可靠信道传输2.0 2.1 3.0

转载自：https://blog.csdn.net/springtostring/article/details/80379841

计算机网络的设计基本方案是复杂化，多功能化应用层，运输层的协议设计，从而使得网络层，链路层，物理层变得相对简单，网络搭建的物质条件变得简单。由于网络层较为简单，采用了无连接的协议，在不可靠信道上传输，导致数据传输是不可靠的。为了保证数据传输的可靠性，我们选择在运输层采用复杂的rdt（可靠数据传输协议），以完成网络的可靠性。

原理图如下所示：

rdt协议经历了rdt1.0，rdt2.0，rdt2.1，rdt2.2，rdt3.0.一步步完善，使得网络得到很好的安全性稳定性。

rdt1.0是基于理想情况下的协议，假设所有信道都是可靠的，没有比特位的翻转，没有数据包的丢失与超时，所以rdt1.0的传输功能就是发送方发送数据，接收方接受数据。

rdt2.0在rdt1.0的基础上解决了比特位翻转的问题，这里的比特位防撞发生在运输层下面的不可信信道中数据包中的1可能会变0，0可能会变成1。rdt2.0增加了3种新机制：1.错误检验 2.接收者反馈接受信息（ACK,NAK）3.重传机制。在运输层对应用层的数据进行打包处理时，新增checksum（校验和），从而接收端可以对其数据包进行检验，如果正确，返回ACK，发送者继续发送下一个数据包；如果不正确，返回NAK，发送者重传数据。

但是rdt2.0有着一个致命的缺点，只考虑了发送方到接收方的数据传输，如果反馈信息ACK，NAK传输时发生比特位翻转会出现什么情况？如果ACK发生翻转，那么发送方会再次重复的发送相同的数据包；如果NAK发生翻转，那么发送方会认为数据传输情况很好，但是接收方却已经收到了一个错误的数据包。

由此rdt2.1应运而生，在rdt2.0的基础之上，发送方在打包数据包时添加了0或者1编号，同样ACK,NAK字段上也添加了0，1字段，表示0.1号字段的确认或者否定。发送方就有了2种状态发送0号数据包，1号数据包，接收方也有了2种状态等待0号数据包和等待1号数据包。现在假设情景发送方向接收方发送0号数据包，如果接收方接收到0号数据包，返回ACK，但是ACK出现翻转，接收方处于等待1号数据状态，发送方重复发送0号数据，接收方会拒绝0号数据，避免重复。如果接收方接收到0号数据包出现错误，返回NAK，但是NAK出现翻转，接收方处于等待0号数据状态，发送方继续发送1号数据，接收方会拒绝1号数据，避免错序。

rdt2.2是在rdt2.1上的基础之上做了小小的改善，摒弃了NAK，只需采用ACK。我们在ACK的信息上加上了期望的顺序号，现在假设情景发送方向接收方发送0号数据包，如果接收方接收到0号数据包，返回（ACK，1），发送方接着发送1号数据包。如果接收方接收到0号数据包出现错误，返回（ACK，0），发送方重传0号数据包。

rdt2.2之前的版本都重在处理数据包的比特位翻转情况，却没有考虑到数据包在传输过程中出现的数据包丢失问题，这样数据包丢失会使得网络处于拥塞状态。

rdt3.0在rdt2.2的基础之上处理了数据包丢失的情况，增加了计时器的机制，如果在RTT时间段内，发送方没有接收到反馈信息，那么发送方默认数据包已经丢失了，会自动重传。

rdt3.0性能分析：

rdt3.0 可以工作, 但是性能很差

ex: 1 Gbps 链路, 15 ms 传播延迟, 8000 bit数据报:

U sender: utilization – 发送者忙于发送的时间占比

每30 msec发送 1KB pkt -> 33kB/sec (1 Gbps 链路)

这是一个网络协议严重影响链路资源利用的一个例子!

主要原因是在RTT时间段内，网络处于空闲状态，而RTT时间段比较长，使得利用率十分的低。

在此基础上采用流水线协议来改进rdt3.0

允许发送者发送多个, “在途(in-flight)”, 等待确认的数据报
顺序号的范围必须扩大
Sender /receiver必须使用缓冲区

主要有两类流水线协议: go-Back-N, selective repeat。

大致描述如下：

go-Back-N（回退N重传协议）：

1.发送者在流水线中最多有 N 个未确认的数据报。

2.接收者仅发送累计的确认，如果中间有数据报缺失，就不予以确认。

3.发送者对最久未确认的数据报进行计时，如果计时器到点, 重传所有未确认的数据报。

4.发送窗口大于1，接受窗口等于1（也就意味着如果某一个报文段出现错误，那么接受窗口会停留再次，之后收到的数据将会被丢弃）

selective repeat（选择重传协议）：

1.发送者在流水线中最多有 N 个未确认的数据报。
2.接收者对单个数据报进行确认。

3.发送者对每一个未确认的数据报进行计时，如果计时器到点, 仅重传该个未确认的数据报。

4.发送窗口大于1，接受窗口大于1（意味着可以缓存出错位置之后的报文段），最好是两者相同，

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