1、1流量控制技術(shù) 第第 4-3 講講網(wǎng)絡(luò)通用技術(shù)網(wǎng)絡(luò)通用技術(shù)2內(nèi)容提要內(nèi)容提要基本概念基本概念3流的概念流的概念流（流（Flow）：網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)源和目的對(duì)之間發(fā)：網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)源和目的對(duì)之間發(fā)送的一系列采用相同路由的分組。送的一系列采用相同路由的分組。流 分 為 無 連 接 的 流 和 有 連 接 的 流 ， 在流 分 為 無 連 接 的 流 和 有 連 接 的 流 ， 在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中，IP提供無連接的數(shù)據(jù)報(bào)投遞服務(wù)，提供無連接的數(shù)據(jù)報(bào)投遞服務(wù)，而在而在TCP則提供有連接的服務(wù)。則提供有連接的服務(wù)。4流量控制的概念流量控制的概念流量流量(Flow)：是指網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文流量或分組流是指網(wǎng)絡(luò)中

2、的報(bào)文流量或分組流量，也就是我們常說的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的通信量量，也就是我們常說的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的通信量(Traffic)。 流量控制的含義流量控制的含義（兩種觀點(diǎn)）：（兩種觀點(diǎn)）：觀點(diǎn)觀點(diǎn)A：流量控制應(yīng)包括通信量控制、擁塞控流量控制應(yīng)包括通信量控制、擁塞控制、路由控制和延遲控制這幾部分內(nèi)容。制、路由控制和延遲控制這幾部分內(nèi)容。觀點(diǎn)觀點(diǎn)B：將流量控制局限為收發(fā)端的流量管理將流量控制局限為收發(fā)端的流量管理問題，即收端控制發(fā)端的發(fā)送數(shù)據(jù)速率，以便使問題，即收端控制發(fā)端的發(fā)送數(shù)據(jù)速率，以便使收端來得及接收。收端來得及接收。5流量控制的概念（續(xù)）流量控制的概念（續(xù)）為什么需要流量控制？為什么需要流量控制？v

3、直觀上看：使收端來得及接收，并且使網(wǎng)絡(luò)直觀上看：使收端來得及接收，并且使網(wǎng)絡(luò)不致過載；不致過載； 1.1. 根本原因：由于無法預(yù)測(cè)并行執(zhí)行的兩個(gè)進(jìn)根本原因：由于無法預(yù)測(cè)并行執(zhí)行的兩個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行狀況和處理速度，這就要求采取一程的運(yùn)行狀況和處理速度，這就要求采取一定的措施來保證發(fā)送方和接收方之間傳輸速定的措施來保證發(fā)送方和接收方之間傳輸速率的匹配和同步。率的匹配和同步。6流量控制技術(shù)流量控制技術(shù)1 理想的數(shù)據(jù)傳輸理想的數(shù)據(jù)傳輸7理想的數(shù)據(jù)傳輸理想的數(shù)據(jù)傳輸 環(huán)境假定：環(huán)境假定： 鏈路是理想的傳輸信道，所傳送的任何數(shù)據(jù)不鏈路是理想的傳輸信道，所傳送的任何數(shù)據(jù)不會(huì)出錯(cuò)也不會(huì)丟失；會(huì)出錯(cuò)也不會(huì)丟失； 不

4、管發(fā)方以多快的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，收方總是來不管發(fā)方以多快的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，收方總是來得及收下，并及時(shí)上交主機(jī)；得及收下，并及時(shí)上交主機(jī)； 數(shù)據(jù)僅在一個(gè)方向傳輸（單工）；數(shù)據(jù)僅在一個(gè)方向傳輸（單工）；1. 處理時(shí)間忽略不計(jì)。處理時(shí)間忽略不計(jì)。8理想的數(shù)據(jù)傳輸理想的數(shù)據(jù)傳輸 ABDATADATADATADATA送主機(jī)送主機(jī) B送主機(jī)送主機(jī) B送主機(jī)送主機(jī) B送主機(jī)送主機(jī) B時(shí)時(shí)間間9流量控制技術(shù)流量控制技術(shù)1 理想的數(shù)據(jù)傳輸理想的數(shù)據(jù)傳輸2 簡(jiǎn)單流量控制協(xié)議簡(jiǎn)單流量控制協(xié)議10簡(jiǎn)單流量控制協(xié)議簡(jiǎn)單流量控制協(xié)議 v環(huán)境假定：環(huán)境假定：與理想的數(shù)據(jù)傳輸情況相比，將環(huán)境假定的第與理想的數(shù)據(jù)傳輸情況相比，將環(huán)境

