《计算机网络基础》 第3章 流量控制和差错控制
第3章数据链路层-1
g1
g2
gr-1
R0
R1
Rr-1
信息输入端
图3.5 CRC码的编码电路
码字输出端 输出开关
3.2 差错检测与校正（续）
常用的检错码 ----循环冗余码
大于r+1的突发错误
• 若具体取r=16，则能检测出所有双错、奇数位错、突 发长度小于等于16的突发错以及1-2-15（约为99.997%） 的突发长度为17的突发错和1-2-16（约为99.998%）的
突发长度大于等于18的突发错
3.2 差错检测与校正（续）
常用的检错码 ----循环冗余码
除以G（x）的运算易于用移位寄存器和半 加器来实现
3.2 差错检测与校正（续）
传输差错的特性
➢ 噪声分类：
• 信道所固有的，持续存在的随机热噪声 • 由于外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声
➢ 噪声比较：
• 随机错通常较少 • 冲击噪声的幅度可以相当大 ，它是传输中产生差错
的重要原因
3.2 差错检测与校正（续）
传输差错的特性
➢ 衡量一个信道质量的重要参数是误码率：
*是要求同学了解的，这些内容在本电子教案中并未讲解而是要求同学自己阅读教材。
3.1 数据链路层的功能
➢ 基本功能：
• 将物理层提供的原始的传送比特流的可能出错的物理连 接改造成为逻辑上无差错的数据链路
• 最基本的服务就是将源机器网络层来的数据可靠地传输 到相邻节点的目标机网络层
• 要完成许多特定的功能 ☆ 主要有如何将比特组合成帧（frame）； ☆ 处理传输中出现的差错； ☆ 调节发送方的发送速率不至于使较慢的接收方不能 承受，以及数据链路层连接的建立、维持和释放， 称之为链路管理。
计算机网络基础(第2版)教案：3.5差错控制(机械工业出版社)范兴福 李宇明 编
2．循环冗余码
奇偶校验作为一种检验码虽然简单，但是漏检率太高。在计算机网络和数据通信中用的最广泛的检错码,是一种漏检率低得多也便于实现的循环冗余码CRC (Cyclic Redundancy .Code),CRC码又称为多项式码。
数据通信中数据的传输通常需要经过很多个中间转接设备，这些设备通常采用电路交换、报文交换和分组交换技术进行数据交换。
数据在信道上传输会受到内因和外因的影响，传输差错不可避免。所以采用了相应的差错控制机制。常用的差错控制方式有：自动请求重发、有向纠错和混合纠错三种方式，常用的检纠错码有奇偶检验码、循环冗余码、海明码、等重码以及方阵检验码等。
小结
本章主要介绍了数据通信的相关基础知识及基本概念，重点介绍了数据传输、数据交换以及差错控制等方面的知识。同时由于数据传输一定需要传输媒体，所以本章中也对常用的传输媒体做了介绍。
信息是数据的内在含义或解释，数据是信息的载体，而信号是数据的编码。通信系统的基本技术指标有：比特率、波特率、误码率、吞吐量和信道的传播延迟。通信系统的基本作用是在发送方和接收方之间传递和交换信息。根据通信系统是利用模拟信号还是数字信号来传递信息，可以分为模拟通信系统和数字通信系统。现在使用比较广泛的是数字通信系统。
2．前向纠错方式
在前向纠错（Forward Error Correct，FEC）方式中，接收端不但能发现差错，而且能确定二进制出错的位置，从而就可以加以纠正。采用这种方法时就必须用纠错码，但它可以不需要反向信道来传递请求重发的信息。
3．混合纠错方式
混合纠错（Hybrid Error Correct，HEC）方式综合了上述两种纠错方式。接收端对所收到的数据进行检测，若发现错误，就对少量的能纠正的错误进行纠正，而对于超过纠错能力的差错通过ARQ方式予以纠正。该方法在一定程序上弥补了反馈重发和前向纠错的缺点。
第三章计算机网络技术基础习题与答案
