传统两两相连的方式，当电话数量很多时，电话线也很多，就很不方便

所以要使得每一部电话能够很方便地和另一部电话进行通信，就应该使用一个中间设备将这些电话连接起来，这个中间设备就是电话交换机

• 电话交换机接通电话线的方式称为电路交换；

• 从通信资源的分配角度来看，交换（Switching）就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源；

• 电路交换的三个步骤：

  1、建立连接（分配通信资源）

  2、通话（一直占用通信资源）

  3、释放连接（归还通信资源）

当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率往往很低。

这是因为计算机数据是突发式地出现在传输线路上的。

所以计算机通常采用的是分组交换，而不是线路交换

通常我们把表示该消息的整块数据成为一个报文。

在发送报文之前，先把较长的报文划分成一个个更小的等长数据段，在每一个数据段前面。加上一些由必要的控制信息组成的首部后，就构成一个分组，也可简称为“包”，相应地，首部也可称为“包头”。

首部包含了分组的目的地址

分组从源主机到目的主机，可走不同的路径。

发送方

• 构造分组
• 发送分组

路由器

• 缓存分组
• 转发分组
• 简称为“分组转发”

在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。

路由器处理分组的过程是：

1. 把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；
2. 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；
3. 把分组送到适当的端口转发出去。

接收方

• 接收分组
• 还原报文

报文交换中的交换结点也采用存储转发方式，但报文交换对报文的大小没有限制，这就要求交换结点需要较大的缓存空间。报文交换主要用于早期的电报通信网，现在较少使用，通常被较先进的分组交换方式所取代。

假设 A，B，C，D 是分组传输路径所要经过的 4 个结点交换机，纵坐标为时间

分析：

电路交换：

• 通信之前首先要建立连接；连接建立好之后，就可以使用已建立好的连接进行数据传送；数据传送后，需释放连接，以归还之前建立连接所占用的通信线路资源。
• 一旦建立连接，中间的各结点交换机就是直通形式的，比特流可以直达终点；

报文交换：

• 可以随时发送报文，而不需要事先建立连接；整个报文先传送到相邻结点交换机，全部存储下来后进行查表转发，转发到下一个结点交换机。
• 整个报文需要在各结点交换机上进行存储转发，由于不限制报文大小，因此需要各结点交换机都具有较大的缓存空间。

分组交换：

• 可以随时发送分组，而不需要事先建立连接。构成原始报文的一个个分组，依次在各结点交换机上存储转发。各结点交换机在发送分组的同时，还缓存接收到的分组。
• 构成原始报文的一个个分组，在各结点交换机上进行存储转发，相比报文交换，减少了转发时延，还可以避免过长的报文长时间占用链路，同时也有利于进行差错控制。

• 计算机网络的精确定义并未统一
• 计算机网络的最简单的定义是：一些互相连接的、自治的计算机的集合。
  • 互连：是指计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信；
  • 自治：是指独立的计算机，他有自己的硬件和软件，可以单独运行使用；
  • 集合：是指至少需要两台计算机；
• 计算机网络的较好的定义是：计算机网络主要是由一些通用的，可编程的硬件（一定包含有中央处理机 CPU）互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。
  • 计算机网络所连接的硬件，并不限于一般的计算机，而是包括了智能手机等智能硬件。
  • 计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种的应用（包括今后可能出现的各种应用）。

按交换技术分类：

• 电路交换网络
• 报文交换网络
• 分组交换网络

按使用者分类：

• 公用网
• 专用网

按传输介质分类：

• 有线网络
• 无线网络

按覆盖范围分类：

• 广域网 WAN（Wide Area Network）

作用范围通常为几十到几千公里，因而有时也称为远程网（long haul network）。广域网是互联网的核心部分，其任务是通过长距离（例如，跨越不同的国家）运送主机所发送的数据。

• 城域网 MAN

作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至整个城市

• 局域网 LAN

一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连（速率通常在 10 Mbit/s 以上），但地理上范围较小（1 km 左右）

