文章目錄

• • • 0.思維導圖
    • 1.什么是流量控制？
    • 2.什么是可靠傳輸機制？
    • 3.什么是滑動窗口機制？
    • 4.可靠傳輸、流量控制、滑動窗口之間的關(guān)系
    • 5.停止-等待協(xié)議
    • • （1）為什么要有停止-等待協(xié)議？
      • （2）研究停止等待協(xié)議的前提
      • （3）停止-等待協(xié)議有幾種應用情況？
      • • 1?? 無差錯情況
        • 2?? 有差錯情況
        • • ① 數(shù)據(jù)幀丟失或檢測到幀出錯
          • ② ACK確認幀丟失
          • ② ACK確認幀遲到超時
      • （4）停止等待協(xié)議性能分析
    • 6.多幀滑動窗口與后退N幀協(xié)議（GBN）
    • • （1）后退N幀協(xié)議（GBN）的滑動窗口
      • （2）GBN發(fā)送方響應的三件事
      • • 1?? 上層的調(diào)用
        • 2?? 收到一個ACK
        • 3?? 超時事件
      • （3）GBN接受方要做的事
      • （4）一張圖了解GBN發(fā)送方和接受方之間的傳輸過程
      • （5）GBN滑動窗口的限制
      • （6）GBN重點知識
      • （7）GBN性能分析
    • 7.多幀滑動窗口與選擇重傳協(xié)議（SR）
    • • （1）SR的滑動窗口圖
      • （2）SR發(fā)送方必須響應的三件事
      • • 1?? 上層的調(diào)用
        • 2?? 收到一個ACK確認幀
        • 3?? 超時處理
      • （3）SR接受方要做的事
      • （4）一張圖了解SR發(fā)送方和接受方之間的傳輸過程
      • （5）SR滑動窗口的大小限制
      • （6）SR重點知識

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0.思維導圖

1.什么是流量控制？

• 流量控制是數(shù)據(jù)鏈路層的一種功能，流量控制對數(shù)據(jù)鏈路上的幀的發(fā)送速率進行控制，以使接收方有足夠的緩沖空間來接受每個幀
• 流量控制的基本方法是由接收方控制發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的速率
• 常見的流量控制方式有兩種：停止-等待協(xié)議、滑動窗口協(xié)議
  

2.什么是可靠傳輸機制？

• 可靠傳輸機制是為了使數(shù)據(jù)可以正確穩(wěn)定的傳輸和接收而制定的規(guī)則。

• 數(shù)據(jù)鏈路層的可靠傳輸通常使用確認和超時重傳兩種機制來完成。

• 確認是一種無數(shù)據(jù)的控制幀，這種控制幀使得接收方可以讓發(fā)送方知道哪些內(nèi)容被正確接收。有些情況下為了提高傳輸效率，將確認捎帶在一個回復幀中，稱為捎帶確認。

• 超時重傳是指發(fā)送方在發(fā)送某一個數(shù)據(jù)幀以后就開始一個計時器，在一定時間內(nèi)如果沒有得到發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的確認幀，那么就重新發(fā)送該數(shù)據(jù)幀，直到發(fā)送成功為止。

• 自動重傳請求（Auto Repeat reQuest，ARQ），通過接收方請求發(fā)送方重傳出錯的數(shù)據(jù)幀來恢復出錯的幀，是通信中用于處理信道所帶來差錯的方法之一。

• 傳統(tǒng)自動重傳請求分為三種，即停等式（Stop-and-Wait）ARQ、后退N幀（Go-Back-N）ARQ以及選擇性重傳（Selective Repeat）ARQ。后兩種協(xié)議是滑動窗口技術(shù)與請求重發(fā)技術(shù)的結(jié)合，由于窗口尺寸開到足夠大，幀在線路上可以連續(xù)地流動，因此又稱為連續(xù)ARQ協(xié)議。

3.什么是滑動窗口機制？

• 滑動窗口協(xié)議的基本原理就是在任意時刻，發(fā)送方都維持了一個連續(xù)的允許發(fā)送的幀的序號，稱為發(fā)送窗口；同時，接收方也維持了一個連續(xù)的允許接收的幀的序號，稱為接收窗口。
• 發(fā)送窗口和接收窗口的序號的上下界不一定要一樣，甚至大小也可以不同。
• 不同的滑動窗口協(xié)議窗口大小一般不同。
• 發(fā)送方窗口內(nèi)的序列號代表了那些已經(jīng)被發(fā)送，但是還沒有被確認的幀，或者是那些可以被發(fā)送的幀。