第三章计算机网络技术基础习题与答案一、判断题1.（√）网络节点和链路的几何图形就是网络的拓扑结构，是指网络中网络单元的地理分布和互联关系的几何构型。
2.（×）不同的网络拓扑结构其信道访问技术、网络性能、设备开销等基本相同，适合相同场合。
3.（×）计算机网络的拓扑结构主要是指资源子网的拓扑结构。
4.（√）总线型拓扑结构的网络结构简单、扩展容易，网络中的任何结点的故障都不会造成全网的故障，可靠性较高。
5.（×）星型网络的中心节点是主节点，具有中继交换和数据处理能力，网络结构简单，建网容易，可靠性好。
6.（√）环型网数据传输路径固定，没有路径选择的问题，网络实现简单，适应传输信息量不大的场合，但网络可靠性较差。
7.（√）树状网络是分层结构，适用于分级管理和控制系统，除叶节点及其连线外，任一节点或连线的故障均影响其所在支路网络的正常工作。
8.（√）当网络中各节点连接没有一定规则、地理位置分散，而设计通信线路是主要考虑的因素时，我们通常选用网状网络。
9.（√）总线型拓扑结构分单总线结构和多总线结构，局域网一般采用的是单总线结构。
10.（×）总线型拓扑结构的优点是电缆长度短、可靠性高、故障诊断和隔离容易和实时性强。
11.（×）星型网络拓扑结构集中控制，简单的访问协议，但电缆长度及安装费用高，故障诊断困难、扩展困难，全网工作依赖于中央节点。
12.（√）环型拓扑结构适合于光纤、网络实时性好，但网络扩展配置因难，故障诊断困难，节点故障则引起全网故障。
13.（√）树型拓扑结构易于扩展、故障隔离方便，但对根的依赖性太大，如果根发生故障则全网不能正常工作。
14.（×）网状型拓扑结构是将星型和总线型两种拓扑结构混合起来的一种拓扑结构。
15.（√）网状型拓扑结构的优点是易于扩展、故障的诊断和隔离方便、安装电缆方便。
16.（√）建立计算机网络的根本目的是实现数据通信和资源共享，而通信则是实现所有网络功能的基础和关键。
计算机网络技术(第三版)习题答案
计算机网络技术(第三版)习题答案计算机网络技术(第三版)习题答案第一章：计算机网络基础1. 什么是计算机网络？计算机网络是指通过通信线路和交换设备将分布在不同地理位置的计算机连接起来，互相传递数据和共享资源的系统。
2. 计算机网络的分类计算机网络可以按照尺度分为广域网（WAN）、局域网（LAN）和城域网（MAN）。
按照网络拓扑结构分为总线型、星型、环型和网状型网络。
3. 什么是协议？协议是计算机网络中用于实现通信的一组规则，它规定了数据传输的格式、顺序、错误检测和纠正等方面的规范。
4. OSI模型和TCP/IP模型有什么区别？OSI模型是指开放系统互联参考模型，它将网络通信划分为七个层次，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
TCP/IP模型是互联网协议套件的基础，它将网络通信划分为四个层次，包括网络接口层、网络层、传输层和应用层。
5. 什么是分组交换？分组交换是指在计算机网络中，将传输的数据按照一定的大小进行分割，并在网络中独立传输，到达目的地后再进行重组，以实现高效的数据传输。
第二章：物理层1. 数据传输的基本概念数据传输是指将信息从一个地点传送到另一个地点，通常以比特为单位进行计量。
2. 数据通信的三个基本要素数据通信的三个基本要素包括发送器（发送数据的设备）、接收器（接收数据的设备）和传输介质（用于传输数据的物理媒体，如电缆、光纤等）。
3. 数字信号和模拟信号有什么区别？数字信号是一种离散的信号，它只有两个状态（0和1），可以表示为数字序列。
模拟信号是一种连续的信号，可以表示为不同的幅度和频率。
4. 编码技术编码技术是将数字信号转换为模拟信号或其他形式的过程。
常见的编码技术包括不归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码等。
5. 信道的概念和信道的分类信道是指在数据传输过程中用于传输数据的媒体或路径。