• 个域网 PAN

就是在个人工作的地方把个人使用的电子设备用无线技术连接起来的网络。

按拓扑结构分类：

• 总线型网络

• 星型网络

• 环形网络

• 网状型网络

带宽 1 Gb/s 的以太网，代表其额定速率是 1 Gb/s，这个数值也是该以太网的吞吐量的绝对上限值。因此，对于带宽 1 Gb/s 的以太网，可能实际吞吐量只有 700 Mb/s，甚至更低。

注意：吞吐量还可以用每秒传送的字节数或帧数表示

时延时指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。

网络时延由几部分组成：

• 发送时延

主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。

• 传播时延

电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。

• 处理时延

主机或路由器在收到分组时要花费一定时间进行处理

• 排队时延

分组在进过网络传输时，要经过许多路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。

有时会把排队时延看成处理时延 一部分

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 （处理时延 + 排队时延）

当处理时延忽略不计时，发送时延 和 传播时延谁占主导，要具体情况具体分析

时延带宽积 = 传播时延 * 带宽

互联网上的信息不仅仅单方向传输而是双向交互的。因此，我们有时很需要知道双向交互一次所需的时间。

利用率有信道利用率和网络利用率两种。

如今用的最多的是 TCP/IP 体系结构，现今规模最大的、覆盖全球的、基于 TCP/IP 的互联网并未使用 OSI 标准。

TCP/IP 体系结构相当于将 OSI 体系结构的物理层和数据链路层合并为了网络接口层，并去掉了会话层和表示层。

TCP/IP 在网络层使用的协议是 IP 协议，IP 协议的意思是网际协议，因此TCP/IP 体系结构的网络层称为网际层

在用户主机的操作系统中，通常都带有符合 TCP/IP 体系结构标准的 TCP/IP 协议族。

而用于网络互连的路由器中，也带有符合 TCP/IP 体系结构标准的 TCP/IP 协议族。

只不过路由器一般只包含网络接口层和网际层。

网络接口层：并没有规定具体内容，这样做的目的是可以互连全世界各种不同的网络接口，例如：有线的以太网接口，无线局域网的 WIFI 接口等。

网际层：它的核心协议是 IP 协议。

运输层：TCP 和 UDP 是这层的两个重要协议。

应用层：这层包含了大量的应用层协议，如 HTTP , DNS 等。

**IP 协议（网际层）可以将不同的网络接口（网络接口层）进行互连，并向其上的TCP 协议和 UDP 协议（运输层）**提供网络互连服务

而TCP 协议在享受 IP 协议提供的网络互连服务的基础上，可向应用层的相应协议提供可靠的传输服务。

UDP 协议在享受 IP 协议提供的网络互连服务的基础上，可向应用层的相应协议提供不可靠的传输服务。

TCP/IP 体系结构中最重要的是IP 协议和TCP 协议，因此用 TCP 和 IP 来表示整个协议大家族。

教学时把 TCP/IP 体系结构的网络接口层分成了物理层和数据链路层

物理层问题

这图说明

• 第一，严格来说，传输媒体并不属于物理层
• 计算机传输的信号，并不是图示的方波信号

这样举例只是让初学者容易理解

数据链路层问题

网络层问题

运输层问题

如何标识与网络通信相关的应用进程：一个分组到来，我们应该交给哪个进程处理呢？浏览器进程还是 QQ 进程

应用层问题

应用层该用什么方法（应用层协议）去解析数据

总结

例子：主机的浏览器如何与 Web 服务器进行通信

解析：

主机和 Web 服务器之间基于网络的通信，实际上是主机中的浏览器应用进程与 Web 服务器中的Web 服务器应用进程之间基于网络的通信

体系结构的各层在整个过程中起到怎样的作用？

1、发送方发送

第一步：

• 应用层按照 HTTP 协议的规定构建一个HTTP 请求报文
• 应用层将HTTP 请求报文交付给运输层处理

第二步：

• 运输层给HTTP 请求报文添加一个TCP 首部，使之成为TCP 报文段
• TCP 报文段的首部格式作用是区分应用进程以及实现可靠传输
• 运输层将 TCP 报文段交付给网络层处理

