X.25中端到端的差错和流量控制制和差错控制相关的技术是


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本篇主要讲解 ISO七层协议的模型架構、各层的解析及其协议虽然OSI参考模型在实际中的应用意义并不是很大,但是它对于理解网络协议内部的运作很有帮助为我们学习网絡协议提供了一个很好的参考。

ISO : 国际标准化组织

OSI : 开放式系统互联

国际标准组织(国际标准化组织)制定了OSI(Open System Interconnection)模型这个模型把网络通信嘚工作分为7层,分别是物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层和应用层。

??虽然OSI参考模型在实际中的应用意义并不是很大但是它對于理解网络协议内部的运作很有帮助。
??主要分为以下七层(从下至上):物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层

  • 物理层规定:为传输数据所需要的物理链路创建、维持、拆除,而提供具有机械的电子的,功能的和规范的特性简单的说,物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输

    简单理解:数据,以二进制的形式在物理媒体上传输

  • 主要有两个功能 :帧编码和误差纠正控制。帧编码意味着定义一个包含信息频率、位同步、源地址、目标地址以及其他控制信息的数据包其中MAC地址负责局域网通信。

    簡单理解:对接物理层和网路层的数据线实现比特与帧的转换。MAC地址访问媒介

    单位:帧(frame)

  • 在计算机网络中进行通信的两个计算机之間可能会经过很多个数据链路,也可能还要经过很多通信子网网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点, 确保数据及时传送

    數据包:包中封装有网络层包头,其中含有逻辑地址信息- -源站点和目的站点地址的网络地址

    简单理解:提供逻辑地址(IP), 路由选择將数据链路层提供的帧组成数据包。

    单位:数据包(packet)

  • 传输层是第一个端到端即主机到主机的层次。传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输此外,传输层还要处理端到端的差错控制和端到端的差错和流量控制制问题

    简单理解:提供端到端嘚服务。可以实现端到端的差错和流量控制制、负载均衡选择端口号。

  • 这一层管理主机之间的会话进程即负责建立、管理、终止进程の间的会话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的使通信会话在通信失效时从校验点继续恢复通信。

    在会话层及以上的高层次中数据传送的单位不洅另外命名,统称为报文

    简单理解:身份验证、会话管理和确定通讯方式。

  • 这一层主要解决用户信息的语法表示问题它将欲交换的数據从适合于某一用户的抽象语法,转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩 加密和解密等工作都由表示层负责。

    简单理解:数据表现形式数据和信息的变换确保其他主机的理解。

  • 最靠近用户操作系统或网络应鼡程序提供访问网络服务的接口。

各层相关协议数据传输单位


??以上通过图表、文字向大家阐述了七层模型每一层的具体功能及其相關协议,但知道了这些还不够实际开发中还有其他相关的协议需要了解。

是为了在不可靠的互联网络上提供可靠的端到端字节流而专门設计的一个传输协议

UDP:用户数据报协议

User Datagram Protocol,是一个简单的面向无连接的不可靠的数据报的传输层协议。

可靠的使用端到端的差错和流量控制制和拥塞控制 不可靠的,不使用端到端的差错和流量控制制和拥塞控制
首部最小20字节最大60字节
支持一对一,一对多多对一和多對多交互通信
适用于要求可靠传输的应用,例如文件传输 适用于实时应用(IP电话、视频会议、直播等)

??在实际的使用中TCP主要应用于攵件传输精确性相对要求较高且不是很紧急的情景,比如电子邮件、远程登录等有时在这些应用场景下即使丢失一两个字节也会造成不鈳挽回的错误,所以这些场景中一般都使用TCP传输协议由于UDP可以提高传输效率,所以UDP被广泛应用于数据量大且精确性要求不高的数据传输比如我们平常在网站上观看视频或者听音乐的时候应用的基本上都是UDP传输协议。

通道的建立 - 三次握手

  1. 在建立通道时客户端首先要向服務端发送一个SYN同步信号。
  2. 服务端在接收到这个信号之后会向客户端发出SYN同步信号和ACK确认信号
  3. 当服务端的ACK和SYN到达客户端后,客户端与服务端之间的这个“通道”就会被建立起来

通道的关闭 - 四次挥手

  1. 在数据传输完毕之后,客户端会向服务端发出一个FIN终止信号
  2. 服务端在收到這个信号之后会向客户端发出一个ACK确认信号。
  3. 如果服务端此后也没有数据发给客户端时服务端会向客户端发送一个FIN终止信号
  4. 客户端在收箌这个信号之后会回复一个确认信号,在服务端接收到这个信号之后服务端与客户端的通道也就关闭了。

网际互连协议(Internet Protocol)是TCP/IP体系中嘚网络层协议。设计IP的目的是提高网络的可扩展性:一是解决互联网问题实现大规模、异构网络的互联互通;二是分割顶层网络应用和底层网络技术之间的耦合关系,以利于两者的独立发展根据端到端的设计原则,IP只为主机提供一种无连接、不可靠的、尽力而为的数据報传输服务

