【计算机网络】数据链路层 : 后退 N 帧协议 GBN ( 滑动窗口 | 发送窗口长度 | “发送方“ 累计确认、超时机制 | “接收方“ 按序接收、确认帧发送机制 | 计算示例 )★（一）

一、 滑动窗口协议引入

"停止-等待" 协议 弊端 : 信道利用率低 , 发送完一帧后等待 , 这个时候信道完全是空闲的 ;

为了提高信道利用率 , 发送端 发送完一帧后 , 不用等待 接收端的 ACK 确认帧 , 立刻发送 第二帧 , 第三帧 , 这样信道的利用率就提高了 ;

相应协议也要做一些更改 :

① 增加 发送方 的 帧 序号范围 ;

② 发送方 缓存 多个 帧分组 ; 连续发送 N NN 帧 , 其中某一帧 可能需要重传 , 但不知道哪一帧需要重传 , 这里 需要将这 N NN 帧全部缓存下来 ;

这里有引出了两个在 “停止-等待” 协议基础上 , 改进的两个协议 :

后退 N NN 帧协议 ( GBN )

选择重传协议 ( SR )

二、 后退 N 帧协议 ( GBN ) 滑动窗口

后退 N 帧协议 滑动窗口 :

① 发送窗口 : 发送方 维持的 一组 连续的 允许发送的 帧序号 ; ( 本质是 序号 ) , 可以有多个 ;

② 接收窗口 : 接收方 维持的 一组连续的 允许接受的 帧序号 ; ( 本质是 序号 ) , 只有 1 11 个 ;

三、 后退 N 帧协议 ( GBN ) 运行过程

后退 N 帧协议 运行过程 :

① 初始发送方滑动窗口 : { 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 } \{ 0 , 1 , 2 , 3 , 4, 5 \}{0,1,2,3,4,5}

② 发送备份 0 00 帧 : 发送方 发送 0 00 号帧 , 同时 建立 0 00 帧副本 , 为后面可能需要重传做准备 ;

③ 发送备份 1 11 帧 : 发送方 紧接着 发送 1 11 号帧 , 建立 1 11 帧 副本 ;

④ 接收方 滑动窗口 : { 0 } \{ 0 \}{0}

⑤ 接收确认 0 00 帧 : 接收方 接收到了 0 00 号帧 , 回复 ACK 0 00 给发送方 , 表示收到 0 00 帧 ;

⑥ 接收窗口滑动 : 接收方 将 接收窗口 向前滑动一格 ;

⑦ 接收方 滑动窗口 : { 1 } \{ 1 \}{1}

⑧ 发送窗口 滑动 : 发送方 收到 ACK 0 00 , 此时 0 00 号帧已经发送完毕 , 将滑动窗口向前移动一格 ;

⑨ 发送方滑动窗口 : { 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 } \{ 1 , 2 , 3 , 4, 5 , 6 \}{1,2,3,4,5,6}

四、 后退 N 帧协议 ( GBN ) 发送方数据分类

发送方 根据 滑动窗口 状态 , 将数据分为以下 四类 :

① 发送完确认的帧 : 数据发送完毕 , 已经收到了接收端确认信息 ;

② 发送完等待确认的帧 : 数据发送完毕 , 还没有收到确认信息 ;

③ 还能发送的帧 : 滑动窗口中 , 还没有发送的帧 ;

④ 还不能发送的帧 : 滑动窗口 后面的帧 ;

五、 后退 N 帧协议 ( GBN ) 发送方 需要 响应的事件 ( 累计确认 、超时发送机制)

上层调用事件 : 上层发送数据时 , 先检查 发送窗口 ;

① 如果 发送窗口 未满 : 则 生成 数据帧 , 发送数据 ;

② 如果 发送窗口 已满 : 发送方将该信息通知上层 , 让 上层 延迟发送 ;

A C K ACKACK 确认帧 事件 :

① 累计确认 : GBN 协议中 , 采用 累计确认 方式 , 如果收到一个确认帧 , 默认已经收到了 该帧 , 及之前的全部帧 ;

② 不逐一确认 : 接收方 不用 对每个 数据帧 逐一返回确认帧 , 可以每隔一段时间返回一个确认帧 ;

超时事件 : “后退 N 帧协议” 顾名思义 , 如果出现 帧丢失 , 帧延迟 等错误 , 就会回退到 上一个 确认的帧 后面的第一帧位置 , 重传 N NN 帧 ;

① 重发 1 11 帧 : 停止-等待协议 只会 重发 没有确认的 一帧 数据 ;

② 重发 N NN 帧 : 后退 N NN 帧协议 , 会重发 没有收到确认的 N NN 帧数据 ;

六、 后退 N 帧协议 ( GBN ) 接收方 需要 响应的事件 ( 按序接收 、确认帧发送机制 )

后退 N 帧协议 接收方 需要 响应的事件 :

① 收到正确帧 : 收到的帧 正确 , 并且顺序正确 ; 为接收的 N NN 帧发送 ACK 确认信息 , 将该帧的数据交给上层 ;

② 没有收到正确帧 : 收到错误帧 , 或 顺序错误 ; 接收方 为 最近的 正确的帧 发送 ACK , 丢弃错误帧 ;

示例 :

① 出错场景 : 接收端 成功接收了 1 , 2 , 3 1,2,31,2,3 号帧 , 等待接收 4 44 号帧 , 但是直接接收到了 5 , 6 5,65,6 号帧 , 此时 4 44 号帧丢失 ;

② 处理方案 : 将 5 , 6 5,65,6 号帧 丢弃 , 重新发送 最近 正确的帧序号 , 将 A C K 3 ACK 3ACK3 会送给发送端 , 通知发送端从 4 44 号帧开始发送 ;