网络原理考点之滑动窗口协议

什么是滑动窗口？

在任意时刻，发送方都维持了一个连续的允许发送的帧的序号，称为发送窗口；同时，接收方也维持了一个连续的允许接收的帧的序号，称为接收窗口。发送窗口和接收窗口的序号的上下界不一定要一样，甚至大小也可以不同。不同的滑动窗口协议窗口大小一般不同。发送方窗口内的序列号代表了那些已经被发送，但是还没有被确认的帧，或者是那些可以被发送的帧。

若从滑动窗口的观点来统一看待停等、后退n及选择重传三种协议，它们的差别仅在于各自窗口尺寸的大小不同而已。停等：发送窗口= 1，接收窗口=1；后退n协议：发送窗口>1，接收窗口=1；选择重传协议：发送窗口>1,接受窗口>1;

停等协议很好理解，这里主要解释后退n协议和选择重传协议。

其实，这些体现了网络的处理问题的重要思想。

滑动窗口协议有GBN、SR

二、滑动窗口协议的实现：GBN

1.分组头部包含序列号

2.窗口如下，大小为N，最多允许N个分组未确认

3.ACK(n),则表示确认从开始到n（包含n）的序列号全部正确接收

4.会空中在传的分组设置一个Timer计时器，处理超时，如果收到了timeout(n)事件，那么会重传的是n以及n以后的所有分组（尽管后面的可能已经收到了，这就是回退，回退到n开始传，GBN）

5.接收方会有一个期望序列号，如果收到的不是期望的分组，直接丢弃

后退N帧协议的接受窗口为1，可以保证按序接受数据帧。若采用n个比特对帧编号，则其发送窗口的尺寸应满足：1~2^(n-1)。若发送窗口的尺寸大于2^(n-1)，则会造成接受方无法分辨新帧和旧帧。如：

    假设n取3,序号空间即0~7 （S:sender R:receiver）

1、S 发送了0,1,2,3,4,5,6 号帧
2、R 接受上述帧并且捎带发送 ACK6,但是丢失了
3、S的0号帧首先超时，S 重发发送0号帧
4、R收到0号帧，但是因为之前它已经接受0~6,发送了ACK6，它会认为0号帧是一个新的帧，而在0号帧之前的一个7号帧丢失（注意这里是一个环的结构）。因为是GBN协议，R会接受0号帧( the old)作为新帧(暂时放在缓存区)，并通知S重发7号帧。
5、S 发送7号帧
6、R接受了7和0号帧，并且发送ACK0

这就出现问题

1、R接受错误的0号帧作为新的帧
2、S在发送完7号帧之后收到了ACK0，而不是ACK7，此时对于S而言，它的0号帧早已在ACK6中确认。

出现这个问题的主要原因是我们不能区别新旧帧，现在我们将序号空间一分为二，首先发送0~3，继续上面的步骤。走到步骤4的时候R不会接受0作为新帧，因为R知道新的帧是4而不是0。这样就避免了上面的问题。

三、滑动窗口协议的实现：SR（选择重传）

GBN缺陷，累积确认机制导致回退到N，重复传了很多。解决这个。

1.对每个分组分别确认，不再只接收期望的，接到不期望的，就先缓存（设置缓存机制），接到期望的才交付上层

2.发送方只需要重传那些没收到ACK的分组了

3.产生了接收方窗口（GBN只有发送方窗口），用来缓存，现在有两窗口了

4.序列号的位数是K的话，那么得满足接收方窗口大小N+发送方N<= 2的k次方，防止因为接收方ACK丢失导致发送重发k号分组，而此时接收方滑到了新窗口，新窗口有新的k号分组（不是原来的，共用序号产生的），导致出错

若采用n比特对帧编号，为了保证接收方向向前移动窗口后，新窗口序号与旧窗口序号没有重叠部分，需要满足条件：接受窗口+发送窗口<=2^n。假定仍然采用累计确认的方法，并且接受窗口显然不应超过发送窗口，那么接受窗口尺寸不应超过序号范围的一半<=2^(n-1)。

如题：2019年10月04741第15题：

类似的这道题，发送发没有收到帧2，3的确认，但是却收到帧4的确认消息，说明此时还没有超时，在这超时时间内是依然可以收到后序帧的确认，一个原因可能是接收方发送帧3的确认，但丢在路上，另一个原因是“累计确认”即捎带确认，接受方根本没有发送帧3的确认，而是通过4帧的确认告诉我们帧3已经接收成功。

所以，帧0、1、2、3，4均已正确接收到，需要重发的是5、6、7帧，答案选B。

如题：2018年4月

分析：SR，选择重传，这个是应该逐步想到的，否则，这道题肯定是做不对。

接收窗口>1所以A不正确。

剩下几项，需要从滑动窗口原理上分析，否则光靠书本，是无法得到答案的。

1）对于TCP会话的发送方，任何时候在其发送缓存内的数据都可以分为4类，“已经发送并得到对端ACK的”，“已经发送但还未收到对端ACK的”，“未发送但对端允许发送的”，“未发送且对端不允许发送”。“已经发送但还未收到对端ACK的”和“未发送但对端允许发送的”这两部分数据称之为发送窗口（中间两部分）。

当收到接收方新的ACK对于发送窗口中后续字节的确认是，窗口滑动，滑动原理如下图。

当收到ACK=36时窗口滑动。

2）对于TCP的接收方，在某一时刻在它的接收缓存内存在3种。“已接收”，“未接收准备接收”，“未接收并未准备接收”（由于ACK直接由TCP协议栈回复，默认无应用延迟，不存在“已接收未回复ACK”）。其中“未接收准备接收”称之为接收窗口。

发送窗口与接收窗口关系：

TCP是双工的协议，会话的双方都可以同时接收、发送数据。TCP会话的双方都各自维护一个“发送窗口”和一个“接收窗口”。其中各自的“接收窗口”大小取决于应用、系统、硬件的限制（TCP传输速率不能大于应用的数据处理速率）。各自的“发送窗口”则要求取决于对端通告的“接收窗口”，要求相同。

TCP的滑动窗口是动态的，我们可以想象成小学常见的一个数学题，一个水池，体积V，每小时进水量V1，出水量V2。当水池满了就不允许再注入了，如果有个液压系统控制水池大小，那么就可以控制水的注入速率和量。这样的水池就类似TCP的窗口。应用根据自身的处理能力变化，通过本端TCP接收窗口大小控制来对对对端的发送窗口流量限制。

应用程序在需要（如内存不足）时，通过API通知TCP协议栈缩小TCP的接收窗口。然后TCP协议栈在下个段发送时包含新的窗口大小通知给对端，对端按通知的窗口来改变发送窗口，以此达到减缓发送速率的目的。

所以答案，选D

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