第三步：

• 网络层给TCP 报文段添加一个IP 首部，使之成为IP 数据报
• IP 数据报的首部格式作用是使IP 数据报可以在互联网传输，也就是被路由器转发
• 网络层将IP 数据报交付给数据链路层处理

第四步：

• 数据链路层给IP 数据报添加一个首部和一个尾部，使之成为帧 （图示右边为首部，左边为尾部）
• 该首部的作用主要是为了让帧能够在一段链路上或一个网络上传输，能够被相应的目的主机接收
• 该尾部的作用是让目的主机检查所接收到的帧是否有误码
• 数据链路层将帧交付给物理层

第五步：

• 物理层先将帧看做是比特流，这里的网络 N1 假设是以太网，所以物理层还会给该比特流前面添加前导码
• 前导码的作用是为了让目的主机做好接收帧的准备
• 物理层将装有前导码的比特流变换成相应的信号发送给传输媒体

第六步：

• 信号通过传输媒体到达路由器

2、路由器转发

在路由器中

• 物理层将信号变为比特流，然后去掉前导码后，将其交付给数据链路层
• 数据链路层将帧的首部和尾部去掉后，将其交付给网络层，这实际交付的是IP 数据报
• 网络层解析IP 数据报的首部，从中提取目的网络地址

在路由器中

• 提取目的网络地址后查找自身路由表。确定转发端口， 以便进行转发
• 网络层将IP 数据报交付给数据链路层
• 数据链路层给IP 数据报添加一个首部和一个尾部，使之成为帧
• 数据链路层将帧交付给物理层
• 物理层先将帧看成比特流，这里的网络 N2 假设是以太网，所以物理层还会给该比特流前面添加前导码
• 物理层将装有前导码的比特流变换成相应的信号发送给传输媒体，信号通过传输媒体到达Web 服务器

3、接收方接收

和发送方（主机）发送过程的封装正好是反着来

在 Web 服务器上

• 物理层将信号变换为比特流，然后去掉前导码后成为帧，交付给数据链路层
• 数据链路层将帧的首部和尾部去掉后成为IP 数据报，将其交付给网络层
• 网络层将IP 数据报的首部去掉后成为TCP 报文段，将其交付给运输层
• 运输层将TCP 报文段的首部去掉后成为HTTP 请求报文，将其交付给应用层
• 应用层对HTTP 请求报文进行解析，然后给主机发回响应报文

发回响应报文的步骤和之前过程类似

以下介绍的专用术语来源于 OSI 的七层协议体系结构，但也适用于 TCP/IP 的四层体系结构和五层协议体系结构

实体

协议

协议：控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合

协议三要素：

• 语法：定义所交换信息的格式
• 语义：定义收发双方所要完成的操作
• 同步：定义收发双发的时序关系

服务

传输媒体也称为传输介质或传输媒介，他就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。传输媒体课分为两大类，即导引型传输媒体和非导引型传输媒体

传输媒体不属于计算机网络体系结构的任何一层。如果非要将它添加到体系结构中，那只能将其放置到物理层之下。

在导引型传输媒体中，电磁波被导引沿着固体媒体传播。

同轴电缆

双绞线

非导引型传输媒体是指自由空间。

无线电波

串行传输：

• 数据是一个比特一个比特依次发送的，因此在发送端与接收端之间，只需要一条数据传输线路即可

并行传输：

• 一次发送n个比特，因此，在发送端和接收端之间需要有n条传输线路

• 并行传输的优点是比串行传输的速度n倍，但成本高

数据在传输线路上的传输采用是串行传输，计算机内部的数据传输常用并行传输

同步传输：

• 数据块以稳定的比特流的形式传输。字节之间没有间隔
• 接收端在每个比特信号的中间时刻进行检测，以判别接收到的是比特0还是比特1
• 由于不同设备的时钟频率存在一定差异，不可能做到完全相同，在传输大量数据的过程中，所产生的判别时刻的累计误差，会导致接收端对比特信号的判别错位

