计算机网络学习笔记（5）---传输层--可靠数据传输、Rdt1.0、2.0、2.1、2.2、3.0、流水线与滑动窗口协议、GBN、SR

目录

 1 传输层

2 可靠（不错、不丢、不乱）数据传输

 3 流水线机制和滑动窗口协议

 1 传输层

1.1 传输层服务和协议

1、传输层协议为运行在不同Host上的进程提供了一种逻辑通信机制；

2、端系统运行传输层协议：

（1）发送方：将应用递交的消息分成一个或多个的Segment，并向下传给网络层；

（2）接收方：将接收到的segment组装成消息，并向上交给应用层；

3、传输层可以为应用提供多种协议 --- Interrnet上的TCP；UDP；

1.2 传输层与网络层的区别

1、网络层：提供主机之间的逻辑通信机制；

2、传输层：提供应用进程之间的逻辑通信机制；

（1）位于网络层之上；（2）依赖于网络层服务；（3）对网络层服务进行（可能的增强）；

1.3 Internet传输层协议

1、可靠、按序的交付服务（TCP）

（1）拥塞控制；（2）流量控制；（3）连接建立；

2、不可靠的交付服务（UDP）

基于“尽力而为（Best-effort）”的网络层，没有做（可靠性方面的）扩展；

3、两种服务TCP/UDP均不保证延迟、带宽；

1.4 多路复用和多路分用

 注：Socket是传输层与应用层之间的，“门”；

1、无连接分用---面向UDP 

 2、面向连接的分用---TCP，一对一

 注：一个进程创建多个线程；

 1.5 UDP---User Datagram Protocol [RFC 768]

1、基于Internet IP协议----（1）复用/分用；（2）简单的错误校验；

2、“Best effort”服务，UDP服务：（1）丢失；（2）非按序到达；

3、无连接：（1）UDP发送方和接收方之间不需要握手；（2）每个UDP段的处理独立于其他段；

4、UDP优点（存在价值）

（1）无需建立连接（减少延迟）；（2）实现简单：无需维护连接状态；（3）头部开销小；

（4）没有拥塞控制：应用可更好的控制发送时间和速率；

5、UDP应用

（1）常用于流媒体应用：容忍丢失；速率敏感；（2）DNS、SNMP；

在UDP上实现可靠数据传输：在应用层增加可靠性机制；应用特定的错误恢复机制；

 6、UDP校验和checksum校验和---检测UDP段在传输中是否发生错误（如位翻转）；

（1）发送方：

a、将段的内容视为16-bit整数；

b、校验和计算：计算所有整数的和，进位加在和的后面，将得到的值按位求反，得到校验和

c、发送方将校验和放入校验和字段；

（2）接收方

a、计算所收到段的校验和；

b、将其与校验和字段进行对比：不相等---检测出错误；相等:没有检测出错误（但可能也有错误）

（3）校验和计算示例：最高位进位必须被加进去

2 可靠（不错、不丢、不乱）数据传输

2.1 可靠数据传输原理

（1）可靠数据传输对应用层、传输层、链路层都很重要；

（2）网络Top-10问题；

（3）信道的不可靠特性决定了可靠数据传输协议（rdt）的复杂性；

2.2 可靠数据传输协议基本结构：接口

2.3 可靠数据传输协议

2.4 Rdt1.0：可靠信道上的可靠数据传输 

（1）底层信道完全可靠；不会发生错误（bit  error）;不会丢弃分组；

（2）发送方和接收方的FSM独立；

 2.5 Rdt2.0：产生位错误的信道

（1）底层信道可能翻转分组中的位（bit）,利用校验和检测位错误；

（2）如何错误恢复？

a、确认机制（Acknowledgements,ACK）:接收方显式地告知发送方分组已正确接收；

b、NAK：接收方显示地告知发送方分组有错误；

c、发送方收到NAK后，重传分组；

（3）基于这种重传机智的rdt协议称为ARQ（Automatic Repeat Request）协议；

（4）Rdt2.0中引入的新机制：差错检测；接收方反馈控制消息：ACK/NAK；重传

 2.6 Rdt2.1和2.2

1、Rdt2.0的缺陷：ACK/NAK消息发生错误/被破坏（corrupted）

（1）为ACK/NAK增加校验和，检错并纠错；

（2）发送方收到被破坏ACK/NCK时不知道接收方发生了什么，添加额外的控制消息；

（3）如果ACK/NAK坏掉，发送方重传；

（4）不能简单地重传：产生重复分组；

2、如何解决重复分组的问题

（1）序列号（Sequence number）:发送方给每个分组增加序列号；（2）接收方丢弃重复分组；

3、Rdt2.1：应用对ACK/NAK破坏

发送方：

接收方：

 4、Rdt2.1 VS Rdt2.0

5、Rdt2.2：无NAK消息协议 

 2.7 Rdt3.0：信道既可能发生错误，也可能丢失分组

1、“校验和+序列号+ACK+重传”够用吗?

2、 发送方：

 

3、Rdt3.0示例：

 4、Rdt3.0性能分析---Rdt3.0能够正确工作，但性能很差

软硬件协同设计，停等操作，引起的Rdt3.0的性能很差

 3 流水线机制和滑动窗口协议

3.1 流水线协议 

1、允许发送方在收到ACK之前连续发送多个分组：

（1）更大的序列号范围；（2）发送方/接收方需要更大的存储空间以缓存分组；

 3.2 滑动窗口协议（Sliding-window protocol）

  

1、窗口---（1）允许使用的序列号范围；（2）窗口尺寸为N：最多有N个等待确认的消息；

2、滑动窗口---随着协议的运行，窗口在序列号空间内向前滑动；

3、滑动窗口协议：GBN,SR

3.3 GBN协议---Go-Back-N协议

 1、Go-Back-N(GBN)协议：发送方

（1）分组头部包含K-bit序列号；（2）窗口尺寸为N，最多允许N个分组未确认；

（3）ACK（n）：确认序列号n（包含n）的分组均已被正确接收：可能受到重复ACK；累计确认

（4）为空中的分组设置计时器（timer）;

（5）超时Timeout(n)事件：重传序列号大于等于n，还未受到ACK的所有分组

2、GBN：发送方扩展FSM

 3、GBN：接收方扩展FSM

 （1）ACK机制：发送拥有最高序列号的、已被正确接收的分组的ACK；

a、可能产生重复的ACK；b、只需要记住唯一的expectedseqnum;

（2）乱序到达的分组：

a、直接丢弃-->接收方没有缓存；b、重新确认序列号最大的、按序到达的分组；

4、GBN示例

 3.4 Selective Repeat---SR协议，多了一个接收方的窗口

1、 GBN协议缺陷：会重传重复分组很多；

2、SR协议改进

（1）接收方对每个分组单独进行确认---设置缓存机制，缓存乱序到达的分组；

（2）发送方只重传那些没收到ACK的分组---为每个分组设置定时器；

（3）发送方窗口：a、N个连续的序列号；b、限制已发送且未确认的分组；

3、SR发送方/接收方窗口

 4、SR协议

 

5、SR协议示例