3.4 流量控制与可靠传输机制

3.4.1 流量传输概述

• 数据链路层

  • 流量控制是点对点的

  • 方法：接收端收不下就不发送确认

• 传输层

  • 流量控制是端到端的

  • 方法：接收端给发送端一个窗口公告

1、可靠传输与流量控制

可靠传输：发送端发送什么，接收端就接收什么

流量控制：控制发送速率，使接收方有足够的缓冲空间来接收每一个帧

2、滑动窗口机制

解决可靠传输：发送方自动重传

解决流量控制：在没有收到窗口确认的情况下不发送下一个

3.4.2 停止-等待协议

1、停止-等待协议概述

“停止-等待”就是每发送完一个分组就停止发送，等待对方确认，在收到确认后再发送下一个分组。

为什么要有停止-等待协议

• 除了比特出差错，底层信道还会出现丢包问题

• 为了实现流量控制

研究停等协议的前提

以半双工的形式进行讨论

不考虑数据是在那一层进行传输的

停等协议有几种情况

• 无差错情况

• 有差错情况

2、无差错情况

无差错停等协议

每一帧就停止等待，所以仅需要一位对帧进行编号。

3、有差错情况

（1）帧丢失或帧出错

停等协议帧丢失

• 超时计时器：每次发送 一个帧就启动一个计时器

  • 计时器的重传时间比平均传输往返时延（RTT）稍长一些

• 发送一个帧之后需要保留副本

• 数据帧和确认帧必须编号

2、ACK丢失

停等协议ACK丢失

3、ACK迟到

接收方判断到重复的确认帧时就将其丢弃

4、停等协议的信道利用率

停等协议信道利用率

$$\begin{align} \text{信道利用率U}&=\frac{\text{T}_{D}}{\text{T}_{D}+\text{RTT}+\text{T}_{A}}\\ &=\frac{\text{L/C}}{T}\\ 信道吞吐率 &= 信道利用率 \times 发送方的发送速率 \end{align}$$

• $\text{T}_{D}$：数据帧的发送时延

• $\text{RTT}$：往返时延

• $\text{T}_{A}$：确认帧的发送时延

• L：T内发送L比特数据

• C：发送方的数据传输率

• T：发送周期

捎带确认：确认帧长度与数据帧长度相同（确认信息由数据帧捎带）

可见停等协议的信道利用率较低。

设一个信道数据传输率为4kb/s，单向传播时延为30ms，若使用停止-等待协议的信道最大利用率为80%，则数据帧的长度至少为多少？

$80\% = \frac{\text{L}/4}{\text{L}/4 + 2 \times 30}$

解得 L=960bit/s

3.4.3 多帧滑动窗口——后退N帧协议（GBN）

GBN

与停等协议相比，GBN：

• 需要更大的编号范围

• 发送方需要缓存多个帧

GBN中的滑动窗口

发送方有多个窗口，而接收方只有一个窗口

GBN窗口

• 发送方会依次发送发送窗口内的帧

• 接收方收到后发送确认帧，发送方和接收方的窗口各自向前移动

• 可以只发送最后一个确认帧，代表前面的帧都接收到了

  • 例如发送了3号确认帧，代表0、1、2、3号帧都收到了，窗口各自向前移动4格

• 当采用了n位比特对帧编号时，滑动窗口的大小范围是：$1 \leq \text{W}_{T} \leq 2^n -1$

（1）发送方的响应事件

• 上层调用：上层需要发送一个数据

  • 发送窗口已满：将数据返回给上层，或是缓存下来等待空闲窗口

  • 发送窗口未满：将数据封装成帧并发送

• 收到ACK：对确认帧采用累计确认的模式

  • 收到一个确认帧，表示前面的都收到了

• 超时事件：当出现超时或是帧丢失，将重新发送所有已发送但未确认的帧

（2）接收方的响应事件

• 正确收到n号帧，则发送确认帧ACK

• 其他情况的收到的帧都丢弃，并返回上一个正确收到的帧的ACK

（3）GBN协议的性能分析

• 优点

  • 连续发送帧，提高了信道利用率

• 缺点

  • 重传时需要重传已经发送过的帧，传送效率低

3.4.5 选择重传协议（SR）

SR发送方

SR接收方

• 单帧确认

• 接收方也有多个窗口

• 接收方可以缓存收到的乱序帧

• 当采用了n位比特对帧编号时，滑动窗口的大小范围是：$\text{W}_{\text{T}}+ \text{W}_{\text{R}}\leq2^{n}$

  • 发送方和接收方窗口大小一样

  • 实际上，有：$\text{W}_{\text{T}max} = \text{W}_{\text{R}max} = 2^{n-1}$

（1）发送方的响应事件

• 上层调用：与GBN协议一样，窗口满则发送，否则等待

• 收到ACK：收到确认帧后，将窗口移动到最近的一个未确认帧处

• 超时：每个帧有各自的超时计时器，超时后重发单独的某一帧即可

（2）接收方的响应事件

• 只要在窗口内，不管顺序一律接收

  • 不在窗口内就丢弃

• 对各个帧发送单独的ACK

• 当窗口内序号最小的帧确认接收后，将已收到的帧按顺序返回上层，并移动窗口到最近的未接受帧