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计算机通信网复习题 张炜 田鹤

第一章复习题 .................................................................................................................................................. 3

1 解释三个概念 计算机通信 计算机通信网 计算机网络 它们之间的相互关系是什么 ..... 3

2 为什么要将计算机通信网划分为通信子网和资源子网 两者之间有什么样的关系 ................. 3

3 通信子网具有哪些主要功能 包括哪些组成部分 ......................................................................... 4

5 请分别解释这两组名词 INTERNET INTERNET INTERCONNECTION INTERNETWORKING ........ 4

7 协议的概念是什么 怎样理解协议在计算机通信网中的地位和作用 ......................................... 5

8 如何理解和认识分层次的协议体系结构 为什么说体系结构是抽象的 ..................................... 5

9 OSI/RM 设置了哪些层次 每个层次的作用和功能是什么 .......................................................... 6

11 什么是 TCP/IP 模型 各层的主要功能是什么 ............................................................................. 9

12 考虑 三军问题 中提高可靠性的一个方案 ............................................................................. 11

13 在 OSI/RM 中 各层都有差错控制的机制 请指出 以下几种差错发生在 OSI 的哪些层 . 11

第二章复习题 ................................................................................................................................................ 11

2 说明以下三个概念之间的联系和区别 实系统环境 OSI 环境 网络环境 ........................... 11

4 OSI/RM 的三个核心概念是什么?对它们作简要的说明 .............................................................. 12

5 协议的三个要素是什么 它们之间有何关系 ............................................................................... 14

6 数据单元共分为哪几种 画图说明它们的组成以及相互之间的关系 ....................................... 14

9 什么是服务原语 服务原语可分为哪几类 它们的时序关系如何表示 ................................... 15

12 在(N)层内 (N)连接与(N-1)连接具有哪几种映射关系 ............................................................. 17

14 试以服务原语的交互时序图说明连接常规释放 有序释放和异常释放这三种情况 ............. 17

第三章复习题 ................................................................................................................................................ 18

1 说明数据报 虚电路和逻辑信道的含义 ...................................................................................... 18

4 假设两个用户之间的传输线路由 3 段链路组成 2 个中间节点 .............................................. 19

5 在一条共享的线路上复用 15 个 9600B/S 的信道 如果忽略控制开销 ...................................... 20

6 令 M 表示报文平均长度 H 为报文被分割成分组后的分组头长度 .......................................... 20

11 ATM 采用的信元长度为 53 字节 这个数值比一般的分组长度短得多 请分析其原因 ...... 20

14 ATM 的业务类型有哪些 各有何特点 ....................................................................................... 21

第四章复习题 ................................................................................................................................................ 22

1 数据链路和物理链路的含义是什么 这两者有何区别 ............................................................... 22

2 用于数据传输链路的两个 基本的差错控制方法是什么 常用的是哪个 为什么 ........... 22

6 试证明二维奇偶校验中利用算法 A 和算法 B 分别得到的块校验位的不同结果 ..................... 22

7 试推导式(4-26) (4-27)和(4-28) .................................................................................................... 23

8 一个信道的速率为 4KB/S 传播时延为 20MS 若采用等待式 ARQ 方案 ............................... 26

9 考虑一个无差错的 64KB/S 卫星信道 在一个方向上传送 512 字节的数据帧 ......................... 27

10 假设在长度为 100 公里 传输速率为 20MB/S 的链路上传输 ................................................ 27

13 设信道的误码率为 10-5 帧长为 10K 比特 1 若差错为相互独立的单个错 则在该信道 . 28

第五章复习题 ................................................................................................................................................ 28

2

1 在由一个中央控制站和 N 个数据站组成的查询系统中 .............................................................. 28

2 N 个站共享一条 56KB/S 的纯 ALOHA 信道 每一站平均每 100 秒发送 ..................................... 29

4 若时隙 ALOHA 系统有 10%的时隙是空闲的 问 .......................................................................... 29

5 设时隙 ALOHA 系统有两个站和一个主机 两个站都要和主机通信 ....................................... 29

6 有 16 个站利用自适应查询竞争使用一条共享信道 如果地址为质数 PRIME NUMBER 的 .... 30

7 一组n2 个站利用自适应查询来决定对一条共享信道的接入 ..................................................... 31

8 一个 1 公里长 10MB/S 的 CSMA/CD 局域网 其传播速率为 200 米/微秒 ............................... 31

9 请解释为什么 CSMA/CD 中参数 A 必须很小 .............................................................................. 31

15 试推导 CSMA 方式中有关性能的几个结论 即式(5-22) (5-23) (5-25)和(5-26) ................ 34

第六章复习题 ................................................................................................................................................ 34

1 如图所示的网络由五个 LAN(LAN1-LAN5) 用六个源路由网桥(B1-B6)互联而成 ................ 34

5 路由选择一般有哪几种实现方法 试比较其优缺点 ................................................................... 36

6 流量控制在通信网中具有什么意义 流量控制与路由选择的相互关系是什么 ....................... 41

8 一个网络采用热土豆法和静态路由相结合的路由选择机制 ....................................................... 42

第七章复习题 ................................................................................................................................................ 42

1 网络互联可分为哪几个层次 各层中互联设备的主要功能是什么 ........................................... 42

7 如果运用图 7-14 所示的互联结构 为了缓解广域网和局域网不匹配引起的问题 .................. 43

13 请说明 MAC 地址和 IP 地址之间的关系 .................................................................................... 44

第八章复习题 ................................................................................................................................................ 44

4 试画出传输连接成功和不成功的服务原语时序图 ....................................................................... 45

5 为什么要划分传输层功能的协议类别 每个协议类别的特征和功能是什么 ........................... 46

6 请对以下两种 OSI 传输层设计方案作出评价 .......................................................................... 48

3

第一章复习题 1 请解释以下三个概念 计算机通信 计算机通信网 计算机网络 它们之间的相互关系是

什么

为了协同工作的目的 在两台或多台 自治的 计算机之间经由数据通路 包括通信网络

进行的信息交换 通常称作计算机通信 关于 自治 可理解为如果一台计算机能够强迫启动

关闭或控制另一台计算机 则它们不是自治的计算机 所谓计算机通信网是指能够互换信息且独

立自治的计算机及通信子网的集合 可以形式化地描述为

{ }信子网互连自治的主机按协议经通协议计算机主机 通信子网计算机通信网 |≡

与计算机通信网类似的概念是计算机网络 在计算机网络中 人们关心的是如何共享网络

中的资源 这也是当初把计算机互连成网的主要目的 在计算机通信和计算机网络的发展过程

中 人们也从不同侧面给出了有关的解释 但至今尚未对这两个概念给出过确切的定义 以下简

要地说明这些解释与本书中讨论的计算机通信网之间的关系

从信息传输的广义观点出发 将计算机网络的概念解释为 以计算机之间传输信息为目的而

相互连接起来 实现远程信息处理的系统 这种观点不仅包括端计算机 主机 而且也包括用

于处理通信和控制主机的计算机 如集中器 复用器 终端控制单元等 因此其涵盖面超出了本

书所要讨论的计算机通信网的范畴

从资源共享的观点出发 计算机网络被解释为 以能够相互共享资源 硬件 软件和数据

的方式连接起来 并且各自具备独立功能的计算机系统的集合体 这种观点不着眼于通信本身

主要考虑的是计算机系统的互连和共享资源的管理 网络中的资源由网络操作系统统一管理

网络操作系统为用户提供了操纵网络 共享资源的统一接口 而网络操作系统是在计算机通信

网之上运行的 因此比单机应用环境中的操作系统要复杂得多 从这个角度说 计算机通信

给计算机网络的运作提供了支撑 为其创造了信息互通和资源共享的环境

从数据通信的角度出发 计算机网络可认为是 由一个网络操作系统自动管理用户任务所需

的资源 而使整个网络就象对广大用户是透明的计算机大系统 这种观点较接近于面向终端的

分布式计算机系统 即多台主机连接多个远程或本地终端 但近来已经不属于计算机通信网的

研究范畴了

2 为什么要将计算机通信网划分为通信子网和资源子网 两者之间有什么样的关系

图1-2表示了计算机通信的基本要素

图 1-2 计算机通信的要素

计算机 B 计算机 A

应用进程

AP

通信子系统

应用进程

AP

通信子系统 计算机到计算机的通信

用户到用户的通信

数据通信系统

计算机到网络的通信

通信网

环境

4

计算机的通信子系统是核心的要素 它包括了计算机的通信功能 通信子系统的功能之一是

决定数据发送/接收的方式 数据的封装/拆卸 传输速率等 从而将不同类型的数据转换为双方

相互认可的形式 这项功能是面向应用进程的 通信子系统的另一项更重要的功能是面向网络的

它为信息的传输确定了合适的数据通路或网络路径 包括通路的建立 维护和撤消 无差错数据

传输 差错控制 网络中的路由选择与速率匹配 流量控制 以及网络之间的互连等 这些内

容也是计算机通信网中所涉及的主要问题 我们将通信子系统之间对应的信息交互称为计算机到

计算机的通信

数据通信系统为计算机之间的信息交互提供了传输媒介 并提供可靠的数据传送能力 数据

通信系统既可以是单条的直接传输通路 如双绞线 同轴电缆 光纤 或无线信道 也可以是

互连的多条传输通路 即通信网络 应用进程的作用是为用户提供网络服务 更多地依赖于用户

业务 应用进程之间的通信称为用户到用户的通信 在应用进程与通信子系统之间必须提供相应

的接口 其作用类似于操作系统中的系统调用功能

基于以上对计算机通信之要素的分析 我们将计算机通信网按照其功能划分为信息交换和信

息处理两部分 即相应地由通信子网和资源子网两部分组成 如图1-3所示 图中通信子网的边

界 虚线所示 以内的部分属于通信子网 边界之外的部分属于资源子网 通信子网负责数据的

无差错和有序传递 包括通信处理器 集中器 复用器 路由器 网桥等设备 传输媒介可以是

电话线路 有线电缆 包括数据传输电缆 有线电视信号传输电缆等 光纤 无线 微波 卫

星等 其处理功能包括差错控制 流量控制 路由选择 网络互连等 资源子网是计算机通信的

本地系统环境 包括主机 终端和应用程序等 资源子网的主要功能是 用户资源配置 数据的

处理和管理 软件和硬件共享以及负载均衡等 当然 还必须包括一个合适的接口 以保证主机

能无缝地(seamless)接入一个通信子网

如果我们从计算机通信网的物理组成来看 网络的组成元素可分为网络节点和通信链路两部

分 网络节点又分为端节点和交换节点两种 端节点指通信的源和宿节点 例如用户主机和用户

终端 交换节点指网络通信过程中起控制 暂存和转发信息作用的节点 例如程控交换机 集中

器 路由器 网桥等 端节点是用户数据的发源地和归宿地 而交换节点本身不向用户提供新的

数据 只是对用户数据进行搬运和转移 通信链路指传输信息的通路 即通信子网中的传输媒介

其作用是在机器之间传送比特 因此 通信子网主要由交换节点 包括驻留其中的通信软件 和

通信链路组成 而资源子网中主要包括拥有资源的用户主机和请求资源的用户终端 它们都是端

节点 但是必须明确 通信子网和资源子网是从计算机通信网的功能上进行划分的 而节点和链

路则是从物理组成角度来分类的 应该说 端节点 如用户主机 中所包含的通信子系统 参见

图1-2 是属于通信子网的范畴

综上所述 计算机通信网就是一个由通信子网承载的 传输和共享资源子网的各类信息的系

统

3 通信子网具有哪些主要功能 包括哪些组成部分

见上题 注意通信子系统并不是通信子网 它只是通信子网的一部分

5 请分别解释这两组名词 internet Internet interconnection internetworking

互连的网络集合就称为互联网(internet) 常见的互联网是通过WAN连接起来的LAN集合 需

要说明的是 互联网(internet)这个词通常只代表一般的网络互联意思 而Internet 译为因

特网 是指特定的世界范围的互联网 它被广泛地用于连接大学 政府机关 公司和个人用户,

是互联网的一个著名例子

5

还需要说明的重要一点是 互连 interconnection)和 互联 internetworking)这两

个概念的区别 从网络的角度来看 互联主要指网络之间逻辑上的连接 这种连接是通过应用

软件和协议体现出来的 互连则是网络之间实实在在的物理连接 是指通过传输介质的连接以

及连接的级联 从本质上来看 互联就是不同协议的转换 这种协议的转换必须在对等的层次

之间实现

7 协议的概念是什么 怎样理解协议在计算机通信网中的地位和作用

所谓通信协议 简称协议 是指相互通信的双方 或多方 对如何进行信息交换所一致同

意的一整套规则 这正如人们交谈时要使用相同的语言一样 一个网络有一系列的协议 每一个

协议都规定了一特定任务的完成 总的来说 协议的作用是完成计算机之间有序的信息交换 一

个完整的计算机系统除了要有构成它的硬件设备之外 还必须有设计良好的软件才能够有序地

流畅地运行 同样 计算机通信网除了要有必要的硬件系统之外 还必须有良好的网络软件系统

才能使计算机系统之间进行信息交流 要实现计算机之间有序的信息流动 相互之间必须形成默

契 遵守一系列的规则

下面我们以完成两个端用户之间的有效通路为例 来说明建立一次连接所要遵守的一些规

则 这些规则也就是通信网设计时所要考虑的主要问题

1 为了能在两个硬件设备之间建立起连接 在该通路的各条链路上要执行某种协议

无论是模拟的还是数字的通信设备 调制解调器和数字适配器的状态必须由接到节点上的设备来

控制 这里必定有一个物理的或电气的接口来执行这种功能 执行某种适当的协议来达到这一控

制目的

2 多路接入技术必须与所使用的设备配合 也必须执行某种协议

3 将传输的比特组合成字符 帧 分组或报文等 并提供自动的差错处理 以保证所接

收到的比特流是所发送的比特流的精确复制 以上这些功能的完成 也都是由两个端设备之间运

行的协议来处理的

4 必须保证消息抵达正确的目的地 一些寻址和路由协议用来处理这项功能

5 在端节点或交换节点上存储所收到的信息 直至这些信息能够得到服务或再转发出去

缓冲器的大小 所希望的快速响应时间 对输入的信息流所需做的差错检验而无须额外的重发时

间 这些都已导致了将长报文分割成分组 并再从分组组合成一个完整的报文的技术 为了达到

这一点 两个端设备之间也要有良好的默契

6 必须进行流量控制 以避免缓冲器溢出 防止过分地拥挤 从而产生了流量控制协议

流控协议可能在网络的若干个层次上存在

7 必须保证接入通路能与用户的特性相协调一致 例如消息的格式 字符编码 器件控

制和数据库接入等 通常必须提供协议转换功能 以便处理这些不同的特性 并提供正确的数据

表达形式

应该指出 上面提到的这些功能 在通信的双方都必须具备 也就是说功能是成对的 而且

每一对的两个相同功能之间才相互通信 在某一处由协议加上去的额外的位 称为overhead 由

另一处的相应协议加以解释 例如 寻址和路由所用的数据仅仅是为了寻找目的地址和路由控制

与其他功能无关 所以只在相应的协议之间才进行对等的通信(peer-to-peer communication)

