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分类: 网络与安全

2013-11-19 03:27:23

什么是滑动窗口协议? 
    一图胜千言,看下面的图。简单解释下,发送和接受方都会维护一个数据帧的序列,这个序列被称作窗口。发送方的窗口大小由接受方确定,目的在于控制发送速度,以免接受方的缓存不够大,而导致溢出,同时控制流量也可以避免网络拥塞。下面图中的4,5,6号数据帧已经被发送出去,但是未收到关联的ACK,7,8,9帧则是等待发送。可以看出发送端的窗口大小为6,这是由接受端告知的(事实上必须考虑拥塞窗口cwnd,这里暂且考虑cwnd>rwnd)。此时如果发送端收到4号ACK,则窗口的左边缘向右收缩,窗口的右边缘则向右扩展,此时窗口就向前“滑动了”,即数据帧10也可以被发送。

点击看大图

    下面就滑动窗口协议做出更详细的说明,这里为了简单起见设定发送方窗口大小为2,接受方大小为1。看下面图:

pic301
  一:初始态,发送方没有帧发出,发送窗口前后沿相重合。接收方0号窗口打开,等待接收0号帧; 
  二:发送方打开0号窗口,表示已发出0帧但尚确认返回信息。 此时接收窗口状态不变; 
  三:发送方打开0、1号窗口,表示0、1号帧均在等待确认之列。至此,发送方打开的窗口数已达规定限度,在未收到新的确认返回帧之 前,发送方将暂停发送新的数据帧。接收窗口此时状态仍未变; 
  四:接收方已收到0号帧,0号窗口关闭,1号窗口打开,表示准备接收1号帧。此时发送窗口状态不 变; 
  五:发送方收到接收方发来的0号帧确认返回信息,关闭0号窗口,表示从重发表中删除0号帧。此时接收窗口状态仍不变 
  六:发送方继续发送2号帧,2号窗口 打开,表示2号帧也纳入待确认之列。至此,发送方打开的窗口又已达规定限度,在未收到新的确认返回帧之前,发送方将暂停发送新的数据帧,此时接收窗口状态 仍不变; 
  七:接收方已收到1号帧,1号窗口关闭,2号窗口打开,表示准备接收2号帧。此时发送窗口状态不变; 
  八:发送方收到接收方发来的1号帧收毕的确认信 息,关闭1号窗口,表示从重发表中删除1号帧。此时接收窗口状态仍不变。

 

1比特滑动窗口协议? 
    上面说的只是滑动窗口协议的理论,实际应用中又有不同。首先就是停等协议(stop-and-wait),这时接受方的窗口和发送方的窗口大小都是1,1个比特就够表示了,所以也叫1比特滑动窗口协议。发送方这时自然发送每次只能发送一个,并且必须等待这个数据包的ACK,才能发送下一个。虽然在效率上比较低,带宽利用率明显较低,不过在网络环境较差,或是带宽本身很低的情况下,还是适用的。看下面的流程图:

pic304

 



后退n协议? 
    停等协议虽然实现简单,也能较好的适用恶劣的网络环境,但是显然效率太低。所以有了后退n协议,这也是滑动窗口协议真正的用处,这里发送的窗口大小为n,接受方的窗口仍然为1。具体看下面的图,这里假设n=9: 
    首先发送方一口气发送10个数据帧,前面两个帧正确返回了,数据帧2出现了错误,这时发送方被迫重新发送2-8这7个帧,接受方也必须丢弃之前接受的3-8这几个帧。 
    后退n协议的好处无疑是提高了效率,但是一旦网络情况糟糕,则会导致大量数据重发,反而不如上面的停等协议,实际上这是很常见的,具体可以参考TCP拥塞控制。

pic302 

选择重传协议? 
    后退n协议的另外一个问题是,当有错误帧出现后,总是要重发该帧之后的所有帧,毫无疑问在网络不是很好的情况下会进一步恶化网络状况,重传协议便是用来解决这个问题。原理也很简单,接收端总会缓存所有收到的帧,当某个帧出现错误时,只会要求重传这一个帧,只有当某个序号后的所有帧都正确收到后,才会一起提交给高层应用。重传协议的缺点在于接受端需要更多的缓存。

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