【漫話】三分鐘基礎(chǔ):什么是確認(rèn)重傳機(jī)制?
作者：帥地
小白：你知道嗎？數(shù)據(jù)在傳輸?shù)臅r候是分割成一小塊一小塊傳輸?shù)?，我們把這一小塊的數(shù)據(jù)稱之為一個分組。我們在傳輸這塊分組的時候，主要面臨兩個問題。
1、這個分組在傳輸?shù)倪^程中，由于在信道傳輸過程中，收到干擾，導(dǎo)致這個分組到達(dá)目的地之后出現(xiàn)了差錯，例如分組里面的二進(jìn)制位1變成了0，0變成了1。
2、分組還沒傳輸?shù)侥康牡兀蛠G失了，我們也把這種情況稱之為丟包。
接下來我們先來談?wù)劦谝环N情況吧，即分組傳到目的地之后出現(xiàn)了差錯。
這里我們先假設(shè)計算機(jī)A給計算機(jī)B發(fā)送分組數(shù)據(jù)
在這里插入圖片描述一禪：如果沒有差錯的話，計算機(jī)B就給計算機(jī)A發(fā)送一個ACK分組，告訴對方，數(shù)據(jù)正確無誤。如果出現(xiàn)差錯的話，就給對方發(fā)送一個NAK分組，告訴對方，分組數(shù)據(jù)出現(xiàn)了差錯。
當(dāng)計算機(jī)A收到接受方的反饋之后，如果收到的是ACK分組，那么就繼續(xù)發(fā)送下一個分組數(shù)據(jù)。如果收到的是NAK分組，那么就重新傳輸這個分組。
在這里插入圖片描述
在這里插入圖片描述小白：這時就會出現(xiàn)了混亂，就相當(dāng)于兩個人A,B在對話。
A : 傳輸給你一個分組
B :你發(fā)的是啥，可以重發(fā)一次嗎？
A :你發(fā)的又是啥？可以重發(fā)一次嗎？
B :你發(fā)的又是啥？可以重發(fā)一次嗎
……
進(jìn)去無限混亂之中
在這里插入圖片描述
在這里插入圖片描述
小白：法子倒是不錯，不過如果分組出現(xiàn)大量差錯，會讓校驗(yàn)碼變的很難設(shè)計的,而且校驗(yàn)碼屬于與正文內(nèi)容無關(guān)的數(shù)據(jù)，占了太多比特位的話，會降低傳輸效率。還有其他法子嗎？
小白：我們可以給每個分組添加一個序號啊，這樣就可以知道是重傳的分組還是新的分組了。
如果B收到的分組沒出差錯，這時又收到一個序號相同的分組，這時B就知道這個分組是屬于重傳的分組了，這時B就把這個重傳的分組丟棄。
在這里插入圖片描述情況二：分組丟失時的問題處理
在這里插入圖片描述一禪：哈哈，我知道怎么解決，可以采取和分組差錯類似的方法，如果A遲遲沒有收到B的反饋，A就可以認(rèn)為這個分組丟失了，重新發(fā)送。
所以我們每次發(fā)送分組的時候，需要給該分組設(shè)置一個定時器
在這里插入圖片描述小白：腦子轉(zhuǎn)的挺快啊。不過你知道嗎？我們上面談的那些，都是A發(fā)送一個分組，收到B的反饋之后，再發(fā)送下一個分組。你不覺得這種方法很浪費(fèi)信道的資源嗎？
這里先說明一下，如果同時發(fā)送多個分組時，最需要處理的問題就是接受方收到分組時，并非按照順序收到分組的，有可能序號小的分組先達(dá)到，這時就會出現(xiàn)了亂序。
回退N步協(xié)議(GBN)
在回退N步法中允許發(fā)送多個分組而不需要等待確認(rèn)，但它也受限于在流水線中未確認(rèn)的分組數(shù)不能超過某個最大允許數(shù)N。如下圖，我們將基序號定義為最早的未確認(rèn)分組的序號，將下一個序號(nextseqnum)定義為最小的未使用序號(即下一個待發(fā)送分組)。
在這里插入圖片描述此時我們可以將序號分成4段。在[0, base-1]段內(nèi)的序號對應(yīng)已發(fā)送并且已經(jīng)確認(rèn)的分組序號，[base,nextseqnum]段內(nèi)對應(yīng)已經(jīng)發(fā)送但未確認(rèn)的分組序號，[nextseqnum, base+N-1]段內(nèi)表示即將要被發(fā)送的分組序號。而那些大于base+N的序號目前還不能使用，直到當(dāng)前流水線中未被確認(rèn)的分組得到確認(rèn)，窗口整體向右移動之后，才能夠被使用。
