流量控制与可靠传送机制

如果发送速度和接收速度不匹配，也会发生传输错误的

对比链路层和传输层的流量控制方式

	链路层	传输层
流量控制方式	点对点	端到端
流量控制手段	接收方收不到就不回复确认	接收端给发送端一个窗口公告

链路层的流量控制方法

可靠传输：发送端传送啥，接收端接收啥

流量控制：控制发送速率，使得接收方有足够的缓冲空间来接收每一个帧

滑动窗口解决的问题：流量控制和可靠传输

停止等待协议

每发送完一个帧就停止发送，等待对方的确认，在收到确认后再发送下一个帧

$发送窗口=1，接收窗口=1$

丢包：物理线路故障、设备故障、病毒攻击、路由信息错误等原因，会导致数据包的丢失

使用停止等待协议的原因：

1. 除了比特出差错，信道底层还会出现丢包问题。
2. 为了实现流量控制

研究停止等待协议的前提：

通常所使用的为全双工通信方式，但是为了方便讨论，仅考虑一方发送数据，一方接收数据

目前我们讨论的是可靠传输协议，所以并不考虑究竟是在哪一个层次上面进行传输

停止等待协议的应用情况

1. 无差错情况
2. 有差错情况

停止等待协议——无差错情况

每发送一个数据帧就停止并等待，所以用1个bit来编号就够了

停止等待协议——有差错情况

超时计时器：每次发送一个帧就启动一个计时器

超时计时器设置的重传时间应该比帧传输的平均时间RTT更长一些

数据帧丢失或者检测到帧出错

注意：

1. 每发送完一个帧都要保留它的副本，来避免在发送失败以后无法继续发送原来的数据
2. 数据帧和确认帧必须编号，如果出现了相同的数据帧，则代表着数据端出现了超时重传的现象，如果说出现了相同的确认帧，代表接收方连续收到了相同的重复帧

确认帧丢失

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-1P5dnIHj-1627384669840)(/home/congyun/图片/笔记/C3EF3834BAE45D4379FF758802E22B75.png)]

ACK迟到

性能分析

对于信道的利用率太低

$信道利用率=\frac{T_D}{T_D+RTT+T_A}=（L/C）/T$

L：T时间内发送L比特数据

C：发送方数据传输率

T：从开始发送数据，到收到第一个确认帧为止

信道利用率：发送方在一个周期内，有效发送数据所需要的时间占所需要的时间占整个发送时间的比率

$信道吞吐率=信道利用率+发送方的发送速率$

停止等待协议结合流水线技术

1. 必须增加序号范围
2. 发送方需要缓存多个分组

滑动窗口协议

后退N帧协议（GBN）

$发送窗口>1，接收窗口=1$

发送窗口：发送方维持一组连续的允许发送帧的序号

接收窗口：接收方维持一组连续的允许接收帧的序号

重点

1. 累积确认
2. 接收方只按序接收帧，如果不按序就会丢弃
3. 确认序列号最大的、按序到达的帧
4. 发送窗口最大为$2^n-1$，接收窗口大小为1

GBN协议中发送方必须响应的三件事

1.上层的调用

上层需要发送数据的时候，发送方首先检查发送窗口是否已满，如果未满，则产生一个帧并将其发送；如果窗口已满。发送方只需要将数据返回给上层，暗示上层窗口已满。上层等一会再发送。(实际上，发送方可以缓存这些数据，等待窗口不满的时候再发送数据帧)

2.收到一个ACK

GBN协议中，对n号帧的确认采用累积确认的方式，标明接收方已经收到n帧和它之前的全部帧

3.超时事件

协议的名字为后退N帧/回退N帧，来源于出现丢失和时延过长的时候发送方的行为，就像在停止等待协议中，定时器将再次用于恢复数据帧或确认帧的丢失。如果出现超时现象，发送方重传所有已经发送但是未被确认的帧

GBN协议中接收方要做的事

如果正确收到n号帧，并且按序，那么接收方为n帧发送一个ACK，并且将该帧中的数据交付给上层

其余的情况都丢弃帧，并且为最近按序接收到的帧重新发送ACK。接收方无需缓存任何失序的帧。只需要维护一个信息：expectedseqnum（下一个按序接收的帧）

运行中的GBN协议

滑动窗口的大小

如果采用n个比特对帧进行编号，那么发送窗口的尺寸$W_T$应该满足：$1\le W_T\le 2^n-1$

如果发送窗口过大，那么就会使得接收方无法区别新帧和旧帧

性能分析

因为连续发送数据帧提高了信道的利用率

在重传的时候必须将原来已经正确传送的帧重传，故而传送效率低

选择重传协议（SR）

$发送窗口>1，接收窗口>1$

重点

1. 对于数据帧是逐一确认，收一个确认一个
2. 只是去重传错误的帧
3. 接收方是存在缓存的
4. $W_{Ymax}=W_{Rmax}=2^{n-1}$

是否可以只重传出错的帧？

解决方法：设置单个确认，同时加大接收窗口，设置接收缓存，缓存乱序到达 的帧

选择重传协议中的滑动窗口

SR发送方必须响应的三件事

1.上层的调用

收到上层的数据之后，SR发送方会检查下一个可以用于该帧的序号，如果序号位于发送窗口内，则发送数据帧，否则就像GBN一样，要么将数据缓存，要么就返回给上层之后再传输

2.收到一个ACK

如果收到ACK，加入该帧序号在窗口内，则SR发送方将那个被确认的帧标记为已接收。如果该帧序号是窗口的下届（最左边第一个窗口对应的序号），则窗口向前移动到具有最小序号的未确认帧处。如果窗口移动了并且有序号在窗口内的未发送帧，则发送这些帧

3.超时事件

每一个帧都有自己的计时器，一个超时事件发生之后只重传一个帧

SR接收方要做的事

SR接收方确认一个正确的接收帧而不去考虑其是否按序。失序的帧将被缓存，并返回给发送方一个该帧的确认帧(接收谁就确认谁)，直到所有帧(即序号更小的帧)都被接收为止，这个时候才可以将一批帧按序交付给上层，然后向前移动滑动

如果收到了窗口序号外（小于窗口下界）的帧，就返回一个ACK

如果出现其他情况，则忽略该帧

运行中的SR

滑动窗口的大小

发送窗口最好等于接收窗口（大了会溢出，小了没意义）

$W_{Ymax}=W_{Rmax}=2^{n-1}$，这里的$n=lo{g}_{2}flag$

通过这种设计可以避免在接收方在返回ACK的时候出现二义性