）模数M的确定假设模数为M，发送站在接收到接收站送来当前数组的应答以前最多可以连续发送M－1个数组。若数组长度为N比特，线路的传送进度为Sbit/S，应答延迟时间为TA，如果[(M-2)N/S]TA，线路就不会出现数组发送等待现象，可以充分使用。应答数据TATD发送方接收方12···M－1数组号图4.12同时监视的动作序列（4）重发方式一种是从发生错误的数组开始连续重发的方式；一种是只重发出错数组的选择重发方式。后者比前者的效率高，但发送站和接收站都必须要有额外的逻辑电路和缓冲存贮器进行控制。4.2.7数据信息和控制信息的辨别及控制信息的表示1、概述数据信息和控制信息混合传送，故在接收端必须进行辩别；2、控制信息的表示方法传送控制字符的方法；采用ISO7单位编码表中的传送控制字符实现。传送控制字符放置在控制对象—数据字符串的前后，或者被单独使用，实现各种各样的控制功能。适用于以字符为单位进行信息处理的简单控制系统，例如简易终端装置中。采用指令控制的方法在信息数组的特定位置上放入控制指令，来区分数据信息。指令方式适合于以数组为单位进行信息处理，而且需要多种控制方式的系统中，如像计算机这样一种程序控制装置。此外，指令方式的控制信息放置位置只限于信息组的特定位置，所以与采用控制字符的方法相比容易保证数据的透明性，它适合于层次结构控制.4.2.8具体的传送控制过程1、控制方法分类（l）基本型数据传送控制过程采用ISO7单位编码的10个传送控制字符作为传送控制编码的传送控制过程（2）高级数据链路控制过程（简称HDIC）将数据信息的两头置入标记参数而形成数据帧进行传送的控制过程。其特点是：数据、控制信息都具有共同的结构形式。2、帧结构编号N(R)：接收顺序号，S：监视功能位，M：修饰功能位，N(S)发送顺序号，P/F:发送指令时为查询位，发送应答时位结束位。(a)帧的形式；（b）控制部分内部结构图4.15高级过程的帧结构开头末尾报头报尾01111110地址控制信息校验序列01111110b1b2b3b4b5b6b7b8“0”N(S)P/FN(R)“1”“0”SP/FN(R)“1”“1”MP/FM信息帧监视帧非编码(a)(b)3、控制码的功能描述控制的形式指令简介应答简介功能概要信息传送格式II传送带编号的信息，并通知对方收到I帧监视格式RRRR接收准备好，以及通知已正确接收到I帧RNRRNR接收未准备好，拒绝REJREJ要求从I帧开始再送无编号格式SABM置为异步平衡方式SNRM置为正常应答方式DISC拆除UA无编号确认FRMRFRMR帧拒绝，发现不可恢复的错误并通知对方CMDR次站把不可恢复的错误通知给主站DM通知断开方式4、链路建立和拆除(1)异步响应模式建立过程DTEDCE主站次站主站次站（1）发SARM（2）发UA(3)0V(R)(4)发SARM(5)置T1(6)0V(S)(7)0V(R)（8）发UA(9)0V(S)(10)停T1DCEDTE主站次站主站次站（1）发DISC（2）发UA(3)发DISC(4)置T1（5）发UA(6)停T1(2)异步响应模式拆除过程DTEDCEDTEDCE组合组合（1）发SABM（4）发UA(2)0V(R)(5)0V(R)(6)0V(S)(3)0V(S)(3)异步平衡模式建立过程DTEDCEDTEDCE组合组合（1）发SABM（2）发UA(4)异步平衡模式拆除过程5、信息传送过程V(R)N(R)主站次站发IN(S)发应答1N(R)(1)V(S)N(S)(3)V(S)+1N(S)(4)N(S)=V(R)?(5)若N(S)=V(R)则V(S)+1V(R),(7)若N(S)V(R)(8)则发REJ或RNR(2)(6)发RR5.5.2循环校验码一种适合通信系统和磁记录系统应用的长代码串错误校验码。1、循环校验码工作原理（l）代码多项式一个二进制代码的值，可看作变量X组成的多项式的系数，并且是“低→高”排列的。例如：代码“110101”可以用下面多项式表示：1·x0＋0·x1＋1·x2＋0·x3＋1·x4＋1·x5=1＋x2＋x4+x5（或者1·x5+1·x4＋0·x3＋1·x2＋0·x1＋1·x0=x5+x4＋x2＋1）这个多项式就叫做代码多项式。(2)代码多项式的运算1+x+x2+x41+x+x3+x4(+)x+x2+x4x+x3+x41+x+x2+x4(×)1+x1+x+x2+x4(+)x+x2+x3+x51+x3+x4+x5乘法加法x3+x2+x…商x2+1x5+x4+x2+x+1x5+x3x4+x3+x2+x+1x4+x2x3+x+1x3+x1….余式除法（3）循环码的生成设原n位代码的多项式N(x)，M位校验码多项式M(x),则N(x)与M(x)经过以上运算生成的（n+m）位代码就是循环校验码。2、循环校验码的生成方法(1)循环校验码实现方法之一M(x)与N(x)相乘，得到的校验多项式C(x)，即：C(x)=M(x)N(x)形成的循环校验码。在接收端用M（x）多项式去除接收的结果，如果能除尽，即为正确，否则出错。(2)循环校验码实现方法之二