信道可以根据传输方向的不同进行分类，包括单工信道、半双工信道和全双工信道。
计算机网络基础教程（第2版）习题答案作者杜煜姚鸿计算机网络基础（第二版）习题参考答案
《计算机网络基础（第二版）》习题参考答案第一章（1）计算机网络按网络的覆盖范围可分为_局域网_、城域网和__广域网__。
（2）从计算机网络组成的角度看，计算机网络从逻辑功能上可分为通信子网和__资源__子网。
（1）计算机网络的发展经过哪几个阶段？每个阶段各有什么特点？答：单机系统：在单处理机联机网络中，由单用户独占一个系统发展到分时多用户系统，被称为第一代网络。
多机系统：将多个单处理机联机终端网络互相连接起来，以多处理机为中心的网络，并利用通信线路将多台主机连接起来，为用户提供服务，形成了以通信子网为核心的第二代网络，随着分组交换技术的使用，逐渐形成了以遵守网络体系结构的第三代网络。
Internet是计算机网络发展最典型的实例，该网络的发展也促使新的高速网络技术的不断出现，又提高了网络的发展。
（2）什么是计算机网络？计算机网络的主要功能是什么？答：利用通信设备和线路，将分布在地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统连接起来，以功能完善的网络软件（网络通信协议及网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。
主要功能：1. 数据交换和通信：在计算机之间快速可靠地相互传递数据、程序或文件；2. 资源共享：充分利用计算机网络中提供的资源（包括硬件、软件和数据）；3. 提高系统的可靠性：通过计算机网络实现的备份技术可以提高计算机系统的可靠性。
4. 分布式网络处理和负载均衡：将任务分散到网络中的多台计算机上进行，减轻任务负荷过重的单台主机。
（3）计算机网络分为哪些子网？各个子网都包括哪些设备，各有什么特点？答：从计算机网络系统组成的角度看，典型的计算机网络分为资源子网和通信子网。
资源子网由主机、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。
主机是资源子网的主要组成单元，为本地用户和网络中远程用户访问网络其他主机设备与资源提供服务。
终端控制器负责终端和主计算机的信息通信。
终端是直接面向用户的交互设备，可以是由键盘和显示器组成的简单的终端，也可以是微型计算机系统。
计算机网络基础(第二版)教学大纲
《计算机网络基础》课程教学大纲课程名称：计算机网络基础学时学分：54学时/36学时先修课程：《计算机基础导论》、《计算机原理》适用专业：教育技术一、课程的地位、目的和任务21世纪的重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。
随着IT业的迅速崛起, 计算机网络大量应用于各行各业。
《计算机网络基础》课程是计算机应用技术专业的专业必修课。
其任务是使学生获得计算机网络方面的基础知识，了解新技术及动态，同时必须重视实用技术的运用。
学生通过本课程的学习，可以掌握计算机网络的相关基础知识，初步具备分析比较和选择网络技术元素的能力，掌握较复杂的局域网组建的综合应用能力，具备一定的网络管理与维护知识、以及了解流行网络操作系统的基础知识和配置管理等网络应用能力，为相关后继课程打下良好的基础。
二、培养职业技术能力目标结合实训环节，培养学生具备网络管理员、网络应用工程师的基本素质。
