计算机网络——可靠传输及其实现机制

文章目录

1.可靠传输的基本概念
2.实现机制
- 1.停止—等待协议SW
- 2.回退N帧协议GBN（Go-Back-N）
- 3.选择重传协议SR

1.可靠传输的基本概念

前面提到差错检测技术类似CRC，通过这种手段接收端就能发现帧在传输过程中是否产生了误码。而如果发现产生了误码，对于不可靠传输而言，仅仅丢弃有误码的帧，其他什么也不做。而可靠传输则不一样，它会实现发送端发送什么，接收端就接收到什么。
一般情况下，有线链路的误码率比较小，不要求数据链路层向上提供可靠传输服务，即使有误码，问题也由上层解决。无线链路容易受干扰，因此要求提供可靠传输服务。
从整个计算机系统看，比特差错只是传输差错中的一种，还有诸如分组丢失、分组失序、分组重复，这些错误一般不出现在数据链路层，而是在其上层。可靠传输服务也不局限于数据链路层，其它层均可以实现可靠传输。而可靠传输的实现手段就是我们需要进一步了解的。

2.实现机制

1.停止—等待协议SW

停止—等待协议就是当发送发发送一段数据后，会停下来等到接收方返回消息，确认收到或没有收到数据。如果收到数据，会返回确认消息ACK，发送方就可以继续发送，而如果没收到就会返回否认消息NAK，接收方会重新发送之前的数据。

但如果数据丢失了，发送方一直在等待接收方的确认或否认，数据传输就陷入停滞。针对这种情况可以设置超时计时器，设置重传时间，其值应略大于从发送方到接收方的平均往返时间，当接收方在重传时间内一直未得到反馈，就会重新发送原来的数据。

当出现超时重传的情况后，接收方需要判断接收到的数据分组是不是重复的，因此需要给每一个分组编号，因为每次发送端发送数据后都会停下来等待，所以相邻数据分组的编号只要互不相同即可，依次取0,1，0,1…当发现两次接收到同样编号的数据分组，将其丢弃即可。

同样的道理，确认信息也有可能出现晚点，这样就可能导致原本是上一个数据分组的确认信息，却被以为是新的分组的确认信息，造成误会。也可以给确认信息像发送端发送的数据分组一样编号。

SW协议的新到利用率如上图所示，在忽略处理数据时延的情况下，取决于发送实验TD，往返时间RTT，一般TA较小可忽略。

2.回退N帧协议GBN（Go-Back-N）

停止—等待协议的信道利用率比较低，如果采用上图所示的流水线传输，即一次性传输多个数据分组，可提升行动利用率，再次基础上，就可以引出回退N帧协议。

加入采用3个比特给分组编号，即序号0-7，选择发送窗口的尺寸在1~2^3-1之间，如果选择尺寸为8，会导致无法分辨新旧两组数据的问题。这里假设发送窗口分组数为5，接收窗口分组数为1。则发送方可以同时发送5个分组。

接收窗口每接收一个分组就向前进一格，并向发送端发送确认信息，发送窗口收到确认信息后，也会前进相应的分组数。

接收方不一定需要对收到的分组逐个发送确认，可以在收到几个分组后，对按序到达的最后一个分组发送确认。比如上图中接收方收到了5个数据分组，对分组4发送了确认，这样接收方就知道了这些分组被正确接收。并且即使其中有分组丢失了，也不需要发送方重传。

而如果上图中的分组5出现了误码被丢弃，那么接下来的4个分组序号就不匹配了，此时就会触发退回机制。

每接收到一个序号不符合的分组，接收方就会产生一个对接受到的最后一个分组4的确认，并发送给发送方，发送方就知道需要进行重传。

3.选择重传协议SR

GBN协议中一个数据分组的误码就会导致其后续多个数据分组被丢弃，会引起发送方的超时重传，这是对通信资源的巨大浪费。为了进一步提高性能，可以设法只传送出现误码的数据分组。接收窗口的尺寸不应该在等于1，当接收方收下失序到达但无误码、并且序号落在接收窗口内的数据分组，等待缺失分组收齐后再一起上交，这就是选择重传协议。

发送窗口的尺寸应在1~2^（3-1）之间，超过这个范围同样会引起无法分辨新老分组的情况。选择接收窗口和发送窗口的尺寸都为4，发送窗口传输4个分组到达接收方，其中分组2丢失了。

接收到前两个分组后，接收窗口前移两格，再将没有误码的分组3也接收，但并不前移。发送对0,1,3的确认给发送方，发送窗口会前移两格。
发送窗口将进入窗口的分组4和5页发送出去，并获得确认。而当重传计时器超时，发送方会重新发送分组2到接收方，接收完成后，接收窗口和发送窗口都向前移动4格。