• 在發(fā)送端，每收到一個確認幀，發(fā)送窗口就向前滑動一個幀的位置，當發(fā)送窗口內(nèi)沒有可以發(fā)送的幀（即窗口內(nèi)的幀全部是已發(fā)送但未收到確認的幀），發(fā)送方就會停止發(fā)送，直到收到接受方發(fā)送的確認幀使窗口移動，窗口內(nèi)有可以發(fā)送的幀，之后才開始繼續(xù)發(fā)送。

• 在接受端，當收到數(shù)據(jù)幀后，將窗口向前移一個位置，并發(fā)回確認幀，若收到的數(shù)據(jù)幀落在接受窗口之外則一律丟棄。

• 滑動窗口有以下重要特性：

只有接受窗口向前滑動時（同時接受方發(fā)送確認幀），發(fā)送窗口才有可能（只有發(fā)送方收到確認幀才是一定）向前滑動。

從滑動窗口的概念看，停止-等待協(xié)議、后退N幀協(xié)議和選擇重傳協(xié)議只有在發(fā)送窗口大小和接收窗口大小有所差別。

停止-等待協(xié)議：發(fā)送窗口大小=1，接受窗口大小=1；

后退N幀協(xié)議：發(fā)送窗口大小>1，接受窗口大小=1；

選擇重傳協(xié)議：發(fā)送窗口大小>1，接受窗口大小>1；

當接受窗口的大小為1時，可保證幀的有序接受。

4.可靠傳輸、流量控制、滑動窗口之間的關(guān)系

5.停止-等待協(xié)議

• 停止-等待協(xié)議也稱為單幀滑動窗口與停止-等待協(xié)議
• 當發(fā)送窗口和接收窗口的大小固定為1時，滑動窗口協(xié)議退化為停等協(xié)議（stop-and-wait）。
• 該協(xié)議規(guī)定發(fā)送方每發(fā)送一幀后就要停下來，等待接收方已正確接收的確認（acknowledgement）返回后才能繼續(xù)發(fā)送下一幀。
• 由于接收方需要判斷接收到的幀是新發(fā)的幀還是重新發(fā)送的幀，因此發(fā)送方要為每一個幀加一個序號。
• 由于停等協(xié)議規(guī)定只有一幀完全發(fā)送成功后才能發(fā)送新的幀，因而只用一比特來編號就夠了。

（1）為什么要有停止-等待協(xié)議？

（2）研究停止等待協(xié)議的前提

• 雖然現(xiàn)在常用全雙工通信方式，但是為了討論方便，我們僅考慮一方發(fā)送數(shù)據(jù)（發(fā)送方），一方接收數(shù)據(jù)。

（3）停止-等待協(xié)議有幾種應用情況？

• 兩種：無差錯和有差錯

1?? 無差錯情況

2?? 有差錯情況

① 數(shù)據(jù)幀丟失或檢測到幀出錯

② ACK確認幀丟失

② ACK確認幀遲到超時

（4）停止等待協(xié)議性能分析

• 關(guān)于信道利用率可參考我之前的：https://blog.csdn.net/weixin_43914604/article/details/104541219
  
• 發(fā)送方從開始發(fā)送數(shù)據(jù)到收到第一個確認幀ACK為止，這段時間稱為一個發(fā)送周期
• 信道利用率=發(fā)送時間/發(fā)送周期
  
• 由于停等協(xié)議要為每一個幀進行確認后才繼續(xù)發(fā)送下一幀，大大降低了信道利用率，因此又提出了后退n幀協(xié)議（GBN）和選擇重傳協(xié)議（SR）。
  

6.多幀滑動窗口與后退N幀協(xié)議（GBN）

• 后退n協(xié)議中，發(fā)送方在發(fā)完一個數(shù)據(jù)幀后，不停下來等待應答幀，而是連續(xù)發(fā)送若干個數(shù)據(jù)幀，即使在連續(xù)發(fā)送過程中收到了接收方發(fā)來的應答幀，也可以繼續(xù)發(fā)送。且發(fā)送方在每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀時都要設(shè)置超時定時器。只要在所設(shè)置的超時時間內(nèi)仍未收到確認幀，就要重發(fā)相應的數(shù)據(jù)幀。
• 如：當發(fā)送方發(fā)送了N個幀后，若發(fā)現(xiàn)該N幀的前一個幀在計時器超時后仍未返回其確認信息，則該幀被判為出錯或丟失，此時發(fā)送方就不得不重新發(fā)送出錯幀及其后的N幀。
• 從這里不難看出，后退n協(xié)議一方面因連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀而提高了效率，但另一方面，在重傳時又必須把原來已正確傳送過的數(shù)據(jù)幀進行重傳（僅因這些數(shù)據(jù)幀之前有一個數(shù)據(jù)幀出了錯），這種做法又使傳送效率降低。
• 由此可見，若傳輸信道的傳輸質(zhì)量很差因而誤碼率較大時，連續(xù)測協(xié)議不一定優(yōu)于停止等待協(xié)議。此協(xié)議中的發(fā)送窗口的大小為k，接收窗口仍是1。

