数据链路层之流量控制和可靠传输机制（停止-等待协议、后退N帧协议（GBN）、选择重传协议（SR））

学习的最大理由是想摆脱平庸，早一天就多一份人生的精彩；迟一天就多一天平庸的困扰。各位小伙伴，如果您：
想系统/深入学习某技术知识点…
一个人摸索学习很难坚持，想组团高效学习…
想写博客但无从下手，急需写作干货注入能量…
热爱写作，愿意让自己成为更好的人…

---

前言：流量控制简介

较高的发送速度和较低的接收能力的不匹配，会造成传输出错，因此流量控制也是数据链路层的一项重要工作。

数据链路层的流量控制是点对点的，而传输层的流量控制是端到端的。

数据链路层流量控制手段:接收方收不下就不回复确认。

数据链路层流量控制手段:接收方收不下就不回复确认。

可靠传输:发送端发啥，接收端收啥。
流量控制:控制发送速率，使接收方有足够的缓冲空间来接收每一个帧
滑动窗口解决：

• 流量控制（收不下就不给确认，想发也发不了)
• 可靠传输（发送方自动重传)

---

一、停止-等待协议

发送窗口大小=1，接收窗口大小=1;

1.为什么要有停止-等待协议?

除了比特出差错，底层信道还会出现丢包问题。（丢包:物理线路故障、设备故障、病毒攻击、路由信息错误等原因，会导致数据包的丢失。）

所以为了实现流量控制，而有停止-等待协议。

2.研究停等协议的前提?

虽然现在常用全双工通信方式，但为了讨论问题方便，仅考虑一方发送数据（发送方)，一方接收数据(接收方）。

因为是在讨论可靠传输的原理，所以并不考虑数据是在哪一个层次上传送的。

“停止-等待”就是每发送完一个分组就停止发送，等待对方确认，在收到确认后再发送下一个分组。

3.停等协议有几种应用情况?

两种：
无差错情况&有差错情况

4.停等协议――无差错情况

每发送1个数据帧就停止并等待，因此用1bit来编号就够。

5.停等协议――有差错情况

1、数据帧丢失或检测到帧出错

注意：

• 1.发完一个帧后，必须保留它的副本。

• ⒉数据帧和确认帧必须编号。

2.ACK丢失

3、ACK迟到

此时是第一次发送的ACK0在重传0帧接收到重传的ACK0之后

还有一种是第一次发送的ACK0在重传0帧接收到重传的ACK0之前

情况也是一样的，只不过此时是重传的0帧返回的ACK0收到被丢弃罢了。

6、停等协议性能分析

总结就是

• 简单
• 信道利用率太低
  
  

信道利用率：发送方在一个发送周期内,有效地发送数据所需要的时间占整个发送周期的比率。

信道利用率=（L/C）/T

L：T内发送L比特数据
C：发送方数据传输率
T：发送周期（从开始发送数据，到收到第一个确认帧为止）

信道吞吐率=信道利用率*发送方的发送速率

例题：
一个信道的数据传输率为4kb/s，单向传播时延为30ms，如果使停止-等待协议的信道最大利用率达到80%，要求的数据帧长度至少为()。

解答：
80%=L/4/（L/4+2×30ms）
即80%=L/（L+2×30ms×4kb/s）
所以L=960bit

二、后退N帧协议（GBN）

发送窗口大小>1，接收窗口大小=1;

前提：累计确认

当接收方按序收到的几个帧都是正确的接收，那么此时会返回一个ACKn，此时的ACKn对于发送方来讲就是：n帧以及n帧前面的所有帧都已经发送成功，这个就叫累计确认。

稍带确认：发送方和接收方都可进行通信，所以可以在发送数据时将确认帧给发送，进行通信。

1、后退N帧协议（GBN）流程

发送窗口:发送方维持一组连续的允许发送的帧的序号。
接收窗口:接收方维持一组连续的允许接收帧的序号。

此时是发送方发送的0帧到达后，返回ACK0给发送方，并且发送方并不是发送一帧数据，1帧也在路上

在发送方接收到ACK0后滑动窗口会向后移动，

发送方可以简单分为这四类

2、GBN发送方必须响应的三件事

1、上层调用

上层要发送数据时，发送方先检查发送窗口是否已满，如果未满，则产生一个帧并将其发送;如果窗口已满，发送方只需将数据返回给上层，暗示上层窗口已满。上层等一会再发送。(实际实现中，发送方可以缓存这些数据，窗口不满时再发送帧)。