三、教学内容与要求1、本课程的主要知识点主要包括：网络定义、网络组成、拓扑结构、网络分类、网络功能、网络发展、数据通信系统、信号和信道、数据传输、数字编码、模拟调制、数据数字化、串行通信、多路复用、交换技术、传输媒体、通信接口、调制解调器、通信控制、网络协议和结构、开放系统互连参考模型、TCP/IP体系结构、模型的各层功能、局域网模型、媒体访问控制、传统以太网、快速以太网、千兆以太网、无线网络、虚拟局域网、广域网模型和结构、ISDN、TCP 协议、UDP协议、互联网结构、IP协议、对等式网络、集中式网络、客户/服务器、浏览器/服务器、、DNS、FTP、WWW、SNMP和电子邮件系统、Intranet系统和网络安全。
２、本课程培养学生的主要能力主要包括：界定网络的类别、分析网络功能、确定网络组成部件和作用、选择和设计网络结构、选择通信介质、确定连接方式和通信方式、选择网络交换技术、配置和使用通信接口、使用调制解调器、分析比较和选取以太网技术、描述网络工作原理、能识别地址结构、比较和选取广域网技术、说明广域网工作原理、比较和选择TCP和UDP协议、描述互联网中进程的通信过程、比较和选择网络计算模式，建立特定模式的网络系统。
计算机网络中的流量控制和拥塞控制
计算机网络中的流量控制和拥塞控制计算机网络中的流量控制和拥塞控制是确保网络通信顺畅的重要方面。
流量控制是指调节数据在网络中的传输速率，以确保发送方和接收方之间的数据流动平稳。
拥塞控制则是指在网络中出现的拥塞情况下，采取相应的策略来缓解网络拥塞。
以下是关于计算机网络中流量控制和拥塞控制的详细步骤：1. 流量控制的目标：- 避免发送方发送速率过快，导致接收方无法处理和存储数据；- 避免接收方缓冲区溢出，导致数据丢失；- 平衡发送方和接收方的数据流量。
2. 流量控制方法：- 停止等待协议：发送方发送数据后停止发送，等待接收方的确认消息。
只有接收到确认消息后，发送方才会发送下一个数据包。
- 滑动窗口协议：发送方和接收方维护一个滑动窗口，指定允许发送或接收的数据包数量。
发送方根据窗口大小发送数据，接收方根据窗口大小接收数据，并发送确认消息。
3. 拥塞控制的目标：- 避免网络中出现拥塞；- 减少拥塞时的数据丢失和时延；- 公平分配网络资源。
4. 拥塞控制方法：- 慢启动：发送方初始时只发送少量数据，然后根据网络拥塞情况逐渐增加发送速率，以避免突发数据导致拥塞。
- 拥塞避免：通过控制发送速率和窗口大小来避免网络拥塞。
根据网络状况调整发送速率和窗口大小，使得网络性能处于最佳状态。
- 拥塞发生时的处理：当网络发生拥塞时，发送方需及时减少发送速率以缓解拥塞。
常用的方法有降低拥塞窗口大小和进行传输超时等。
5. 流量控制与拥塞控制的区别：- 流量控制是在发送方和接收方之间进行，而拥塞控制是在整个网络中进行。
- 流量控制解决的是发送方和接收方之间的数据流动问题，而拥塞控制解决的是网络中的传输负载过重问题。
- 流量控制是为了保证接收方的数据处理能力，而拥塞控制是为了保证整个网络的性能。
总结：计算机网络中的流量控制和拥塞控制是确保网络通信顺畅的关键手段。
通过适当的流量控制，可以保证发送方和接收方之间的数据传输平稳。
而拥塞控制则是在网络拥塞时采取相应策略，确保网络性能和数据可靠传输。
第三章数据链路层参考答案（《计算机网络》第五版
3-01 数据链路(即逻辑链路)与链路(即物理链路)有何区别? “电路接通了”与”数据链路接通了”的区别何在?答：数据链路与链路的区别在于数据链路出链路外，还必须有一些必要的规程来控制数据的传输，因此，数据链路比链路多了实现通信规程所需要的硬件和软件。
“电路接通了”表示链路两端的结点交换机已经开机，物理连接已经能够传送比特流了，但是，数据传输并不可靠，在物理连接基础上，再建立数据链路连接，才是“数据链路接通了”，此后，由于数据链路连接具有检测、确认和重传功能，才使不太可靠的物理链路变成可靠的数据链路，进行可靠的数据传输当数据链路断开连接时，物理电路连接不一定跟着断开连接。
