可靠數據傳輸基本原理（3）-滑動窗口

前兩篇文章分別解釋了可靠性傳輸要解決的兩件事情：

1：數據受損怎麼辦

2：數據丟失怎麼辦

可靠性傳輸核心解決辦法：

1：停等協議（等前一個完全確認發送成功後再發送下一組數據）

2：重傳（若是傳輸受損，重傳；若是傳輸丟失，重傳）

經過以上兩個方法外加序列號，校驗等已經實現了可靠性傳輸。可是有性能問題

停等協議的弊端

 

信道利用率U=傳輸時間 /傳輸時間 + RTT。當RTT很大是，傳輸效率會很是低下。

把信道假設爲一條高速公路，停等相似於前一輛車到達終點後下一輛車才能開始進入高速公路，效率可想而知。

引入流水線

再也不以停等的形式進行發送，而是一次傳輸多個，下圖爲例，一次性傳輸三組數據使得信道的利用率提升了三倍。

 

 一樣用高速公路做爲例子，車子一輛跟着一輛進入高速公路。

停等和流水線運行時狀態

 

流水線須要面對的問題

1. 更多的序號，停等0，1就夠了。

2.發送的過程當中可能會亂序，發送方最低限度須要緩存已經發送可是沒有確認的數據分組，接收方也許也要緩存已經收到的數據。

滑動窗口基本模型

下圖爲一個基本的滑動窗口在發送端的模型

說明

• 窗口大小爲N（窗口的大小在TCP中是在握手的階段接收方告訴發送方的，後續隨着網絡狀況和接收方讀取的速度，會實時進行調整）
• Base下一個等待確認的序號。
• NextSeqNum爲下一個即將要發送的序號。

行爲

• 發送方緩存了已經發送可是沒有確認的數據分組（由於若是超時沒有確認，須要從新傳遞這些數據）
• 當Base對應的序號確認後，窗口向右滑動一格，同時把序號爲NextSeqNum對應的數據分組發送出去：Base=Base+1，NextSeqNum=NextSeqNum+1.

滑動窗口之回退N步-GNB（Go-Back-To-N）

• 累計確認：收到一個序號爲n的ack，表明接收方已經收到了序號爲n以及n之前的所有分組
• 超時，若是發生超時，發送方從新傳遞全部已經發送可是還未確認的分組
• 接收方丟棄全部失序的分組，若是接收方期待的是N，若是N+1到了，則直接丟棄。

示意圖

GBN的好處就是簡單，接收方只須要維護一個期待的序列號便可。

最大的問題是資源浪費，上圖能夠看出即便分組3，4，5被正確接受了，可是由於分組2丟失了，致使2，3，4，5被所有重傳。

滑動窗口之選擇重傳-SR（Selective Repeat）

GBN中接收方直接丟棄失序分組，簡單可是資源浪費，SR協議就是爲了解決浪費。

解決浪費的核心就是不丟棄失序分組。可是做爲接收方，傳輸層要保證按序把數據傳輸給上層的應用層，因此相比GBN，SR最大的改造是在接受方增長和緩存。做爲發送方，SR在窗口內也有亂序的已經確認的數據分組。

接收方窗口

接收方緩存了正確接收可是亂序的數據。當ReceiveBase(指望的正確分組）到達時，數據會被交付給上層應用，同時接受窗口會移動。Receivebase=ReceiveBase+1

發送方窗口

 示意圖

以上，滑動窗口的基本原理已經介紹完畢，經過對比發現，無論時GNB仍是SR，爲了保證數據不會亂序，都有一個共同特色：

• 發送方，只有發送Base序號的數據確認後，窗口才會移動
• 接收方，只有接收Base序號的數據收到後，纔會把數據交給上層（GNB中，非Base序號的會丟棄。