计算机网络笔记——数据链路层(停等协议、GBN、SR)

数据链路层流量控制

流量控制:防止发送端发送和接收端接收速度不匹配造成传输错误

传输层和数据链路层均有流量控制,但是控制手法不一样

传输层:端到端,接收端向发送端发送一个窗口公告。告诉发送端目前我能接收多少
数据链路层:点到点,接收端接收不下的就不回复确认(ack),让发送端自己重传

这里不会造成发送端(发送主机)性能浪费,在传输之前传输层已经限制好了,这里控制是为控制没有传输层的中间节点(交换机)之间的流量

相关 协议

涉及协议较多分批写

停止等待协议(单窗口的滑动窗口协议)

优点:最简单的控制协议
缺点:但是性能较弱,信道利用率低

控制方法
发送方:发送一个帧
接收方:接收到帧后返回改帧的ack
发送方:接收到ack后发送下一个帧

Z4sds0.png

差错控制

  1. 发送帧丢失:发送端发送一个帧后会为该帧启动一个超时计时器,帧丢失后,接收端接收不到自然不会发送ack,发送端等待一个计时器后仍没有收到ack就自动重发

    Z4swLV.png

  2. ack丢失:接收端收到发送端的帧后发送ack 中途丢失,等待一个超时计时器后同帧丢失一样自动重发

    Z4sBZT.png

  3. ack迟到:在超时计时器之后接收到了上一个ack,因为该数据已经重发发送端会直接忽略, 接收端接收到重发数据会重新发送一个ack并丢弃重复数据

    Z4sDdU.png

注意

  1. 发完一个帧后,必须保留它的副本。优化错误重发性能
  2. 数据帧和确认帧必须编号。便于差错控制
  3. 超时计时器设计应比最大RTT更长一些

滑动窗口协议

滑动窗口协议是基于停止等待协议的优化版本
停止等待协议性能是因为需要等待ack之后才能发送下一个帧,在传送的很长时间内信道一直在等待状态
滑动窗口则利用缓冲思想,允许连续发送(未收到ack之前)多个帧,以加强信道利用

窗口:其实就是缓冲帧的一个容器,将处理好的帧发送到缓冲到窗口,可以发送时就可以直接发送,借此优化性能。一个帧对应一个窗口。

后退N帧协议(GBN)

GBN是滑动窗口中的一种,其中 发送窗口 > 1 ,接收窗口=1 因发送错误后需要退回到最后正确连续帧位置开始重发,故而得名。

控制方法
发送端:在将发送窗口内的数据连续发送
接收端:收到一个之后向接收端发送累计确认的ack
发送端:收到ack后窗口后移发送后面的数据

Z4gonI.png

累计确认:累计确认允许接收端一段时间内发送一次ack而不是每一个帧都需要发送ack。该确认方式确认代表其前面的帧都以正确接收到
eg:发送端发送了编号 0,1,2,3,4,5 的帧,等待一段时间后(超过3的超时计时器)累计收到的ack对应 0,2 帧,则证明已经成功 0,1,2 均已经成功接收,3 传输错误。并且哪怕 4,5两个帧接收成功后也不会返回 4,5 的ack会一直等待从 3 开始重传

差错控制

发送帧丢失、ack丢失、ack迟到等处理方法基本和停等协议相同,不同的是采用累计确认恢复的方式,当前面的帧出错之后后面帧无论是否发送成功都要重传

Z4g7HP.png

优点:信道利用率高(利用窗口有增加发送端占用,并且减少ack回复次数)
缺点:累计确认使得该方法只接收正确顺序的帧,而不接受乱序的帧,错误重传浪费严重

发送窗口大小问题
窗口理论上是越多性能越好,但是窗口不能无限大,n比特编码最大只能2^(n-1)个窗口,否则会造成帧无法区分(本质就是留了一个比特区分两组帧)

选择重传协议(SR)

SR协议可以说是GBN的plus版本,在GBN的基础上改回每一个帧都要确认的机制,解决了累计确认只接收顺序帧的弊端只需要重发错误帧。
其中 发送窗口 > 1 ,接收窗口 > 1 ,接收窗口 > 发送窗口 (建议接 收窗口 = 发送窗口 接收窗口少了溢出多了浪费).

控制方法
发送端:将窗口内的数据连续发送
接收端:收到一个帧就将该帧缓存到窗口中并回复一个ack
接收端:接收到顺序帧后将数据提交给上层并接收窗口后移(若接收到的帧不是连续的顺序帧时接收窗口不移动)
发送端:接收到顺序帧的ack后发送窗口后移(同理发送窗口接收到的ack不连续也不移动)

差错控制

发送帧丢失、ack丢失、ack迟到三类处理方式仍然和停等协议相同,不同的是SR向上层提交的是多个连续帧,停等只提交一个帧(不连续的帧要等接收或重传完成后才会提交)

Z4gTBt.png

发送窗口大小问题
同GBN一样,发送窗口和接收窗口都不能无限多,且不说缓存容量问题,当两组帧同时发送时会造成无法区分,大小上限仍然是2^(n-1)个窗口(本质就是留了一个比特写组号)

窗口大小这里留一张截图,方便理解
假设窗口大小都为3(图中编号到了3是借4窗口的图,正常应编号到2,但是不妨碍理解)
左边是错误重发,第一组的0帧ack丢失了
右边是正常收发

Z42faV.png

若是2比特编码,她本身编码只够区分帧本身,而无法区分最后接收的0帧时哪一个组(啥时候应该发来的)
若采用3比特编码就能区分开了

三种协议对比:
停等协议:单线程的傻子,简单不易出错,但是效率极其低下
GBN:假的多线程(接收端太坑啦),接收端是情种,只等待自己哪一个帧,丢弃了后来的帧
SR:多线程,接收端有收藏癖,等待集齐一套召唤神龙(提交给上层这只神龙……)

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