3-02 数据链路层中的链路控制包括哪些功能?试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点.答：链路管理帧定界流量控制差错控制将数据和控制信息区分开透明传输寻址可靠的链路层的优点和缺点取决于所应用的环境：对于干扰严重的信道，可靠的链路层可以将重传范围约束在局部链路，防止全网络的传输效率受损；对于优质信道，采用可靠的链路层会增大资源开销，影响传输效率。
3-03 网络适配器的作用是什么?网络适配器工作在哪一层?答：适配器（即网卡）来实现数据链路层和物理层这两层的协议的硬件和软件网络适配器工作在TCP/IP协议中的网络接口层（OSI中的数据链里层和物理层）3-04 数据链路层的三个基本问题(帧定界、透明传输和差错检测)为什么都必须加以解决？答：帧定界是分组交换的必然要求，透明传输避免消息符号与帧定界符号相混淆，差错检测防止合差错的无效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源3-05 如果在数据链路层不进行帧定界，会发生什么问题？答：无法区分分组与分组，无法确定分组的控制域和数据域，无法将差错更正的范围限定在确切的局部3-06 PPP协议的主要特点是什么？为什么PPP不使用帧的编号？PPP适用于什么情况？为什么PPP协议不能使数据链路层实现可靠传输？答：简单，提供不可靠的数据报服务，检错，无纠错不使用序号和确认机制地址字段A 只置为 0xFF。
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▪ U=1/(1+2 )=1/(1+0.25)=80%
▪ 传输一个帧8微秒，传播时延1微秒 ▪ 总耗时8 + 1（帧）+ 1（ACK）=10微秒 ▪ U=8/10=80%
9
停止等待链路的利用率举例2
▪ 卫星链路：1 Mbps，36000km，帧长8000比特， 求其利用率。
➢ 给定值x
19
3.2.2 校验码的分类
▪ 1. 检错码和纠错码 ▪ 2. 分组码和卷积码 ▪ 3. 线性码和非线性码 ▪ 4. 系统码和非系统码
《计算机网络技术》-韩毅刚
20
3.2.3 编码的纠检错能力
▪ 海明距离
➢ 两个码字之间对应位不同的个数
▪ 码距
➢ 某种编码的码距是全部码字中两两之间海明距离的最 小值。
《计算机网络技术》
第3章 流量控制和差错控制
南开大学通信工程系
《计算机网络技术》-韩毅刚
1
第3章 流量控制和差错控制
▪ 3.1 流量控制 ▪ 3.2 差错校验编码原理 ▪ 3.3 差错校验编码 ▪ 3.4 差错控制 ▪ 3.5 ARQ差错控制方法
《计算机网络技术》-韩毅刚
2
3.1 流量控制
3.1.1 停-等流量控制方法 3.1.2 滑动窗口流量控制方法 3.1.3 其它流量控制方法
➢ 帧的序号以 2k 为模 ➢ 最大窗口尺寸2k -1
12
滑动窗口例子
发送方A
▪ 窗口尺寸为7
0
7
1
A可发送
七个帧 6
2
5
3
4
Ns=0
Ns=1
传输之后. A收缩它的窗口 7
6
0 1
2
Ns=2
5
3
4
确认之后
7
A扩大它的窗口
0 1
6
2
Ns=3 Ns=4
5
3
4
Ns=5 Ns=6
Ns=7
0
7
1
6
2
A调整发送窗口
葡萄酒策略和牛奶策略
《计算机网络技术》-韩毅刚
14
3.2 差错校验编码原理
3.2.1 差错类型 3.2.2 校验码的分类 3.2.3 编码的纠检错能力
《计算机网络技术》-韩毅刚
15
3.2.1 差错类型
▪ 单比特错 ▪ 突发错
《计算机网络技术》-韩毅刚
16
单比特错
▪ 孤立，只改变一个比特 ▪ 不影响邻近的比特 ▪ 白噪声
5
3
4
Ns=0
Ns为发送的帧序号 Nr为下一个等待接收的帧序号 阴影部分为发送窗口和接收窗口
接收方B
0
7
1
B准备
6
2 接受七个帧
5
3
4
0
7
1
Nr=3 6
B确认三个帧 2 并调整它的
窗口
5
3
4
0
7
1
B决定限制信
6
2 息流
Nr=4
5
3
