可靠数据传输
一.可靠数据传输概述
1.可靠传输的原理
（1）什么是可靠：不错、不丢、不乱。
（2）在应用层、运输层、数据链路层的重要性。
（3）不可靠信道的特点决定了可靠数据传输协议的复杂性。
2.可靠数据传输协议基本结构：接口
3.有限状态机描述方法
（1）逐渐递增地研究可靠数据传输协议（rdt）的发送方和接收方：
①仅考虑单向数据传输；
②但控制信息将在两个方向流动。
（2）使用有限状态机（Finite State Machine，FSM）来定义发送方和接收方。
（3）状态：当位于这个“状态时”，下个状态唯一地由下个事件决定。
二.rdt1.0：完全可靠信道上的可靠数据传输
1.底层信道完全可靠
a.无比特差错；
b.无分组丢失。
2.发送方、接收方具有各自的FSM：
a.发送方将数据发向底层信道；
b.接收方从底层信道读取数据。
问题在于：底层信道完全可靠的情况是几乎不存在的。
三.rdt2.0：具有比较差错的信道域
1.具有比特差错的底层信道：
a.有比特差错；
b.无分组丢失。
2.如何检测比特错误：
利用校验和检测位错误。
3.如何从错误中恢复：
a.确认机制（Acknowledgements，ACK）：接收方式显式地告示发送方分组已正确接收。
b.NAK：接收方显式地告知发送方分组有错误。
c.发送方收到NAK后，重传分组。
4.基于这种重传机制的rdt协议称为ARQ（Automatic Repeat reQuest）协议。
5.rdt2.0新增加机制（与rdt1.0比较）：
a.差错检测；
b.接收方反馈控制消息：ACK/NAK；
c.重传。
6.rdt2.0：FSM描述
①发送方：
②接收方：
③停等协议
发送方发出1个分组，等待接收方响应后再继续发送。
7.rdt2.0：无差错时的操作：
8.rdt2.0：有差错时的情况：
9.rdt2.0的重大缺陷：
（1）如果ACK/NAK消息发生错误/被破坏（corrupted）会怎样？
a.为ACK/NAK增加校验和，检错并纠错（添加额外的控制消息）；
b.发送方收到被破坏ACK/NAK时不知道接收方发生了什么；
c.如果ACK/NAK坏掉，发送方重传；
d.不能简单的重传：产生重复分组；
e.不能只是重传：可能导致重复（duplicate）。
（2）处理重复（序号机制）：
a.发送方对每个分组增加序列号；
b.如果ACK/NAK受损，发送方重传当前的分组；
c.接收方丢弃（不再向上交付）重复的分组。
四.rdt2.1：发送方，处理受损的ACK/NAK
1.发送方
a.序号seq #加入分组中；
b.两个序号seq. #’ s(0,1)将够用；
c.必须检查是否收到的ACK/NAK受损；
d.状态增加一倍：
- 状态必须“记住”是否“当前的”分组具有0或1序号。
2.接收方
a.必须检查是否接收到的分组是冗余的
- 状态指示是否0或1是所期待的分组序号seq #
b.注意：接收方不能知道是否它的最后的ACK/NAK在发送方已经接收。
五.rdt2.2：一种无NAK的协议
1.与rdt2.1一样的功能，仅使用ACK；
2.如何实现：
a.接收方对最后正确接收的分组发送ACK；
b.在ACK消息中，接收方必须明确地包括被确认分组的序号。
3.在发送方重复的ACK导致如同NAK相同的动作：
重传当前分组。
六.rdt3.0：具有差错和丢包的信道
1.具有差错和丢包的底层信道
a.有比特差错；
b.有分组丢失。
2.现有机制（检错、反馈、重传、序号）还不够。
3.增加定时机制：发送方等待ACK一段“合理的”时间
a.如果这段时间没有收到ACK则重传；
b.如果分组（或ACK）只是延迟（没有丢失），重传将是冗余的，但序号的使用已经处理了该情况。
c.需要定时器。
4.发送方FSM
5.分组丢失
6.ACK丢失与超时
7.rdt3.0的性能
a.rdt3.0能够工作，但性能不太好；
b.例子：1Gbps链路，15ms端到端传播时延，1KB分组：
- Usender：利用率-发送方用于发送时间的比率；
- 每30msec 1KB分组 -> 经1Gbps链路有33kB/sec吞吐量；
- 网络协议限制了物理资源的使用。
8.停等协议的运行