8 如何理解和认识分层次的协议体系结构 为什么说体系结构是抽象的

计算机通信网的整套协议是一个庞大复杂的体系 为了便于对协议的描述 设计和实现

现在都采用分层的体系结构 所谓体系结构 architecture 是指计算机通信网的分层 各

6

层协议和层间接口的集合 也就是通信网及其部件所应完成的功能的精确定义 因此体系结构

是计算机通信网的一种抽象的 层次化的功能模型

分层的协议体系结构将庞大复杂的协议分成不同的层次 每一层的功能是不同的 低层功

能主要用来对用户提供通信连接 而高层功能保证数据以正确的形式进行互换并有序地处理数

据

分层结构的基本思想是把整套协议体系分成一些小块 层 如同结构化程序设计中的子

程序模块 下一层对其上一层提供服务 每一层本身的功能与下层提供的服务迭加到一起 从

而使 高层能为用户提供完整的一组服务 以便实现通信或分布应用 例如 专门完成两个端

系统中对等实体之间的连接对话关系的功能集合 可划分为一个服务层 会话层

分层的基本原则是定义每一层向上一层提供的服务 来保证每层的功能相互独立 但不规

定如何完成这些服务 这样就允许每一层能改变其实现所规定的服务的方法 但要求提供的服

务不变 而且不影响其他层次 相反 若不采用分层式结构 某些细小的变化往往会要求变动

整套网络软件

9 OSI/RM设置了哪些层次 每个层次的作用和功能是什么

OSI/RM的体系结构有七层 各层的名称和功能简述如下

1 物理层 physical layer

物理层是OSI的 低层 是整个开放系统的基础 物理层保证通信信道上传输原始比特流

用以建立 维持和释放数据链路实体间的连接 物理层协议被设计来控制传输媒介 规定传输

媒介本身及与其相连接接口的机械 电气 功能和过程特性 以提供传输媒介对计算机系统的

独立性 传输媒介可以是双绞线 同轴电缆 光纤 通信卫星和微波等 它们并不包括在OSI

的七层之内 其位置处在物理层的下面 这些接口和传输媒介必须保证发送和接收信号的一致

性 即发送的信号是比特 1 时 接收的信号也必须是 1 反之亦然 计算机和调制解调

器的串行接口RS-232C标准就是物理层协议的一个例子

图 1-10 OSI/RM 的体系结构

应用层

数据链路层

表示层

会话层

传输层

网络层

物理层

主机 A

4

3

2

1

7

6

5

层次

应用层

数据链路层

表示层

会话层

传输层

网络层

物理层

主机 B

交换单元名字

TPDU

分组

帧

比特

APDU

PPDU

SPDU

数据链路层

网络层

物理层

交换节点

数据链路层

网络层

物理层

交换节点

通信子网边界

表示协议

会话协议

应用协议

传输协议

内部子网协议

网络层主机 交换节点协议 数据链路层主机 交换节点协议 物理层主机 交换节点协议

7

物理层要考虑的典型问题是用多大的电压表示比特 1 或 0 一个比特持续多少微秒

传输是否在两个方向上同时进行 初的连接如何建立 以及完成通信后连接如何终止 网络

接插件有多少引脚以及各引脚的用途

物理层的功能之一是为数据终端设备提供传送数据的通路 数据通路可以是一个物理媒

体 也可以是多个物理媒体连接而成 物理连接并非永远在物理媒体上存在的 它要靠物理层

来激活 维持和去活 一次完整的数据传输 包括激活物理连接 传送数据 去活物理连接

所谓激活 就是不管有多少物理媒体参与 都要在通信的两个数据终端设备间建立连接 并形

成一条通路 物理连接使比特流透明地通过 对比特透明是指只认比特 而不管比特组成的字

符或多字符组成的帧的含义

物理层的另一个功能是传输数据 物理层包含了适合数据传输需要的实体 为数据传送服

务 一是要保证数据能在其上正确通过 二是要提供足够的带宽 以减少信道上的拥塞

2 数据链路层 data link layer

在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错 数据链路层的功能

是加强物理层原始比特流的传输功能 建立 维持和释放网络实体之间的数据链路连接 使之

对网络层呈现为一条无差错通路 数据链路层的基本任务就是数据链路的激活 保持和去活

以及对数据的检错与纠错

数据链路层中对应的传输单元是帧 将数据封装在不同的帧中发送 并处理接收端送回的

确认帧 协议不同 帧的长短和分界也有差别 但无论如何必须对帧进行定界 因此 该层通

过在帧的开头和结尾附加上特殊的二进制编码来产生和识别帧界 相邻节点之间的数据交换应

保证帧同步和各帧的顺序传送 对损坏 丢失和重复的帧应能进行处理 这种处理过程对网络

层是透明的 差错检测可以采用奇偶校验码和循环冗余码来检测信道上数据的误码 而帧丢失

或重复则用序号检测 发生错误后的修复常靠反馈重发机制来完成 另外 数据链路层必须保

证相邻节点之间发送和接收速度的匹配 因此 该层协议还完成流量控制的工作

数据链路层将本质上不可靠的传输媒介变成可靠的传输通路提供给网络层 在IEEE 802.3

标准中 数据链路层分成了两个子层 一个是逻辑链路控制 LLC 另一个是介质接入控制

MAC

独立的数据链路层产品中 常见的是网卡 网桥也是链路层上的网络互连产品 Modem的

某些功能有人认为属于链路层 对此还有争议

3 网络层 network layer

网络层完成对通信子网的运行控制 它通过网络连接交换传输层实体发出的数据 使得高

层的设计考虑不依赖于数据传送技术和中继或路由 同时也使数据传送和高层隔离 网络层提

供交换和路由功能 以激活 保持和终止网络层连接 为了在一条数据链路上复用多条网络连

接 大多采取异步复用技术 包括逻辑信道和虚电路

网络层把高层发来的数据组织成分组在通信子网的节点之间交换传送 交换过程中要解决

的关键问题是选择路径 路径既可以是固定不变的 通过静态路由表实现 也可以是根据网

络的负载情况动态变化的 在广播式网络中 例如以太网 由于不存在路由选择问题 因此其

网络层功能较弱 在选择路由时要考虑解决的问题是流量控制 防止网络中出现局部的拥挤或

全面的阻塞 此外 网络层还应有统计功能 以便根据通信过程中交换的分组数 或字符数

比特数等 收费

网络层具备服务选择的功能 该层协议分别向高层提供面向连接方式和无连接方式网络服

务

当传送的分组需要跨越一个网络的边界时 网络层应该对不同网络中分组的长度 寻址方

8

式 通信协议进行转换 使得异种网络能够互联 在具有开放特性的网络中的数据终端设备

都要配置网络层的功能 网络层的设备主要有路由器和网关

4 传输层 transport layer

传输层 也称运输层 只存在于端开放系统中 是OSI协议体系结构中很关键的一层 也

是第一个事实上的端到端层次 因为它是源端到目的端对数据传送进行控制从低到高的 后一

层 并把实际使用的通信子网与高层应用分开 提供源端和目的端之间的可靠无误且经济有效

的数据传输 传输层提供端到端的控制以及应用程序所要求的服务质量(QoS)的信息互换 当

网络层服务质量不能满足要求时 它将服务加以提高 以满足高层的要求 当网络层服务质量

较好时 它只承担很少的任务

有一个既存事实 即世界上各种通信子网在性能上存在着很大差异 例如电话交换网 分

组交换网 局域网等通信子网都可互连 但它们提供的吞吐量 传输速率 数据延迟 通信费

用等各不相同 对于高层 会话层 来说 却要求有一性能恒定的界面 传输层就承担了这一

功能 它在低层服务的基础上提供一种通用的传输服务 会话实体利用这种透明的数据传输服

务而不必考虑低层通信网络的工作细节

传输层还可进行复用 即在一个网络连接上创建多个逻辑连接 采用分流/合流 复用/解

复用技术优化网络的传输性能 当会话实体要求建立一条传输连接时 传输层就为其建一个对

应的网络连接 如果要求较高的吞吐量 传输层可能为其建立多个网络连接 分流 如果要

求的传输速率不很高 单独创建和维持一个网络连接不合算 则传输层就可考虑把几个传输连

接多路复用到一个网络连接上 这样的多路复用和分流对传输层以上是透明的

传输层的服务可能是提供一条无差错按顺序的端到端连接 也可能是提供不保证顺序的独

立报文传输 或多目标广播与组播 这些服务可由会话实体根据具体情况选用 传输连接在其

两端进行流量控制 以免高速主机发送的信息流淹没低速主机 传输协议是真正的源端到目的

端的协议 传输层以下的功能层协议都是通信子网中的协议

5 会话层 session layer

会话层 也称会晤层 提供两个互相通信的应用进程之间的会话机制 即建立 组织和协

调双方的交互 interaction 并使会话获得同步 会话层 表示层 应用层构成开放系统的

高三层 对应用进程提供分布处理 会话管理 信息表示 修复 后的差错等 会话层要担负

应用进程的服务要求 弥补传输层不能完成的剩余部分工作 该层的主要功能是对话管理 数

据流同步和重新同步

会话层服务之一是管理对话 除单程 只有一方 对话以外 还可以允许双程同时对话或

双程交替对话 若属于后者 会话层将记录此时该轮到哪一方了

另一类会话服务是控制两个表示层实体间的数据交换过程 例如分界 同步等 会话层提

供一种同步点 也称作校验点 机制 可使通信会话在通信失效时从同步点继续恢复通信 这

种能力对于传送大的文件极为重要 如果网络平均每小时出现一次故障 而两台计算机之间要

进行的文件传输需要两小时 若每一次传输中途失败后 不得不重新传输整个文件 那么当网

络再次出现故障时 又将半途而废了 为了解决这个问题 会话层在数据流中插入同步点 这

样仅需要重传 后一个同步点之后的所有数据即可

此外 会话层还提供了隔离功能 即会话用户可以要求在数据积累到一定数量之前 不把

数据传送到目的地 在某一点以前或一个合法的进程之后所到达的数据都是无意义的

6 表示层 presentation layer

表示层的作用之一是为异种主机通信提供一种公共语言 以便能进行互操作 这种类型的

服务之所以需要 是因为不同的计算机系统使用的数据表示法不同 例如 IBM主机使用EBCDIC

9

编码 而大部分PC机使用的是ASCII码 在这种情况下 便需要表示层来完成这种转换

通过前面的介绍 我们可以看出 包括会话层在内的下面五层完成了端到端的数据传送

并且是可靠无差错的有序传送 但是数据传送只是手段而不是目的 终是要实现对数据的使

用 由于各种系统对数据的定义并不完全相同 易明白的例子是键盘 其上的某些键的含义

在许多系统中都有差异 这自然给利用其它系统的数据造成了障碍 表示层和应用层就担负了

消除这种障碍的任务

对于用户数据来说 可以从两个侧面来分析 一个是数据含义被称为语义 另一个是数据

的表示形式 称做语法 像文字 图形 声音 文种 压缩 加密等都属于语法范畴 表示层

中定义了一种抽象语法 ASN.1 及其编码规则 包括三类15种功能单位 其中表示上下文

presentation context 管理功能单位就是允许用户选择语法和转换 用来沟通用户间的数

据编码规则 以便双方有一致的数据形式 能够互相认识

表示层协议的主要功能有 1 为用户提供执行会话层服务的手段 2 提供描述数据结

构的方法 3 管理当前所需的数据结构集 4 完成数据的内部格式与外部格式间的转换

另外 为了提高通信效率 压缩/解压 增强安全性 加密/解密 等数据语法转换也是表示

层的工作

7 应用层 application layer

应用层是开放系统体系结构的 高层 这一层的协议直接为应用进程提供服务 应用层管

理开放系统的互连 包括系统的启动 维持和终止 并保持应用进程间建立连接所需的数据记

录 其他层都是为支持这一层的功能而存在的 一个应用是由一些合作的应用进程组成的 这

些应用进程根据应用层协议相互通信 应用进程是数据交换的 终的源和宿 在OSI/RM中不作

为应用层的实体

应用层的作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时 完成一系列业务处理所需的服

务 这些服务按其向应用程序提供的特性分成组 称为服务元素 有些服务元素可由多种应用

程序共同使用 称为公用服务元素 CASE 有些则为特定的一种应用程序使用 称为专用服

务元素 SASE

总而言之 低三层属于通信子网 涉及为用户间提供透明连接 操作主要以每条链路

hop-by-hop 为基础 在节点间的各条数据链路上进行通信 由网络层来控制各条链路上的

通信 但要依赖于其他节点的协调操作 高三层属于资源子网 主要涉及保证信息以正确可理

解的形式传送 传输层是高三层和低三层之间的接口 它是第一个端到端的层次 保证透明的

端到端连接 满足用户的服务质量 QoS 要求 并向高三层提供合适的信息形式

11 什么是TCP/IP模型 各层的主要功能是什么

当卫星和无线网络出现以后 已有的协议在和它们互连时出现了问题 所以需要一种新的

图 1-12 TCP/IP 模型与 OSI/RM 的对应

OSI/RM

应用层

表示层

会话层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

TCP/IP

应用层

传输层

网络互联层

主机 网络层

网络接口

在模型中

不存在

通信子网

资源子网

10

参考体系结构 因此能无缝隙地连接多个网络的能力就成为主要的设计目标 1982年开发了一

簇新的协议 其中 主要的就是TCP和IP IP协议用来给各种不同的通信子网或局域网提供一

个统一的互连平台 TCP协议则用来为应用程序提供端到端的通信和控制功能 这个体系结构

被称为TCP/IP协议模型

从字面上看 TCP/IP包括两个协议 传输控制协议(TCP)和网络互联协议(IP) 两者都是

非基于任何特定硬件平台的网络协议 既可用于局域网(LAN) 又可用于广域网(WAN) 但TCP/IP

实际上是一组协议 它包括上百个具有不同功能且互为关联的协议 而TCP和IP是保证数据完

整传输的两个基本的重要协议 有的文献中也称为TCP/IP协议簇 而不单单是TCP/IP

TCP/IP协议模型从更实用的角度出发 形成了具有高效率的四层体系结构 即主机 网络

层 网络互联层 IP层 传输层 TCP层 和应用层 网络互联层和OSI网络层在功能上非常

相似 图1-12表示了TCP/IP和OSI参考模型的对应关系

1 主机 网络层

TCP/IP模型中的主机 网络层与OSI/RM的物理层 数据链路层以及网络层的一部分相对

应 该层中所使用的协议大多是各通信子网固有的协议 例如以太网802.3协议 令牌环网802.5

协议或分组交换网X.25协议等 主机 网络层的作用是传输经网络互联层处理过的信息 并提

供一个主机与实际网络的接口 而具体的接口关系则可以由实际网络的类型所决定

2 网络互联层 IP层

网络互联层是TCP/IP模型的关键部分 它的功能是使主机可以把分组发往任何网络 并使

各分组独立地传向目的地 中途可能经由不同的网络 这称为数据报 datagram 方式的信

息传送 这些分组到达的顺序和发送的顺序可能不同 因此当需要按顺序发送和接收时 高层

必须对分组排序 分组路由和拥塞控制是IP层的主要设计问题 所以其功能与OSI网络层功能

很近似

网络互联层所使用的协议是IP协议 它把传输层送来的消息组装成IP数据报文 并把IP数

据报文传递给主机 网络层 IP协议提供统一的IP数据报格式 以消除各通信子网的差异 从

而为信息发送方和接收方提供透明的传输通道 IP协议可以使用广域网或局域网技术 以及高

速网和低速网 无线网和有线网 光纤网等几乎所有类型的计算机通信技术

网络互联层的主要任务是 为IP数据报分配一个全网唯一的传送地址 称为IP地址 实

现IP地址的识别与管理 IP数据报的路由机制 发送或接收时使IP数据报的长度与通信子网所

允许的数据报长度相匹配 例如 以太网所传输的帧长为1500字节 而ARPANET所传输的数据

包长度为1008字节 当以太网上的数据帧通过网络互联层IP协议转发给ARPANET时 就要进行

数据帧的分解处理

顺便指出 这里的 数据报 和以前提到的 数据包 packet 是不同的概念 数据包

是指分块的传输数据 它被用于早期的计算机通信网的文献中 而目前则普遍使用的 分组

一词 而数据报则是分组的一种传送方式或网络提供的一种无连接服务 在TCP/IP模型中 数

据报亦可指使用数据报服务来传送的具有一定格式的分组

3 传输层

传输层为应用程序提供端到端通信功能 和OSI/RM中的传输层相似 该层协议处理网络互

联层没有处理的通信问题 保证通信连接的可靠性 能够自动适应网络的各种变化 传输层主

