网络--严伟笔记

物理层

数据链路层

重要的内容有三部分：1 组帧，2 容错，3 流量控制。

海明码

是一种可以纠正一位差错的编码。它是利用在信息位为k位，增加r位冗余位，构成一个n=k+r位的码字，然后用r个监督关系式产生的r个校正因子来区分无错和在码字中的n个不同位置的一位错。它必需满足以下关系式：

2^r>=n+1  或  2^r>=k+r+1
已知：信息码为：" 1 1 0 0 1 1 0 0 " (k=8)，求：海明码码字。
解：1)把冗余码A、B、C、…，顺序插入信息码中，得海明码
码字:" A B 1 C 1 0 0 D 1 1  0  0 "
码位: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12  
其中A,B,C,D分别插于2k位(k=0,1,2,3)。码位分别为1,2,4,8。
2)冗余码A,B,C,D的线性码位是：(相当于监督关系式)
A->1,3,5,7,9,11；
B->2,3,6,7,10,11；
C->4,5,6,7,12；(注 5=4+1；6=4+2；7=4+2+1；12=8+4)
D->8,9,10,11,12。
3)把线性码位的值的偶校验作为冗余码的值(设冗余码初值为0)：
A=∑(0,1,1,0,1,0)=1
B=∑(0,1,0,0,1,0)=0
C=∑(0,1,0,0,0) =1
D=∑(0,1,1,0,0) =0
4)海明码为:"1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0"

2)海明码的接收。

例4.已知：接收的码字为："1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0"(k=8)，求：发送端的信息码。
解：1)设错误累加器(err)初值=0
2)求出冗余码的偶校验和，并按码位累加到err中：
A=∑(1,0,1,0,1,0)=1 err=err+20=1
B=∑(0,0,0,0,1,0)=1 err=err+21=3
C=∑(1,1,0,0,0) =0 err=err+0 =3
D=∑(0,1,1,0,0) =0 err=err+0 =3
由err≠0可知接收码字有错，
3)码字的错误位置就是错误累加器(err)的值3。
4)纠错--对码字的第3位值取反得正确码字：
"1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0"

5)把位于2k位的冗余码删除得信息码："1 1 0 0 1 1 0 0"   

CRC

例如：信息字段代码为: 1011001；对应m(x)=x6+x4+x3+1
假设生成多项式为：g(x)=x4+x3+1；则对应g(x)的代码为: 11001
x4m(x)=x10+x8+x7+x4 对应的代码记为：10110010000；
采用模2除法则: 得余数为: 1010(即校验字段为：1010）
发送方：发出的传输字段为: 1 0 1 1 0 0 1 1010

滑动窗口
若从滑动窗口的观点来统一看待1比特滑动窗口、后退n及选择重传三种协议，它们的差别仅在于各自窗口尺寸的大小不同而已。1比特滑动窗口协议：发送窗口=1，接收窗口=1；后退n协议：发送窗口>1，接收窗口=1；选择重传协议：发送窗口>1，接收窗口>1。

滑动窗口机制

(2).1比特滑动窗口协议

    当发送窗口和接收窗口的大小固定为1时，滑动窗口协议退化为停等协议（stop－and－wait）。该协议规定发送方每发送一帧后就要停下来，等待接收方已正确接收的确认（acknowledgement）返回后才能继续发送下一帧。由于接收方需要判断接收到的帧是新发的帧还是重新发送的帧，因此发送方要为每一个帧加一个序号。由于停等协议规定只有一帧完全发送成功后才能发送新的帧，因而只用一比特来编号就够了。其发送方和接收方运行的流程图如图所示。

(3).后退n协议

    由于停等协议要为每一个帧进行确认后才继续发送下一帧，大大降低了信道利用率，因此又提出了后退n协议。后退n协议中，发送方在发完一个数据帧后，不停下来等待应答帧，而是连续发送若干个数据帧，即使在连续发送过程中收到了接收方发来的应答帧，也可以继续发送。且发送方在每发送完一个数据帧时都要设置超时定时器。只要在所设置的超时时间内仍收到确认帧，就要重发相应的数据帧。如：当发送方发送了N个帧后，若发现该N帧的前一个帧在计时器超时后仍未返回其确认信息，则该帧被判为出错或丢失，此时发送方就不得不重新发送出错帧及其后的N帧。