所以要使收发双发时钟保持同步

异步传输：

• 以字节为独立的传输单位，字节之间的时间间隔不是固定
• 接收端仅在每个字节的起始处对字节内的比特实现同步
• 通常在每个字节前后分别加上起始位和结束位

在许多情况下，我们要使用“信道（channel）”这一名词。信道和电路并不等同。信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。因此，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。

从通信的双方信息交互的方式来看，可以有以下三种基本方式：

单向通信：

又称为单工通信，即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。无线电广播或有线电以及电视广播就属于这种类型

双向交替通信：

又称为半双工通信，即通信的双方可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）。这种通信方式使一方发送另一方接收，过一段时间后可以再反过来

双向同时通信：

又称为全双工通信，即通信的双发可以同时发送和接收信息。

单向通信只需要一条信道，而双向交替通信或双向同时通信则需要两条信道（每个方向各一条）

双向同时通信的传输效率最高

常用术语

• 数据 (data) —— 运送消息的实体。

• 信号 (signal) —— 数据的电气的或电磁的表现。

• 模拟信号 (analogous signal) —— 代表消息的参数的取值是连续的。

• 数字信号 (digital signal) —— 代表消息的参数的取值是离散的。

• 码元 (code) —— 在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。

• 基带信号（即基本频带信号）—— 来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。

• 基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制 (modulation)。

在计算机网络中，常见的是将数字基带信号通过编码或调制的方法在相应信道进行传输

信道的几个基本概念

• 信道 —— 一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体。
• 单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
• 双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。
• 双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。

严格来说，传输媒体不能和信道划等号

对于单工传输，传输媒体只包含一个信道，要么是发送信道，要么是接收信道

对于半双工和全双工，传输媒体中要包含两个信道，一个发送信道，另一个是接收信道

如果使用信道复用技术，一条传输媒体还可以包含多个信道

不归零编码

• 正电平表示比特1/0

• 负电平表示比特0/1

中间的虚线是零电平，所谓不归零编码，就是指在整个码元时间内，电平不会出现零电平

实际比特1和比特0的表示要看现实怎么规定

这需要发送方的发送与接收方的接收做到严格的同步

• 需要额外一根传输线来传输时钟信号，使发送方和接收方同步，接收方按时钟信号的节拍来逐个接收码元
• 但是对于计算机网络，宁愿利用这根传输线传输数据信号，而不是传输时钟信号

由于不归零编码存在同步问题，因此计算机网络中的数据传输不采用这类编码！

归零编码

归零编码虽然自同步，但编码效率低

曼彻斯特编码

在每个码元时间的中间时刻，信号都会发生跳变

• 负跳变表示比特1/0
• 正跳变表示比特0/1
• 码元中间时刻的跳变即表示时钟，又表示数据

实际比特1和比特0的表示要看现实怎么规定

传统以太网使用的就是曼切斯特编码

差分曼彻斯特编码

在每个码元时间的中间时刻，信号都会发送跳变，但与曼彻斯特不同

• 跳变仅表示时钟
• 码元开始处电平是否变换表示数据
  • 变化表示比特1/0
  • 不变化表示比特0/1

实际比特1和比特0的表示要看现实怎么规定

比曼彻斯特编码变化少，更适合较高的传输速率

总结

练习

数字信号转换为模拟信号，在模拟信道中传输，例如WiFi，采用补码键控CCK/直接序列扩频DSSS/正交频分复用OFDM等调制方式。

模拟信号转换为另一种模拟信号，在模拟信道中传输，例如，语音数据加载到模拟的载波信号中传输。频分复用FDM技术，充分利用带宽资源。

基本调制方法

• 调幅AM：所调制的信号由两种不同振幅的基本波形构成。每个基本波形只能表示1比特信息量。
• 调频FM：所调制的信号由两种不同频率的基本波形构成。每个基本波形只能表示1比特信息量。
• 调相PM：所调制的信号由两种不同初相位的基本波形构成。每个基本波形只能表示1比特信息量。