要有两个协议 即传输控制协议 TCP 和用户数据报协议 UDP

TCP协议是面向连接的 以建立高可靠性的消息传输连接为目的 它负责把输入的用户数

据 字节流 按一定的格式和长度组成多个数据报进行发送 并在接收到数据报之后按分解顺

序重新组装和恢复用户数据 TCP协议与任何特定网络的特征相独立 对分组没有太多的限制

11

但一般TCP的实现均以网络中可承载的适当大小作为数据单元 称为TCP段 的长度 大长度

为65K字节 很大的分组将在IP层进行分割后传送 为了完成可靠的数据传输任务 TCP协议具

有数据报的顺序控制 差错检测 校验以及重发控制等功能 TCP还要处理流量控制 以避免

快速的发送方 淹没 低速的接收方而使接收方无法处理

UDP是一个不可靠的 无连接的协议 主要用于不需要TCP的排序和流量控制能力 而是自

己完成这些功能的应用程序 它被广泛地应用于端主机和网关以及Internet网络管理中心等的

消息通信 以达到控制管理网络运行的目的 或者应用于快速递送比准确递送更重要的应用程

序 例如传输语音或视频图象

4 应用层

位于传输层之上的应用层包含所有的高层协议 为用户提供所需要的各种服务 主要的服

务有 远程登录 Telnet 用户可以使用异地主机 文件传输 FTP 用户可在不同主机之

间传输文件 电子邮件 SMTP 用户可通过主机和终端相互发送信件 Web服务 HTTP 发

布和访问具有超文本格式HTML的各种信息 域名系统 DNS 把主机名映射到网络地址

这里值得指出 TCP/IP模型中的应用层与OSI/RM中的应用层有较大的差别 它不仅包括了

会话层及上面三层的所有功能 而且还包括了应用进程本身在内 因此 TCP/IP模型的简洁性

和实用性就体现在它不仅把网络层以下的部分留给了实际网络 而且将高层部分和应用进程结

合在一起 形成了统一的应用层

12 考虑 三军问题 中提高可靠性的一个方案 如果红方甲一次同时派出N个通信兵 假设

单个通信兵被捕获的事件相互独立 且顺利通过黑方地区的概率为p 若只要一名通信兵安

全到达 即认为可以发起进攻 试确定红方部队同时发起进攻的概率

)(11 pPN

−−=

13 在OSI/RM中 各层都有差错控制的机制 请指出 以下几种差错发生在OSI的哪些层

(1)噪声使传输线路上的一个比特0变成比特1

(2)一个分组被传送到错误的目的站

(3)收到一个序号错误的帧

(4)分组交换网交付给一个终端的分组的序号错误

(5)一个打印机正在打印 突然收到一个错误的指令要打印头回到本行的开始位置

(6)在一个半双工的会话中 正在发送数据的用户突然收到对方发来的数据

1 物理层 只有该层的传输单元是比特

2 网络层 负责路由选择

3 数据链路层 只有该层的传输单元是帧

4 传输层 网络层并不提供对分组的排序 该功能交由高层处理

5 表示层 负责为异种主机通信提供一种公共语言 以便能进行互操作

6 会话层 负责建立 组织和协调双方的交互 interaction 并使会话获得同步

第二章复习题

2 说明以下三个概念之间的联系和区别 实系统环境 OSI环境 网络环境

12

计算机中执行与通信功能有关的要素称为通信子系统 按通信子网和资源子网的观点 通

信子系统的层次可以认为执行两大类功能 即面向网络 与网络有关 的功能及面向应用的功

能 从而就提出了三种不同的运行环境 分别称为网络环境 开放系统互连环境和实系统环境

如图2-3所示

1 网络环境 涉及与不同类型数据通信网有关的协议与标准 网络环境由通信子系统

中面向网络的那部分和数据通信网所组成

2 开放系统互连环境 即OSI环境 OSIE 由网络环境中除去具体传输媒介之后的其

余部分 再加上通信子系统中面向应用的那部分所组成 在OSI环境中 端系统 计算机 能

以开放的方式相互通信 计算机通信网必须依赖于OSI环境的支撑

开放系统互连环境包括了所有与互连有关的部分 所有与互连无关的部分不属于OSI环境

更详细的描述可参见图2-4所示

3 实系统环境 建立在OSI环境之上 包括通信子网和资源子网 它涉及某一特定的厂

商本身的软件 并已被开发来执行某特定的分布信息处理任务

4 OSI/RM的三个核心概念是什么?对它们作简要的说明

图 2-3 计算机的运行环境

面向网络功能

面向应用功能

AP

面向网络功能

面向应用功能

AP

数据通信网络 或系统

网络环境

计算机 A 计算机 B

OSI 环境

实系统环境

互连通信

图 2-4 开放系统互连环境的示意图

应用层

会话层

表示层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

应用层

会话层

表示层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

AP AP

物理媒介 物理媒介

中继开

放系统

OSI 环境

端开放实系统

端开放系统 端实系统

端开放实系统

端开放系统 端实系统

连接

网络环境

13

OSI参考模型有三个核心概念 1 服务 2 接口 3 协议 OSI 大的贡献可能是使

这三个概念之间的区别更清楚了

每一层为它的上一层执行某种服务 服务的定义告知这一层做些什么 而不管这层上面的

实体如何访问它或这一层如何工作

某一层的接口告诉这一层上面的进程如何访问它 它说明了参数是什么以及期望有什么结

果 但它不说明在层内部如何工作

后 一层中使用的对等协议是层本身的事情 它可以采用它所要的任何协议 只要它能

完成任务 即提供承诺的服务 它也可根据需要改变这些协议而不影响上层的软件

关于协议 接口与服务的相互关系可归纳为如图2-10所示的那样 图中的水平虚线表示各

层之间的协议 层与层之间的双向箭头表示在层接口处服务原语的交互 而空心箭头表示向上

提供服务

服务和协议是完全不同的两个概念 如图2-9所示 服务是一层为了上一层用户的需要而

执行的一组操作 但并不规定这些操作是如何实现的 服务是 垂直的 它与两层之间的接

口有关 下层是服务提供者 上层是服务用户 而协议则是为了达到服务的目的和要求 在对

等实体之间交换数据单元 帧 分组 报文等 时对其格式和意义所制定的一套规则 所以协

议是 水平的 实体在实现其服务时必须遵守协议 但是只要不改变对用户而言可见的服务

对等实体可以选择或改变其协议

图 2-10 服务 接口与协议的关系

7

6

5

4

3

2

1

物理媒体

7

6

5

4

3

2

1

协议

原语交互 提供服务

层接口

提供服务

图 2-9 协议与服务的概念

(N+1)实体

(N)实体

提 供

服务

开放系统 A

(N+1)层

(N)层

(N-1)层

(N+1)实体

(N)实体

提 供

服务

开放系统 B

提供(N)服务

提供(N-1)服务

(N)协议

(N+1)协议

通过(N-1)连接进行通信

(N)服务提供者

(N)服务用户

14

5 协议的三个要素是什么 它们之间有何关系

该题为第一章内容 通信协议具有和计算机语言几乎完全相同的定义 即协议为传输的

信息定义严格的格式 语法 和传输顺序 时序或同步 而且 协议还定义所传输信息的词

汇表和这些词汇所表示的意义 语义

因此 任何协议都有下列三个要素

1 语法(Syntax) 是指互通的信息结构 包括诸如数据格式 编码 有用信号电平的表

示等

2 语义(Semantics) 是指所互换信号的意义 包括用于协调及差错处理的控制信息等

3 时序(Timing) 是指数据应传送或被接收机寻找的时间 信息的排序 速率匹配等

这是协议中 复杂 关键的部分 它规定用什么样的方法和算法去完成所定义的协议功能 协

议功能除了包括连接管理 通信方式管理 协议数据单元的发送和接收以及装配和拆卸等之外

还包括数据包的编码和解码 分解和组合 流量控制 拥塞控制 发送顺序控制 发送速率控制

以及差错处理等 协议的时序用来完成这些工作

6 数据单元共分为哪几种 画图说明它们的组成以及相互之间的关系

各数据单元的组成方式和相互之间的关系 如表2-3所示

控制 数据 组合

(N)与(N)对等实体间 (N)PCI (N)UD (N)PDU

(N)与(N-1)相邻层间 (N-1)ICI (N-1)ID (N-1)IDU

表2-3 数据单元的组成方式

下面具体地讨论各数据单元的概念

(N)PCI 称为(N)协议控制信息 是为了协调对等的(N)实体间的协同操作 在两个(N)实

体之间利用(N-1)连接且在(N)协议的控制下交换的信息 大多数情况下是作为头部加在用户数

据的前面 有时也可作为尾部加在用户数据的后面

(N)UD 称为(N)用户数据 是在两个对等的(N)实体之间代表(N+1)实体而传送 互换 的

数据 此时的(N)实体正在向(N+1)实体提供服务

(N)PDU 称为(N)协议数据单元 由(N)PCI和(N)UD组成 是(N)协议中特定的一个数据单

元 如果(N)PDU只包含(N)PCI 则此时(N)PDU仅含有对等(N)实体间协同操作所必需的控制信

息 当(N)PDU包括(N)PCI和(N)UD时 (N)PDU既包含(N)实体间协作的控制信息 又包含在(N)

实体间为(N+1)实体传送的数据

(N-1)ICI 称为(N-1)接口控制信息 是指为了协调相邻层的(N)实体与(N-1)实体的联合

操作 而在该两实体间于(N-1)SAP上互换的控制信息 例如在网络实体与运行HDLC的数据链路

实体之间互换的系统特定的控制信息 诸如缓冲器长度 地址 大等待时间等

(N-1)ID 称为(N-1)接口数据 为了在对等的(N)实体之间互换(N)PDU 一端的(N)实体将

(N)PDU交给(N-1)实体 利用(N-1)ICI 在(N-1)连接上传送到另一端后 那一端的(N-1)实体

又将它递送给该端的(N)实体 同样要利用(N-1)ICI 这种在(N-1)实体与(N)实体间在层界面

上传递的信息 即为(N-1)接口数据 (N-1)接口数据可以是(N)PDU的部分或全部 亦可为多个

(N)PDU联合构成一次传递的接口数据

(N-1)IDU 称为(N-1)接口数据单元 是在一次通信中通过(N-1)SAP在一个(N)实体与一个

(N-1)实体之间传送的信息单元 它由(N-1)ICI和(N-1)ID组成 根据层间接口的特性 接口数

据单元的大小是有一定的限制的 但是 接口数据单元的大小和相应的协议数据单元的大小并

无直接的关系 例如 协议数据单元的长度可以是1000字节 而接口数据单元可能要求每次通

信只能传送1个字节

15

(N-1)SDU 称为(N-1)服务数据单元 在(N)实体之间传送信息是通过(N-1)服务在已建立

的(N-1)连接上完成的 发送端从(N)实体到(N-1)实体的信息 或者接收端从(N-1)实体到(N)

实体的信息 这组信息称为(N-1)SDU 它是(N-1)接口数据的总和 并且在(N-1)连接的两端保

持不变 换句话说 一个(N-1)服务数据单元就是(N-1)服务所要传送的逻辑数据单元

每一个(N-1)接口数据单元包含(N-1)ICI 另外还可以包含一个(N-1)SDU的全部或一部分

一个(N-1)SDU可以分为一个或多个(N-1)IDU

(N)实体与(N-1)实体之间交换(N-1)SDU 是通过一次或多次交互实现的 每次交互交换一

个(N-1)IDU 其中的(N-1)ICI包含两实体间一次交互所需的控制信息 当一个(N-1)SDU对应几

个接口数据时 需要多次交互才能实现相邻层两实体间(N-1)SDU的交换 IDU是接口上临时出

现的一种数据单元 在穿越层间界面后即消亡 图2-18表示了PDU SDU和IDU三者的关系

综上所述 有三种主要的数据单元 即协议数据单元 PDU 服务数据单元 SDU 和接

口数据单元 IDU 此外 还有一种加速数据单元 这是需要加速传送的少量SDU (N)层保证

在同一连接上的一个加速数据单元 不会在任何后来提供的正常服务数据单元或加速数据单元

之后传送

9 什么是服务原语 服务原语可分为哪几类 它们的时序关系如何表示

服务原语用于描述通过服务访问点所传递的信息 表现为完成特定服务功能的过程调用

相邻层之间的交互 请求/提供服务 是通过被称为原语 primitive 的信息交换来管理的

原语是服务用户和服务提供者之间的一种抽象且与实现无关的交互

当使用原语来描述层间的信息交互时 可不必直接与协议要素相关 而且存在能描述相同

层服务的其他等效的服务原语集合 原语的交互可看作是一种原子操作 即不可中断的

用原语来描述的服务可以供服务用户 服务提供者或者其他实体访问 这些原语告知服务

对象执行某个动作或者报告由对等实体所采取的动作

每个服务原语逻辑上是一种独立的交互 它不能被另一种交互中断 一个服务原语有一个

方向 可从服务用户到服务提供者 或从服务提供者到服务用户

原语通常采用如下的格式 (N)_Primitivename.Class 它包括三个要素 1 开头的一

个或几个字母表示特定的层 2 接着一个名称表示服务名 3 后一个名称表示原语类型

原语可以划分为如表2-4所示的四种基本类型

图 2-18 PDU IDU 和 SDU 三者的关系

(N+1)PDU

(N)SDU (N)PCI

(N)PDU

(N-1)SDU

(N)PDU

(N-1)SDU

(N)SAP

(N-1)SAP

(N+1)层

(N)层

(N-1)层

(N-1)IDU

(N-1)ICI

(N-1)ID

(N-1)SAP

16

原语类型 英文对照 含义

请求 request 一个实体希望得到完成某些操作的服务

指示 indication 通知一个实体 有某个事件发生

响应 response 一个实体对某个事件作出响应

证实 confirm 返回对先前请求的响应

表2-4 服务原语的四种类型

请求类原语是由(N+1)层发送给(N)层请求某一服务的原语

指示类原语是由(N)层返回给(N+1)层的原语 以告知激活了一种被请求的服务 或将(N)

层服务提供者启动了一次动作这个情况告知(N+1)实体

响应类原语是(N+1)层回应指示原语而提供的一种原语 它可能确认或完成由指示原语所

调用的规程

证实类原语是(N)层返回给发出请求的(N+1)层的一种原语 以便确认或完成先前由请求原

语所调用的规程

原语可以包含参数 并且大多数原语都带参数 以便传送为执行其功能所需要的控制信息

每一个参数都具有规定范围内的值 与某一原语相关的参数值在该原语的方向上通过

通常采用时序图来直观地表示原语交互的序列在时间上的关系 图2-22所示的就是有证实

的原语交互时序图 图中的两条竖线中间的区域代表服务提供者 两侧的两个区域分别代表两

个服务用户 两条竖线代表服务用户与服务提供者之间的服务访问点 从上向下表示时间 原

语的交互用直线箭头来表示 箭头方向表示了原语的流向

此外 对于无证实的原语交互 它们的交互时序图如图2-23所示 例如 图2-23(a)表示

了数据传送 DATA 原语交互 图2-23(b)和(c)分别表示了两种连接异常释放的情况 其中图

2-23(b)表示由用户发起的异常释放 USER_ABORT 原语交互 而图2-23(c)则表示服务提供者

启动的异常释放 PROVIDER_ABORT

图 2-23 非证实类原语交互的时序图

X.req

X.ind

X.req

X.ind

X.ind X.ind X.ind

(a) (c) (b)

图 2-22 有证实的服务原语时序图

系统 A 系统 B

服务用户 服务提供者 服务用户

X.request

X.confirm

X.response

X.indication

(N)PDU

(N)PDU

时间

SAP SAP

17

12 在(N)层内 (N)连接与(N-1)连接具有哪几种映射关系

连接的映射关系通常有如下三种方式 如图2-16所示

1 一对一映射 每一条(N)连接建立在对应的一条(N-1)连接上

2 多对一映射 复用 又可称为对上复用 此时若干条(N)连接建立在同一条(N-1)

连接上

3 一对多映射 分用 又可称为对下复用 一条(N)连接建立在若干条(N-1)连接上

这样 (N)连接的通信量可以分解到若干(N-1)连接上

14 试以服务原语的交互时序图说明连接常规释放 有序释放和异常释放这三种情况

1 常规释放

当对等(N+1)实体间完成数据传送后 任何一方(N+1)实体均可发起释放(N)连接 以便该

(N)实体可为其他(N+1)实体建立新的(N)连接服务 完成常规释放后的(N+1)实体间不再存在(N)

