计网_可靠传输ARQ机制
2024.09.04：网工老姜&beokayy网工学习笔记
第5节 可靠传输机制
- 5.1 可靠传输
- 5.2 ARQ机制、ARQ协议
- 5.3 ARQ简介（可靠传输）
- 5.3.1 停止等待协议
- （1）无差错情况
- （2）有差错情况
- 确认丢失
- 确认迟到
- 5.3.2 连续ARQ协议
- （1）流水线传输
- （2）滑动窗口
- （3）累计确认
- （4）后退N帧协议GBN
- （5）选择重传协议SR
- 5.4 信道利用率
- 5.5 本章小结
注意数据链路层不是一定要实现可靠传输
5.1 可靠传输
通俗理解：发送端发送什么，接收端就接收什么
传输差错除了可能发生的比特差错，还可能存在帧在传输过程中失序、重复、丢失等差错
过去，OSI模型比较老，在当时那个时期就必须要求数据链路层必须向上提供一个可靠传输，因此在CRC检测的基础上，就增加了编号、确认、重传
现在，计算机网络并没有强制数据链路层提供可靠传输。
- 如果数据链路质量好，数据链路层就不使用可靠传输机制，相应的，如果数据链路层传输数据时出了差错需要纠正，那么将由上层协议（如传输层TCP）来完成
- 如果数据链路质量差，那还是需要数据链路层使用可靠传输机制的
5.2 ARQ机制、ARQ协议
ARQ机制：ARQ机制是一种通用的错误控制原理，用于在不可靠的通信信道中保证数据传输的可靠性。
ARQ协议：ARQ协议是基于ARQ机制具体实现的通信规则和标准，定义了数据包格式、时序、状态机等细节。
类比理解
- ARQ机制 ≈ 交通规则中的“红灯停、绿灯行”（通用原则）
- ARQ协议 ≈ 某城市具体的交通信号灯时序方案（如绿灯持续30秒，黄灯3秒）
5.3 ARQ简介（可靠传输）
面向连接？发送数据前打招呼，发送完数据后要反馈
无连接？广场发广告单，无需认识、无需反馈
ARQ协议，即自动重传请求，是OSI模型中的（数据链路层）和（传输层）错误纠正协议之一，它通过使用（确认）和（重传）这两个机制，在不可靠的基础上实现可靠的信息传输，是一种面向连接的协议
数据链路层的HDLC协议、传输层的TCP协议均使用了ARQ机制
采用确认和超时重传两种机制的可靠传输协议称为自动重传请求（ARQ）
- 如果发送方在发送后一段时间内没有收到确认帧，它通常会重新发送
- 重传的请求是自动进行的，接收方不需要请求发送方重传某个出错的分组
ARQ协议有3种：停止等待ARQ协议、连续ARQ协议（连续后退N帧协议、选择重传协议）
5.3.1 停止等待协议
发送方每次只允许发送一个帧，接收方每接收一个帧都要反馈应答，表示可以接收下一个帧，发送方收到应答信号后才能发送下一个帧
（1）无差错情况
做题目一般会忽略确认帧的发送时间，或者数据帧和确认帧都在考虑在内
（2）有差错情况
另一种设置：可靠传输协议中，也可以在有差错的时候发送“否认报文NAK”给对方，这样能让发送方及时知道出了差错。但是这样的处理会让协议复杂化，目前实用的可靠传输协议都不使用这种否认报文了
为了实现超时重传，需要注意三点：
- 发送方发送完一个帧后，需要暂时保留已发送帧的副本供超时重传时使用，只有收到确认后才能清除副本
- 帧和确认帧都需要编号，这样才能明确是哪一个发出去的帧收到了确认。编号是循环使用的，比如使用2bit来编号，范围就只能是0~3，再增加一个号又会回到0
- 超时计时器设置的重传时间应比帧传输的RTT更长一些
确认丢失
确认迟到
丢掉后来的重复确认帧
5.3.2 连续ARQ协议
（1）流水线传输
（2）滑动窗口
为了搞懂剩下的两种连续ARQ协议，我们需要引入滑动窗口的概念
滑动窗口机制特点
- 发送方只有收到一帧的确认，才能将窗口划过该帧
- 接收方只有收到一帧并发送确认，才能将窗口划过该帧
- 当接收窗口大小为1时，可以保证按序接收
- 数据链路层的滑动窗口大小不变，而传输层的滑动窗口大小可变
（3）累计确认
（4）后退N帧协议GBN
（5）选择重传协议SR
5.4 信道利用率
发送周期指的是发送方去发送分组（一般化，信道利用率的问题也不只是在数据链路层出现，每层的PDU不一样，统称分组）到它收到第一个确认分组的时间
- 信道利用率
- 有效数据传输速率 = 有效数据长度 / 发送周期
- 信道吞吐率 = 信道利用率 * 发送方发送速率（数据传输速率）
5.5 本章小结
