传输层-3、流水机制和滑动窗口协议

参考哈工大公开课。

动机与原理

在上面的一篇文章中介绍了保证数据传输的原理与停等方式。但是停等方式的效率极低，为了对其效率进行改进，我们可以采用流水方式对其效率进行改进，就是连续发多个数据包，接收方接收到数据包按照特定的规则进行ACK回复，从而完成数据传输。

图一：流水机制示例

 

采用了流水方式之后，就允许数据在发送方收到ACK之前连续发送多个分组，这样就需要更大的存储空间缓存分组了。对于这种机制的实现是采用窗口协议：

窗口：1、规定使用序列号的范围，窗口尺寸为N就意味着最多有N各等待确认的消息。

滑动窗口：随着协议的运行，窗口在序列号空间内向前滑动。支持滑动窗口的协议有两种：GBN和SR。

图二：窗口示例

 

GBN协议：

这个协议的核心思想就是发送方按流水方式发，接收方按照顺序接收，只回复自己带有最大分组号的ACK。发送方按流水方式发后，接收方只按序接收；

举个例子：窗口最多发送4个分组，发送方发送了0，1，2，3号分组，发送完后开始计时，传输过程中2号分组丢失；接收方接收到0号，1号分组，分别发送ACK(0)，ACK(1)，当接收道3号分组时，不是接受方要接收的2号分组，所有丢弃3号分组并向发送方发送ACK(1)；

发送方接收到ACK(0)、ACK(1)后滑动窗口，将0号，1号分组设为已发送分组，并发送4号，5号分组；由于没有接收到ACK(2)，时间timeout之后，发送方会重新从2号分组开始发送。

图三：GBN协议示例

GBN协议有一个问题，就接收方只能按序接收，这样就会造成一些没按序到达的分组的浪费，为了解决这一个问题，提出了SR协议。

 

 

SR协议：

SR协议其实就是停等协议的流水版，就是把没有按序到达的的分组也缓存下来，并且对发送方发送每一个分组都设置一个计时器，如果超时没有接收到对应的ACK就重新发送，如果在超时之前接收到对应发ACK就标记成发送成功，如果接收是窗口的边缘且是接近发送成功的那边，那么就移动窗口；对于接收方，接受到什么分组，都发送带有该分组的分组号的ACK，同时如果接收方没有该分组就接收保存该分组，否则就直接将该分组丢弃；在发送放，接收到一个ACK，就表明该分组已经被接收方正确接收了，以后就不需要再次发送该分组了。

图四：SR协议窗口示例

 

图五：SR过程示例