计算机网络之数据链路层的流量控制可靠传输机制以及停止等待协议408_2

Posted 2021-08-11 bfhonor

一、流量控制与可靠传输机制

（一）数据链路层的流量控制

• 较高的发送速度和较低的接收能力的不匹配，会造成传输出错，因此流量控制也是数据链路层的一项重要工作。
• 数据链路层的流量控制是点对点的，而传输层的流量控制是端到端的。
• 数据链路层流量控制手段：接收方收不下就不回复确认。
• 传输层流量控制手段：接收端给发送端一个窗口公告。

（二）流量控制的方法

• 停止—等待协议：发送窗口大小=1，接收窗口大小=1；
• 后退N帧协议（GBN）：发送窗口大小>1，接收窗口大小=1；
• 选择重传协议（SR）：发送窗口大小>1，接收窗口大小>1；

（三）可靠传输、滑动窗口、流量控制

二、停止-等待协议

（一）概念

• 1.为什么要有停止-等待协议?
  ①、除了比特出差错，底层信道还会出现丢包问题。【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。】
  ②、为了实现流量控制。
• 2.研究停等协议的前提?
  虽然现在常用全双工通信方式，但为了讨论问题方便，仅考虑一方发送数据（发送方），一方接收数据（接收方）。
  因为是在讨论可靠传输的原理，所以并不考虑数据是在哪一个层次上传送的。
  “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。
• 3.停等协议有几种应用情况？无差错情况&有差错情况

（二）停等协议——无差错情况

（三）停等协议——有差错情况

1.数据帧丢失或检测到帧出错

2.ACK（确认帧）丢失

3.ACK（确认帧）迟到

4.停等协议性能分析

5. 信道利用率

（四）后退N帧协议（GBN）

1. 停等协议的弊端

2. 后退N帧协议中的滑动窗口

3. GBN发送方必须响应的三件事

• 1.上层的调用
  上层要发送数据时，发送方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。（实际实现中，发送方可以缓存这些数据，窗口不满时再发送帧）。
• 2.收到了一个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号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帧时发送方的行为。就像在停等协议中一样，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，发送方重传所有已发送但未被确认的帧。

4. GBN接收方要做的事

5. 滑动窗口长度

• 若采用n个比特对帧编号，那么发送窗口的尺寸WT 应满足：1≤ W_T≤2ⁿ-1。因为发送窗口尺寸过大，就会使得接收方无法区别新帧和旧帧。

6. GBN协议重点总结

7. 习题

（1）习题1

• 数据链路层采用了后退N帧（GBN）协议，发送方已经发送了编号为0～7的帧。当计时器超时时，若发送方只收到0、2、3号帧的确认，则发送方需要重发的帧数是（C）。【重新发送4、5、6、7帧】
  A.2 B.3 C.4 D.5

（2）习题2

• 主机甲与主机乙之间使用后退N帧协议（GBN）传输数据，甲的发送窗口尺寸为1000，数据帧长为1000字节，信道带宽为100Mb/s，乙每收到一个数据帧立即利用一个短帧（忽略其传输延迟）进行确认，若甲、乙之间的单向传播时延是50ms，则甲可以达到的最大平均数据传输率约为（ C）。
  A．10Mb/s B．20Mb/s C．80Mb/s D．100Mb/s
• 甲的发送延迟：(1000 * 1000 * 8b)/100 * 10⁶b/s = 80ms；
• 2 * 50ms【传播延迟】 + (1000 * 8b)/100 * 10⁶b/s【第一个帧的传送时长】 = 100.08ms【从发送第一个帧到收到确认帧的时间】
• (1000 * 1000 * 8)/100.08 = 80Mb/s

8. GBN协议性能分析

• 因连续发送数据帧而提高了信道利用率
• 在重传时必须把原来已经正确传送的数据帧重传，是传送效率降低。
  【选择重传协议】

（五）选择重传协议（Selective Repeat）

1. 选择重传协议中的滑动窗口

2. SR发送方必须响应的三件事

• 1.上层的调用
  从上层收到数据后，SR发送方检查下一个可用于该帧的序号，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，要么返回给上层之后再传输。
• 2.收到了一个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界（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
  每个帧都有自己的定时器，一个超时事件发生后只重传一个帧。

3. SR接收方要做的事

• 来者不拒(窗口内的帧)
• SR接收方将确认一个正确接收的帧而不管其是否按序。失序的帧将被缓存，并返回给发送方一个该帧的确认帧【收谁确认谁】，直到所有帧（即序号更小的帧）皆被收到为止，这时才可以将一批帧按序交付给上层，然后向前移动滑动窗口。
  
• 如果收到； 窗口序号外（小于窗口下界）的帧，就返回一个ACK。
• 其他情况，就忽略该帧。
  

4. 滑动窗口长度

5. SR协议重点总结

• 1、对数据帧逐一确认,收一个确认一个
• 2、只重传出错帧
• 3、接收方有缓存
• 4、W_Tmax = W_Rmax = 2^n-1

6. 习题

• 数据链路层采用了选择重传（SR）协议，发送方已经发送了编号为0～3的帧。现已收到1号帧的确认，而0、2号帧依次超时，则发送方需要重传的帧数是（A）。【重新发送0、2号帧】
  A．2 B．3 C．4 D．5