但是使用基本调制方法，1个码元只能包含1个比特信息

混合调制

下图中一个绿点是一个码元（在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。）

每个码元对应4个bit原因：由于QAM可以调制出16种波形，每个波形对应1个码元，所以1个码元需要包含4个bit

上图码元所对应的4个比特是错误的，码元不能随便对应4个比特

用格雷码（在一组数的编码中，若任意两个相邻的代码只有一位二进制数不同，则称这种编码为格雷码（Gray Code））的原因是可以降低出错个数，原先最多错四个，用格雷码最多错1个

• 任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。
• 码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，或传输媒体质量越差，在信道的输出端的波形的失真就越严重。

失真的原因：

• 码元传输的速率越高
• 信号传输的距离越远
• 噪声干扰越大
• 传输媒体质量越差

三种基本调制方法，它们属于二元调制，只能产生两种不同的码元，也就是两种不同的基本波形，因此每个码元只能携带1比特的信息量

混合调制，属于多元调制，例如QAM16可以调制出16种不同的码元，因此每个码元可以携带4比特的信息量

奈氏准则和香农公式对比：

练习：

本节内容视频未讲到，是《计算机网络（第7版）谢希仁》物理层的内容

复用 (multiplexing) 是通信技术中的基本概念。

它允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本，提高利用率。

频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing)

• 将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
• 频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。

时分复用TDM (Time Division Multiplexing)

• 时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。
• 每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度）的。
• TDM 信号也称为等时 (isochronous) 信号。
• 时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。

• 时分复用可能会造成线路资源的浪费
  • 使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。

统计时分复用 STDM (Statistic TDM)

波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexing)

码分复用 CDM (Code Division Multiplexing)

• 常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。
• 各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。
• 这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。

链路是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，数据链路则是在链路的基础上增加了一些必要的硬件（如网络适配器）和软件（如协议的实现）

网络中的主机、路由器等都必须实现数据链路层

局域网中的主机、交换机等都必须实现数据链路层

从层次上来看数据的流动

仅从数据链路层观察帧的流动

主机H1 到主机H2 所经过的网络可以是多种不同类型的

注意：不同的链路层可能采用不同的数据链路层协议

数据链路层使用的信道

数据链路层属于计算机网路的低层。数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：

• 点对点信道
• 广播信道

局域网属于数据链路层

局域网虽然是个网络。但我们并不把局域网放在网络层中讨论。这是因为在网络层要讨论的是多个网络互连的问题，是讨论分组怎么从一个网络，通过路由器，转发到另一个网络。

而在同一个局域网中，分组怎么从一台主机传送到另一台主机，但并不经过路由器转发。从整个互联网来看，局域网仍属于数据链路层的范围

数据链路层传送的协议数据单元是帧

封装成帧

• 封装成帧 (framing) 就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。
• 首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。

动图演示：

差错控制

在传输过程中可能会产生比特差错：1 可能会变成 0， 而 0 也可能变成 1。

可靠传输

接收方主机收到有误码的帧后，是不会接受该帧的，会将它丢弃

如果数据链路层向其上层提供的是不可靠服务，那么丢弃就丢弃了，不会再有更多措施

如果数据链路层向其上层提供的是可靠服务，那就还需要其他措施，来确保接收方主机还可以重新收到被丢弃的这个帧的正确副本

以上三个问题都是使用点对点信道的数据链路层来举例的

如果使用广播信道的数据链路层除了包含上面三个问题外，还有一些问题要解决

如图所示，主机A，B，C，D，E通过一根总线进行互连，主机A要给主机C发送数据，代表帧的信号会通过总线传输到总线上的其他各主机，那么主机B，D，E如何知道所收到的帧不是发送给她们的，主机C如何知道发送的帧是发送给自己的

