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数据通信——传输层TCP(可靠传输机制的滑动窗口)

引言

之前提到过拥塞问题,如果大量数据疯狂涌入,接收端无法及时处理就会导致数据丢包,从而使得通信受到干扰。之前的连续ARQ如果不加以节制,疯狂发送报文,接收端无法及时返回ACK就会导致网络瘫痪。

滑动窗口机制协议

    这个机制是用来改善吞吐量的一种技术,即容许发送方在接收任何应答之前传送附加的包。接收方告诉发送方在某一时刻能送多少包(称窗口尺寸)。

    好了,现在就可以定义滑动窗口机制了。(假定在全双工模式下)

    发送端:用来对发送端对发送的流量进行控制。我们来进行一个定义:设在我没有收到接收端发来ACK之前,我仅能在该窗口连续发送数据量的个数为WT。

    接收端:用来对接收端可接受的流量进行控制。我们在进行一个定义:设我可以从接收端最多接收数据的个数为WR。

传输延迟 (Tt)–—— 我们设数据包从发送端全部离开的时间为Tt。设定B 是链路的带宽,D 是要传输的数据大小,那么有公式:

Tt=D/B

传播延迟 (Tp) –——我们设主机将第一个字节传输到接收端的花费时间为Tp。它取决于距离(d)和波的传播速度(s)。则由公式:

Tp=d/s

有效带宽 (EB) 或吞吐量–——每秒发送的位数。

EB = 数据大小(D) / 总循环时间(Tt + 2*Tp)乘以和除以带宽 (B),EB= (1/(1+2a)) * B [ 使用 a = Tp/Tt= 效率 * 带宽

链路容量–——如果一个通道是全双工的,那么比特可以在两个方向上传输而不会发生任何冲突。通道/链路最多可容纳的位数是其容量。

容量 = 带宽 (B) * 传播 (Tp),对于全双工通道, 容量 = 2*带宽(B) * 传播(Tp)

效率–——定义为总有用时间与数据包总循环时间的比率。则有以下公式

总循环时间 = Tt(数据) + Tp(数据) + Tt(确认)+ Tp(确认) = Tt(数据) + Tp(数据) + Tp(确认) = Tt + 2*TP

    以上我们忽略了ACK的发送延迟,毕竟ACK很小!那么,我们就能计算出在理想全双工情况下的利用率为

E=WT×Tf/Tf+2Tp=WT/1+2a

其中a为a=Tp/Tf

窗口中的序号也起到了一定作用。序号需要在分组中传递,因此不允许无限增大。当序号位数=nbit时,接收窗口和发送窗口的最大值也随之改变。

一般的,WT+WR=2n,当然,WR和WT都要≥1.当n=1时,序号可在[0,1]中使用;当n>1时,序号可用在[0,2n-1]之间。通过范围中的筛选,我们可以计算出WT+WR的总和。 

后续 

    啊!这个东西可能单看有点迷惑,我犯懒了,停止等待协议、连续ARQ和滑动窗口,包括后面的超时与拥塞机制等应该放在一起讲。他们是共同为TCP服务的,而且密不可分。

    总的来说,使用滑动窗口机制就为了提供流量控制,防止运行较快的主机致使较慢主机的缓冲区溢出。

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