（二）流量控制和可靠传输

1. 概念和方法

1.1. 流量控制

控制发送方的发送速度，以和接收方的速度匹配；
方法：滑动窗口机制，限制发送方一次性发送的数据帧数量；

1.2. 可靠传输

确保接收方按正确的顺序收到正确的数据帧；
方法：确认和重传机制；

2. 停止 - 等待协议

自动重传请求（ARQ）机制：指发送端自动请求重传的一种机制；
该协议可视为一个窗口大小为 1 的滑动窗口协议；

2.1. 无差错

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2.2. 有差错：超时重传

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B 未收到或受到错误帧时，不会发送确认信号，A 超时未收到回应，进行重传；
为实现超时重传，A 需要暂存当前要发送的帧，且分组要进行编号；
超时时间应略大于数据帧的平均往返时间；

2.3. 确认帧丢失

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B 丢弃重复的 $M_{1}$ ，并再次发送确认帧；
为了分辨重复的数据帧，分组需要编号；

2.4. 确认迟到

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2.5. 信道利用率

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停止等待协议的信道利用率： $η = T_{D} / (T_{D} + R T T + T_{A})$ （无差错情况下）；
- $R T T = 2 τ$ ，为数据帧平均往返时间，其中 $τ$ 为端到端的传播时延；
- $T_{D}$ ：发送端发送分组所需时间；
- $T_{A}$ ：接收端进行确认所需时间；

2.6. 流水线传输

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发送端可以连续发送最多 $k$ 个分组，而不必每发送一个分组就需要等待确认；
此时： $η = k T_{D} / (T_{D} + R T T + T_{A})$ ；
信道利用率达到最大时，最小的 $k_{m i n}$ ，满足： $η = k_{m i n} T_{D} / (T_{D} + R T T + T_{A}) = 1$

3. 连续 ARQ 协议

即发送窗口 $k > 1$ 的 ARQ 协议；

3.1. 滑动窗口机制

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发送窗口：实现流量控制，其大小和接收端接受能力有关；

3.2. 帧的分类

不允许发送：不在滑动窗口里的帧，上图 (b) 的 1 和 7~12 号；
- 已发送且已确认：1 号；
- 未发送但不允许发送：7~12 号；
已发送但未确认：滑动窗口里除最前一个以外的，上图 2~5 号；
可以发送但未发送：滑动窗口里的最前一个，上图 6 号；

3.3. 错误帧处理

后退 N 帧协议（GBN，Go-back N，常考）
- 发送多个帧时，若中间某帧丢失（但其之前的帧均完好），则接收端只对丢失帧以前的帧进行确认；
- 发送端需要将此丢失帧及其之后的帧全部重发；
累积确认
- 发送端不必对收到的每一帧都发送确认帧；
- 发送端对按序到达的最后一帧发送确认，表示此帧及其之前的都已正确接收；
- 优点：容易实现，节约带宽；
- 缺点：中间帧丢失时，只能确认到此帧之前，对于此帧之后的帧，不能反应正确接收的情况；
选择重传协议（SR）
- 接收端用一个缓冲区暂存收到的帧；
- 接收端可要求发送端重传出错的帧，并在收到正确的帧后，和缓冲区中其余帧组合为正确的数据发往上层；
- 此协议不能用累计确认；

3.4. 滑动窗口实现

数据结构
- 发送端：设置变量 SWS（Send Window Size），称为发送窗口；
- 接收端：设置变量 RWS（Receive Window Size），称为接收窗口；
- SWS：表示在发送端没有收到确认的情况下，最多可以发送的帧个数；
  - 停止等待协议可视为 SWS=1 的一种；
发送端规则
- 窗口内的帧：允许发送，不考虑是否收到确认；
- 窗口右侧的帧：不允许发送；
- 每发送完一帧，SWS - 1，但发送窗口的位置不变，SWS 为 0 时不得继续发送；
- 收到一个帧的确认时，窗口向右移动一位，SWS + 1；
  - 累计确认时，一次可以移动多位，对应 SWS + n；
捎带确认
- 接收端不会立即回发确认帧，而是等待一小段时间；
- 若接收端同时还有发送到发送端的数据帧，则将确认帧附加在数据帧上一并发送；
- 与单独发送确认帧区分：捎带确认的回复时间较长；
接收端规则
- 收到的帧序号和接收窗口的序号一致时才接收，否则丢弃；
- 每正确接收一帧，接收窗口向右滑动一位，并发送该帧确认信号；
  - 累计确认时，可以滑动多位；
SWS 和 RWS 的设置：
- RWS = 1：一次只接受一个帧；
- RWS = SWS：一次性可以接受发送的全部帧；
- RWS > SWS：无意义；
- SWS 最大值： $S W S_{m a x} = N - R W S$ ， $N$ 是发送的不同帧序号的个数；
  - 例：帧序号用 3 个 bit 编码，则可表示的序号为 0~7，共 8 个不同序号值；
  - 原：SWS = 8，RWS = 1，发送端发送帧 0~7，接收方正确接收，但回发的确认帧丢失，则此时：
    - 发送端重传帧 0~7；
    - 接收端应将新收到的帧 0 丢弃，但接收端无法区分收到的帧 0 是属于上一批重复的还是新的一批帧；
  - 改：SWS = 7，RWS = 1，发送端发送帧 0~6，确认信号丢失，此时：
    - 发送端重传帧 0~6；
    - 接收端已收到帧 0~6，等待帧 7，则收到重发的帧时会出现序号不匹配，能正确地丢弃重复帧；
- GBN 协议下， $S W S_{m a x} = 2^{n} - 1$ ， $n$ 为编码帧序号的 bit 个数；
- 选择重传协议下， $S W S_{m a x} = 2^{n - 1}$ ；
ACK 确认帧含义
- 1）确认收到 k 号帧；
- 2）k -1 号帧及其之前的全部接收，准备接收 k 号帧（常考）