可以用编址（地址）的来解决

将帧的目的地址添加在帧中一起传输

还有数据碰撞问题

当总线上多台主机同时使用总线来传输帧时，传输信号就会产生碰撞，这是采用广播信道的共享式局域网不可避免的。

以太网采用的协调方法是，使用一种特殊的协议CSMA/CD，也就是载波监听多点接入/碰撞检测。

动图演示：

随着技术的发展，交换技术的成熟，

在 有线（局域网）领域，使用点对点链路和链路层交换机的交换式局域网取代了共享式局域网

由于无线信道的广播天性，在无线局域网中仍然使用的是共享信道技术

封装成帧是指数据链路层给上层交付的协议数据单元添加帧头和帧尾使之成为帧

帧头和帧尾中包含有重要的控制信息

发送方的数据链路层将上层交付下来的协议数据单元封装成帧后，还要通过物理层，将构成帧的各比特，转换成电信号交给传输媒体，那么接收方的数据链路层如何从物理层交付的比特流中提取出一个个的帧？

答：需要帧头和帧尾来做帧定界

但并不是每一种数据链路层协议的帧都包含有帧定界标志，例如下面例子

前导码

• 前同步码：作用是使接收方的时钟同步
• 帧开始定界符：表明其后面紧跟着的就是MAC帧

另外以太网还规定了帧间间隔为96比特时间，因此，MAC帧不需要帧结束定界符

透明

指某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。

透明传输是指数据链路层对上层交付的传输数据没有任何限制，好像数据链路层不存在一样

帧界定标志也就是个特定数据值，如果在上层交付的协议数据单元中， 恰好也包含这个特定数值，接收方就不能正确接收

所以数据链路层应该对上层交付的数据有限制，其内容不能包含帧定界符的值

解决透明传输问题

• 解决方法：面向字节的物理链路使用字节填充 (byte stuffing) 或字符填充 (character stuffing)，面向比特的物理链路使用比特填充的方法实现透明传输
• 发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(其十六进制编码是1B)。
• 接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。
• 如果转义字符也出现在数据当中，那么应在转义字符前面插入一个转义字符 ESC。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。

练习：

帧的数据部分长度

FCS：帧检验序列（Frame Check Sequence）

在以太网V2的MAC帧格式的帧尾中，包含了一个长度为4字节的FCS字段。其作用就是让接收方的数据链路层，检查帧在传输过程中是否产生了误码。

例题

例1：

动图步骤分解：

1、构造被除数

2、构造除数

3、做除法

4、检查余数

例2：

总结

循环冗余校验 CRC 是一种检错方法，而帧校验序列 FCS 是添加在数据后面的冗余码

下面是比特差错

其他传输差错

• 分组丢失

路由器输入队列快满了，主动丢弃收到的分组

• 分组失序

数据并未按照发送顺序依次到达接收端

• 分组重复

由于某些原因，有些分组在网络中滞留了，没有及时到达接收端，这可能会造成发送端对该分组的重发，重发的分组到达接收端，但一段时间后，滞留在网络的分组也到达了接收端，这就造成分组重复的传输差错

