第四章 通信网络理论3.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机网络理论及网络基础,第四章,通信网络系统,西安交通大学,唐亚哲,yztang,4.5,流量控制,4.5.1,流量控制的概念,流量控制在存贮转发网络中，为了不使节点的接收缓冲溢出，而使信息能顺利、高效传送而施加的控制过程。,在存贮转发网络中，如果流量控制过程不完善，就会使效率受到损失，甚至会引起网络瓶颈现象，甚至会使信息传送完全停止。这与排队论中的,p1,是对应的。,流量控制就是把业务量密度,p,的平均值限制在某一恰当的范围内的控制,。,4.5.2,流量控制的必要性,（,1,）维持和改善业务量,中继节点,B,主机,B,C=,1,B,中继节点,A,主机,A,中继节点,S,C=1,C=1,A,0.8,（,固定）,C=10,C:,线路容量（或速度）,：,输入业务生成率,图,4.34,中继节点缓冲器公用的情况,（,2,）防止瓶颈现象,1,B,1.8,0.8,1.1,0.1,路径,A,路径,A+B,传输率,B,：,进入中继节点,B,的信息生成率,图,4.35,的网络吞吐量,（,3,）死锁现象及其避免,A,B,去节点,B,的分组,去节点,A,的分组,(a),A,B,C,D,E,去目标,C,的分组,去目标,B,的分组,去目标,D,的分组,去目标,E,的分组,去目标,A,的分组,(b),图,4.36,存储转发型死锁的例子,（,4,）收发信吞吐量的控制,主机,C,3,C,2,B,4,A,3,节点,1,B,3,C,1,B,2,B,1,节点,2,A,4,A,2,A,1,节点,3,图,4.37,报文组装型死锁例,主机,1,主机,2,A,节点,1,KHJF,节点,2,EDCB,节点,3,图,4.38,顺序型死锁例,4.5.3,报文分组交换网中的流量控制,分组交换网中的,信息是采用分层结构传输的，所以,流量控制也采用相应的措施。,（,l,）,网络访问级的流量控制,对流入网络的业务量进行控制。,（,2,）相邻节点间的流量控制,相邻节点之间进行流量控制，以保证分组顺利传送；,（,3,）发送源目标中继节点间的流量控制,为保证目标中继节点的报文分组能顺利传送，而对发送中继节点的报文分组发送进行控制。,4.5.4,流量控制的几种方式,1,、流量控制对系统性能的影响,信息负荷量,传输效率,A,B,C,A:,理想的情况；,B:,采用流量控制后的情况；,C,：,未使用流量控制的情况,图,4.39,业务量与吞吐量的关系,2,、常用的几种流量控制方法,（,l,）,利用返回允许发送信号进行控制,当接收缓冲准备好之后再向发送端返回允许发送信号的方式，可以控制报文分组的传送；,对上面每一种流量控制都适用。,（,2,）窗口流量控制,窗口方式是以报文分组的连续传送为前提的，因此被传送的报文分组上都要带上循环式的连续编号（发送的顺序编号），,发送方和接收方之间按照事先约定的、一次可连续传送报文分组的数目为,W,，该,W,就是窗口尺寸。,因为发送,/,接收方都知道从某一个发送顺序编号开始的,W,个分组可正确发送，所以当接收方准备好,W,个空闲缓冲之后，就把接着应该发送的编号,N,等应答信息返回给发送方,发送方接到应答信息后就发送从,N,号到（,N+W,）,号共,W,个报文分组,。,接收端接到报文分组时，只读入窗口内（,N(N,W),）,编号的报文分组，超出窗口尺寸的报文分组都不要。,窗口方式除了流量控制外，还兼作检查报文分组的损失、重复、恢复、控制、到达确认等功能。,0,1,顺序编号（,mod 128,）,下一个应接收的分组,接收完而未,应答的分组,等待接收,的分组,接收方窗口,2,3,127,126,Pr,Ps,Pr+w-1,(b),接收方窗口,Pr:,出口的左端（最后接收的报文分组顺序编号）。