5、假定的第2條更條更改為：沒有無限緩存，收方不能無限速接收數(shù)據(jù)。改為：沒有無限緩存，收方不能無限速接收數(shù)據(jù)。v要解決的問題：要解決的問題：怎樣防止發(fā)方的數(shù)據(jù)速率過快而淹沒收方？怎樣防止發(fā)方的數(shù)據(jù)速率過快而淹沒收方？v采用的協(xié)議：采用的協(xié)議： 應(yīng)答機(jī)制，即收到數(shù)據(jù)發(fā)送應(yīng)答，收到應(yīng)答后再發(fā)應(yīng)答機(jī)制，即收到數(shù)據(jù)發(fā)送應(yīng)答，收到應(yīng)答后再發(fā)送數(shù)據(jù)。由收方控制數(shù)據(jù)流量。送數(shù)據(jù)。由收方控制數(shù)據(jù)流量。11簡(jiǎn)單流量控制協(xié)議簡(jiǎn)單流量控制協(xié)議ABDATADATA送主機(jī)送主機(jī) B送主機(jī)送主機(jī) B時(shí)時(shí)間間12流量控制技術(shù)流量控制技術(shù)1 理想的數(shù)據(jù)傳輸理想的數(shù)據(jù)傳輸2 簡(jiǎn)單流量控制協(xié)議簡(jiǎn)單流量控制協(xié)議3 X-on/X-off

6、協(xié)議協(xié)議13X-on/X-off 協(xié)議協(xié)議工作原理：工作原理：1、發(fā)方連續(xù)發(fā)報(bào)文，直到收到收方的暫停發(fā)送報(bào)發(fā)方連續(xù)發(fā)報(bào)文，直到收到收方的暫停發(fā)送報(bào)文文(X-off)才停止；發(fā)方重新開始發(fā)送的條件是才停止；發(fā)方重新開始發(fā)送的條件是收到收方的恢復(fù)發(fā)送報(bào)文收到收方的恢復(fù)發(fā)送報(bào)文(X-on)。2、收方設(shè)一計(jì)數(shù)器（收方設(shè)一計(jì)數(shù)器（counter）：每收到一個(gè)報(bào)）：每收到一個(gè)報(bào)文將文將counter加加1，當(dāng)，當(dāng)counter大于門限值時(shí)向發(fā)大于門限值時(shí)向發(fā)方發(fā)送方發(fā)送X-off；收方每處理完一個(gè)報(bào)文將；收方每處理完一個(gè)報(bào)文將counter減減1，當(dāng)，當(dāng)counter的值小于門限值時(shí)向發(fā)的值小于門限值時(shí)向

7、發(fā)方發(fā)送方發(fā)送X-on。 14流量控制技術(shù)流量控制技術(shù)1 理想的數(shù)據(jù)傳輸理想的數(shù)據(jù)傳輸2 簡(jiǎn)單流量控制協(xié)議簡(jiǎn)單流量控制協(xié)議3 X-on/X-off協(xié)議協(xié)議4 停止等待協(xié)議停止等待協(xié)議15停止等待（停止等待（Stop and Wait ）協(xié)議）協(xié)議v 環(huán)境假定：環(huán)境假定：與簡(jiǎn)單流量控制協(xié)議相比，將第與簡(jiǎn)單流量控制協(xié)議相比，將第1條假定更改條假定更改為：鏈路不是理想的傳輸信道，所傳送的任何為：鏈路不是理想的傳輸信道，所傳送的任何數(shù)據(jù)可能會(huì)出錯(cuò)或丟失。數(shù)據(jù)可能會(huì)出錯(cuò)或丟失。v 問題：?jiǎn)栴}：怎樣防止發(fā)方速率過快而淹沒收方；怎樣防止發(fā)方速率過快而淹沒收方；1. 如何防止數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)、丟失以及應(yīng)答幀丟失導(dǎo)致