• 停止-等待协议SW
• 回退N帧协议GBN
• 选择重传协议SR

这三种可靠传输实现机制的基本原理并不仅限于数据链路层，可以应用到计算机网络体系结构的各层协议中

确认与否认

NAK：否认分组（Negative Acknowledgment， 没有应答）

小结：
发送方每发完一个数据分组后，并不能立即将该数据分组从缓存中删除，只有在收到针对该数据分组的确认分组后，才能将其从缓存中删除。

超时重传

确认丢失

一个比特编号，也就是说用0和1即可。

既然数据分组需要编号，确认分组是否需要编号？

要。如下图所示

确认迟到

注意，图中最下面那个数据分组与之前序号为0的那个数据分组不是同一个数据分组

注意事项

假设收发双方之间是一条直通的信道
（图中忽略了接收方对数据分组的处理时延，以及发送方对确认分组的处理时延。）

• TD：是发送方发送数据分组所耗费的发送时延
• RTT：是收发双方之间的往返时间
• TA：是接收方发送确认分组所耗费的发送时延

TA一般都远小于TD，可以忽略，当RTT远大于TD时，信道利用率会非常低

像停止-等待协议这样通过确认和重传机制实现的可靠传输协议，常称为自动请求重传协议ARQ(Automatic Repeat reQuest)，意思是重传的请求是自动进行，因为不需要接收方显式地请求，发送方重传某个发送的分组

练习:

在相同的时间内，使用停止-等待协议的发送方只能发送一个数据分组，而采用流水线传输的发送方，可以发送多个数据分组

回退N帧协议在流水线传输的基础上，利用发送窗口来限制发送方可连续发送数据分组的个数

发送方将序号落在发送窗口内的0~4号数据分组，依次连续发送出去

他们经过互联网传输正确到达接收方，就是没有乱序和误码，接收方按序接收它们，每接收一个，接收窗口就向前滑动一个位置，并给发送方发送针对所接收分组的确认分组，在通过互联网的传输正确到达了发送方

发送方每接收一个、发送窗口就向前滑动一个位置，这样就有新的序号落入发送窗口，发送方可以将收到确认的数据分组从缓存中删除了，而接收方可以择机将已接收的数据分组交付上层处理

动图演示：

累计确认

优点:

• 即使确认分组丢失，发送方也可能不必重传
• 减小接收方的开销
• 减小对网络资源的占用

缺点：

• 不能向发送方及时反映出接收方已经正确接收的数据分组信息

例如

在传输数据分组时，5号数据分组出现误码，接收方通过数据分组中的检错码发现了错误

于是丢弃该分组，而后续到达的这剩下四个分组与接收窗口的序号不匹配

接收同样也不能接收它们，将它们丢弃，并对之前按序接收的最后一个数据分组进行确认，发送ACK4，每丢弃一个数据分组，就发送一个ACK4

当收到重复的ACK4时，就知道之前所发送的数据分组出现了差错，于是可以不等超时计时器超时就立刻开始重传，具体收到几个重复确认就立刻重传，根据具体实现决定

如果收到这4个重复的确认并不会触发发送立刻重传，一段时间后。超时计时器超时，也会将发送窗口内以发送过的这些数据分组全部重传

若WT超过取值范围，例如WT=8，会出现什么情况？

习题

动图演示：

总结

• 回退N帧协议在流水线传输的基础上利用发送窗口来限制发送方连续发送数据分组的数量，是一种连续ARQ协议
• 在协议的工作过程中发送窗口和接收窗口不断向前滑动，因此这类协议又称为滑动窗口协议
• 由于回退N帧协议的特性，当通信线路质量不好时，其信道利用率并不比停止-等待协议高

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例子：

一般情况下接收窗口大小与发送窗口相同。

发送方将序号落在发送窗口内的这4个数据分组依次连续发送出去。它们经过互联网的传输陆续到达接收方，但其中的2号数据分组丢失了。

只要序号落入接收窗口内且无误码的数据分组，接收方都会接收。接收方接收0号和1号数据分组，并发送0号和1号确认分组。接收窗口向前滑动两个位置，这样就有4和5这两个新的序号落入接收窗口。接收方接收3号数据分组，并发送3号确认分组，但接收窗口不能向前滑动，因为3号数据分组是未按序到达的数据分组。

这些确认分组经过互联网的传输陆续到达发送方，发送方每按序收到一个确认分组，发送窗口就向前滑动一个位置。

发送方接收0号和1号确认分组，发送窗口向前滑动两个位置，这样就有4和5这两个