3.4 可靠数据传输原理

目录：计算机网络-课程笔记目录

前言

• 什么是可靠

  • 不错、不丢、不乱

• 可靠数据传输协议

  • 网络Top-10问题
  • 信道的不可靠特性决定了可靠数据协议(rdt)的复杂性

• PS：

  • 物理层：比特率

  • 数据链路层：帧(frame)

  • 网络层：包(package)

  • 传输层：数据报(datagram)

    再上面称之为段(Segment)

• 

  • rdt_send() 和 deliver_data() 都是单向的
  • udt_send() 和 rdt_rcv() 都是双向的

• 接下来只考虑单向数据流动

  • 但是控制信息是双向流动的：如 udt_send() 和 rdt_rcv()

rdt 1.0：可靠信道上的可靠数据传输

• 底层信道完全可靠
  • 不会发生错误(bit error)
  • 不会丢弃分组
• 发送方和接收方的FSM（有限状态机）独立
  • 都是只有一个状态：等待调用

rdt 2.0：产生位错误的信道

• 缺陷
  • NAK、ACK发生错误
• 分组不会丢失，按顺序到达
• 底层信道可能翻转分组中的位(bit)
  • 利用校验和检测位错误（难度高）
• 从错误中恢复
  • 确认机制(Acknowledgements, ACK)：接收方显式地告知发送方分组已正确接收
  • NAK机制：接收方显式地告知发送方分组有错误
  • 重传机制：发送方收到NAK后，重传分组
• 基于这种重传机制的rdt协议称为ARQ(Automatic Repeat Request)协议
• rdt 2.0中引入的新机制
  • 差错检测
  • 接收方反馈控制信息：ACK、NAK
  • 重传
• 停 - 等协议（考点）
  • 发送方
    • 状态一：等待上层调用
    • 状态二：等待ACK或NAK
    • 一 -> 二：加入校验和，发送
    • 二 -> 一：重发
    • 二 -> 二：收到ACK
  • 接收方
    • 状态一：等待下层调用
    • 有错误：反馈NAK
    • 没错误：提取数据，向上传递，反馈ACK

rdt 2.1：应对ACK/NAK破坏和重传重复

• 解决重复分组的问题：发生错误不能简单重传，会产生重复分组

  • 产生重复分组的情况：正确接收，ACK坏了，发送方再次发送，接收方又正确接收

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

• 状态数量翻倍：需要记住当前分组的序列号

• 有限状态机

  • 发送方

  

  • 接收方：应对ACK/NAK破坏

  

  • 分组坏掉了：NAK

  • 序列号出错：发送ACK，不是NAK也不可以置之不理（Why?）

rdt 2.2：无NAK消息协议

• 与2.1功能相同，但是只是用ACK
• 实现
  • 接收方通过ACK告知最后一个被正确接收的分组
  • 在ACK消息中显式地加入被确认分组的序列号
• 发送方收到重复的ACK之后，采取与接收到NAK相同的动作
  • 重传当前分组

rdt 3.0：丢失分组

• 如果信道既可能发生错误也可能丢失分组
  • “校验和+序列号+ACK+重传”够用吗？
  • 没有分组到达，死锁
• 方法：发送方等待“合理”时间
  • 如果没有接收到ACK，重传
  • 如果分组或ACK只是延迟而不是丢失
    • 重传会产生重复，序列号机制能够处理
    • 接收方需在ACK中显示告知所确认的分组
  • 需要定时器
• 发送时启动计时器，随后进入等待ACK，超时重发，启动计时器
• 正确接收，定时器重置
• 发现重复：接收方丢弃，发送ACK，序列号为最后一个接收的序列号

性能分析

• Edt 3.0能够工作但是性能很差

• 1Gbps链路、15ms端到端传播延迟、1KB分组

  • b = bit，B = byte（kamo）

  • T transmit = L / R = 8kb / 10^9 = 8 microsec（微秒）

  • 发送方利用率：发送方发送时间百分比

    U sender = (L/R) / (RTT + L/R) = 0.008 / 30.008 = 0.00027

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