（1）后退N幀協(xié)議（GBN）的滑動窗口

（2）GBN發(fā)送方響應的三件事

1?? 上層的調(diào)用

• 上層要發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送方先檢查發(fā)送窗口是否已滿，如果未滿，則產(chǎn)生一個幀并將其發(fā)送;如果窗口己滿，發(fā)送方只需將數(shù)據(jù)返回給上層，暗示上層窗口已滿。上層等一 會再發(fā)送。 ( 實際實現(xiàn)中，發(fā)送方可以緩存這些數(shù)據(jù)，窗口不滿時再發(fā)送幀)。
• 配合下圖加深理解
  

2?? 收到一個ACK

• GBN協(xié)議中，對n號幀的確認采用·累積確認·的方式，標明接收方已經(jīng)收到n號幀和它之前的全部幀。

3?? 超時事件

• 協(xié)議的名字為后退N幀/回退N幀，來源于出現(xiàn)丟失和時延過長幀時發(fā)送方的行為。
• 就像在停等協(xié)議中一樣，定時器將再次用于恢復數(shù)據(jù)幀或確認幀的丟失。
• 如果出現(xiàn)超時，發(fā)送方重傳所有已發(fā)送但未被確認的幀。

（3）GBN接受方要做的事

（4）一張圖了解GBN發(fā)送方和接受方之間的傳輸過程

（5）GBN滑動窗口的限制

（6）GBN重點知識

• 來道題目熟悉一下知識

• 因為接收端可以累積確認，所以只要看最大的確認幀就行，所以接下來發(fā)送方要重發(fā)的幀數(shù)為4

（7）GBN性能分析

7.多幀滑動窗口與選擇重傳協(xié)議（SR）

• 在后退n協(xié)議中，接收方若發(fā)現(xiàn)錯誤幀就不再接收后續(xù)的幀，即使是正確到達的幀，這顯然是一種浪費。由此誕生了SR（SELECTICE REPEAT）。
• SR工作原理：當接收方發(fā)現(xiàn)某幀出錯后，其后繼續(xù)送來的正確的幀雖然不能立即遞交給接收方的高層，但接收方仍可收下來，存放在一個緩沖區(qū)中，同時要求發(fā)送方重新傳送出錯的那一幀。一旦收到重新傳來的幀后，就可以將已存于緩沖區(qū)中的其余幀一并按正確的順序遞交上一層。
• 顯然，選擇重發(fā)減少了浪費，但要求接收方有足夠大的緩沖區(qū)空間。

（1）SR的滑動窗口圖

（2）SR發(fā)送方必須響應的三件事

1?? 上層的調(diào)用

• 從上層收到數(shù)據(jù)后，SR發(fā)送方檢查下一個可用于該幀的序號，如果序號位于發(fā)送窗口內(nèi)，則發(fā)送數(shù)據(jù)幀;否則就像GBN一樣，要么將數(shù)據(jù)緩存，要么返回給上層之后再傳輸。

2?? 收到一個ACK確認幀

• 如果收到ACK，加入該幀序號在窗口內(nèi)，則SR發(fā)送方將那個被確認的幀標記為已接收。如果該幀序號是窗口的下界(最左邊第-一個窗口對應的序號)，則窗口向前移動到具有最小序號的未確認幀處。如果窗口移動了并且有序號在窗口內(nèi)的未發(fā)送幀，則發(fā)送這些幀。

• 圖解此過程
  
  

3?? 超時處理

• 每個幀都有自己的定時器，一個超時事件發(fā)生后只重傳一個幀。

（3）SR接受方要做的事

• SR接收方將確認-一個正確接收的幀而不管其是否按序。失序的幀將被緩存，并返回給發(fā)送方一個該幀的確認幀[收誰確認誰]，直到所有幀(即序號更小的幀)皆被收到為止，這時才可以將一-批幀按序交付給 上層，然后向前移動滑動窗口。

• 圖解此過程
  
  

（4）一張圖了解SR發(fā)送方和接受方之間的傳輸過程

（5）SR滑動窗口的大小限制

（6）SR重點知識

• 一道小例題加深理解
  

參考：https://www.bilibili.com/video/av70228743?p=25

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的3.4.1 计算机网络之流量控制（停止-等待协议、滑动窗口、后退N帧协议GBN、选择重传协议SR）、滑动窗口、可靠传输机制的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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