连接

2 有序释放

在OSI的有些层中 设有释放令牌 token 只有持有释放令牌的(N+1)实体才有权发起释

放(N)连接 未持有释放令牌的(N+1)实体无权发起释放(N)连接 如果它确实要释放该(N)连接

则必须先向持有释放令牌的对等(N+1)实体申请获得该令牌

与第八章定义的有所不同 假定系统A的传输服务用户发出释放请求原语 这表示其

不再使用该连接发送后续数据了 传输层协议将此请求传送给系统B中的对等用户 表现

为将释放指示原语传给系统B的传输服务用户 这就表明系统B的用户将不会再收到从系统

A发来的数据了 当系统B的用户将其数据发送或处理完毕后 就发出自己的释放请求原语

并释放这一连接 当第二个释放指示原语到达发起连接释放的用户 系统A中 时 就表

明系统B也不会再传来任何数据了 整个连接的释放即告结束 我们将这种方式的连接释

放称为有序释放

3 异常释放

当发生异常情况时 不能再进行(N)连接上的数据传送 此时也必须发起释放(N)连接 根

据异常情况发生的位置不同 可以有如下两种不同的异常释放

当作为(N)服务用户的(N+1)实体发生异常情况时 由它发起异常释放

当(N)服务提供者发生异常情况时 由它发起异常释放

图 2-16 (N)连接与(N-1)连接的映射关系

(N)CEP

(N-1)CEP

(N)层

一对一 复用 分用

18

(N)服务在(N)连接的释放方面有如下两种不同的特性

等到开始执行释放协议交换之前发送的(N)用户数据全部被传送完之后 即收到传送

确认 才释放连接

当开始执行释放协议交换时立即释放(N)连接 未传送的(N)用户数据可能丢弃

常规释放和有序释放属于上述前一种特性 异常释放属于后一种特性 与后面几章也

有出入 可参见第八章的第4题的图8-9

异常释放时序图请见第9题的图2-23

第三章复习题 1 说明数据报 虚电路和逻辑信道的含义

电路交换是 早用于数据通信的交换方式 所谓

双方寻找并建立一条全程物理通路 以供双方传输信

存储 转发是不同于电路交换的一种数据交换方

理的端到端的接续通路 而是以接力方式将用户数据在

到达目的地 根据被交换数据单元长度的不同 存储

即报文交换和分组交换

在报文交换中 多个用户共享一条事先已存在的

通信源端和宿端之间建立专用通路 这也就是与电路

分组交换是另一种存储 转发方式的交换 它与

的数据单元的长度不同 一段长的报文被分割 装配成

称为分组 packet 分组交换有两种基本传输方式

虚电路 这两种传输方式也就决定了分组交换网的内

对于数据报而言 没有连接建立过程 事先不确

个分离的实体独立传送的 后续的分组可以走与前面

虚电路的主要设计思想是避免必须为每一新的分

建立阶段就设置好一条从源端至目的端的路由并记住

连接阶段的分组传送都经过这一路由 连接释放后 虚

发这一概念相联系 当占用一条虚电路进行计算机通信

组交换 所以只是断续地占用一段又一段的链路 虽然

到端的物理链路

一条数据链路 点到点 可划分为若干不同的逻

一个逻辑信道上传输 每个逻辑信道有自己的标识符

当两端系统之间必须经过多个中继开放系统时 每

对端用户之间的通信只占用每条链路的一个逻辑信道 将

虚电路 虚电路是对于端到端连接而言的 而逻辑信道是

X.req

X.ind X.ind

常规释放

????

号

交

部

分

它

电路交换是指交换系统为通信的

信息 直至信息交换结束

式 它不需要通过呼叫建立起物

交换节点之间逐段地传送 直至

转发交换主要有两种实现方式

物理通路 但这种方式不要求在

换的本质不同

报文交换的不同之处在于所处理

多个较短的数据单元 每个单元

即无连接的数据报和面向连接的

结构

定一条路由 每一分组是作为一

组不同的路由

组都选择一条路由 而是在连接

以后属于这一通信双方在这次

电路也就终止 虚电路与存储转

时 由于采用的是存储转发的分

我们感觉到好象是占用了一条端

辑信道 同一对用户的数据在同

条链路都分为若干个逻辑信道 每

这些逻辑信道串接起来 就构成了

对于点到点链路而言的

有序释放

19

4 假设两个用户之间的传输线路由3段链路组成 2个中间节点 每段链路的传播时延均为

1ms 呼叫建立时间 电路交换或虚电路 为150ms 在这样的线路上传送3600比特的报文

分组的大小为1024比特 分组头的开销为24比特 线路的数据速率为9600b/s 试分别计算

在下列各种交换方式下端到端的时延 1 电路交换 2 报文交换 3 采用虚电路的

分组交换 4 采用数据报的分组交换

链路数 3=ln 传播时延 mstp 1= ,呼叫建立时间 mstc 150= ,报文长度 bM 3600=

分组大小 bL 1024= 分组头长度 bh 24= 线路数据速率 sbR /9600= 1 电路交换

端到端时延 ms b/s b/ ms msRMttT pc 5289600360013150/3 =+×+=++=

2 报文交换

端到端时延 ms b/s) b/ ms (RMtT p 11289600360013)/(3 =+=+=

3 虚电路的分组交换

电路交换示意图

交换节点 A B C D

ct

pt3

RM /

报文交换示意图

交换节点 A B C D

ptRM /

pt

ptRM /

RM /

虚电路的分组交换示意图

交换节点 A B C D

ct

pttt

tt

tttt

pt

pt

ttltt

20

分组传输时延 sRLtt 75/8/ == 分组个数 4)/( =−= hLMnp x表示大于等于

x 的 小整数 后一个分组的传输时延 msRhnhLMt plt 65/))1)((( =+−−−=

端到端时延 msttttT tltpc 3.75153 =+++=

4 数据报的分组交换

比 3 少了呼叫建立时间 所以端到端时延 mstttT tltp 3.60153 =++=

5 在一条共享的线路上复用15个9600b/s的信道 如果忽略控制开销 那么对于同步时分多路

复用 STDM 方式 这条复用线路的带宽应该是多少 如果采用统计时分复用 假定每个

信道有50%的时间忙 而复用线路的利用率为80% 那么此时复用线路的带宽应该是多少

1 15*9600b/s = 144kHz 2 9600b/s*50%*15/80% = 90kHz

6 令M表示报文平均长度 h为报文被分割成分组后的分组头长度 ln 为分组从源到目的点所

经历的链路(hop)数 设轻负载下不考虑各节点中的排队时延且不存在分组重发 试推导线

路传输时延 小时的 大分组长度L的表达式 即 ),,( lnhMfL = 讨论L随 ln 的变化 并

说明为何有这种变化

必须传的比特数 hhLMMN ii ×−+= )/( [ ] MME i =

传送报文所需的总时间 RNLnT l /))1(( +×−= R 为传输速率 不考虑传播时延

[ ] RhhLMMLnTE l /))2/1)/(()1(( ×+−++×−≈

对 L 求导 并令导数为零 于是得到 佳长度为 )1/( −+= lopt nMhhL

佳分组长度 L 随着报文长度 M 或每个分组的附加开销 h 的增加而增加

另一方面 若全路径上经过的链路数 ln )增加 则 佳分组长度有所减小 链路的传输

速率 R 不影响 佳分组长度 因为 ln 增加 分组在传输过程中的存储转发时延就要增大

为了使时延 小就要适量的减少分组长度 L

11 ATM中采用的信元长度仅为53字节 这个数值相比于一般的分组长度短得多 请分析其原

因

由于分组交换的管道化效应 使得传输整个报文的端到端总时延大大减小 因此 数

据在节点上被存储和转发的处理时间相应地占了较大的比例 这就促使人们去寻找快速的分

组交换方式 快速的分组交换即便不能完全消除节点上担搁的时间 但在数据转接过程

21

中 应该考虑尽量模拟电路交换的这个特点 这就产生了所谓的快速分组交换 快速分

组交换是在分组交换的基础上改进演变而来的 它建立在大容量 低损耗 低误码率的

光纤线路上 能满足对话音 数据和视频等多媒体业务的应用

它采取了以下几点措施 1 大大缩短分组的长度 这样就大大减少了节点对分组的存储和转发时间

2 尽量简化或取消在低层次上对数据单元的差错控制 流量控制和路由选择等

操作 提高数据传输与交换效率 而对数据可靠性的要求 则由端到端的较

高层协议来保证

3 为了保留电路交换的面向连接的特点 可利用虚电路及虚通道方式来实现端

到端面向连接的数据传输

4 充分利用超大规模集成电路以及并行处理和分布式控制等技术 以硬件结构

来实现节点交换机的交换模块和协议控制模块

快速分组交换有两种类型 当数据单元长度是可变时 被实现为帧中继 FR Frame

Relay 但是可变的帧长使缓冲队列的管理相当复杂 这也会影响交换速率 当数据单元

长度是固定时 被实现为信元交换 典型的信元交换就是 ATM

ATM 分组的长度降至 53 字节 而传统分组交换的分组长度一般为数百或数千字节 这

样就大大减少了节点对分组的存储和转发时间 实现快速分组交换

14 ATM的业务类型有哪些 各有何特点

为了综合处理和转发各种不同类型的多媒体业务 ATM 论坛把这些业务分为五类 恒

定比特率业务 CBR 实时变比特率业务 rt-VBR 非实时变比特率业务 nrt-VBR 可

用比特率业务 ABR 和非特定比特率业务 UBR 表 3-6 列出了这五种业务类型的服务特

征

服务特征 CBR rt-VBR nrt-VBR ABR UBR

是否要求保证带宽

是否适用于实时应用

是否适用于突发应用

是否有拥塞反馈

表 3-6 ATM 业务类型对照表

CBR 为用户提供固定带宽连接 业务时延受到严格限制 它与租用线路业务类似 适

用于实时视频应用或仿真 T1 E1 线路等

rt-VBR 为发送速率可变 同时又又严格时延要求的应用提供服务 例如使用 MPEG 压

缩技术的视频会议系统 虽然这些应用的数据速率是不断变化的 仍然要求 ATM 网络以尽

量小的时延把数据传送到目的端 否则图象的显示会出现明显的抖动或变形等 也就是说

网络传输的延迟以及延迟的变化都要得到很好的控制 但偶尔的数据丢失在这类业务中是

允许的 在这种情况下 应用程序会忽略这些数据

使用 nrt-VBR 的应用同样要求数据及时传输到目的端 但是它可以容许一定的时延抖

动 例如 在查看包含图象的多媒体邮件时 一般等到数据传输到本地之后才显示 所以

传输的延迟不会明显影响应用的效果 两种 VBR 的发送速率本身是变化的 用户会确定一

个 小的带宽要求 在保证满足用户 基本需求的条件下 VBR 允许在一定范围内超过带宽

设置的基本值发送数据 所以在处理突发性业务方面 VBR 比 CBR 更有效 更经济

ABR 业务适用于对吞吐量和时延要求不确定 对信元丢失率要求不高的应用 信元发

22

送速率可以根据网络的要求而变化 用户根据 ATM 网络的反馈信息 在定义好的 大值和

小值之间调整信息发送速率 ABR 也是这五种业务中 ATM 唯一为其提供反馈的业务类型

UBR 业务 适合非紧急应用 或是对业务质量没有特定要求的应用 这类应用对时延

时延变化和误码要求都不高 信源可以发送不连续的突发数据 UBR 不规定每个连接的带宽

对每个连接的信元丢失率和信元传送时延也不作定量的承诺 如果网络有足够的带宽 网

络会尽量发送 UBR 的数据 如果发生拥塞 则 UBR 的数据首先被丢弃 并且不对发送者反

馈信息要求它放慢发送速度

在 ATM 网络中 将这些业务类型的应用数据放到信元中的功能是由 ATM 适配层 AAL

完成的 AAL 层包括五个子层(AAL1 AAL5) 不同的适配子层与 ATM 所支持的不同业务相一

致 AAL1 支持固定比特率 CBR 业务 AAL2 支持对时间敏感的可变比特率 VBR 业务

AAL3/4 支持面向连接的突发性业务和数据业务 AAL5 支持突发的 LAN 数据业务 AAL 层还

可以将面向连接的 ATM 与无连接的数据综合在一起 使 ATM 用户能进行广播和点到多点通

信

第四章复习题

1 数据链路和物理链路的含义是什么 这两者有何区别

物理链路 也称为数据电路 是指有线或无线的传输通路 简称链路 中间不包

括任何交换节点 级联起来的物理链路是通信网的基本组成单元之一 而数据链路则具

有逻辑上的控制关系 这是因为在相邻计算机之间传输数据时 除了需要一条物理链路

外 还必须有一些必要的规程或协议来控制这些数据的传输 把实现这些规程的硬件和

软件加到物理链路上去 就构成了数据链路 因此 数据链路就好象一条将物理链路加

以改造后的数字通道 当采用复用技术时 一条物理链路可以在逻辑上分解成多条数据

链路

2 用于数据传输链路的两个 基本的差错控制方法是什么 常用的是哪个 为什么

到目前为止 差错控制理论与技术已成为信息论的一个重要分支 通常有三种差错

控制方法可供选择

1 前向差错控制也称前向纠错 FEC 接收端检测到接收信息有错后 通过一

定的运算 确定差错的具体位置 并自动加以纠正

2 反馈重发或称自动重发请求 ARQ 接收端检测到接收信息有错后 通过反

馈信号要求发送端重发原信息 直到接收端肯定确认为止 从而达到纠正差错的目的

3 纠检混合的差错控制方式 接收端对少量的接收差错自动纠正 而超过纠正能

力的差错则通过反馈重发的方法加以纠正

前两种方法是 基本的 常用的是方法 1 因为该方法可以不通过重发数据而达到纠正数据的目的 节省了信

道的带宽 提高了信道利用率 减少了数据传输的平均延时 如果采用重发的方法 必定

增加信道负担 而且接收端要等待重发数据

6 试证明二维奇偶校验中利用算法A和算法B分别得到的块校验位的不同结果

23

在列的方向上 对行校验位组成的码进行奇偶校验后得到块校验位的方法称为算法

A 同样 在行的方向上对列校验位组成的码进行校验而得到块校验位的方法称为算法

B

设数据块大小为 R 行 L 列 包括校验位在内 块内每一位用 ( )jiA , 表示 其中 Ri ≤<0

Lj ≤<0 ( )jRA , 表示列校验位 Lj <<0 ( )LiA , 表示行校验位 Ri <<0 ( )LRA ,

表示块校验位

二维偶校验 采用算法 A 时 ( ) 2 mod ),(,1

1∑−

=

=L

jjiALiA Ri <<0 则块检验位

( ) 2 mod ),(2 mod ),(,1

1

1

1

1

1∑∑∑−

=

−

=

−

=

===R

i

L

j

R

iA jiALiALRAV

采 用 算 法 B 时 ( ) 2 mod ),(,1

1∑−

=

=R

ijiAjRA Lj <<0 块 检 验 位

( ) 2 mod ),(2 mod ),(,1

1

1

1

1

1∑∑∑−

=

−

=

−

=

===R

i

L

j

L

jB jiAjRALRAV

BA VV = 所以采用二维偶校验时 块校验位的值不管用算法 A 还是算法 B 都是一样

的

二维奇校验 当采用算法 A 时 ( ) 2 mod )),(1(,1

1∑−

=

+=L

jjiALiA Ri <<0 则块校

验位 ( ) 2 mod )),(1(2 mod ),(,1

1

1

1

1

1∑∑∑−

=

−

=

−

=

+−===R

i

L

j

R

iA jiARLiALRAV

采 用 算 法 B 时 ( ) 2 mod )),(1(,1

1∑−

=

+=R

i

jiAjRA Lj <<0 块 检 验 位

( ) 2 mod )),(1(2 mod ),(,1

1

1

1

1

1∑∑∑−

=

−

=

−

=

+−===R

i

L

j

L

jB jiALjRALRAV 当 R 和 L 同时为奇数

或同时为偶数时 BA VV = 否则 BA VV ~= AV 与 BV 互补

所以二维奇校验时 仅当包括校验位在内的行数和列数均为奇数或均为偶数时 两

种算法的结果才相同 否则正好互补

7 试推导式(4-26) (4-27)和(4-28)