4
13
3.1.3 其它流量控制方法
▪ 1．预约缓冲区法 ▪ 2．带宽限制法 ▪ 3．RTS/CTS硬件流量控制 ▪ 4．XON/XOFF流量控制协议 ▪ 5．定时延迟 ▪ 6．许可证法 ▪ 7．分组丢弃法
➢ 随机差错、独立差错
17
突发错
▪ 突发错是指几乎是连续发生的一串错 ▪ 冲激噪声 ▪ 无线传输中的信号衰落 ▪ 对高数据速率影响更大
18
突发错的定义
▪ 突发长度 B ▪ 连续 B 比特中的第一个和最后一个比特错，中间
的任意一串比特也有错
➢ 长度 >= 给定值x
▪ IEEE定义：两个相邻错误比特之间的正确比特数 小于规定的标准。
《计算机网络技术》-韩毅刚
5
等待效率
▪ 链路的等待效率
➢ 传输时间占总时间的比例
▪ 链路比特长度B
B R d V
R：数据速率(bps )
d：距离（米）
V：传播速率（米/秒 ）
《计算机网络技术》-韩毅刚
6
参数 与帧长、链路长度的关系
▪ 设帧长度为L，则
传播时间 传输时间
d L
/V /R
R d V
▪ 合法码字
➢ 如果一个码字符合编码规则，则称该码字是一个合法 码字。
▪ 非法码字
《计算机网络技术》-韩毅刚
21
编码的纠检错能力
▪ 码距d与编码的检错和纠错能力的关系是： ▪ 1. 若d ≥ e + 1，只要出错位数不超过e，则可
检测出e个错误； ▪ 2. 若d ≥ 2t + 1，只要出错位数不超过t，则可
《计算机网络技术》-韩毅刚
3
流量控制的概念
▪ 确保发送实体发送的数据不会超出接收实体接收 数据能力
➢ 防止缓冲区溢出
▪ 传输时间
➢ 把所有比特发送到媒介所需要的时间
▪ 传播时间
➢ 一个比特沿链路传播所需要的时间
▪帧 ▪ 链路
4
3.1.1 停-等流量控制方法
▪ 源实体传输一个帧 ▪ 目的实体接收帧后，返回一个确认 ▪ 源实体在发送下一帧之前必须等待ACK ▪ 目的站点可不发送 ACK以终止流量传输 ▪ 适用于发送少量的但较长的帧
w
s
nr n
n n RT
(1
PB )
nr n RT
(1
PB )
n：帧长；r：冗余位；T：环路延迟时间；
R：数据速率，PB：误帧率
8
停止等待链路的利用率举例1
▪ 光纤链路：1 Gbps，200m，帧长8000比特，求其利用率.
▪ 传播速率20万公里/秒
▪ 链路比特长度B=R*d/V
▪
=1Gbps*200m/20万公里/秒
1 L
B L
▪ 当帧长L固定时， 越大，B就越大
➢ 说明速率越高或距离越远 ➢ < 1，说明发送完一个帧后，第一位还未到达对方
即，一个帧占不满一条链路
7
停止等待链路的利用率公式
▪ 线路利用率U（等待效率）：
➢ 传输时间占总时间的比例
U
传输时间 传输时间 2传播时间
1
1 2
➢ 参考：总传输效率
c
▪ 传播速率30万公里/秒 ▪ 链路比特长度B=240 000比特 ▪ =B/L=240000/8000=30 ▪ U=1/(1+2 )=1/(1+60)=1.62%
▪ 传播时延240ms，传输一个帧8ms ▪ 总耗时8 + 2*240(环路延迟）=488ms ▪ U=8/488=1.64%
10
3.1.2 滑动窗口流量控制
▪ 滑动窗口法允许发送方在等到确认以前， 可以连续发送多个数据帧
《计算机网络技术》-韩毅刚
11
滑动窗口流量控制
▪ 允许一次传送多个帧 ▪ 接收器有长度为W个帧的缓冲区 ▪ 不等待任何 ACK的情况下，发送器可发送W个帧
➢ 窗口尺寸
▪ 每个帧通过序号来标识 ▪ ACK 中包含下一个希望接收到的帧的序号 ▪ 序列号范围与字段长度 (k)有关
纠正t个错误； ▪ 3. 若d ≥ e + t + 1 （e > t），只要出错位数不
超过e，则可纠正t个错误，同时检测出e个错误。
22
码距与编码纠检错能力的关系
▪ 1. 若d ≥ e + 1，只要出错位数不超过e，则可检测 出e个错误；