简单邮件传输协议(Simple Mail Transfer Protocol),是一种提供可靠且有效的电子邮件传输的协议SMTP是建立在FTP文件传输服务上的一种邮件服务,主要用於系统之间的邮件信息传递并提供有关来信的通知。

用于从源地址到目的地址传送邮件的规则并且控制信件的中转方式。SMTP协议属于TCP/IP协議族它帮助每台计算机在发送或中转信件时找到下一个目的地。

域名系统协议(Domain Name System)是一种分布式网络目录服务,主要用于域名与 IP 地址嘚相互转换以及控制因特网的电子邮件的发送。

是因特网的一项核心服务它作为可以将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库,能夠使人更方便的访问互联网而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串。

文件传输协议(File Transfer Protocol)是用于在网络上进行文件传输的一套标准协議,它工作在 OSI 模型的第七层 TCP 模型的第四层, 即应用层 使用 TCP 传输而不是 UDP, 客户在和服务器建立连接前要经过一个“三次握手”的过程 保证客户与服务器之间的连接是可靠的, 而且是面向连接 为数据传输提供可靠保证。

Protocol)是互联网上应用最为广泛的一种网络协议。所囿的WWW文件都必须遵守这个标准它可以使浏览器更加高效,使网络传输减少它不仅保证计算机正确快速地传输超文本文档,还确定传输攵档中的哪一部分以及哪部分内容首先显示(如文本先于图形)等。HTTP是一个应用层协议由请求和响应构成,是一个标准的客户端服务器模型是一个无状态的协议。

  端到端的差错和流量控制制是一種协调发送站和接收站工作步调的技术其目的是避免发送速度过快,使得接收站来不及处理而丢失数据通常接收站维持一定大小的接收缓冲区,当接收到的数据进入缓冲区后接收器要进行简单的处理,然后才能清除缓冲区再开始接收下一批数据。如果发送得过快緩冲区就会溢出,从而引起数据的丢失流控机制可以避免这种情况的发生。

    首先讨论没有传输错误的流控技术即传输过程中不会丢失幀,接收到的帧都正确的

无须重传,并且所有发出的帧都能按顺序到达接收端

最简单的流控协议是停等协议。它的工作原理是:发送站發出一帧然后等待应答信号到达后再发送下一帧:接收站每收到一帧后送回一个应答信号(ACK),表示愿意接收下一帧

如果接收站不送回应答,则发送站必须等待这样,在源和目标之间的数据流动是由接收站控制的

假设在半双工的点对点链路上,站S1向站S2发送数据帧S1每发出┅个帧就等待S2送回应答信号。根据图3-13所示发送一帧的时间

其中,tp为传播延迟tf为发送一帧的时间(称为一帧时).

    这是在停等协议下线路的最高利用率,也可以认为是停等协议的效率.事实上数据帧中还包含一些控制信息,例如地址信息及校验和等再加上已忽略了的某些时间開销,因而实际的线路利用率更低

    为了更深入理解式(3.2)的含义,对a进行一些分析由于a是线路传播延迟和一个帧时

的比,故在线路长度和幀长固定的情况下a是个常数又由于线路传播延迟是线路长度d和信号传播速度v的比值,而一帧时是帧长L和数据速率R的比因而有

(3.3)的分子Rd/v嘚单位为位,其物理意义是线路上能容纳的最大位数即线路的位长度,它是由线路的物理特性决定的因而,a可理解为线路位长和帧长嘚比或者说线路的帧计数长度.

考虑下面的例子.通常卫星信道的传播延迟是270ms,假设数据速率是64Kbps帧长是4000位。因而对于卫星链路可得

    可见卫煋链路的利用率仅为1/10左右大量的时间用在等待应答信号上了。

2160在应用停等协议的情况下,链路的利用率可能只有0.00020

km传播速度v--200m/5s。设数据速率R=lOMbps帧长L=500位,则a的取值范围为10-5^-1.如果取a=0.l则链路利用率为0.83;如果取a=0.01,则链路利用率为0.98可见,在局域网上利用简单的停等协议时效率要高得哆

滑动窗口协议的主要思想是允许连续发送多个帧而无须等待应答。如图3-14所示假设站S1S2通过全双工链路连接,S2维持能容纳6个帧的缓冲區(W=6).这样S1就可以连续发送6个帧而不必等待应答信号(W=6)。为了使S:能够表示哪些帧已被成功地接收每个帧都给予一个顺序编号.如果帧编号芓段为k位,则帧以2k为模连续编号S1发出一个应答信号ACKi,并把窗口滑动到i~W-i+l的位置表明i之前的帧已正确接收,期望接收后续的w个帧随着数據传送过程的进展窗口向前滑动,因而取名滑动窗口协议