24

链路上数据传输的有效速率 eR (bits/s)定义为传输这些比特的总时间

正确接收的比特数=eR

所谓通信效率 是指有效速率占链路传输速率的利用程度 即RRe=η

ep 为在任何一帧中有一个差错的概率 当某一帧传输成功时 需要 j 次传输的概率为

(j-1) 次 传 输 不 成 功 的 概 率 乘 以 后 一 次 第 j 次 成 功 的 概 率 即 有

)1(][ 1e

je ppjP −= −次传输需 其均值为 ∑

∞

=

−

−=−=

1

1

11)1(

j ee

jeT p

pjpN 上式即为成功接收一

帧所需的平均传输次数 误码率 p 表示有一位差错的概率 设帧长度为 K 比特 则由出错

独立性的假设 Ke pp )1(1 −−=

现在分析三种 ARQ 方案的通信效率 令数据帧的长度为 K 比特 其中包括 hn 比特的控

制信息 额外开销 ACK 或 NAK 帧的长度为 an 比特 用 tat 表示帧的处理时间 称为线路调

头时间 pt 表示传播时延 即物理链路距离 d 除以传播速率 v 而传播速率一般与光速是

同一数量级的 因此传播时延对于数据帧和 ACK 或 NAK 帧 在两个方向上是相同的 传输

时延 T 定义为RKT = 发送端发出一帧并得到确认 ACK 或 NAK 如图 4-16 所示 然后开

始发出后一帧的总时间 sT 为 )(2 tapa

s ttR

nKT ++

+=

1 等待式 ARQ 方案的通信效率

ARQ 的有效速率RttnK

RnKp

ttR

nKp

nKTNnK

Rtapa

he

tapa

e

h

sT

he )(2

))(1(

)(21

1 +++−−

=

++

+−

−=

⋅−

=

考虑到 Knh << 和 Kna << 如果忽略线路调头时间 即 0≈tat 则可得

K/R tp tta

na/R 图 4-16 数据链路的时延分析

tp tta 时间

25

TapK

tTp

K e

pe

)21()1(

)2(1

1Re

+−

=+

−

≈a

pRtT

pKRR e

p

ee

211

)2()1(

+−

=+−

==η

(4-18)

其中Tt

a p= 是一个重要的参数 它与信号传播时延 物理距离 帧的长度以及链路传

输速率有关 经过简单的变量代换 可以发现K

vRda /= 分子 vRd / 的单位是比特 其物理

意义是线路上能容纳的 大比特数 也可称为线路的比特长度 它是由线路的物理特性决

定的 因此 a 可理解为线路比特长度与帧长度的比值 或可称为按帧长计数的线路长度

2 回退 N 帧 ARQ 方案的通信效率

传输一帧 无差错被接收 的概率为 1 传输 N 帧 有一次差错而重发 N 帧 的概率

为 )1( ee pp − 传输 2N 帧 有两次出错而重发了 2N 帧 的概率为 )1(2ee pp − 所以平均每正

确传输一帧需要的传输次数为

e

e

e

e

eeeeT

ppN

pNp

pNppNpN

−−+

=−

+=

+−+−+=

1)1(1

11

)1(2)1(1 2 L

将上式乘以RK

即为成功传输一帧所需的平均时间 因此可以得到

( )[ ]KpNRnKp

RK

ppN

nKR

e

he

e

e

he 11

))(1(

1)1(1 −+

−−=

⋅−−+−

=

回退 N 帧 ARQ 方案的通信效率η为

( )[ ]KpNnKp

e

he

11))(1(

−+−−

=η

注意 对于回退 N 帧 ARQ arrrtps ttttT +++= 2 其中 pt 为数据帧的传输时延 rtt

和 rrt 分别为发送端和接收端对帧的响应时间Rn

t aa = 为 ACK 帧的传输时延 对于全双工

传输 响应时间 rtt 和 rrt 远远小于等待式 ARQ 方案中的线路调头时间 tat 由以上 sT 的值可以

确定回退的帧数 N 的大小 即 2+

=

RKT

N s 其中符号 x 表示大于 或等于 x 的

小整数

3 选择性重发 ARQ 方案的通信效率

在采用选择性重发 ARQ 的情况下 因为只需要重发出错的那个帧就可以了 所以接收

一帧所需的时间就是传输一个特定的帧所花费的时间 因此 有效传输速率为

26

( )( )K

RnKpnKR he

RK

p

he

e

−−=

⋅−

=−

1

11

通信效率为( )( )

KnKp he −−

=1

η

根据以上的分析 我们可以发现 帧的长度对通信效率 或有效传输速率 有很大关

系 必然存在某个帧长度 可使得通信效率达到 大 对于 ARQ 方案的 佳帧长optK 的分

析 采用的推导方法与第三章类似 将 eR 对 K 求导 虽然 K 为整数 并令其等于零 以

下只给出主要结果

对于等待式 ARQ 方案 佳帧长为

)1ln(22

2

pnnnnnn

K hhhoptSAW −

∆+−

∆++

∆−= (4-26)

其中 Rttnn tapa )(2 ++=∆ 该值反映了在发送端送出一个数据帧直至收到对应确认

帧的时间间隔内 可以发送的比特数 应注意的是 上式(4-26)中的 p 为误码率 而不是

误帧率

对于回退 N 帧 ARQ 方案 其 佳帧长为

)1ln(22

2

pnnn

K hhhoptGBN −

−

′+

′≈ (4-27)

其中

−

−−=′

)1ln(11

pp

NNnn hh 上式(4-27)中的近似是考虑到帧中至少发生一个误码的

概率取其展开式中的第一个非零项 即

Kppp Ke ≈−−= )1(1

同样可以计算出选择性重发 ARQ 方案的 佳帧长为

)1ln(22

2

pnnn

K hhhoptSREJ −

−

+≈ (4-28)

4 26 式我亲自推导过 4 28 式即 4 26 式中的 n 取零 4 27 我没有验证

太繁了

8 一个信道的速率为4Kb/s 传播时延为20ms 若采用等待式ARQ方案 并要求传输效率至少

为50% 求帧的长度是多少比特

R 4Kb/s pt 20ms η 50 忽略 hn an tat 和 ep

由a

pRtT

pKRR e

p

ee

211

)2()1(

+−

=+−

==ηTt

a p=RKT = 得

K 2η pt R / 1 η) 160b

27

9 考虑一个无差错的64Kb/s卫星信道 在一个方向上传送512字节的数据帧 另一方向上返

回的ACK帧极短 问当窗口宽度分别为W=1,7,15和127时的 大吞吐量是多少

我们来分析滑窗流控方案的链路利用率 假设传输过程中不会丢失帧 接收到的帧都

是正确的 无需重发 并且所有发出的帧都按顺序到达接收端 设一个数据帧 长度为 K

的传输时间为 T ACK 帧 长度为 an 的传输时间为 TACK 帧经过链路的传播时延为 令

窗口大小为 W 忽略其他处理时间 仍然定义参数T

a τ= 其意义是按帧传输时间归一化的

传播时延 令 d 表示从开始发送窗口中的第一个数据帧到收到相应的确认帧的时间间隔

则 可 以 得 到 τ2++= ACKTTd 如 果 定 义 按 帧 传 输 时 间 归 一 化 的 总 时 延Td

即

Kn

aaT

TTd aACK ++=++= 2121

显然 当窗口大小Kn

aw a++≥ 21 时 发送端在发送完窗口中的帧序号之前就可以收到

先发送的帧的确认 发送窗口就可以前进 也就是说 后沿始终不会追及前沿 因而发

送端就可不停顿地连续发送 这时链路上充满了帧 通信效率达到 100% 反之 当

Kn

aw a++ 21p (W 小于 d/T)时 发送端在收到 早发送的帧的确认之前已经用完了窗口中的

所有帧序号 即窗口已经关闭 发送端必须等待确认 从而造成暂时的链路空闲 即链路

的利用率就达不到 100% 考虑上述两种情况 可以得到链路的利用率 不考虑 hn 为

++= 1,

21min

Kna

Wa

η

当单独发回确认帧时 通常确认帧的长度远小于数据帧的长度 即有 Kna << 则链

路利用率可简化为

+

= 1,21

mina

Wη

但是需要注意的是 如果在返回确认帧时 考虑采用捎带技术 即全双工数据传输

的情况下 则Kn

TT aACK ≠ 而且假设收发两端相互传输的数据帧 捎带有对方的确认 的

大小是一样的 则有 1=T

TACK 在把反向的数据帧全部作为 ACK 帧的情况下 单方向的通信

效率降低为

+= 1,

22min

aWη

卫星信道的 大吞吐量为 R/K=64kb/s/512b=125 帧/秒

+

= 1,21

mina

Wη

a 未知 无法计算 如果忽略 a 则吞吐量都为 大值

10 假设在长度为100公里 传输速率为20Mb/s的链路上传输长度为1000比特的数据帧 链

路的传播速率为2 108米/秒 误码率为4 10-5 若采用滑动窗口大小为10的选择性重发

28

ARQ机制 请确定此时的链路利用率

a = (100km/2 108m/s)/(1000b/20Mb/s)=10 p=4 10-5 W=10 K 1000b

链路利用率

+

= 1,21

mina

Wη *(1- ep )=min{10/(1+2*10), 1}*(1-p)K=45.75%

13 设信道的误码率为10-5

帧长为10K比特 1 若差错为相互独立的单个错 则在该信道

上帧出错的概率是多少 2 若出错为突发错 平均出错长度为100比特 则在该信道上

帧出错的概率是多少

p 10-5 K 10Kb

1 Ke pp )1(1 −−= =0.095

2 突发错发生的概率为 1p p /100 10-7 上一帧第 K 98 到第 K 位开始的突发错误

都会影响到该帧 所以一帧出错的概率为99)11(1 +−−= K

e pp 0.001009

第五章复习题 1 在由一个中央控制站和N个数据站组成的查询系统中 假定查询帧和应答帧的产生时间以及

中央控制站和各个数据站上的处理时间均可忽略 仅考虑传播时延和帧的传输时间 利用

参数a 分别确定以下各种情况下的线路利用率

1 采用roll-call查询 若每个站点总有数据要发送

2 采用roll-call查询 若每一轮周期中只有一个站点有数据要发送

3 采用hub查询 若每个站点总有数据要发送

4 采用hub查询 若每一轮周期中只有一个站点有数据要发送

其中Tt

a p= 是一个重要的参数 它与信号传播时延 物理距离 帧的长度以及链路传输

图 5-1 roll-call 查询的工作原理

1 2

中央

控制站

N 3

发

收

图 5-3 Hub 查询的工作原理

1 2 3 N

中央

控制站

29

速率有关 传输时延RKT = 数据帧的长度为 K 比特 链路传输速率为 R(bits/s) 传播时

延 vdtp /= 物理链路距离 d(d 是从中央控制站出发经过所有数据站又回到中央控制站的

距离) 传播速率 v 则有K

vRda /= 这里假定所有数据站 包括中央控制站在内都相互分

开相同的距离 并且中央控制站位于总线的一端 由于查询帧比数据帧短得多 所以忽略

查询帧的传输时延 设扫描时间为 ct

12

)1()(

1

NtNT

Nit

Tt pN

i

pc

++=+=∑

=

))1(2(2 NaNNtNT c ++==η

22

)1(

1

NtT

Nit

Tt pN

i

pc

++=+= ∑

=

))1(2(2 NatT c ++==η

3 NTtt pc += )( aNNtNT c +==η

4 Ttt pc += )1(1 atT c +==η

2 N个站共享一条56Kb/s的纯ALOHA信道 每一站平均每100秒发送出一个1000比特的帧 问N

的 大值是多少

信道的有效利用率 S 为 1<≡ TKS λ 系统中有 K 个用户 数据源 每个用户的数据

帧到达率为 λ(帧/秒) 传输一个帧的时间为 T(秒) 参量 S 相当于前面讲的通信量强度

ρ 的作用 我们即称之为吞吐量 它以平均 t 秒间隔内所传输成功的帧数来度量 应该注

意的是 这是归一化的吞吐量 相当于信道的利用率 信道中的通信量总和 G 将包括两部分

一部分是时间 T 内新生成的数据帧数 S 和需要重发的数据帧数 设 T 秒内重发的平均帧数 R 则

有 G S R 假定通信总量服从 Poisson 分布 其参量为 G 平均值 这样在 2T 时间间

隔内至少产生一次冲突 即在 2T 内至少有别的站发一个数据帧 的概率为Ge 21 −− 因此

在 2T 秒内重发的平均数据帧数为 )1( 2GeGR −−=

因此有 )1( 2GeGSRSG −−+=+= 可以得到GGeS 2−=

纯 ALOHA 方式的 大吞吐量 相当于 大信道利用率 为 当 G=0.5 时

184.021

max ==e

S

由 S NλT 1/2e 得 其中 λ 1/100 帧/秒 T 1000/56000s:

