rdt滑动窗口协议Java实现_可靠传输数据概述之RDT到滑动窗口协议的发展
主要思想是有限状态机。
RDT1.0
RDT1.0是模拟信道可靠的情况下。
RDT1.0存在的问题:
信道完全可靠是理论的模型
RDT2.0
RDT2.0是模拟信道不可靠的情况下(数据位翻转,但不丢失分组),解决信息发送接收的问题,加入checksum校验位。
发送方在发送完成后会进入一个等待确认的状态,当收到接收方返回的消息为ACK时才会让上层进入下一次调用,否则会重新发送消息。
接收方在接收到信息后会对消息进行校验,当信息校验成功后,会发送ACK,否则发送NAK。
RDT2.0存在的问题:
RDT2.0存在的问题是,ACK和NAK也会出现因为信道不可靠而出现数据丢失的问题,那么接受方就无法正确识别ACK和NAK。当发送方第一次发送的数据就已经被接收方接收,而接受方发送的ACK由于信道丢失了数据,发送方会重新发送一份数据,导致数据重叠。
RDT2.1
RDT2.1是对RDT2.0的改进,目的是为了解决RDT2.0存在的问题。
2.1加入的措施:
对发送者和接收者都加入一个序列号(0,1)。由于采用的是“停-等”协议,这个序列号只需要2个。
当发送者发送数据时会携带上当前的序列号,如0。那么在发送者发送后和2.0一样会进入确认状态。
发送者在接收到数据后,会对数据的序列号进行检查,是否与当前自己所期望的序列号一致。
RDT2.1的问题:
如果我们仔细看,NAK是多余的。可以由ACK+序列号来替代NAK。
RDT2.2
RDT2.2是对RDT2.1的简单改进,NAK被去除,而是接受者在发送ACK时携带上序列号,如果是正确接收则添加当前序列号,否则添加另一个序列号。
RDT2.2中存在的问题:
RDT2.0,2.1以及2.2都是建立在信道不可靠但不丢失分组的模拟环境下,但实际上在数据传输的过程中,有可能出现分组丢失的情况,这样,无论是发送方还是接收方都将永远处于等待的状态,这是RDT2.2所不能解决的情况。
RDT3.0
RDT3.0为了解决RDT2.2中存在的问题,引入了定时器。
定时器会在发送分组时启动,当在设定的时间内仍然没有接收到ACK信息,则会认为该分组在传输的过程中丢失了,(有可能是因为网络延迟,但不影响RDT3.0的正常工作)。
RDT3.0存在的问题:
RDT3.0确保了信道交互的可靠性,也就是说,如果不考虑性能的话,RDT3.0满足了不可靠信道下进行可靠传输数据的需求。
但我们来考虑RDT3.0的性能。假设数据链路传输的速率为1Gbps,分组大小为1KB,15ms端到端的传播延迟。数据实际传输的时间:
\[
T_(ransimit) = \frac LR
\]
t=0.008us,RRT=15ms
发送方发送时间百分比
\[
U_(sender)= \frac {L/R}{RTT+L/R}
\]
U = 0.00027。在1Gbps链路上每30ms才发送一个分组---> 33KB/s。
我们可以看出:网络协议限制了物理资源的利用。
流水线和滑动窗口协议
经过分析我们可以看出,RDT3.0中导致性能低下的主要原因是停等协议,一次发送必须等待一次返回。那能不能先发个10次然后再等10次返回呢?100次?1000次呢?
答案是肯定的,我们允许发送方在收到ACK之前连续发送多个分组。但实现这个需要更大的序列号范围,发送方和/或接收方需要更大的存储空间以缓存分组,这就是流水线的主要思想。
滑动窗口协议是基于流水线思想的实现方法,具体协议实现有两种。
GBN---Global Back N
SR ---- Selective Repeat
GBN的实现,发送方有一个滑动窗口,而接收方只有当前预期收到序列号的一个缓存空间。
接收方只接收当前预期收到的序列号分组,才会返回ACK,其余的都将被丢弃。
所以发送方收到的ACK都是接收方所收到的最大序列号,发送方不得不重发大于该序列号的所有分组。这无疑造成的资源的浪费。
SR的实现,不仅发送方有一个滑动窗口,接收方也有一个滑动窗口,但两个窗口是不同步的,不能知道彼此窗口现在的状态。在接收方增加滑动窗口后就可以接收一定范围内的序列号分组,(虽然需要增加缓存空间,以空间换时间的做法)。发送方只需要重新发送那些超时或者是ACK状态有误的数据分组即可,SR相对于GBN有了极大的优化。
但SR实际上还存在一个问题,但只需在设计时需要满足一个条件:
\[
N_s + N_R <=2^k
\]
Ns和NR分别是发送方和接收方滑动窗口的大小,k是定义的可用序列号数。
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