2024.09.04：網工老姜&beokayy網工學習筆記

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注意數據鏈路層不是一定要實現可靠傳輸

5.1 可靠傳輸

通俗理解：發送端發送什么，接收端就接收什么

傳輸差錯除了可能發生的比特差錯，還可能存在幀在傳輸過程中失序、重復、丟失等差錯

過去，OSI模型比較老，在當時那個時期就必須要求數據鏈路層必須向上提供一個可靠傳輸，因此在CRC檢測的基礎上，就增加了編號、確認、重傳

現在，計算機網絡并沒有強制數據鏈路層提供可靠傳輸。

• 如果數據鏈路質量好，數據鏈路層就不使用可靠傳輸機制，相應的，如果數據鏈路層傳輸數據時出了差錯需要糾正，那么將由上層協議（如傳輸層TCP）來完成
• 如果數據鏈路質量差，那還是需要數據鏈路層使用可靠傳輸機制的

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5.2 ARQ機制、ARQ協議

ARQ機制：ARQ機制是一種通用的錯誤控制原理，用于在不可靠的通信信道中保證數據傳輸的可靠性。

ARQ協議：ARQ協議是基于ARQ機制具體實現的通信規則和標準，定義了數據包格式、時序、狀態機等細節。

類比理解

• ARQ機制 ≈ 交通規則中的“紅燈停、綠燈行”（通用原則）
• ARQ協議 ≈ 某城市具體的交通信號燈時序方案（如綠燈持續30秒，黃燈3秒）

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5.3 ARQ簡介（可靠傳輸）

面向連接？發送數據前打招呼，發送完數據后要反饋
無連接？廣場發廣告單，無需認識、無需反饋

ARQ協議，即自動重傳請求，是OSI模型中的（數據鏈路層）和（傳輸層）錯誤糾正協議之一，它通過使用（確認）和（重傳）這兩個機制，在不可靠的基礎上實現可靠的信息傳輸，是一種面向連接的協議

數據鏈路層的HDLC協議、傳輸層的TCP協議均使用了ARQ機制

采用確認和超時重傳兩種機制的可靠傳輸協議稱為自動重傳請求（ARQ）

• 如果發送方在發送后一段時間內沒有收到確認幀，它通常會重新發送
• 重傳的請求是自動進行的，接收方不需要請求發送方重傳某個出錯的分組

ARQ協議有3種：停止等待ARQ協議、連續ARQ協議（連續后退N幀協議、選擇重傳協議）

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5.3.1 停止等待協議

發送方每次只允許發送一個幀，接收方每接收一個幀都要反饋應答，表示可以接收下一個幀，發送方收到應答信號后才能發送下一個幀

（1）無差錯情況

做題目一般會忽略確認幀的發送時間，或者數據幀和確認幀都在考慮在內

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（2）有差錯情況

另一種設置：可靠傳輸協議中，也可以在有差錯的時候發送“否認報文NAK”給對方，這樣能讓發送方及時知道出了差錯。但是這樣的處理會讓協議復雜化，目前實用的可靠傳輸協議都不使用這種否認報文了

為了實現超時重傳，需要注意三點：

• 發送方發送完一個幀后，需要暫時保留已發送幀的副本供超時重傳時使用，只有收到確認后才能清除副本
• 幀和確認幀都需要編號，這樣才能明確是哪一個發出去的幀收到了確認。編號是循環使用的，比如使用2bit來編號，范圍就只能是0~3，再增加一個號又會回到0
• 超時計時器設置的重傳時間應比幀傳輸的RTT更長一些

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確認丟失

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確認遲到

丟掉后來的重復確認幀

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5.3.2 連續ARQ協議

（1）流水線傳輸

（2）滑動窗口

為了搞懂剩下的兩種連續ARQ協議，我們需要引入滑動窗口的概念

滑動窗口機制特點

• 發送方只有收到一幀的確認，才能將窗口劃過該幀
• 接收方只有收到一幀并發送確認，才能將窗口劃過該幀
• 當接收窗口大小為1時，可以保證按序接收
• 數據鏈路層的滑動窗口大小不變，而傳輸層的滑動窗口大小可變
  

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（3）累計確認

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（4）后退N幀協議GBN

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（5）選擇重傳協議SR

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5.4 信道利用率

發送周期指的是發送方去發送分組（一般化，信道利用率的問題也不只是在數據鏈路層出現，每層的PDU不一樣，統稱分組）到它收到第一個確認分組的時間

• 信道利用率
• 有效數據傳輸速率 = 有效數據長度 / 發送周期
• 信道吞吐率 = 信道利用率 * 發送方發送速率（數據傳輸速率）

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5.5 本章小結