一、 停止-等待 协议 简介

停止-等待 协议 解决的问题 :

• 可靠传输 : 解决 由于 物理线路 , 设备故障 , 路由错误 等各种问题导致的 丢包问题 ;
• 流量控制 : 实现 发送端 与 接收端 的 流量控制 ;

停止-等待 协议 讨论场景 : 只考虑 一方为发送方 , 一方为接收方 ; 相当于 单工通信场景 ;

停止-等待 协议内容 : 发送方 每 发送完一个 数据帧 ( 分组 / 数据报 ) , 就停止发送 , 等待接收端确认 , 接收到 接收端 确认信息后 , 再发送下一个分组数据 ;

停止-等待 协议 应用场景 :

• 无差错情况
• 有差错情况

二、 “停止-等待协议” 无差错情况

"停止-等待协议" 无差错情况 :

发送方 0 : 发送 $0$ 帧 ;

接收方 0 : 接收 $0$ 帧 , 并返回 $0$ 帧 确认信息 ACK $0$ ;

发送方 1 : 收到 ACK $0$ 确认帧后 , 发送 $1$ 帧 ;

接收方 1 : 接收 $1$ 帧 , 并返回 $1$ 帧 确认信息 ACK $1$ ;

发送方 0 : 收到 ACK $1$ 确认帧后 , 发送 $0$ 帧 ; 注意此处的 $0$ 帧 与 上面的 只是序号相同 , 数据不同 ;

接收方 0 : 接收 $0$ 帧 , 并返回 $0$ 帧 确认信息 ACK $0$ ;

发送方 每发送一个数据帧 , 就停止等待 , 数据帧编号 使用 $1$ bit 编号就足够了 ;

上述过程是理想传输的情况 , 发送 与 接收 都没有差错产生 , 没有丢包 ;

三、 “停止-等待协议” 有差错情况 ( 帧丢失、帧出错 )

差错的情况 :

• 数据帧 丢失
• 检测到 帧 错误

"停止-等待协议" 有差错情况 :

发送方 0 : 发送 $0$ 帧 ;

接收方 0 : 接收 $0$ 帧 , 并返回 $0$ 帧 确认信息 ACK $0$ ;

发送方 1 : 收到 ACK $0$ 确认帧后 , 发送 $1$ 帧 ;

帧丢失 : 发送过程中 , 链路出现故障 , $1$ 帧 丢失 , 接收方没有收到 $1$ 帧 , 自然不会 向发送方 发送帧确认信息 ;

帧出错 : 接收方没有收到 $1$ 帧 , 但是校验后 , 该帧是错误帧 , 也不会 向发送方 发送帧确认信息 ;

发送方 1 : 超时计时器 在每次发送时 , 都会启动自动计时 , 当超时后 , 发送方会重新发送 $1$ 帧 ;

接收方 1 : 接收 $1$ 帧 , 并返回 $1$ 帧 确认信息 ACK $1$ ;

超时重传机制:

① 超时计时器 : 发送方 每次 发送 数据帧 后 , 就会自动开始计时 ;

② 超时时间 : 超时重发的重传时间 , 比 帧传出的 平均 往返延迟 ( RTT ) 长 ;

③ 保留副本 : 发送方 发送完 数据帧后 , 必须 保留副本 , 以免丢包需要重传 ;

④ 帧编号 : 数据帧 与 确认帧 必须编号 ;

四、 “停止-等待协议” 有差错情况 ( ACK 确认帧丢失)

"停止-等待协议" 有差错情况 :

发送方 0 : 发送 $0$ 帧 ;

接收方 0 : 接收 $0$ 帧 , 并返回 $0$ 帧 确认信息 ACK $0$ ;

发送方 1 : 收到 ACK $0$ 确认帧后 , 发送 $1$ 帧 ;

接收方 1 : 接收 $1$ 帧 , 并返回 $1$ 帧 确认信息 ACK $1$ ;

ACK 确认帧丢失 : 上述发出的 ACK $1$ 确认帧 丢失 , 发送方没有接收 确认帧 ;

ACK 确认帧延迟 : 上述发出的 ACK $1$ 确认帧 出现很大的延迟 , 发送方没有接收 确认帧 ;

发送方 1 : 超时计时器 在每次发送时 , 都会启动自动计时 , 当超时后 , 发送方会重新发送 $1$ 帧 ;

接收方 1 : 接收 $1$ 帧 , 丢弃掉重复的 $1$ 帧 , 并返回 $1$ 帧 确认信息 ACK $1$ ;

如果发送方 在 某个时刻 接收到 迟到的 ACK 确认帧 , 发现该数据帧是之前已经处理过的数据帧 , 直接丢弃该 ACK 确认帧即可 ;

五、 “停止-等待协议” 性能分析

"停止-等待协议" 性能分析 :

优点 : 简单

缺点 : 信道利用率 低 ;

信道利用率 :

$$U=\frac{T_D}{T_D+RTT+T_A}$$

$U$ 是信道利用率 ;

$T_D$ 是发送方发送延迟 , 即发送方用了多长时间将数据帧发送完毕 ;

$RTT$ 是往返时延 ;

$T_A$ 是接收方 发送 $ACK$ 确认帧 的时延 ;

"停止-等待协议" 信道利用率很低 , 大部分事件都在 传输的延迟上 , 用于发送接收的时间很少 ;

六、 信道利用率 公式

信道利用率 是 发送方 , 在一个发送周期内 , 有效发送数据所占用的时间 , 占整个发送周期的比例 ;

$$信道利用率=\frac{\frac{L}{C}}{T}$$

$L$ 是发送的数据比特数 ;

$C$ 是发送方的速率 ;

其中 $\frac{L}{C}$ 是发送时延 ;

$T$ 是发送的周期 , 即从开始发送 , 到收到第一个确认帧为止的时间 ;

$信道吞吐率=信道利用率\times 发送方的发送速率$

七、 信道利用率 计算

信道传输速率 4000b/s , 单向传播时延 30ms , 使 “停止-等待” 协议 信道利用率达到 80% , 数据帧长度至少是多少 $?$

信道利用率公式为 :

$$U=\frac{T_D}{T_D+RTT+T_A}$$

先把数据单位收拾下 , 传输速率 4000 比特 / 秒 , 单向传播时延 0.03 秒 , RTT 是 0.06 秒 ; 设 数据帧长度是 $L$ 比特 ; 这里没有给出 ACK 发送延迟 , 当做 $0$ ;

$\frac{\frac{L}{4000}}{\frac{L}{4000}+0.06+0}=0.8$

分子分母都乘以 $4000$ ;

$\frac{L}{L+240}=0.8$

$L=0.8L+192$

$0.2L=192$

$L=960$ 单位是 比特 ;

数据帧的长度至少是 $960$ 比特 ;

最后

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