N=1/2eλT 1030

4 若时隙ALOHA系统有10%的时隙是空闲的 问网络负载G何吞吐量S各等于多少 现在系统过

载吗

相关内容参见下题 无任何传送帧的时隙出现的概率应为 %10=−Ge 得 G 2.3

由GGeS −= 得 S 0.23

系统已过载

5 设时隙ALOHA系统有两个站和一个主机 两个站都要和主机通信 如果在每一时隙开始时每

个站发送帧的概率为0.3 当发生冲突时 每个站在下一个时隙紧接着发送帧的概率为0.1

而主机不向这两个站发送信息 试计算每成功发送一个帧所需要的时隙数

3.01 =p , 7.01 =q , 1.02 =p , 9.02 =q 设每成功发送一个帧所需要的平均时隙数为

K

6 有16个站利用自适应查询竞争使用一条共享信道 如果地址为质数 Prime number 的所

有站突然立即有信息要发送 问需要经过多少个时隙才能解决竞争 确定每个站对信道的

使用

为了提高查询的效率 对于轻负载的系统 可以使用自适应查询策略 探查法

(Probing) 用以确定所有已经准备好发送数据的站点 从而大大降低查询时间

探查法的主要思想是

1 同时探查一组 两个或多个 站点 即由中央控制站发送一个查询帧至该组中

的每一个站点 如果其中某个站点需发送数据 则它反馈以某种形式的信号 也可能是噪

声 否则 系统就认为整个该组站点都是空闲的 直至下一次探查

2 将具有反馈信号的站点组 即其中有站点申请使用信道 分成两个子组 重复

过程 1

3 对于 终的探查 即组内只有一个站点 由控制站发送给该站点一个查询帧

使其可以发送数据

探查法的具体实现可用二叉树结构来表示 假设需探查总共nN 2= 个站点 每个站

可用一个 n 比特的二进制数唯一地标识 即地址 中央控制站一次探查的站是按照具有

相同前缀的站地址来分组的 在每次探查的起始 中央控制站将全部 N 个站点分成jn−2 组

每组包括j2 个站 而且对每组都独立地进行探查 如果探查某一组时 得到肯定的反馈

即该组包含希望发送数据的站 则将该组分成两个子组 每个子组再进行独立地探查 现

在 我们考虑以下两种特殊的情况

1 纯查询 即 0=j 每组只包括一个站 共有nN 2= 故为常规的查询 总共

需要的询问次数应为n2 此数值与希望发送数据的站点个数是无关的

2 纯探查 即 nj = 在轻负载的情况下 如只有一个站点希望发送数据 则总

共需要的询问次数为 12 +n 然而 纯探查在重负载的情况下 性能将急剧下降 如果所

有的站都希望发送数据 则总共需要的询问次数将增加为 12 1 −+n

从以上两个特殊情形可以看出 自适应的查询方法应该是界于纯查询与纯探查之间的

一种组合 而且 开始探查时 选择每组中的站点数j2 对自适应查询的性能非常重要

应该选择合适的 j 以使得每次探查过程中的询问次数 少

该题若采用纯探查方法 需 25 个时隙

1

0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1

2

4 5

8 9 10 11

16 17 18 19 20 21

30

000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

3

6 7

12 13 14 15

22 23 24 25

31

7 一组 n2 个站利用自适应查询来决定对一条共享信道的接入 在某一时刻其中两个站有信息

要发送 问 当 12 >>n 时 确定其中某个站可以发送信息时所需的时隙数的 大值

小值及平均值是多少

假设采用纯探查方法 探查法的具体实现可用二叉树结构来表示 如上题 二叉树的

深度为 n

当要发信息的两个站分别位于根节点的两个子树下时 所需的时隙数 大 每个子树

是深度为 1−n 的二叉树 探查这个二叉树需 1)1(2 +−n 个时隙 所以总的时隙数为

141)1)1(2(2 −=++−× nn

当要发信息的两个站的父节点是同一节点时 所需的时隙数 小 即 12 +n

设要发信息的两个站分别位于深度为 j 的某个节点的两个子树下 则所需的总的时隙

为 12412)1)1(2(2 −−=+++−−× jnjjn 10 −≤≤ nj n2 个站中有两个站要发的总的

组合数为 )1(2 22 12 −= − nnC n 两个站分别位于深度为 j 的某个节点的两个子树下的组合数

为 2 22111

222 11−−=−−−−

jnCCC jnjnj 两个站分别位于深度为 j 的某个节点的两个子树下的概率

为 )1(22 1 −−− njn平 均 所 需 时 隙 数 为

2222

22

22

22

11

0

1

1

0

11

0

11

0

11

0

1

)1()14(2)14(

12)14(

12

1)14(

1)124(

+−−

=

−−

−

=

−−−

=

−−−

=

−−−

=

−−

−+−=−−≈

−−−=

−−

−−=

−−−

∑

∑∑∑∑

nn

j

j

n

jn

jnn

jn

jnn

jn

jnn

jn

jn

nnjn

jnjnjn

8 一个1公里长10Mb/s的CSMA/CD局域网 其传播速率为200米/微秒 数据帧长度为256比特

其中包括32比特的帧头 校验和及其它开销 在一次成功传输之后 第一位时隙被保留给

接收机捕捉信道并发送一个32比特的ACK帧 当假定没有冲突时 有效数据率是多少 不

包括额外开销

有效数据率 sMbsMbbb

smkmbbRe /6.6)

/10322562

/2001()32256( =

++×−=

µ

9 请解释为什么CSMA/CD中参数a必须很小

关于 CSMA 方式的性能 有人已对它进行了较深入的研究 我们在这里只指出他们的

结果 在分析性能时 我们采用如下的假设

1 系统中站数目是无限的 而且所有站的帧到达 包括新帧产生和重发帧的到达

过程是 Poisson 的

2 所有帧的长度相同 帧传输时间为 T 在分时隙的系统 T 应该是传播时延τ 的

整数倍

3 τ 为信道 长距离上的传播时延 即信道上相距 远的两个站之间的单向传播

时延 仍然定义参数 Ta τ= 并且 1<a 一般而言 1<<a 因此在卫星信道中 τ 较

32

长 不适宜采用 CSMA

4 每个站在任何时刻只有一个帧准备好发送 对载波的侦听是瞬间完成的 即不

引入收发切换时延

5 信道本身是无差错的 并且认为 由于发送冲突所造成的任意长度的帧重叠都

将引起帧差错 它们必须被重发

设在τ 时间间隔内 系统平均生成 G 个帧 包括需要重发的帧在内 则对非持续 CSMA

方式 吞吐量 S 与 G 的关系为

非时隙 aG

aG

eaGGeS −

−

++=

)21( (5-22)

分时隙)1( aG

aG

eaaGeS −

−

−+= (5-23)

当忽略信道上的传播时延时 以上式(5-22)和(5-23)均收敛于同一公式 即

GGS

a +=

→ 1lim

0 (5-24)

对于 1-持续 CSMA 方式 吞吐量 S 与 G 的关系为

非时隙[ ]

( ) GaaG

Ga

eaGeaGeaGGaGGGS )1(

)21(

)1(1)21()2/1(1

+−−

+−

++−−+++++

= (5-25)

分时隙( )

( ) GaaG

aGGa

aeeaeaGeS )1(

)1(

111

+−−

−+−

+−+−+

= (5-26)

同样地 当忽略信道上的传播时延时 以上式(5-25)和(5-25)均收敛于同一公式 即

G

G

a eGGGeS −

−

→ ++

=)1(lim

0 (5-27)

对于 p 持续 CSMA 方式 S 与 G 的关系较为复杂 这里不再给出其表达式 我们只想

指出几点结果 说明几个参量对吞吐量的影响

1 参数 a 的影响

图 5-14 示出了非持续 CSMA 方式在不同参数值 a 的情况下 吞吐量 S 与通信总量 G之间的关系曲线

从图 5-14 可以看出 为了提高吞吐量 S 希望参量 a 越小越好 也就是希望每个数

据帧的长度增加 因而传输时间 T 较大 而增加帧传输时间 T 显然会使网络的平均时

延增大 所以这是一对矛盾 另外 要使 a 小 也可以用减小τ 的办法 而要使τ 减小

应该使站间距离缩短

下面分析系统 大吞吐量与参数 a 的关系 设系统中共有 N 个站 每个站发送帧的概

率为 p 令 A 表示某个站发送成功的概率 则

图 5-14 非持续 CSMA 的吞吐特性曲线

0.01 0.1 1 5 20 400.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0a=0

a=0.001

a=0.01

a=0.05

a=0.1

a=0.2

a=0.4a=0.6

a=0.8

a=1

G

S

33

1)1( −−= NpNpA (5-28)

可以得到 某个站的数据帧需发送 j 次 即前面 j-1 次冲突 后第 j 次发送成功

的概率为

AAjP j 1)1(][ −−=次需发送

因此 帧的平均重发次数 RN 为

AAAAjN

j

jR

−=−= ∑

∞

=

− 1)1(1

1 (5-29)

这样可以求得系统的吞吐量 S 为

)12(11

1 −+= −Aa

S (5-30)

从式(5-30)可以看出 若希望得到系统的 大吞吐量 必须使 A 达到 大 将式(5-28)

对 p 求极大值 得到当 Np 1= 时 A 等于其极大值

( ) 1max 11 −−= NNA (5-31)

当 ∞→N 时 368.01max ≈= eA 表 5-1 列出了实际的站数 N 与发送成功的 大概

率 maxA 之间的对应关系

N 2 4 8 16 32 64 128 256

maxA 0.5 0.422 0.393 0.380 0.374 0.371 0.369 0.369

表 5-1 站数 N 与发送成功的 大概率 maxA 之间的对应关系

将式(5-31)代入式(5-30) 就可得到 大吞吐量 它也相当于信道利用率或通信的效

率η 即

当 368.0≈A 时144.4

1+

=a

η (5-32)

图 5-15 表示了在不同帧长下信道利用率与发送站数的关系 这里假设 sµτ 6.25=信道速率为 sMbR /10=

2 参数 p 的影响

在 p-持续 CSMA 方式中 p 对 S 的影响并非是单调的 S 还与 a 有关 仅当 a=0 的极

限情况下 S 随 p 的减小而增加 图 5-16 示出了 p-持续 CSMA 的极限吞吐量特性曲线 从

图中可以看出 S 先是随 p 减小而增加 但到一定数值后 再减小 p 值 并不能使 S 增大

S 的 大值趋向于饱和 不过 对不同的 p 值 出现 大值 maxS 的对应 G 值不同 因此

在信道负载较重的场合 仍应取较小的 p 值

图 5-15 帧长和站数对信道利用率的影响

00.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

a=0.1953

a=0.0977

a=0.0488

a=0.0244

128

256

512

1024 bit

256128643216842

S

N

图 5-16 p-持续 CSMA 的极限吞吐特性曲线

0.01 1 10 400.00

p=0.1

p=0.03p=0.01

p=0.2

p=0.4

p=0.8

p=0.99

1.00

0.80

0.60

0.40

0.20

G

S

15 试推导CSMA方式中有关性能的几个结论 即式(5-22) (5-23) (5-25)和(5-26)

