计算机网络：可靠的传输协议

1、网络中不可靠的情况

1. 数据损伤：二进制数据发生翻转，及0->1或1->0
2. 数据丢失：发送的数据包在拥塞或故障的网络中被丢弃
3. 顺序紊乱：数据包以不同于发送的顺序被接受

2、解决网络不可靠的基本方法

1. 超时重传：解决数据丢失
2. 校验码：验证数据是否损伤
3. 确认报文：确认对端正确接受报文
4. 报文序号：告知对端正确的报文顺序

3、可靠的传输协议

根据上面基本方法，来完成可靠的传输协议。

3.1、比特交换协议(alternating-bit protocol)

之所以被称为比特交换，是因为在此协议中，packet序号仅为两个值——0和1。发送端以0、1顺序轮循发送packet，接受端也以相应的0、1顺序轮循接受packet。

1. 协议事件
   • 开始计时(timer_start)
   • 超时(timeout)
   • 停止计时(timer_stop)
   • 发送packet(send_pkt)
   • 接受packet(recv_pkt)
   • 创建packet(make_pkt)
   • 检查报文正确性(correct)
   • 获取报文序号(getseq)
2. packet属性
   1. 数据packet(data_pkt)
      • 报文序号(seq_num)
      • 校验和(checksum)
      • 数据(data)
   2. 确认packet(ack_pkt)
      • 报文序号(seq_num)
      • 校验和(checksum)
3. FSM

3.2、回退N步(Go-Back-N)

在回退N步的协议中，允许发送放发送多个packet，而不需等待确认，但它也受限于最大未确认packet数N。当所有packet被确认，则停止计数器；如果有一个未确认的报文则重转整个N个packet。

1. 协议事件
   • 开始计时(timer_start)
   • 超时(timeout)
   • 停止计时(timer_stop)
   • 发送packet(send_pkt)
   • 发送所有未确认packet(send_pkt_all)
   • 接受packet(recv_pkt)
   • 创建packet(make_pkt)
   • 检查报文正确性(correct)
   • 获取报文序号(getseq)
2. packet属性
   1. 数据packet(data_pkt)
      • 报文序号(seq_num)
      • 校验和(checksum)
      • 数据(data)
   2. 确认packet(ack_pkt)
      • 报文序号(seq_num)
      • 校验和(checksum)
3. FSM

3.3、选择重传(SR)

在GBN协议中，单纯的丢弃顺序紊乱的packet是很浪费的行为，SR协议允许接受顺序紊乱的报文，并回传相应的ack序号，使传输端选择性发送出错数据。但与此同时会增加ack packet的传输量，并使协议更加复杂。
ps：假设序号范围无限大

1. 协议事件
   • 开始计时(timer_start)
   • 超时(timeout)
   • 停止计时(timer_stop)
   • 发送packet(send_pkt)
   • 接受packet(recv_pkt)
   • 创建packet(make_pkt)
   • 检查报文正确性(correct)
   • 获取报文序号(getseq)
   • 是否已接受相同的序号的packet(has_seq)
   • 下一个最小未确认序号(next_base)
2. packet属性
   1. 数据packet(data_pkt)
      • 报文序号(seq_num)
      • 校验和(checksum)
      • 数据(data)
   2. 确认packet(ack_pkt)
      • 报文序号(seq_num)
      • 校验和(checksum)
3. FSM

4. 考虑序号大小是有限的情况
   假设窗口大小N=3,最大序号max_seq=3
   ps:’ * ‘表示已发送未确认，’ # ‘表示已接受数据，’ & '表示发送已确认

发现在这种情况下，接受端以为重传的0序号数据包是来自新的0号数据包，导致很严重的错误。

当窗口大小和最大序号处于什么关系的时候，可以避免这种情况呢：
假设：
(w为窗口大小，k为最大序号)

1. 接收方窗口边界为[m, m+w-1]，一共w个数据包
2. 发送放没有接受任何ack的情况下窗口大小为[m-w, m-1]，一共w个数据包

所以要想没有混乱的数据包，只要k>=2w即可

4、协议实现

https://github.com/PigPigZzz/reliable_procotol

最后

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