【计算机网络】数据链路层-滑动窗口协议

数据链路层滑动窗口协议

1. 三种协议对比表

特性	停止-等待协议	GBN协议	SR协议
窗口大小	发送 = 1，接收 = 1	发送 = W (1<W≤2ⁿ-1)，接收 = 1	发送 = C，接收 = R
确认方式	单个确认	累积确认	选择性确认
重传策略	超时重传	回退N帧重传	选择性重传
接收缓冲区	不需要	不需要	需要
信道利用率	最低	中等	最高
典型窗口限制	-	W ≤ 2ⁿ-1	C + R ≤ 2ⁿ 且 R ≤ C 且 R ≤ 2ⁿ⁻¹

2. 关键机制图解

2.1 GBN协议运行流程

图片解析：连续ARQ协议中，接收方累积确认是对按序到达的最后一个分组的确认：
发 0到7
只收到 0 2 3确认
说明：0123已被接收
只需要重传4 5 6 7
因为1的确认只是丢了，不代表没收到1

2.2 SR协议运行流程

图片解析：SR采用逐个确认
发 0到2
只收到1的确认
说明：0 2 超时
因此重传0 2
此时1的确认不是累积确认，可以认为0丢了

3. 窗口大小计算

3.1 最大窗口限制

协议	发送窗口(W)	接收窗口( R)	约束条件
GBN	W ≤ 2ⁿ-1	R=1	-
SR	W ≤ 2ⁿ⁻¹	R ≤ 2ⁿ⁻¹	W + R ≤ 2ⁿ

示例（n=3位序号）：

• 此时用GBN，能得到最大窗口：7
• SR典型配置：W=4, R=4，且这里W拉到最大只能是6，一样小于GBN的7

3.2 信道利用率

流量控制-最大信道利用率公式：
W发送窗口大小 × t1发数据发送时延 /（ t1 + RTT往返传播时延 + t2确认数据发送时延 ）

所以W发送窗口要大，利用率才会变高。
t1：发送方的发送时延
t2：确认方的发送时延

4. 典型计算题

4.1 最大利用率比较

给定条件：

• 帧序号3位
• 忽略确认帧传输时间
• 发送窗口=接收窗口

计算结果：

协议	最大窗口	利用率排序
停止-等待	W=1	U1最低
GBN	W=7	U2最高
SR	W=4	U1<U3<U2

4.2 流水线传输时延

题目：

• 文件大小：1MB
• 带宽：100Mbps
• 分组大小：1000B
• 计算总时延

解答：发送总时延（流水线）= 文件的发送时延 + 一个分组的转发时延 = 1MB/100Mb/s + 1000B/100Mb/s = 80.08ms

\begin{aligned}
t_{total} &= \frac{1MB}{100Mbps} + \frac{1000B}{100Mbps} \\
&= \frac{8 \times 10^6}{100 \times 10^6} + \frac{8000}{100 \times 10^6} \\
&= 0.08s + 0.00008s \\
&= 80.08ms
\end{aligned}

5. 易错点

1. 确认机制混淆：

   • GBN的ACKn表示"期望收到n号帧"（即n-1及之前已收到）
   • SR的ACKn表示"n号帧已收到"

2. 窗口大小限制：

   • SR协议要求W + R ≤ 2ⁿ（不是W ≤ 2ⁿ-1）
   • 实际应用中常取W = R = 2ⁿ⁻¹

3. 性能比较：

   • 信道利用率：GBN > SR（当窗口相同时）
   • 实际效率：SR > GBN（因减少不必要的重传）