8、如何防止數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)、丟失以及應(yīng)答幀丟失導(dǎo)致的死鎖。的死鎖。 16數(shù)據(jù)幀在鏈路上傳輸?shù)膸追N情況數(shù)據(jù)幀在鏈路上傳輸?shù)膸追N情況時(shí)時(shí)間間ABDATA0送送主主機(jī)機(jī)ACKDATA1送送主主機(jī)機(jī)ACK(a) 正常情況正常情況ABDATA0NAKDATA0送送主主機(jī)機(jī)ACK(b) 數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)ABDATA0DATA0送送主主機(jī)機(jī)ACK(c) 數(shù)據(jù)幀丟失數(shù)據(jù)幀丟失ABDATA0送送主主機(jī)機(jī)ACKDATA0不不送送主主機(jī)機(jī)ACK(d) 應(yīng)答幀丟失應(yīng)答幀丟失重重發(fā)發(fā)重重發(fā)發(fā)tout重重發(fā)發(fā)tout出錯(cuò)出錯(cuò)丟丟失失 ！丟丟失失 ！17停止等待協(xié)議（續(xù)）停止等待協(xié)議（續(xù)）解決要點(diǎn)：解決要點(diǎn)：v等待應(yīng)答：確認(rèn)幀

9、（等待應(yīng)答：確認(rèn)幀（ACK）或否認(rèn)幀（）或否認(rèn)幀（NAK）；）；v數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)的處理：差錯(cuò)檢測(cè)；數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)的處理：差錯(cuò)檢測(cè)；v應(yīng)答幀或數(shù)據(jù)幀丟失的處理：計(jì)時(shí)器和超時(shí)重發(fā)；應(yīng)答幀或數(shù)據(jù)幀丟失的處理：計(jì)時(shí)器和超時(shí)重發(fā)；1.重復(fù)幀：序號(hào)檢測(cè)。重復(fù)幀：序號(hào)檢測(cè)。 重傳時(shí)間（重傳時(shí)間（tout）的設(shè)定：）的設(shè)定：不能過快，也不能過慢，一般設(shè)置為略大于從不能過快，也不能過慢，一般設(shè)置為略大于從發(fā)完數(shù)據(jù)幀到收到確認(rèn)幀所需的平均時(shí)間。發(fā)完數(shù)據(jù)幀到收到確認(rèn)幀所需的平均時(shí)間。18流量控制技術(shù)流量控制技術(shù)1 理想的數(shù)據(jù)傳輸理想的數(shù)據(jù)傳輸2 簡(jiǎn)單流量控制協(xié)議簡(jiǎn)單流量控制協(xié)議3 X-on/X-off協(xié)議協(xié)議4 停止等待協(xié)

10、議停止等待協(xié)議5 滑動(dòng)窗口協(xié)議滑動(dòng)窗口協(xié)議19為何引入滑動(dòng)窗口（為何引入滑動(dòng)窗口（Sliding Window）v 能夠防止發(fā)送方速率過快而淹沒接收方；能夠防止發(fā)送方速率過快而淹沒接收方；v 能夠容忍信道傳輸質(zhì)量不好引起的幀丟失和能夠容忍信道傳輸質(zhì)量不好引起的幀丟失和出錯(cuò)；出錯(cuò)；v 能夠保證幀按序交付，序號(hào)可重用；能夠保證幀按序交付，序號(hào)可重用；v 通過設(shè)置合適的窗口大小，限制連續(xù)發(fā)送的通過設(shè)置合適的窗口大小，限制連續(xù)發(fā)送的幀數(shù)、提高傳輸效率。幀數(shù)、提高傳輸效率。20滑動(dòng)窗口的原理滑動(dòng)窗口的原理v 在任何時(shí)刻，發(fā)方維持一張?jiān)谌魏螘r(shí)刻，發(fā)方維持一張按序按序的序列編號(hào)的序列編號(hào)表，表中各項(xiàng)對(duì)應(yīng)允許

