ARQ协议与滑动窗口协议
- 一.ARQ协议
- - 1.停等ARQ协议
  - - (1)工作原理
    - (2)效率分析
  - 2.退回N帧ARQ协议
  - - (1)滑动窗口协议
    - (2)工作原理
    - (3)GBN缺陷
  - 3.选择ARQ协议
  - - (1)工作原理
    - (2)发送窗口和接收窗口的尺寸限制

ARQ协议与滑动窗口协议

一.ARQ协议

(Automatic Repeat-reQuest，ARQ)自动重传请求.
是一种传输层和数据链路层都在使用的网络协议。传统自动重传请求分成为三种，即停等式(stop-and-wait）ARQ，回退n帧（go-back-n）ARQ，以及选择性重传（selective repeat）ARQ。后两种协议是滑动窗口技术与请求重发技术的结合，由于窗口尺寸开到足够大时，帧在线路上可以连续地流动，因此又称其为连续ARQ协议。三者的区别在于对于出错的数据报文的处理机制不同。三种ARQ协议中，复杂性递增，效率也递增。除了传统的ARQ，还有混合ARQ（Hybrid-ARQ）。

1.停等ARQ协议

(1)工作原理

停等ARQ协议是最原始简单的ARQ协议，该协议分组的编号（序列号）只有0和1两种，停等ARQ的工作方式可以如下描述：

发送方发送一个序列号为0或1的分组，然后进入等待确认分组ack的状态
发送方发送分组的同时为该分组设置一个计时器，假如在设置的时间内未收到该分组的确认号ack，则重发该分组。
接收方接收到发送方刚才发送的分组之后，向发送方返回一个为0或1的确认号ack。
假如接收方刚才已经接收到了编号为0的分组，而下一个接收到的还是编号为0的重复分组，则丢弃掉该分组，同时也要返回ack。
发送方收到接收方返回的ack之后检查该ack是否是发送方正在等待的ack，如果是，则转换状态发送下一个编号的分组，如果不是则继续等待期望收到的ack。

停等ARQ协议更详细具体的工作过程和状态可以参照下图：

(2)效率分析

停等ARQ协议虽然实现简单，但是效率很差，下面进行分析：

停等ARQ协议的发送效率为（L/R）/ [(L/R)+RTT] 从上面分析可以看出，L/R的时间通常很小，只是分组通过链路的时间，而RTT的时间通常比这L/R的时间大得多，这就意味着停等ARQ协议运行的大部分时间内，发送发都处在等待分组确认返回的状态，浪费了资源效率低下。为了改进效率低下的问题，我们可以让发送方连续发送多个分组：
如图所示，连续发送三个分组的情况使得效率显著提升，所以我们引出连续发送多个分组的连续ARQ协议

2.退回N帧ARQ协议

(1)滑动窗口协议

连续ARQ协议通常是借助滑动窗口协议运行的：

滑动窗口协议就是设置一个固定大小的窗口，在一定时间内只处理窗口中的数据。当窗口中最左边的数据被处理完成之后，窗口会向右进行滑动，转而连续地处理后面的数据。

(2)工作原理

发送方在窗口允许的分组范围内连续发送分组
接收方接收到分组后如果是期望的分组（按序到达的分组），则保存该分组并更新下一个期望收到的分组编号，如果不是期望的分组（乱序到达的分组），则丢弃该分组。两种情况都要返回相应的ack。
假如发送方发送到了第j个分组，而其中第i个分组丢失或者超时了，那么发送方将会重新发送第i到第j这n个分组。即从丢失超时分组开始，重发已经发送的所有分组。
发送方在接收到接收方返回的ack号之后，将窗口中对应的等待的ack的分组变为已确认的分组，每当窗口最左边的分组被确认时，窗口就要向右滑动一个分组。
GBN-ARQ协议采用了累计确认的机制，也就是说接收方返回的ack号是目前已经接收的最后一个分组的编号，这意味着该ack号前的n个分组都已经被接收了。

(3)GBN缺陷

GoBackN协议的缺陷在于每次分组丢失时，都有可能重传多个分组而使得效率下降。假如窗口的大小是N，已经将N个分组全部发送而此时第一个发送的分组丢失了，这是最坏的情况，因为这将会导致所有分组被重新发送而浪费了时间和资源。

3.选择ARQ协议

(1)工作原理

选择ARQ协议也是连续ARQ协议，与GBN-ARQ协议不同的是，选择ARQ协议采用分组单独确认的机制，并且为每个乱序到达的分组设置缓存，而不是单纯地丢弃它们。当接收方接收到的分组序列号可以和缓存中的分组序列号连起来时，直接取出这些缓存中的分组即可而避免了让发送方重发。发送方在分组超时和丢失时也不必重发所有发送过的分组，而只是重新发送哪些未收到ack确认号的分组。

发送方和接收方窗口

接收窗口与发送窗口相类似，只有当最左边期望接收的分组接收到之后，窗口才会向右移动。而在此分组之后的分组如果乱序接收到之后会先缓存起来。如果乱序的分组和最前面期望的分组接收到并连起来之后，则将它们一并变为已接受到的分组然后右移。

(2)发送窗口和接收窗口的尺寸限制

假设用k个字节对分组进行编号，则发送窗口的尺寸Ns和接收窗口的尺寸Nr之间必须满足：Ns+Nr<=2^k这样的关系式ARQ协议才能正常运行。

为什么是满足这样的关系式？
下面介绍一些情形并分析：
假设接收窗口和发送窗口的大小都是3，而分组编号为0~3，则在下面的两种情况下会出现问题：即分组编号不够用，接收方无法辨别并处理最后接收到的分组0是否是重复分组

下面这道例题也进一步证明了Ns与Nr之间的大小关系，可以作为参考：