第六章复习题 1 如图所示的网络由五个LAN(LAN1-LAN5) 用六个源路由网桥(B1-B6)互联而成 请简要叙述

从源点S至宿点D的路由学习过程

该题为第七章内容

1 生成树网桥 透

IEEE 802 网络互联的

网络中是否包含网桥 它

转发 学习站地址和解决

两个相互通信的站之间的

并不感觉生成树网桥的存

时自动启动 并在其进入

许站在网上改变其接入点

有重复路径 这一过程就

生成树的计算过程如

LAN1

LAN3 LAN4

LAN5

LAN2 B1

B2

B3

B4

B6

B5

D

S

(a) 单路由广播

LAN1

B1

B2

LAN2

LAN3

B4

B5

LAN4

LAN5

(b) 全单路由返回

LAN5

B5

B6

LAN2

LAN4

B1 LAN1 B2 LAN3 B6

B3 LAN4 B4

B4 LAN4 LAN3 B3 B2 LAN1 B1

B3 LAN3 B2 LAN1 B4

B4 LAN3 B1

LAN2

B5 LAN2 B1

B5

B3 LAN1 B2

B6

34

明网桥

一种结构是生成树网桥 这种网桥对端站全透明 不管所使用的

们都以同样的方式工作 生成树网桥的基本功能包括三项 即帧

拓扑中可能存在的回路 生成树网桥与转发器一样 它们出现在

路由上 但所执行的转发过程对两个站来讲是全透明的 即用户

在 所有的路由决策由网桥进行 而且 生成树网桥在连入网络

服务之后用它的路由信息以动态方式对本身进行配置 只要不允

同时整个 LAN 拓扑是一简单的树结构 即在任何两个网段间没

能满意地工作 这样一种树结构即称为生成树

下

源路由网桥路由学习过程中的信息交换

35

(1)对所有桥接的 LAN 动态地选择一个唯一的 根网桥 通常是一个具有 高优先

级和 低网桥标识符的网桥 这在有规则的区域确定或证实

(2)选定了根网桥之后 每一个网桥决定其桥端口中的哪一个是在根的方向 也就是

哪一端口具有至根的 小代价路径 从而标明是它的 根端口 根端口将接收由根向这一

端口上发送的所有 BPDU

(3)对每一网段选定一个唯一的 指定网桥 这是提供从该网段到根网桥的 低代价

路径的那个网桥

(4)把网段连接到它的指定网桥的网桥端口称为指定端口 在根网桥情况下 对于所有

连接的网段 它总是指定网桥 因此它的所有端口都是指定端口 将指定网桥的根端口及

所有指定端口标为 forwarding 状态 而把其余端口标为 blocking 状态 由 forwarding

状态端口连接的网段及网桥形成一生成树

需要说明的是 网桥端口的状态不能直接从 blocking 变为 forwarding 因为这样可

能产生暂时的回路 相反 一个端口可以从 blocking 状态变化为 listening 状态 并在该

状态停留一段时间 然后可改变到 learning 状态 当它获得为其转发数据库所必须的信息

时 只有当这两种状态都完成后才能变为 forwarding 状态

2 源路由网桥

生成树网桥的优点是易于安装 但是它们不能 佳利用带宽 因为它们只利用拓扑中

的一个子集 生成树 这两个因素都比较重要 致使 IEEE 802 委员会内部产生分歧 支

持 CSMA/CD 和令牌总线的人选择了生成树网桥 而支持环网的则选择一种称为源路由的方

案

源路由是指当需要把帧转发到另一个网络 网段 上时 在中继用的互联帧的头部增

加一个路由信息 RI Routing Information 域 依次指明该帧在送至目的地所经过的路由

上的各个网桥号和网段号 以便送至 终目的地 源路由方法适用于这样一种情况 即信

息源通常能知道到达目的地的一条满意的路径 所以它能够提供 RI 域的内容 一张路径

上所经过的网桥次序表 如果源不知道这种满意的路径 则要在源 宿之间进行搜索 以

终确定 根据某种依据 一条路由

源路由的学习过程分为单路由广播和全路由返回两个阶段

单路由广播 由源发出前向搜索帧

源节点发出一个指向宿点的 单路由广播 帧 它用路由控制域内的某些比特来标明

这一单路由广播帧受到流经一生成树的限制 所以它在每一网段上只出现一次 如果生成

树有效 它将 终到达宿点 因为它是在网络的每一网段上传播的

全路由广播 返回

然后 目的地向源点返回一个 全路由广播 帧 其中的 RI 域为空 这一帧给出回到

源点的所有可能路由 并在它经过的每一网桥处加上路由标志 每一网桥检查在当前的路

由标志域中是否包含了标明其输出网段的网段号 若是 则该网桥不把这一帧转发出去

因为这会引起回路 若不是 则将该帧转发并且加上这一网段号和网桥号组成的路由标志

这样就在返回到源点的一些帧中列出了所有可能的路由 然后在其中选择一条 合适的路

由

这一过程称为路由学习

生成树网桥和源路由网桥各自都有优缺点 表 7-1 对它们作了总结

问题 生成树网桥 源路由网桥

面向性 无连接 面向连接

透明性 全透明 不透明

36

配置 自动 人工

路由 准 佳 佳

定位 后向学习 发现帧

故障 由网桥处理 由主机处理

复杂性 在网桥内 在主机内

表 7-1 生成树网桥与源路由网桥的比较

5 路由选择一般有哪几种实现方法 试比较其优缺点

路选算法的分类 根据决策地点的不同 可分为集中式和分布式算法 对于集中式算法

一个中央节点承担全部路由选择任务 从网络中的各节点获取网络运行状态信息 并将确定的路

由传播到相关的节点 分布式算法包含节点之间的协同工作 如信息共享和计算运行 一个特殊

情形是由源节点来决策 它决定分组如何按路由传送 并在分组头部装载描述路由的信息 在某

些重要的网络中 路由选择是由称为路选节点组成的节点子集来完成的 集中式算法较为简单

而且不大可能引起路由表的不一致性 因为不需要如同分布式算法那样必须考虑各个节点之间的

信息的一致性 但是另一方面 运行集中式算法的中央节点必须获取全网所有节点上的即时信息

而这又因为时延的影响往往是过时的 对于分布式算法来说 正好相反 它们有较快的适应性

而且能通过决策节点与相邻区域的交互 来保证更精确描述网络运行状态的信息 但是当需要优

化路选和避免不一致的路由表时 难以保持节点间的协调工作 根据路选策略的不同 可分为静态的和自适应的 静态算法对网络拓扑结构或运行状

态的改变不作反应 而自适应算法则考虑这些变化 自适应的路由更新时间可以基于不同

的方式 如连续变更 周期性变更 仅在主要负载改变时 或者仅当网络拓扑改变时 增

加 删除节点或链路 路选决策可以是针对每个分组的 常用在数据报方式中 也可以

是在会话或连接建立时进行 如采用虚电路方式 网络信息源指与路由选择有关的信息采

集途径 对于静态路选 不需要信息源 信息采集的途径依次是在当前执行路选的本地节

点上 通过相邻节点 或者根据路径上先前分组所累积的信息 或者是网络中全部节点

一 静态路选算法

1. 随机路由选择

按随机方式选择路由的节点 是按某个随机数的值来选择传送分组的输出链路 除了

要避免原路返回之外 可向任一链路发送 这种方法的缺点是显然的 即效率低 时延大

优点是到达目的地的可能性较大 路由选择与网络拓扑结构无关 若可能发生节点或链路

的故障 那么随机方式是非常有效的 它使路由算法具有较好的健壮性 为了避免分组在

网络长期旅行而不到达目的地 可以在各分组上附记旅行的路程数 当超过某一数值时

可取消这些分组 以免由于特殊情况而无法到达目的地的分组无限止地空游

2. 洪泛式路由选择

这种路选算法又称扩散式 当节点收到需转发的分组后 就把它复制成若干份 向该

节点的全部 或部分 输出链路同时多路发送 扩散式分为完全扩散和选择扩散两种 完

全扩散是除了输入分组的那条链路之外 向所有输出链路同时发送分组 而选择扩散则是

向着分组的目的地方向选择几条链路发送分组 选择的依据是必须满足某些事先确定的条

件 这样发送的分组的拷贝就可以通过多条不同的路径到达目的地 所以可靠性很高 其

中必有一个分组拷贝将通过 短的路径首先到达目的地 所以时延也较短 但是这种方法

要花费系统大量的额外开销 增加许多无效的传输量 容易导致网络出现拥塞现象 而且

各节点必须检查所收到的分组是否重复 并取消重复的分组 所以这种方式一般只用在重

要性特别高的军事网络中 对于传输中的分组拷贝也可以采用记录路程数的方法来取消那

37

些长期旅行而不能到达目的地的分组 扩散式路选法与随机式一样 是不需要对网络拓扑

有任何了解的一种简单算法

3. 固定式路由选择

固定式路由选择方法 是简单路选法中 常用的一种 这种方法是在各个节点上事先

设置一张路由表 表中根据使传输路径 短的原则指出了该节点到达各终点所相应的输出

链路 分组到达节点并需要继续传送时 即可按它的目的地址查路由表而决定去向 这些

表是在整个系统进行配置时生成的 并且在此后的一段时间内保持固定不变 当网络拓扑

结构固定不变并且业务量也相对稳定时 采用固定式路选法是比较好的 固定式路选方法

可分为绝对固定式路由选择和迂回式路由选择两种

(1)绝对固定式路由选择是在网中任意一对源/终节点对之间 路由表只给定一条唯一

不变的通路 当这条通路发生故障时 分组就无法传送 所以不能适应网络拓扑的变化

可靠性较差

(2)迂回式固定路由选择法在一定程度上能根据网络的运行状态来选择路由 这种方

法是在一对源/终节点之间不只简单地规定一条通路 而且给出几条可能的通路 这样 当

其中某一条通路因故障而中断时 路由表中还可查到能迂回故障点的另一条通路 从而保

证分组的可靠发送 在迂回固定式路由表中 对同一源/终节点对之间所指出的几条通路

还可以区分优先等级 一般是以通路所经历的中转节点数之多少为标准 数目越少的通路

优先等级越高 我们可以把所考虑的各种路径和它们的优先等级都填写到路由表中去 并

在表中设立一栏 线路故障位 迂回的固定式路由选择比绝对固定式灵活 可靠性高 而

算法并不太复杂 这种方式对于拓扑结构不太复杂的小型网络比较实用

二 自适应路由选择算法

1. 短路径法

测量路径长度的一种方法是计算站点数量或经过的链路条数 另一种量度是以公里为

单位的地理距离 路径的权重是长度 还有许多其它的度量方法 在大多数情况下 链路

的标注可以是距离 信道带宽 平均业务量 通信费用 队列平均长度 测量的时延和其

它一些因素的函数而计算出来 通过改变加权函数 算法就可以根据这些标注中的一个或

几个计算出 短路径

常用的 短路径算法

(1) Ford-Fulkerson 算法

该算法可以求所有节点到某一指定节点的 短路径 其原理说明如下

相邻节点 i 和 j 之间的直通链路长度记为cij 每个节点赋予标记(p,d) 其中 d 是该

节点到目的节点的估算 短距离的当前值 而 p 是沿着当前已算出的 短通路的后续节点

的编号 首先是初始化 设指定目的节点为节点 1 将节点 1 标记上(-1,0) 而其余所有节点

标记上(-1,∞) 意味着到目的节点的估算距离 d 的值为∞ 记为 Di( )0

而 p 是未定的 在

此引入节点队列 Q 其中包含所有的后续节点 初始化时 Q 仅包含目的节点 记为{1} 如

图 6-8(a)所示 接着 从后续节点队列中取出第一个节点 查找与该节点直接相邻的全部

节点 该例中为节点 2 3 4 因为对于 i=2,3,4 有 D c Di i10

10( ) ( )+ < = ∞ 所以此时 p=1

Q={2,3,4} 各节点的标记如图 6-8(b)所示 然后是递推过程 在每一步中 取出节点队列

38

Q 中的第一个节点 j 对其所有相邻节点 i 计算 D cjh

ji( ) + 的值 若 D c Dj

hji i

h( ) ( )+ < 则节

点i的标记中d替换为 D cjh

ji( ) + p替换为 j 而且将i加入到队列Q中 若 D c Dj

hji i

h( ) ( )+ ≥

则节点 i 的标记不变 在以上所示的例子中 当考虑节点 2 为后续节点时 相邻节点 3 和 4

的标记中的距离 d 没有减小 所以 Q 减少为{3,4} 标记也没有变化 取出节点 3 后 应修

改节点 5 和 6 的标记 将它们加入到队列 Q 的末尾 如图 6-8(c)所示 当取出节点 4 时

由计算可见节点 5 和 3 的标记改变了 因为 5 已在 Q 中 不需要再加入 而 3 再次被添加

到 Q 中 应注意的是某节点返回 Q 中会对相关节点产生影响 由图 6-8(d)可见节点 6 的标

记发生不一致 这种不一致标记的修正是在下一次循环重复时通过检查 Q 中的再入节点而

进行的 终的结果如图 6-8(e)所示

由于 Ford-Fulkerson 算法是一种反向搜索方法 所以较适用于分布式的路由选择

(2)Dijkstra 算法

该算法可以求指定节点到所有其余节点的 短路径

1

2

4

3

5

6

3

2

1

2 3

1

1

5

2

5

(-1, )

(-1,0) (-1, )

(-1, ) (-1, )

(-1, )

Q={1}

1

2

4

3

5

6

3

2

1

2 3

1

1

5

2

5

(1,2)

(-1,0) (-1, )

(-1, ) (1,1)

(1,5)

Q={2,3,4} Q={3,4}

1

2

4

3

5

6

3

2

1

2 3

1

1

5

2

5

(1,2)

(-1,0) (3,10)

(3,6) (1,1)

(1,5)

Q={4,5,6}

1

2

4

3

5

6

3

2

1

2 3

1

1

5

2

5

(1,2)

(-1,0) (3,10)

(4,2) (1,1)

(4,4)

Q={5,6,3}

1

2

4

3

5

6

3

2

1

2 3

1

1

5

2

5

(1,2)

(-1,0) (5,4)

(4,2) (1,1)

(5,3)

Q={6,3} Q={3} Q={ }

(a) (b)

(c) (d)

(e)

图 6-8 Ford-Fulkerson 算法的计算递推过程

39

其基本原理是要建立一个节点集合 N 开始时 N 中只包含源节点 网络所有节点分成 N

中和 N 外的两种 终都在 N 中 设 D(X)为节点集 N 中某节点 X 到源节点 S 的 短路径

L(Y,X)为两个相邻节点 X 和 Y 之间的链路长度 其中 X 在 N 中 而 Y 在 N 外 L(Y,X)=∞表

示 X 与 Y 之间无链路存在 开始时 节点集 N 中只包含源节点 S 若节点 X 与 S 相邻 则标

以 D(X)=L(S,X)=有限值 即 S与 X之间的链路长度 若 X与 S不相邻 则标以 D(X)=L(S,X)=∞

找出节点集 N 的相邻节点 Y 使 D(Y) 小 然后把节点 Y 放到 N 集中去 并对 N 集外的其

他节点按下式更新标记的数值 D(X)←min[D(X),D(Y)+L(Y,X)] 即当考虑 Y 进入 N 时 若

有 D(Y)+L(Y,X)<D(X) 则用 D(Y)+L(Y,X)来替换 D(X) 否则保持原值 然后比较各个节点

到源节点的路径长 取其 小长度 可决定 短通路 把该加入 N 重复执行多次 直到所

有节点均包含在 N 集中为止 Dijkstra 算法的递推过程和结果如图 6-9 所示

Dijkstra 算法是前向搜索算法 所以较适合于集中式的路由选择

(3)Floyd-Warshall 算法

该算法可以求所有节点对之间的 短路径 常用于集中式路由选择 给定图 G 及其各

1

2

4

3

5

6

3

2

1

2 3

1

1

5

2

5

(-1, )

(-1,0) (-1, )

(-1, ) (-1, )

(-1, )

1

2

4

3

5

6

3

2

1

2 3

1

1

5

2

5

(1,2)

(-1,0) (-1, )

(4,2) (1,1)

(4,4)

1

2

4

3

5

6

3

2

1

2 3

1

1

5

2

5

(1,2)

(-1,0) (-1, )

(4,2) (1,1)

(4,4)

1

2

4

3

5

6

3

2

1

2 3

1

1

5

2

5

(1,2)

(-1,0) (5,4)

(4,2) (1,1)

(5,3)

1

2

4

3

5

6

3

2

1

2 3

1

1

5

2

5

(1,2)

(-1,0) (5,4)

(4,2) (1,1)

(5,3)

1

2

4

3

5

6

3

2

1

2 3

1

1

5

2

5

(1,2)

(-1,0) (-1, )

(-1, ) (1,1)

(1,5)

(a) Nc={1}

(c) Nc={1,2,4}

(b) Nc={1,4}

(f) Nc={1,2,3,4,5,6} (e) Nc={1,2,3,4,5}

(d) Nc={1,2,4,5}

图 6-9 Dijkstra 算法的递推过程

40

边权值为 wij,i,j=1,2, n 设[S]0为 G 的初始 短路径矩阵 [R]

0为初始路由矩阵 矩阵是

节点个数 n n 的方阵 其元素为

( )( )