现在考查窗口大小(w)对协议效率的影响.按照图3-14,假设S1S2发出0号帧,S2收到0号帧后返回應答帧ACK1并把窗口滑动到图中虚线的位置。根据前面的分析从0号帧开始发送到ACK1到达s1的时间是2tp+tf加在这段时间内,s1可连续发送w个帧它的工莋时间是WXtf0所以协议的效率为

在以上讨论中,都假定发送应答信号的时间可忽略其实应答信号是用专门的控制帧传输

的,也需要一定的时間来发送和处理在利用全双工线路进行双向通信的情况下,应答信号可以放在S2S1方向发送的数据帧中这种技术叫“捎带应答”。如果應答信号被捎带送回发送站则应答信号的传送时间可计入反向发送数据帧的时间中,因而上面的假定是符合实际情况的

    差错控制是检測和纠正传输错误的机制。前面假定没有传输错误但实际情况不是这样。

在数据传输过程中有的帧可能丢失有的帧可能包含错误的位,这样的帧经接收器校验后被

拒绝通常应付传输差错的办法如下。

    (1)肯定应答接收器对收到的帧校验无误后送回肯定应答信号ACK,发送器收到肯定

应答信号后可继续发送后续帧

    (2)否定应答重发。接收器收到一个帧后经校验发现错误则送回一个否定应答信号NAK,发送器必须重新發送出错帧。

    这种技术的主要思想是利用差错检侧技术目动地对去失帧和错误顿请求重发因而叫做

停等ARQ协议是停等流控技术和自动请求偅发技术的结合。根据停等ARQ协议发送站发出一帧后必须等待应答信号,收到肯定应答信号ACK后继续发送下一帧;收到否定应答信号NAK后重发该幀:在一定的时间间隔内没有收到应答信号也必须重发最后一种情况值得注意,没有收到应答信号的原因可能是帧丢失了也可能是应答信号丢失了。无论哪一种原因发送站都必须重新发送原来的帧。发送站必须有一个重发计时器每发送一帧就开始计时。计时长度不能尛于信号在线路上旅行一个来回的时间另外在停等ARQ协议中,只要能区分两个相邻的帧是否重复就可以了因此只用01两个编号,即帧编號字段长度为1位图3-15表示出了各种可能的传送情况。

    下面介绍的协议是滑动窗口技术和自动请求重发技术的结合由于窗口尺寸开到足够夶

时,帧在线路上可以连续地流动因此又称其为连续ARQ协议。根据出错帧和丢失帧处理上的不同连续ARQ协议分为选择重发ARQ协议和后退l`.IARQ协議。

(a)是在全双工线路上应用选择重发ARQ协议时帧的流动情况.其中第2帧出错随后的3,4,5帧被缓存.当发送站接收到NAK2时,重发第2帧值得强调的是,雖然在选择重发的情况下接收器可以不按顺序接收但接收站的链路层向网络层仍是按顺序提交的。

对于选择重发ARQ协议窗口的大小有一萣的限制.假设帧编号为3位,发送和接收窗口大小都是7考虑下面的情况.

    (2)发送站发出0^-6号帧,但尚未得到肯定应答窗口不能向前滑动。

    (3)接收站正确地接收了0-6号帧发出ACK7,接收窗口向前滑动新窗口中的帧编

(4) ACK7丢失,发送站定时器超时重发0号帧.

    (5)接收站收到0号帧,看到该帧编号落茬接收窗口内以为是新的0号帧而保存起来,这样协议就出错了

    协议失败的原因是由于发送窗口没有向前滑动,接收窗口向前滑动了最夶的距离而新的

接收窗口和原来的发送窗口中仍有相同的帧编号,造成了接收器误把重发的帧当作新到帧避免这种错误的办法就是缩尛窗口,使得接收窗口向前滑动最大距离后不再与旧的接收窗口重叠显然,当窗口大小为帧编号数的一半时就可达到这个效果所以采鼡选择重发ARQ协议时窗口的最大值应为帧编号数的一半,即W=w2k1

(b)中接收窗口的大小为1,因而接收器必须按顺序接收当第2帧出错时,2, 3, 4, 5號帧都必须重发

再一次强调在全双工通信中应答信号可以由反方向传送的数据帧“捎带”送回,这种机制进一步减小了通信开销然而吔带来了一定的问题。在很多捎带方案中反向数据帧中的应答字段总是捎带一个应答信号,这样就可能出现对同一个帧的重复应答假萣帧编号字段为3位长,发送窗口大小为8当发送器收到第一个ACK1后把窗口推进到后沿为1、前沿为0的位置,即发送窗口现在包含的帧编号为1, 0洳果这时又收到一个捎带回的ACK1,发送器如何动作呢?后一个ACKI可能表示窗口中的所有帧都未曾接收也可能意味着窗口中的帧都己正确接收。嘫而如果规定窗口的大小为7,则可以避免这种二义性所以在后退N帧协议中必须限制发送窗口大小W2k1

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