11、發(fā)送的幀。可以說這表，表中各項(xiàng)對(duì)應(yīng)允許發(fā)送的幀。可以說這些幀落在些幀落在發(fā)送窗口發(fā)送窗口WT之內(nèi)；之內(nèi)；v 收方也維持一個(gè)收方也維持一個(gè)接收窗口接收窗口WR，只有序號(hào)落在，只有序號(hào)落在接收窗口接收窗口WR內(nèi)的幀才允許接收；內(nèi)的幀才允許接收； v 只有接收窗口向前移動(dòng)時(shí)，發(fā)送窗口才可能只有接收窗口向前移動(dòng)時(shí)，發(fā)送窗口才可能向前移動(dòng)；向前移動(dòng)；v 發(fā)送窗口為發(fā)送窗口為 N 時(shí)，發(fā)送方必須要有時(shí)，發(fā)送方必須要有 N 個(gè)緩存，個(gè)緩存，收到應(yīng)答才能釋放占用的緩存。收到應(yīng)答才能釋放占用的緩存。21發(fā)送窗口控制發(fā)送方的發(fā)送速率發(fā)送窗口控制發(fā)送方的發(fā)送速率01234567012發(fā)送窗口發(fā)送窗口WT不允許發(fā)送這

12、些幀不允許發(fā)送這些幀允許發(fā)送允許發(fā)送 5 個(gè)幀個(gè)幀01234567012不允許發(fā)送這些幀不允許發(fā)送這些幀還允許發(fā)送還允許發(fā)送 4 個(gè)幀個(gè)幀WT已發(fā)送已發(fā)送(a) 允許發(fā)送允許發(fā)送 0 4 號(hào)共號(hào)共 5 個(gè)幀個(gè)幀(b) 允許發(fā)送允許發(fā)送 1 4 號(hào)共號(hào)共 4 個(gè)幀個(gè)幀發(fā)送窗口內(nèi)的幀是允許發(fā)送的幀，而不考慮發(fā)送窗口內(nèi)的幀是允許發(fā)送的幀，而不考慮是否收到確認(rèn)。發(fā)送窗口右側(cè)的幀是不允許是否收到確認(rèn)。發(fā)送窗口右側(cè)的幀是不允許發(fā)送的幀。發(fā)送的幀。 每發(fā)送完一個(gè)幀，允許發(fā)送的幀數(shù)就減每發(fā)送完一個(gè)幀，允許發(fā)送的幀數(shù)就減1。但發(fā)送窗口的位置不變。但發(fā)送窗口的位置不變。22發(fā)送窗口控制發(fā)送方的發(fā)送速率發(fā)送窗口控制

13、發(fā)送方的發(fā)送速率(續(xù)續(xù))(c) 不允許發(fā)送任何幀（不允許發(fā)送任何幀（進(jìn)入等待狀態(tài)進(jìn)入等待狀態(tài)）(d) 允許發(fā)送允許發(fā)送 5 7 號(hào)共號(hào)共 3 個(gè)幀個(gè)幀01234567012不允許發(fā)送這些幀不允許發(fā)送這些幀WT已發(fā)送已發(fā)送01234567012不允許發(fā)送這些幀不允許發(fā)送這些幀還允許發(fā)送還允許發(fā)送 3 個(gè)幀個(gè)幀已發(fā)送已發(fā)送 已發(fā)送已發(fā)送并已收到確認(rèn)并已收到確認(rèn)如果允許發(fā)送的如果允許發(fā)送的5個(gè)幀都發(fā)送完了，但還沒個(gè)幀都發(fā)送完了，但還沒有收到任何確認(rèn)，那么不能再發(fā)送任何幀。有收到任何確認(rèn)，那么不能再發(fā)送任何幀。 每收到對(duì)一個(gè)幀的確認(rèn)，發(fā)送每收到對(duì)一個(gè)幀的確認(rèn)，發(fā)送窗口就向前（即向右方）滑動(dòng)窗口就向前（

14、即向右方）滑動(dòng)一個(gè)幀的位置一個(gè)幀的位置 WT23接收窗口接收窗口WR的含義的含義不允許接收這些幀不允許接收這些幀01234567012WR準(zhǔn)備接收準(zhǔn)備接收 0 號(hào)幀號(hào)幀不允許接收這些幀不允許接收這些幀01234567012WR準(zhǔn)備接收準(zhǔn)備接收 1 號(hào)幀號(hào)幀不允許接收這些幀不允許接收這些幀01234567012WR準(zhǔn)備接收準(zhǔn)備接收 4 號(hào)幀號(hào)幀已收到已收到已收到已收到(a) 準(zhǔn)備接收準(zhǔn)備接收 0 號(hào)幀號(hào)幀(b) 準(zhǔn)備接收準(zhǔn)備接收 1 號(hào)幀號(hào)幀(c) 準(zhǔn)備接收準(zhǔn)備接收 4 號(hào)幀號(hào)幀只有當(dāng)收到幀的序號(hào)與接收窗口一致時(shí)才能接收該幀。只有當(dāng)收到幀的序號(hào)與接收窗口一致時(shí)才能接收該幀。 每收到一個(gè)序號(hào)正確的

