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计网_可靠传输ARQ机制

news 来源：原创 2025/7/16 14:37:17

2024.09.04：网工老姜&beokayy网工学习笔记

第5节可靠传输机制

5.1 可靠传输
5.2 ARQ机制、ARQ协议
5.3 ARQ简介（可靠传输）
- 5.3.1 停止等待协议
- - （1）无差错情况
  - （2）有差错情况
  - - 确认丢失
    - 确认迟到
- 5.3.2 连续ARQ协议
- - （1）流水线传输
  - （2）滑动窗口
  - （3）累计确认
  - （4）后退N帧协议GBN
  - （5）选择重传协议SR
5.4 信道利用率
5.5 本章小结

注意数据链路层不是一定要实现可靠传输

5.1 可靠传输

通俗理解：发送端发送什么，接收端就接收什么

传输差错除了可能发生的比特差错，还可能存在帧在传输过程中失序、重复、丢失等差错
在这里插入图片描述
过去，OSI模型比较老，在当时那个时期就必须要求数据链路层必须向上提供一个可靠传输，因此在CRC检测的基础上，就增加了编号、确认、重传

现在，计算机网络并没有强制数据链路层提供可靠传输。

如果数据链路质量好，数据链路层就不使用可靠传输机制，相应的，如果数据链路层传输数据时出了差错需要纠正，那么将由上层协议（如传输层TCP）来完成
如果数据链路质量差，那还是需要数据链路层使用可靠传输机制的

5.2 ARQ机制、ARQ协议

ARQ机制：ARQ机制是一种通用的错误控制原理，用于在不可靠的通信信道中保证数据传输的可靠性。
在这里插入图片描述
ARQ协议：ARQ协议是基于ARQ机制具体实现的通信规则和标准，定义了数据包格式、时序、状态机等细节。

类比理解

ARQ机制 ≈ 交通规则中的“红灯停、绿灯行”（通用原则）
ARQ协议 ≈ 某城市具体的交通信号灯时序方案（如绿灯持续30秒，黄灯3秒）

5.3 ARQ简介（可靠传输）

面向连接？发送数据前打招呼，发送完数据后要反馈
无连接？广场发广告单，无需认识、无需反馈

ARQ协议，即自动重传请求，是OSI模型中的（数据链路层）和（传输层）错误纠正协议之一，它通过使用（确认）和（重传）这两个机制，在不可靠的基础上实现可靠的信息传输，是一种面向连接的协议

数据链路层的HDLC协议、传输层的TCP协议均使用了ARQ机制

采用确认和超时重传两种机制的可靠传输协议称为自动重传请求（ARQ）

如果发送方在发送后一段时间内没有收到确认帧，它通常会重新发送
重传的请求是自动进行的，接收方不需要请求发送方重传某个出错的分组

ARQ协议有3种：停止等待ARQ协议、连续ARQ协议（连续后退N帧协议、选择重传协议）

5.3.1 停止等待协议

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发送方每次只允许发送一个帧，接收方每接收一个帧都要反馈应答，表示可以接收下一个帧，发送方收到应答信号后才能发送下一个帧

（1）无差错情况

做题目一般会忽略确认帧的发送时间，或者数据帧和确认帧都在考虑在内
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（2）有差错情况

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另一种设置：可靠传输协议中，也可以在有差错的时候发送“否认报文NAK”给对方，这样能让发送方及时知道出了差错。但是这样的处理会让协议复杂化，目前实用的可靠传输协议都不使用这种否认报文了

为了实现超时重传，需要注意三点：

发送方发送完一个帧后，需要暂时保留已发送帧的副本供超时重传时使用，只有收到确认后才能清除副本
帧和确认帧都需要编号，这样才能明确是哪一个发出去的帧收到了确认。编号是循环使用的，比如使用2bit来编号，范围就只能是0~3，再增加一个号又会回到0
超时计时器设置的重传时间应比帧传输的RTT更长一些

确认丢失

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确认迟到

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丢掉后来的重复确认帧

5.3.2 连续ARQ协议

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（1）流水线传输

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（2）滑动窗口

为了搞懂剩下的两种连续ARQ协议，我们需要引入滑动窗口的概念
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滑动窗口机制特点

发送方只有收到一帧的确认，才能将窗口划过该帧
接收方只有收到一帧并发送确认，才能将窗口划过该帧
当接收窗口大小为1时，可以保证按序接收
数据链路层的滑动窗口大小不变，而传输层的滑动窗口大小可变

（3）累计确认

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（4）后退N帧协议GBN

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（5）选择重传协议SR

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5.4 信道利用率

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发送周期指的是发送方去发送分组（一般化，信道利用率的问题也不只是在数据链路层出现，每层的PDU不一样，统称分组）到它收到第一个确认分组的时间

信道利用率
有效数据传输速率 = 有效数据长度 / 发送周期
信道吞吐率 = 信道利用率 * 发送方发送速率（数据传输速率）

5.5 本章小结

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