计算机网络自学笔记:可靠数据传输的原理

在这篇文章中,我们仅考虑在一般情况下可靠数据传输的问题,仅考虑单向数据传输的情况,即数据传输是从发送方到接收方的。可靠的、双向数据传输(即全双工数据传输)的情况从概念上讲是一样的。本节主要目的是帮助大家理解TCP的可靠数据传输机制。

完全可靠信道上的可靠数据传输:rdt1.0

具有比特差错信道上的可靠数据传输:rdt2.0

在分组的传输、传播或缓存的过程中,这种比特差错通常会出现在网络的物理部件中。

但是确认信息本身出错、引起重复的传输怎么办呢?

因此产生rdt2.1

如果ACK/NAK出错,那么发送者直接重传当前的数据报发送者为数据报添加字段:

序号(sequence number)

接收者抛弃重复的数据报

具有比特差错的丢包信道上的可靠数据传输:rdt3.0

现在假定除了比特受损外,底层信道还会丢包。

发送者等待ACK足够的时间

然后重传(假如还是没有ACK)

如果数据包(orACK)延迟(但没有丢失):

重传导致重复,顺序号的使用可以处理这种情况

但是接收者必须指定所确认数据包的顺序号

一般使用倒数的定时器(timer)

可靠数据传输协议的要点:校验和、序号、定时器、肯定确认和否定确认、重传。

4流水线可靠数据传输协议

Rdt3.0使用停等方式运行,提高发送效率的方法是允许发送方发送多个分组而无需等待确认。发送方向接收方传输的众多分组可以被看成是填充到了一条流水线中,因此这种技术被称为流水线(pipelining)。

流水线技术对可靠数据传输协议提出了新的要求:

.必须增加序号范围,因为每个传输的分组(不计算重传的)必须有一个唯一的序号,而且也许有多个在传输中的未确认的分组。

.协议的发送方和接收方必须缓存多个分组。发送方最低限度应当能缓冲那些已发送但没有确认的分组。接收方也需要缓存那些已正确接收的分组。

.所需序号范围和对缓冲的要求取决于数据传输协议处理丢失、损坏及过度延时分组的方式。

解决流水线的差错恢复有两种基本方法:回退N步和选择重传。

•回退N步

在GBN协议中,允许发送方发送多个分组(当有多个分组可用时)而不需等待确认,但它也受限于在流水线中未确认的分组数不能超过某个最大允许数N。

已被发送但还未被确认的分组的许可序号范围可以被看成是一个在序号范围内长度为N的窗口。随着协议的运行,该窗口在序号空间内向前滑动。因此,N常被称为窗口长度,协议常被称为滑动窗口协议。

当有超时事件发生,出现丢失和过度时延分组时,发送方将重传所有已发送但还未被确认的分组。

在GBN中,接收方的动作也很简单。如果一个序号为n的分组被正确接收到,并且按序(即上次交付给上层的数据是序号为n-I的分组),则接收方为分组n发送一个ACK,并将该分组中的数据交付到上层。在所有其他情况下,接收方都丢弃该分组,并为最近按序接收的分组n-1重传ACK。因此,使用累积确认是GBN的一个很自然的选择。累积确认指接收一个未出错分组(可能失序)时总是返回一个最后接收的按顺序到达分组的确认。

GBN协议中综合了TCP可靠数据传输构件的所有技术。这些技术包括序号、累积确认、校验和以及超时/重传操作。

•选择重传

选择重传(SR)协议通过让发送方仅重传那些它怀疑在接收方出错(即丢失或受损)的分组而避免了不必要的重传。这种个别的、按需的重传要求接收方逐个地确认正确接收的分组。它也用窗口长度N来限制流水线中未完成、未被确认的分组数。

发送方:

a从上层收数据。当从上层接收到数据后,SR发送方检查下一个可用的序号。如果序号在发送方的窗口内,则将数据打包并发送;否则就像在GBN中一样。要么将数据缓存,要么将其返回给上层。

b超时定时器被用来防止丢失分组。但每个分组必须有自己的定时器,因为超时后只能发送一个分组。

c收到ACK。如果收到ACK,且该分组序号在窗口内,则SR发送方将那个被确认的分

组标记为已接收。如果该分组的序号等于窗口左边缘的基序号,则窗口基序号向前移动到具有最小序号的未确认分组处。如果窗口移动了并且有分组序号落在窗口内未发送。则发送这些分组。

SR接收方将确认一个正确接收的分组而不管其是否按序。失序的分组将被缓存直到所有丢失分组(即序号更小的分组)都被收到,这时才它们按序交付给上层

a收到的分组落在接收方的窗口内,一个确认分组被回送给发送方,即使该分组是接收方以前已确认过的分组。

b如果该分组是以前没收到的分组,则被缓存。如果该分组的序号等于接收窗口的基序号,则该分组以及以前缓存的、序号连续的分组交付给上层,然后接收窗口向前移动。

c其他情况,忽略该分组。

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