计算机网络滑动窗口三种协议全解析：原理和应用

计算机网络滑动窗口三种协议全解析：原理和应用

引用

CSDN

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https://m.blog.csdn.net/SUN_Gyq/article/details/145197022

滑动窗口协议是计算机网络中用于流量控制和可靠传输的重要机制。本文将详细介绍三种常见的滑动窗口协议：停止等待协议（S-W）、后退N帧协议（GBN）和选择重传协议（SR），并分析它们的原理、应用场景和信道利用率。

一、流量控制、可靠传输与滑动窗口机制

在计算机网络中，流量控制和可靠传输是两个重要的概念。流量控制用于防止发送方发送数据的速度过快，导致接收方无法及时处理；可靠传输则确保数据能够准确无误地从发送方传输到接收方。滑动窗口协议通过维护一个发送窗口和接收窗口，实现了流量控制和可靠传输的双重目标。

二、停止等待协议(S-W)

停止等待协议是最简单的滑动窗口协议，其工作原理如下：

• 数据帧丢失：发送方会启动“计时器”，如果超时就会自动重传。
• 确认帧丢失：发送方接收不到确认帧时，计时器超时会自动重传，接收方会丢弃接收到的重复帧，并将重复帧的ACK返回。

为什么一定要给帧编号呢？如果没有“帧序号”会发生什么？

• 接收方将无法判别“重复帧”。

三、后退N帧协议(GBN)

后退N帧协议是一种改进的滑动窗口协议，其工作原理如下：

• 数据帧丢失：发送窗口中间有数据帧丢失时，若第i号帧超时，则需要将i号帧及其之后的数据帧全部重传。当接收到窗口之外的数据帧时，若目前已经正确接收数据帧，则返回已经正确接收的最后一个帧的ACK（确认帧），若还没有接收到位数据帧，则直接丢弃。
• 确认帧丢失：若第i号帧超时，则需要将i号帧及其之后的数据帧全部重传。收到一个非法帧时，返回已经正确接收的最后一个帧的ACK。
• 收到一个“非法帧”时：接收方会将此帧丢弃，并返回目前已接收的最后一个正确帧的ACK_i，提醒发送方“后退”回i+1号帧重新发送。

注意：“非法帧”包括落在接收窗口之外的帧、检测出差错的帧。

缺点：如果接收方接收帧的速度很慢，或在信道误码很高的情况下，可能会导致发送方的发送进度经常需要“后退”，传输效率低下。

四、选择重传协议(SR)

选择重传协议是一种更高效的滑动窗口协议，其工作原理如下：

• 数据帧丢失：每个帧发出时，设置“计时器”，哪个发送方未接收到ACK超时，就重传哪个。
• 数据帧因差错而被丢弃：接收方接收的第i号数据帧检测出错误，接收方将其丢弃，给第i号发送方返回一个NAK（否认帧），第i号发送方接收到NAK后，发送方（窗口最左侧移动到第一个没有接收到ACK的位置）会重传数据帧，计时器也会重置。
• 确认帧丢失：发送方没有接收到ACK（窗口最左侧移动到第一个没有接收到ACK的位置），发生超时重传，没有接收到ACK的重传，接收方哪个收到重复帧，返回其对应的ACK。

五、三种协议的信道利用率分析

SW 协议的信道利用率

理想状态下，信道利用率为 U=T/(T+RTT+TA)。如果确认帧（TA）非常短，可以忽略不计。即信道利用率为 U=T/(T+RTT)。

GBN、SR 协议的信道利用率

理想状态下，信道利用率为 U=NT/(TD+RTT+TA)。NTZT+RTT+TA，则最大信道利用率为 1。注意：信道利用率不可能超过 1。