   从这里不难看出，后退n协议一方面因连续发送数据帧而提高了效率，但另一方面，在重传时又必须把原来已正确传送过的数据帧进行重传（仅因这些数据帧之前有一个数据帧出了错），这种做法又使传送效率降低。由此可见，若传输信道的传输质量很差因而误码率较大时，连续测协议不一定优于停止等待协议。此协议中的发送窗口的大小为k，接收窗口仍是1。

由于停止等待协议效率太低，因此有了回退n-步协议，这也是滑动窗口协议真正的用处，这里发送的窗口大小为n，接受方的窗口仍然为1。具体看下面的图，这里假设n=9： 首先发送方一口气发送9个数据帧，前面两个帧正确返回了，数据帧2出现了错误，这时发送方被迫重新发送2-8这7个帧，接受方也必须丢弃之前接受的3-8这几个帧。 后退n协议的好处无疑是提高了效率，但是一旦网络情况糟糕，则会导致大量数据重发，反而不如上面的停等协议。

(4).选择重传协议

    在后退n协议中，接收方若发现错误帧就不再接收后续的帧，即使是正确到达的帧，这显然是一种浪费。另一种效率更高的策略是当接收方发现某帧出错后，其后继续送来的正确的帧虽然不能立即递交给接收方的高层，但接收方仍可收下来，存放在一个缓冲区中，同时要求发送方重新传送出错的那一帧。一旦收到重新传来的帧后，就可以原已存于缓冲区中的其余帧一并按正确的顺序递交高层。这种方法称为选择重发(SELECTICE REPEAT)，其工作过程如图所示。显然，选择重发减少了浪费，但要求接收方有足够大的缓冲区空间。

假设n取3,2的三次方为8,序号空间即0~7S:sender  R:receiverS 发送了0,1,2,3,4,5,6 号帧  R 接受上述帧并且捎带发送 ACK of 6,但是丢失了S的0号帧首先超时，S 重发发送0号帧R收到0号帧，但是因为之前它已经接受0~6,发送了ACK of 6，它会认为0号帧是一个新的帧，而在0号帧之前的一个7号帧丢失。因为是选择重传协议，R会接受0号帧( the old)作为新帧(暂时放在缓存区)，并通过发送NAK of 7通知S重发7号帧。S 发送7号帧R接受了7和0号帧，并且发送ACK of 0这就出现了问题：1、R接受错误的0号帧作为新的帧 2、S在发送完7号帧之后收到了ACK of 0，而不是ACK of 7，此时对于S而言，它的0号帧早已在ACK of 6中确认。.出现这个问题的主要原因是我们不能区别新旧帧，现在我们将序号空间一分为二，首先发送0~3，继续走上面的步骤。走到步骤4.的时候R不会接受0作为新帧，因为R知道新的帧是4而不是0。这样就避免了上面的问题。仅仅避免这个问题其实怎么分是都是可以的，我们可以将序号空间三等分，四等分。。。，但是为了尽可能利用资源，均分为两个部分最佳。

网络层

TCP的特点之一是提供体积可变的滑动窗口机制，支持端到端的流量控制。TCP的窗口以字节为单位进行调整，以适应接收方的处理能力。处理过程如下：
TCP连接阶段，双方协商窗口尺寸，同时接收方预留数据缓存区；
发送方根据协商的结果，发送符合窗口尺寸的数据字节流，并等待对方的确认；
发送方根据确认信息，改变窗口的尺寸，增加或者减少发送未得到确认的字节流中的字节数。调整过程包括：如果出现发送拥塞，发送窗口缩小为原来的一半，同时将超时重传的时间间隔扩大一倍。
滑动窗口机制为端到端设备间的数据传输提供了可靠的流量控制机制。然而，它只能在源端设备和目的端设备起作用，当网络中间设备（例如路由器等）发生拥塞时，滑动窗口机制将不起作用。