2、收到了一个ACK

GBN协议中，对n号帧的确认采用累积确认的方式，标明接收方已经收到n号帧和它之前的全部帧。

3、超时事件

协议的名字为后退N帧/回退N帧，来源于出现丢失和时延过长帧时发送方的行为。就像在停等协议中一样，定时器将再次用于恢复数据帧或确认帧的丢失。如果出现超时，发送方重传所有已发送但未被确认的帧。

3、GBN接收方要做的事

• 如果正确收到n号帧，并且按序，那么接收方为n帧发送一个ACK，并将该帧中的数据部分交付给上层。
• 其余情况都丢弃帧，并为最近按序接收的帧重新发送ACK。接收方无需缓存任何失序帧，只需要维护一个信息:expectedseqnum (下一个按序接收的帧序号）。

4、运行中的GBN

5、滑动窗口长度

窗口长度可以无限吗?
当时是不可以的。

若采用n个比特对帧编号，那么发送窗口的尺寸w_T应满足:1<=W_T<=2^n-1。因为发送窗口尺寸过大，就会使得接收方无法区别新帧和旧帧。

6、GBN协议重点总结

• 1、累积确认（偶尔捎带确认)
• 2接收方只按顺序接收帧,不按序无情丢弃
• 3.确认序列号最大的、按序到达的帧
• 4。发送窗口最大为2^n-1，接收窗口大小为1

例题1：
数据链路层采用了后退N帧（GBN )协议，发送方已经发送了编号为0~7的帧。当计时器超时时，若发送方只收到0、2、3号帧的确认，则发送方需要重发的帧数是()。

解答：
发送方收到0、2、3号帧，由于累计确认，我们可以认为3号帧以及3号帧之前的都已经接收到了，所以需要重新发的是4、5、6、7号帧。

7、GBN协议性能分析

• 因连续发送数据帧而提高了信道利用率
• 在重传时必须把原来已经正确传送的数据帧重传，是传送效率降低。

三、选择重传协议(SR）

发送窗口大小>1，接收窗口大小>1;

1、选择重传协议(SR）流程

发送方的数据分类：

接收方的数据分类：

2、SR发送方必须响应的三件事

1.上层的调用

从上层收到数据后，SR发送方检查下一个可用于该帧的序号，如果序号位于发送窗口内，则发送数据帧;否则就像GBN一样，要么将数据缓存，要么返回给上层之后再传输。

2.收到了一个ACK

如果收到ACK，加入该帧序号在窗口内，则sR发送方将那个被确认的帧标记为已接收。如果该帧序号是窗口的下界（最左边第一个窗口对应的序号），则窗口向前移动到具有最小序号的未确认帧处。如果窗口移动了并且有序号在窗口内的未发送帧，则发送这些帧。

3.超时事件

每个帧都有自己的定时器，一个超时事件发生后只重传一个帧。

2、SR接收方要做的事

来者不拒（窗口内的帧)

SR接收方将确认一个正确接收的帧而不管其是否按序。失序的帧将被缓存，并返回给发送方一个该帧的确认帧【收谁确认谁】，直到所有帧（即序号更小的帧）皆被收到为止，这时才可以将一批帧按序交付给上层，然后向前移动滑动窗口。

如果收到了窗口序号外(小于窗口下界)的帧，就返回一个ACK.
其他情况，就忽略该帧。

3、滑动窗口长度

发送窗口最好等于接收窗口。(大了会溢出，小了没意义)
W_Tmax=W_Rmax=2^(n-1)

4、SR协议重点总结

• 1.对数据帧逐一确认。收一个确认一个
• 2.只重传出错帧
• 3.接收方有缓存
• W_Tmax=W_Rmax=2^(n-1)

例题1：
数据链路层采用了选择重传(SR)协议，发送方已经发送了编号为O~3的帧。现已收到1号帧的确认，而0、2号帧依次超时，则发送方需要重传的帧数是（）

解答：
在SR协议中，对数据帧逐一确认，收一个确认一个，所以1号帧肯定已经接收到了。
因为0、2号帧超时，所以0、2号帧需要重传。因3号帧有缓存，所以还不需要重传。

---

总结

以上就是数据链路层之流量控制和可靠传输机制（停止-等待协议、后退N帧协议（GBN）、选择重传协议（SR））的相关知识点，希望对你有所帮助。
积跬步以至千里，积怠惰以至深渊。时代在这跟着你一起努力哦！