,Ps:,下面应该发送的报文分组顺序编号。,W,：,窗口尺寸，,Pr+w-1,：,窗口的左端,图,4.40,窗口的结构,顺序编号（,mod 128,）,0,1,下一个发,送分组,发送结束等待应答的分组,可发送,的分组,发送方窗口,2,3,127,126,Pr,Ps,Pr+w-1,(a),发送方窗口,DT00,DT10,DT20,DT30,DT41,DT51,DT61,DT71,TR8,TR7,TR4,TR2,信息类别（数据传送）,发送顺序编号,Ps,接收顺序编号,Pr,信息类别（可发送）,接收顺序编号,若窗口大小,=3,，,这时必须返回应答,确认,Ps=0,为止,的分组已送到,由于过负荷,延迟返回应答,节点,B,节点,A,送出最末数据,等待应答,确认,Ps=0,为止,的分组已送到,对方窗口大小（接收缓冲数）,=3,时，可发送,3,个,DT,图,4.41,窗口方式的动作序列,（,3,）许可证控制,许可证控制方式是把流入网络的报文分组总数限定在一定范围内的广域瓶颈控制方法,。,许可证预先存贮在终端中继节点中，要入网的分组先取出许可证加在分组报头中才可在网中传送，到达目标中继节点后释放许可证，保存在该节点中。当该节点的许可证总数超过规定的数目，就向其他节点发送。,该方法对均匀业务有一定的作用，对局部突发性业务的作用不大。,4.6,报文分组广播式通信,4.6.1,报文分组广播式通信的概念,典型应用：,局域网的工作方式,带目标地址的分组报文广播式的发送到各终端，但只有目标终端才接收该信息。,发展过程,无线通信,卫星通信,有线网络通信。,控制方式,根据各终端报文分组发送的,控制方式不同可分为：,固定分配式、随机访问式、请求分配式。,1,、固定分配方式,该方式是按时间或者频率,把,线路分割成若干信道，每一条信道固定分配,给,一个终端的固定分配方法。接收终端监视各信道报文分组,的,目标地址，并接收属于自己的报文分组。,使用这种方式即使若干个终端利用同一条传输线路也不会发生竞争。,频分多路（,FDMA,）：按照频率分割传输通路的方法；,时分多路,(TDMA),：按照时间分割的方式。,这种方式必须在各终端之间进行时间同步，控制复杂，但是频带分割损失小，信道带宽变更比较容易，所以是固定分割方式的主流方法。,要把信道固定分配给各发送终端，当终端数目多、业务量为间歇式变化时使用效率会降低。,2,、随机访问方式,把一条通路作为公用线路使用，各终端若有请求就立即送出报文分组的方式；,当多个终端同时发送报文分组时就会发生冲突，必须进行再送控制。因为这种方式是以冲突为前提的，所以也叫,争用方式,这就是以太网的控制方式，目前得到了非常广泛的应用。,3,、请求分配方式,为了避免报文分组冲突，而在呼叫设置时采用预约数据传送时间片的方式，所以也叫,预约方式,；,因为它有时间片预约开销，当终端数目增多时传输效率很低，故只在局部范围内使用，,4.6.2,争用协议,（,1,）,ALOHA,协议,终端,1,终端,2,终端,3,合成,图,4.42 ALOHA,协议的动作,传输效率分析,假设报文分组的持续时间为,，,初始生成率为,，用,来表示通路的传送效率；,假设单位时间内初始报文分组数和再送报文分组数之和的平均值为,R,；,这些报文分组发送完成为止的,2,时间内，如果不发送其他的报文分组，就不会发生冲突，所以不发生报文分组冲突的概率为,e,-2R,；,单位时间再送报文分组的平均数为,R(1,e,-2R,),；,则,R,+R(1,e,-2R,),或,=R,e,-2R,R,加入给线路的总业务量。