15、幀，接每收到一個(gè)序號(hào)正確的幀，接收窗口就向前（即向右方）滑收窗口就向前（即向右方）滑動(dòng)一個(gè)幀的位置。同時(shí)向發(fā)送動(dòng)一個(gè)幀的位置。同時(shí)向發(fā)送端發(fā)送對(duì)該幀的確認(rèn)。端發(fā)送對(duì)該幀的確認(rèn)。 24發(fā)送窗口和接收窗口大小的限制發(fā)送窗口和接收窗口大小的限制v 假定：假定：用用 n 個(gè)比特編號(hào)，個(gè)比特編號(hào)，WR=1v 限制：限制： WT + WR = 2n WT 1 且且 WR=129設(shè)置超時(shí)計(jì)時(shí)器設(shè)置超時(shí)計(jì)時(shí)器DATA0DATA1DATA2DATA3DATA4DATA5重傳 DATA2重傳 DATA3ACK0ACK1ACK0 確認(rèn) DATA0ACK1 確認(rèn) DATA1DATA2 出錯(cuò)，丟棄DATA3 不按序，丟

16、棄DATA4 不按序，丟棄DATA5 不按序，丟棄ACK2ACK2 確認(rèn) DATA2ACK3 確認(rèn) DATA3ACK3重傳 DATA5重傳 DATA4設(shè)置超時(shí)計(jì)時(shí)器AB清零tout送交主機(jī)送交主機(jī)?30連續(xù)連續(xù)ARQ協(xié)議：優(yōu)劣分析協(xié)議：優(yōu)劣分析v 連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，減少等待時(shí)間而提高效率，連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，減少等待時(shí)間而提高效率，但重傳已正確傳送過的數(shù)據(jù)幀又會(huì)降低效率；但重傳已正確傳送過的數(shù)據(jù)幀又會(huì)降低效率；v 若傳輸信道的傳輸質(zhì)量很差而誤碼率較大時(shí)若傳輸信道的傳輸質(zhì)量很差而誤碼率較大時(shí)（導(dǎo)致更多的重傳導(dǎo)致更多的重傳），連續(xù)），連續(xù)ARQ協(xié)議不一定協(xié)議不一定優(yōu)于停止等待協(xié)議；優(yōu)于停止等待協(xié)議；v

17、對(duì)于傳播時(shí)延很大的信道，停止等待協(xié)議很對(duì)于傳播時(shí)延很大的信道，停止等待協(xié)議很不實(shí)用，應(yīng)當(dāng)采用連續(xù)不實(shí)用，應(yīng)當(dāng)采用連續(xù)ARQ協(xié)議。協(xié)議。31滑動(dòng)窗口協(xié)議分類滑動(dòng)窗口協(xié)議分類三、選擇重傳三、選擇重傳ARQ協(xié)議協(xié)議32選擇重傳選擇重傳ARQ協(xié)議協(xié)議v選擇重傳選擇重傳ARQ的原理：的原理：發(fā)方：發(fā)方：只重傳出現(xiàn)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀或者是計(jì)時(shí)器超時(shí)只重傳出現(xiàn)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀或者是計(jì)時(shí)器超時(shí)的數(shù)據(jù)幀；的數(shù)據(jù)幀；收方：收方：可以不按序接收，等到所缺序號(hào)的數(shù)據(jù)幀收可以不按序接收，等到所缺序號(hào)的數(shù)據(jù)幀收到后再一并送交主機(jī)。到后再一并送交主機(jī)。v窗口大小限制：窗口大小限制：WT 1且且 1 WR = 2n/2 v效率提高，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，需要更多緩存。效率提高，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，需要更多緩存。33選擇重傳選擇重傳ARQ協(xié)議：例子協(xié)議：例子重傳重傳Atout送主機(jī)送主機(jī)丟棄丟棄時(shí)間時(shí)間01234562345ACK6ACK0ACK1DATAB丟失tf緩存下來緩存下來將將2至至6幀送主機(jī)幀送主機(jī)ACK1ACK1ACK1ACK17ACK634作業(yè)與思考題作業(yè)與思考題Question 1：In st