=∉∞∈

=ji

EVVEVVw

s ji

jiij

ij

当

当

当

0,,

0

=∞=∞≠

=jis

sjr

ij

ijij

或当

当0

00

0

其中 E 为图 G 的边的集合

当[S]k-1 与[S]k 的元素分别为 Sijk-1 和 Sij

k (i,j=1,2, ,n)时 则

( )111 ,min −−− += kkj

kik

kij

kij ssss

由[S]k 的运算结果决定了[R]k 的变化

若1−= k

ijkij ss 时 有

1−= kij

kij rr

若1−< k

ijkij ss 时 有 krr k

ikk

ij == −1

当算法的计算过程终止时 矩阵[S]n 为任两节点之间的 短距离 而由[R]n 可看出相应

的 短路由

自适应可以有几种不同的解释 一种是从时间上考虑 即在某个节点根据当时的网络

运行状态调整路由 或者是每隔一段固定的时间等 也可以从空间上考虑 即在网络的某

个局部范围做出调整路由的决定 或在调整路由时所根据的某些网络状态信息是来自网络

的某个局部范围 根据这种考虑 以下介绍的自适应路由选择方法是从路径和时延两方面

考虑的

2. 孤立的自适应路由算法

这种方法选择路由时 仅仅孤立地依据本节点自身的当前运行状态 流量和排队 信

息来决定路由 而与网络其他各节点的状态无关 这种算法比较简单 但是它的适应能力

也有限 因为它不能适应网络各节点或链路状态的变化 但在考虑了一些改进措施后 也

可以满足一般路由选择要求 因此 这种方法使用也较广

简单的是 Baran 提出的所谓 热土豆 (Hot potato)法 实质是 短排队等待法

当节点要发送报文时 只考虑本节点各输出链路的排队长度 不考虑接收节点地址及中间

经过的路径长度 选择路由的原则是 节点一收到需要转发的报文或分组 立即查阅各输

出链路 哪一条链路的排队长度 短就从哪一条链路输出 当然 排队状态是随流量的不

断变化而动态地变更的 这一方法使所有的节点都以 少的时延尽可能早地转发出需要它

转发的报文 就好象热的土豆因烫手而要尽快甩出去一样 热土豆法由此而得名 这样可

使整个网络处于高速运行状态 但是路由选择带有一定的盲目性 所以在热土豆法中 规

定了报文到达目的地的前一站 与目的地相邻的节点 时 就不能再按热土豆法选择路由

而必须直接送到目的地

另一种孤立算法称为 短排队加偏法 为了减少 热土豆 选路法的盲目性 以便

能反映网络拓扑和到终点的路径长度方面的要求 可对 热土豆 法加以改进 在考虑

41

短排队(SQ)因素的基础上加一个偏置量(B) 偏置量 B 用来反映拓扑路径长度对路由选择的

影响 节点上选择路径时应根据(SQ B)值 这样所选择的路径是考虑了本节点排队状态和

网络拓扑两种因素的结果 这一方法的关键是恰当地选择 B 值 显然 B 不能太大 也不能

太小 即不能有 B>>SQ 也不能有 B<<SQ B 值与网络拓扑有关 为简单起见可考虑为由本

节点到达接收节点所需经过的中继线的链路数等

分析和仿真的结果表明 孤立的路由选择策略对于网络负荷的起伏显示出良好的自适

应性 但是 这种策略对于网络出现故障时却适应得比较差 这是因为我们事先设置的队

列偏置量是静态的 它反映不出网络的故障情况 当网络发生故障时 容易产生的问题

是分组在网内兜圈子 孤立的路由选择策略无法解决兜圈子的问题 当采用集中式的路由

选择策略时 网络控制中心 NCC 能及时发现网络中的故障情况 并及时调整各节点的路由

选择策略

3. 分布式自适应路由选择

分布式路由选择法在现行网络中用的 多 它的特点是 在网络相邻节点之间 每经

过一定时间相互交换一次状态信息 各节点根据相邻节点送来的状态信息来修改自己的路

由表 虽然每次修改只能反映相邻节点的状态变化 但是经过 n 次修改即可反映出第 n 级

相邻节点的状态改变 所以分布式路由选择可以适应整个网络的状态变化 只是附近节点

处的状态较快得到反映 远处节点的状态较慢得到反映

6 流量控制在通信网中具有什么意义 流量控制与路由选择的相互关系是什么

网络由有限的资源所组成 这些有限的资源包括网络节点内的信息缓冲器 节点处理

器 输入/输出链路等 无限制的信息流进入网络会导致拥塞 当报文在网络中经历了比所

期望的时延更长的时间时 就认为网络产生了拥塞 这种现象可以用城市中的交通堵塞来

比拟 网络如果发生拥塞 则只能传送很少信息 而且拥塞会很快地延伸出去 甚至会导

致 死锁 发生死锁时 就没有信息的流动 如果不防止拥塞 则网络性能将下降

造成网络出现拥塞有若干因素 从多个输入端到达同一节点的分组要求同一条输出链

路时 就形成分组排队 若缓冲器容量不够 则造成分组丢失 在某种程度上增加缓冲器

容量会有所帮助 但有人研究发现 如果路由器增加为无限大的缓冲 拥塞会更严重 而

不是缓解 因为当分组到达队列的前面时 它已经超时 一个重复的分组又重新进入队列

因而增加了到目的地所有线路的负载

处理器速度太低 或者链路带宽不够也会导致拥塞 升级其中之一而非全部稍有好处

但往往只是把瓶颈转移到系统中别的地方 事实上 问题往往是由于系统各部分之间的不

平衡而造成的

拥塞节点本身又使拥塞变得严重 若节点上没有空闲缓冲区 新到达的分组必定被丢

弃 而发送端就会因超时而重发 甚至重发若干次 增加了网络的负载

需要说明的是拥塞控制与流量控制的区别 拥塞控制必须使得通信子网能够传送所要

传送的负载 它是一个全局性的问题 包括所有主机 路由器 节点 的行为 路由器上

处理存储 转发的性能 以及所有使子网传输能力劣化的其它因素 与之不同的是 流量

控制与点到点的业务传输有关 它是使快速的发送端不要以快于接收能力的速度不停顿地

向接收端发送数据 所以它几乎总是包括一种反馈机制 简单地说 流量控制是防止网络

拥塞的一种机制

当一个节点向某特定的接收节点发送的报文超过了接收节点处理或转发报文的能力

时 会发生拥塞 因此问题就简化为对给定节点提供一种控制从其他节点接收报文多少的

42

机制 这样 流控就是使发送节点产生报文的速率受到控制 从而使接收节点能处理它们

的一个过程 从用户的观点看 流控就是要防止进入网络的报文不能在预先规定的时间内

传递的问题

网络流控也可以用作将业务量相等地分配到网络各节点的一种机制 因此 流量控制

可以在网络正常运行期间减少信息时延 并防止网络任何部分相对于其他部分过载

简单地说 流量控制具有以下四个主要功能

(1) 防止由于网络和用户过载而产生的吞吐量降低及响应时间增长

(2) 避免死锁

(3) 在用户之间合理分配资源

(4) 网络及其用户之间的速率匹配

路由选择算法确定数据从源节点到目的节点传送的路径 而流控算法限制允许到达数据

链路或网络某个部分的业务量 以防止过分拥挤 这两部分内容往往分别加以研究 但实

际上它们是密切相关的 因为若把太多的业务量引导到同一区域内 则路选算法可能引发

拥挤 从而需要流控

路由选择与流量控制之间的一般关系可用图 6-4 来说明 如图所示 流控影响时延

这一时延影响由流控所允许进入网络的业务量 这进而又影响时延 路选和流控总是处于

这种动态的交互协调之中

8 一个网络采用热土豆法和静态路由相结合的路由选择机制 节点上负责维持两个队列

首选队列和次选队列 当分组到达一个节点时 当且仅当输出线路空闲 即首选队列为空

时 则将该分组送入首选队列 否则将其送入次选队列 没有第三种选择 如果目的地的

分组到达率为每秒 个分组 节点上的服务率为每秒 个分组 那么有多大比例的分组被

送到首选队列 假设分组到达服务时间均服从Poisson分布

第七章复习题 1 网络互联可分为哪几个层次 各层中互联设备的主要功能是什么

在 OSI/RM 中 把能够将两个相互不直接连接在一起的系统互联起来的设备称为中继

(Relay)系统 按中继系统共享的协议层次进行划分 主要有这样几类互联设备

(1)转发器(repeater) 物理层中继系统 仅在网络间传递比特信息 而且对比特流

不作改变 只是加以放大和再生没有逻辑判断和处理能力 转发器对高层协议没有影响

一般可认为是将一个网络的作用范围扩大了而已 一般使用转发器连接两个同类型的局域

提交的负荷 吞吐量 流量控制 路由选择

被拒绝的负荷

时延

时延

图 6-4 路由选择和流量控制之间的交互作用

43

网 使两个网如同一个网 每个网则被分别称为网段 理论上说 可以用转发器把网络延

长到任意长的传输距离 然而在很多网络上都限制了一对工作站之间可加入的转发器的数

目 例如在以太网中 多使用四个转发器 即 多由五个网络段组成

(2)网桥(bridge) 数据链路层中继系统 可用于互联不完全相同但比较接近的同种

网络 网桥一般用于连接两个局域网 网间通信从网桥传送 而网络内部的通信被网桥隔离

网桥检查帧的源地址和目的地址 如果目的地址和源地址不在同一个网络段上 就把帧转发到另

一个网络段上 若两个地址在同一个网络段上 则不转发 所以网桥能起到过滤帧的作用 网桥

的帧过滤特性很有用 当一个网络由于负载很重而性能下降时可以用网桥把它分成两个网络段并

使得段间的通信量保持 小 这样的配置可 大限度地缓解网络通信繁忙的程度 提高通信效率

同时 由于网桥的隔离作用 一个网络段上的故障不会影响另一个网络段 从而提高了网络的可

靠性 但是 使用网桥对网络分段时 必须考虑两个相互矛盾的目的 一是减少每个 LAN

段上的通信量 二是确保网段间的通信量小于每个网段内部的通信量

(3)路由器(router) 网络层中继系统 可用于互联异种网 路由器适合于连接复杂

的大型网络 因而可以用于连接下面三层(网络层 数据链路层 物理层)执行不同协议的

网络 协议的转换由路由器完成 从而消除了网络层协议之间的差别 由于路由器工作于

网络层 它处理的信息量比网桥要多 因而处理速度比网桥慢 但路由器的互联能力强

可以执行复杂的路由选择算法 在具体的网络互联中 采用路由器还是采用网桥 取决于

网络管理员的需要和具体的网络环境

(4)桥路器(brouter) 网桥和路由器的混合物

(5)网关(gateway) 比网络层更高层次上的中继系统 网关实际上是一个协议转换

器 网关是一种复杂的网络互联设备 它工作在 OSI 的高三层 会话层 表示层和应用层

可用于连接网络层之上执行不同协议的子网 组成异构的互联网 网关具有对不兼容的高

层协议进行转换的功能 为了实现异构设备之间的通信 网关要对不同的传输层 会话层

表示层 应用层协议进行翻译和变换 有时为了管理上的方便 或者因为地理位置的限制

也可以将网关分成两半 每半个网关称为半网关(half-gateway) 这样 每个网络拥有自

己管理的半网关 而两个半网关用通信线路连接起来 每个半网关在本地网协议和一组互

联协议之间进行工作

7 如果运用图7-14所示的互联结构 为了缓解广域网和局域网不匹配引起的问题 应该给中

继系统增加什么功能

网桥连接 LAN 的 常用的改变是采用路由器 路由器工作在相当于 OSI 的网络层上

当前互联各种类型网络 例如广域网 WAN 的 突出的方法也是在网络层上互联 所以

它们的互联设备符合路由器的定义 此外 网关也是一种较常用的具有高层协议转换功能

的网络互联设备

目前在网络层进行互联的标准主要有三种 即 ITU-T 提出的公用分组交换网的互联标

准 X.75 建议 DoD 的 IP 协议和 ISO 的 Internet 协议 需要说明的后两种 IP 协议之间的关

系 早使用 IP 协议的是 ARPANET 至 1987 年后期 他们利用 IP 协议成功地将数千个子

网互联起来 并将互联后的网称为 DARPA Internet 国际上对互联网协议的研究始于 1982

年后期 在 1988 年形成正式的国际标准 ISO 8473 而 ISO 8473 关于互联网协议的标准和

ARPANET 中使用的 IP 协议在主要方面是一样的 并且都是向传输层提供无连接服务 但是

这两种协议还是有不少的区别

在图 7 14 中我们可以看到 在数据经过不同网络传送时 网络层以下的头部和尾部不

44

断地在改变 但只要到了互联网层 就不会再进行头部的变换 即图中传输层头部 TCH 和

互联网层头部 IPH 都是不变化的 另一点值得注意的是 由于 X.25 只定义了 DTE 和公用数

据网的接口而没有涉及到网络的内部情况 因此在图中 广域网和中继系统相连的两条链

路上的帧 b 和帧 b’是不一样的 它们的链路层头部分别是 DL1-H 和 DL2-H 其链路层尾部

分别为 DL1-T 和 DL2-T 而这两条链路上的帧交给网络层时 其网络层分组的头部分别为

N1-T 和 N2-T

因此这里的中继系统应增加路由器的功能

13 请说明MAC地址和IP地址之间的关系

MAC地址在制造的时候就固定了 是真正的物理地址 在TCP/IP网络环境下 每个主机

分配的32位IP地址只是一种逻辑地址 这个地址是供网络层寻址用的 MAC地址对网络层服

务是透明的 这样低层传送数据时就必须由把IP地址转换成物理地址 ARP协议就是完成这

一功能的 ARP使主机可以找到同一物理网络中任一主机的物理地址 只需给出该主机的IP

地址即可 RARP协议正好相反 它通过物理地址得到IP地址 RARP报文和ARP报文的格式完

全一样 唯一的差别在于RARP请求报文中是发送者填充的源端物理地址 而IP地址为空

在同一个子网上的RARP服务器接收到请求后 填入分配的IP地址 然后发送回源端

第八章复习题

...

TCP IP

LLC2 MAC2 PHY2

... TCP IP

LLC1 MAC1 PHY1

站 A 站 B

LLC1 MAC1 PHY1

X.25-3

X.25-2

X.25-1

IP

中继系统 1

X.25-3

X.25-2

X.25-1

LLC2 MAC2 PHY2

IP

中继系统 2

局域网 1 广域网 局域网 2 a a’ b b’ c c’

参考点 帧结构

MAC1-H LLC1-H IPH TCPH Data MAC1-T

DL1-H N1-H IPH TCPH Data DL1-T

DL2-H N2-H IPH TCPH Data DL2-T

MAC2-H LLC2-H IPH TCPH Data MAC2-T

a,a’

b

b’

c,c’

图 7-14 用 IP 协议进行网络互联

45

4 试画出传输连接成功和不成功的服务原语时序图

图 8-5 传输层中建立连接的时序图

系统 A 系统 B

会话层 会话层 传输层

T_CONNECT.request

T_CONNECT.confirm

T_CONNECT.indication

T_CONNECT.response

图 8-6 传输服务中连接建立拒绝的两种情况

系统 A 系统 B

会话层 会话层 传输层

T_CONNECT.request

T_DISCONNECT.indication

T_CONNECT.indication

T_DISCONNECT.request

系统 A

会话层 传输层

T_CONNECT.request

T_DISCONNECT.indication

(a) (b)

图 8-7 数据传送阶段的服务原语

系统 A 系统 B

会话层 会话层 传输层

T_DATA.request T_DATA.indication

T_EXPEDITED_DATA. request T_EXPEDITED_DATA.

indication

服务用户发起

图 8-8 OSI 中传输连接释放的两种情况

系统 A 系统 B

会话层 会话层 传输层

T_DISCONNECT.request T_DISCONNECT.indication

T_DISCONNECT.indication T_DISCONNECT.indication 服务提供者发起

46

5 为什么要划分传输层功能的协议类别 每个协议类别的特征和功能是什么

1. 网络服务类型

根据用户要求和差错性质 网络服务按质量分成三种类型

1 A 型网络服务 具有可接受的剩余差错率 或称残差率 和故障告知率的网络

连接 这里残差率是指未改正的差错且不通知传输层 网络层的故障告知是指网络层通知

传输层的网络连接释放或网络连接复位 故障告知率可用网络连接断开与复位之比率表

示

A 型网络服务的质量 高 网络连接复位的情况极少出现 分组在网络中传送时不会

丢失也不会失序 这样传输层就不需要故障修复的服务和重新排序的服务等 因而传输层

图 8-10 使用网络服务建立传输连接

(b) 无连接的网络服务

47

就非常简单 目前 公用广域网很少能够达到这个水平 多数局域网能提供这类 A 型网络

服务

2 B 型网络服务 具有可接受的残差率和不可接受的故障告知率的网络连接

B 型网络服务可认为是提供较好的数据服务而较差的连接服务 分组的丢失 重复或

失序的概率可以忽略 但是不可接受的故障告知率会造成一定的传送失败和连接故障 也

容易造成网络拥塞 因而网络连接的断开和复位将较频繁 从而需要传输层来进行修复

建立新的网络连接 重新同步 然后继续发送数据 多数的 X.25 分组交换网提供的是 B

型网络服务

3 C 型网络服务 对传输服务用户而言 网络连接具有不能接受的残差率

C 型网络服务的质量 次 这种网络是不可靠的网络 此时 传输协议应能检测出网

络的差错 同时要有差错修复能力 对失序 重复以及错误投递的数据分组 也应能检测

出并进行改正 某些具有移动节点的 MAN 以及具有衰落信道的分组无线网提供的是 C 型网

络服务

2. 传输协议类别

针对这些不同服务质量的网络服务的类型 传输层为了向它的服务用户屏蔽这种差别

的存在 以便向上提供一致的高质量的传输服务 采用了一种能 佳利用网络服务的策略

用不同的传输协议类别来匹配不同的网络服务类型 显然 为了达到这种匹配 网络

服务质量越低 例如 C 型网络服务 相应的传输协议就越复杂 反之 网络服务质量越

高 例如 A 型网络服务 相应的传输协议就越简单

因此 ISO 定义了五种类型的传输协议

1 0 类协议 TP0 简单类

专为 A 型网络连接设计 提供通过协商的连接建立 分段和差错报告的数据传输所需

的功能 流量控制功能 由网络服务的流控提供 和连接拆除功能 由网络服务的连接拆

除功能提供 它没有差错修复功能 也没有将多条传输连接复用到一条网络连接上的功

能

2 1 类协议 TP1 基本差错修复类

以 少的内务开销提供基本的传输连接 主要目的是由网络拆除连接 断连 或复位

状态中进行修复 当网络连接断开时 传输层试图建立另一条网络连接 可适用于 B 型网

络连接 TP1 提供传输连接 加速数据传输 拆除连接和在一条网络连接上支持连续的传

输连接的能力 并提供 TP0 的功能以及在没有传输服务用户参与的情况下 从网络层告警

的故障中修复的能力

3 2 类协议 TP2 复用类

适用于 A 型网络连接 在一条网络连接上可复用多条传输连接 它是 TP0的增强型

它提供具有流控的传输连接和不具有流控的传输连接 也支持加速数据的传送 但不提供

差错检测和对网络连接故障的修复功能 若网络连接无意中断开或复位 传输连接将不经

过释放规程而即被切断 并告知传输服务用户

4 3 类协议 TP3 差错修复和复用类

适用于 B 型网络连接 TP3提供包含 TP2的功能以及 TP1从网络连接断开或复位中自行

修复的能力 无传输服务用户参与

5 4 类协议 TP4 差错检测和修复 复用

此类协议功能 齐全 在网络的质量较差时保证高可靠的数据传送 适用于 C 型网络

连接 TP4 能检测由于网络服务提供者提供低质量服务而引起的故障和从故障中自行修复

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的能力 所检测的故障种类包括 TPDU 丢失 TPDU 传输失序 TPDU 重复 TPDU 残缺 还

能检测有告警和无告警的网络故障 并使用超时机制从故障中自行修复 显然 TP4 是

复杂的传输协议

为了清晰起见 表 8-1 归纳了上述的网络服务类型与传输协议类别的匹配关系

传输协议类别 网络服务类型 基本功能

TP0 A 建立连接

TP1 B 基本差错修复

TP2 A 复用

TP3 B 差错修复与复用

TP4 C 差错检测与修复 复用

表 8-1 OSI 传输协议类别与网络服务之间的匹配关系

在具体实现时 对应于任何给定的网络连接 应选择哪一类传输协议 这是由传输实

体在连接建立时决定的 连接请求者可以建议自己希望的和可选的协议类别 然后连接响

应者可以从中选择一个与本端能力相一致的协议类别给予确认 如果请求者提供的所有协

议类别均不可接受 就拒绝连接请求 这样 通信双方就存在一个 协商一致性原则 问

题

6 请对以下两种OSI传输层设计方案作出评价

方案1 采用A型网络服务支持1类传输协议(TP 1) 方案2 采用C型网络服务支持2类传输协议(TP 2) 方案 1 A 型网络服务具有可接受的剩余差错率 或称残差率 和故障告知率的网络

连接 服务的质量 高 1 类协议 TP1 以 少的内务开销提供基本的传输连接 主要目

的是由网络拆除连接 断连 或复位状态中进行修复 但是网络连接复位的情况极少出现

分组在网络中传送时不会丢失也不会失序 这样传输层就不需要故障修复的服务和重新排

序的服务等 因此采用 1 类协议 TP1 反而增加了传输层的复杂性 降低传输效率 应

该采用 0 类协议 TP1

方案 2 C 型网络服务对传输服务用户而言 网络连接具有不能接受的残差率 服务

的质量 次 这种网络是不可靠的网络 此时 传输协议应能检测出网络的差错 同时要

有差错修复能力 对失序 重复以及错误投递的数据分组 也应能检测出并进行改正 2

类协议 TP1 在一条网络连接上可复用多条传输连接 它是 TP0的增强型 它提供具有流

控的传输连接和不具有流控的传输连接 也支持加速数据的传送 但不提供差错检测和对

网络连接故障的修复功能 若网络连接无意中断开或复位 传输连接将不经过释放规程而

即被切断 并告知传输服务用户 因此采用 2 类协议 TP1 并不能满足 C 型网络服务对

传输层的要求 应该采用 4 类协议 TP1