,（,2,）时间片式,ALOHA,协议,为了改善传送效率，而把线路按时间片进行分割的时间片,ALOHA,协议。其他控制与,ALOHA,协议完全相同,。,当业务量为,1.0,时的传送效率最大为,0.368,（,3,）,CSMA,协议,CSMA,（,Carrier Sense multiple access,）：,具有冲突检测的多路访问协议，这种方式大量用于局域网中。,在报文分组送出之前，先监视线路上是否有载波送出，当确认线路空闲后再发送分组，这样可减少冲突。,若万一发生冲突，则与,ALOHA,协议的方法进行处理；,当检查出线路忙的时，则控制报文分组再送的方法有：,等待随机时间之后再送的方法；,等到线路空闲之后再送的方法；,当线路空闲时按照概率,P,直接发送，,以（,1,P,）,的概率稍等片刻再送的方法等。,以上方法可在线路时间片分割方式下采用。,（,4,）争用协议的传送效率比较,在终端数很多的情况下，争用协议的传送效率与终端数无关，而只与业务量有关。,故,争用方式更适用于多数终端都采用间歇式报文分组广播通信的情况。,下图给出了各种不同控制方式下,R,e,-R,的,曲线图，从图中可以看出：,纯,ALOHA,协议下当,为,0.5,时，最大传送效率为,0.184,时间片,ALOHA,协议下,为,1.0,时的最大传送效率为,0.368,CSMA,协议下，随着报文分组的传送时延与报文长度 之比,a,的减小而增大。,传输效率,时间片方式,ALOHA,ALOHA,时间片方式,CSMA,a=0.01,CSMA a=0.001,CSMA a=0.01,CSMA a=0.1,a=,传送延迟时间 报文分组的持续时间,图,4.43,争用协议的传送效率,0.8,0.6,0.4,0.2,4.6.3,预约协议,1,、概述,为了避免数据报文分组冲突而在各终端采用事前预约时间片的方式。,为了使终端能相互取得预约联系，除设置数据报文分组传送线路外，还要设置预约线路。,这种方式在理论上研究很多，但并不常用。,2,、采用时间片,ALOHA,方式下预约协议的传送效率,假设,1,次,预约平均能传送,L,个数据报文分组,；,1,个,数据报文分组需要的时间片数为,1,次,预约时间片的,V,倍，即,1,个,报文需要,V,次预约才能完成；,1,次预约,平均可传送的数据分组数为,，则,=VL,。,又假,设时间片,ALOHA,协议的最大传送效率为,C,SA,，预约线路的容量为,1,时，数据线路的容量为,C,SA,在线路全部使用无浪费的情况下，预约线路容量与总量之比,为：,=1/,（,1+C,SA,）,(4.5),传送效率：,1-,=,C,SA,/,（,1+C,SA,）（,4.6),3,、固定分配方式下预约协议的传送效率,假设把全线路的时间片总容量,把帧的间隔,也,换算为时间片后的总容量为,M,；,1,个,报文需要,V,次预约才能完成，则,1,个报文需要预约时间片数为：,MV,；,设终端数为,N,，预约时间片数也为,N,，,则,N/MV,传送效率为：,1-,=1-,N/MV,。,L=2,L=8,L=4,L=1,M=48,M=36,M=24,M=12,100,80,40,V=5,C,SA,=1/e,0.4,0,0.8,1,TDMA,方式预,约线路的情况,争用方式预约,线路的情况,图,4.44,预约协议的传送效率,终端数,传输效率,时间片,ALOHA,方式,传输效率,0.2,0.6,1.0,1.4,1.8,N=50,L=1,W=50kb/s,TDMA,使用时间片,ALOHA,方式预约线路时的协议,Wi,：,线路的传送速度,图,4.45,报文方式广播通信的传送效率和平均传送延迟时间,0 0.4 0.8 1.0,使用,TDMA,方式,预约线路协议,平均分组传输时延,（,完）,