流量控制与可靠传输机制¶

流量控制 - 数据链路层 - 计算机网络 | 计算机考研杂货铺

数据链路层关注相邻结点（一跳）之间的传输：在这一跳内既要避免把接收方压垮（流量控制），也要在出现帧丢失/重复/失序时让链路层具备可靠传输能力（ARQ）。这篇笔记默认讨论的是链路层（以“帧”为单位）的机制。

流量控制与滑动窗口机制¶

停止-等待流量控制基本原理¶

停止-等待（Stop-and-Wait）是最简单的流控：

• 发送方：每次只允许发送 1 帧；发送后必须等待确认（ACK）才能继续

• 接收方：收到正确帧就回 ACK；若出错（如 CRC 不通过）则丢弃（通常不回 ACK）

• 超时：发送方等待 ACK 超时则重传该帧

为解决“ACK 丢失/重复帧”问题，停止-等待通常配合1 比特序号（0/1）：发送方交替发送序号 0、1 的帧；接收方按序号丢弃重复帧，并重复发送对应 ACK。

滑动窗口流量控制基本原理¶

滑动窗口把“一次只能发 1 帧”推广为“窗口内可连续发多帧”。

• 发送窗口：允许发送方在未被确认前，最多有 \(W_T\) 帧处于“在途”（已发送未确认）

• 接收窗口：允许接收方接收/缓存的序号范围，大小为 \(W_R\)

窗口沿着序号空间向前移动：当确认到来（或按协议规则推进），窗口右移，释放已确认的序号空间。

可靠传输机制¶

可靠传输要解决的“帧错”包括：帧丢失、帧重复、帧失序）。典型实现是 ARQ（Automatic Repeat reQuest）：确认 + 重传。

单帧滑动窗口与停止-等待协议（S-W）¶

停止-等待可以看作“单帧滑动窗口”：\(W_T = 1\)。

需要解决的典型问题：

• 帧丢失：发送方超时重传

• ACK 丢失：发送方超时重传，接收方用序号识别重复帧并丢弃

• 帧重复：接收方用序号丢弃重复帧，并重发 ACK

多帧滑动窗口与后退 N 帧协议（GBN）¶

GBN（Go-Back-N）是连续 ARQ 的一种：发送方窗口内可连续发送多帧。

• 发送窗口：\(W_T > 1\)

• 接收窗口：\(W_R = 1\)（接收方只按序接收；失序帧直接丢弃）

• 确认方式：常用累积确认（ACK \(n\) 表示序号小于 \(n\) 的帧都已正确收到）

• 重传策略：若某帧超时，则从该帧开始，把其后已发送但未确认的帧全部重传（“后退 N 帧”）

多帧滑动窗口与选择重传协议（SR）¶

SR（Selective Repeat）允许接收方缓存失序帧并对每个正确收到的帧分别确认，从而减少不必要的重传。

• 接收窗口：\(W_R > 1\)，可接收并缓存窗口内的失序帧

• 确认方式：对每个正确帧做选择确认（选择性 ACK）

• 重传策略：只重传真正丢失/出错的帧

代价：接收方缓存与逻辑更复杂，且窗口大小受序号空间限制更严格（见前面的窗口关系）。

信道利用率的分析¶

停止-等待协议的信道利用率¶

设：

• \(T_t\)：发送一帧的发送时延（帧长/发送速率）

• \(T_p\)：单程传播时延

忽略 ACK 发送时间与处理时延（或把它们合并进常数项），一次“发送-确认”周期近似为 \(T_t + 2T_p\)。信道利用率：

令 \(a = \frac{T_p}{T_t}\)，则：

连续 ARQ 的信道利用率¶

连续 ARQ（滑动窗口）允许一次发出 \(W_T\) 帧再等待确认。忽略差错与重传时：

• 当 \(W_T \ge 1 + 2a\) 时，发送方可以把“管道”填满，利用率接近 1

• 当 \(W_T\) 较小时，利用率随窗口线性提升