所以，我們常把N稱之為窗口長度，由于窗口在序號范圍內(nèi)移動，也被GBN協(xié)議稱之為滑動窗口協(xié)議。
對于GBN協(xié)議，計算機(jī)A(發(fā)送方)需要響應(yīng)以下兩個事件：
1、收到一個ACK：在GBN協(xié)議中，對序號為n的分組的確認(rèn)采取累計確認(rèn)的方式。也就是說，當(dāng)A收到序號為n的分組時，表明分組n以及n之前的分組已經(jīng)被B正確接受了。
2、超時事件：當(dāng)久久沒有收到ACK時，A就認(rèn)為它發(fā)送的分組已經(jīng)丟失了，這時A會重傳所有已發(fā)送但還未被確認(rèn)的分組。這個時候需要注意的是，并不是為每個分組設(shè)置一個定時器，而是在序號[base,nextseqnum-1]中，設(shè)置一個定時器，當(dāng)base發(fā)送的那一刻，就開始計時，當(dāng)收到一個ACK時，則刷新重新開始計時。
計算機(jī)B(接收方)則需要處理一下事件：
如果一個序號為n的分組被正確收到，并且按序(所謂按序就是指n-1的分組也已經(jīng)收到了)，則B為分組n發(fā)送一個ACK，否則，丟棄該分組，并且為最近按序接收的分組重新發(fā)送ACK。
接收方的這種處理方式，意味著如果n被正確交付，則意味著比n小的所有分組也被正確交付了。
在這里插入圖片描述
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在這里插入圖片描述
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小白：你這個想法其實(shí)也是挺不錯的，不過如果分組n-1丟失了，那么按照GBN的重傳規(guī)則，這時n-1和n都會被重傳，這時之前緩存的n就沒啥用了。而且，我們?nèi)绻裯丟棄了，那么我們就不需要緩存任何失序的分組了，這樣可以讓我們的設(shè)計更加簡單哦。
選擇重傳(SR)
回退N步協(xié)議的缺點(diǎn)也是很明顯的，單個分組的差錯能夠引起GBN重傳大量的分組，而且許多分組根本就沒有必要重傳。例如我們發(fā)送的序號為0-100，萬一序號為1的分組出現(xiàn)了某些差錯，這會導(dǎo)致1-100的分組會被重傳，想想這是多么恐怖的事情啊。
因此，出現(xiàn)了選擇重傳這種協(xié)議。所謂“選擇”，也就是有選擇著去重傳。
不過選擇重傳和回退N步是很相似的，只是在選擇重傳中，接收方收到失序的分組時，會把它緩存起來，直到拼湊到分組按序，才把分組傳輸給上一層。而發(fā)送方會為每個分組設(shè)置一個定時器，這樣，只需要重傳那些沒有被接收方正確接收的分組就可以了。
我來個例子吧。
假設(shè)窗口長度N=6，這時A向B發(fā)送分組1-5。
在這里插入圖片描述當(dāng)A收到序號為3的ACK，則狀態(tài)如下：
在這里插入圖片描述注意，這個時候雖然序號3被確認(rèn)接收了，但窗口并不能向右移動一格。
接下來受到序號為1的ACK，則：
在這里插入圖片描述這個時候窗口才可以向右移動一格。注意，黃色的那些序號是可以繼續(xù)發(fā)送分組的，只是我沒有繼續(xù)填充發(fā)送而已。
接著收到序號為2的分組。
在這里插入圖片描述這個時候窗口向右移動了兩個格。
接著繼續(xù)這樣接收下去，如果還有分組沒發(fā)送的，就從nextseqnum開始填充發(fā)送…
如果某個分組超時了，就重新傳輸這個分組。
對于接收方B的窗口來說也差不多也一樣，在此不展開。接收方對于失序的分組緩存起來，直到所有丟失的分組全部被收到為止，再把這批分組按序交付給上一層。
我在書上截了張完整的例子圖：
在這里插入圖片描述
在這里插入圖片描述
在這里插入圖片描述
在這里插入圖片描述這樣，兩個完全陌生的計算機(jī)就可以就行可靠數(shù)據(jù)傳輸了。這也是可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑怼?/p>
在這里插入圖片描述最后一點(diǎn)感想
總感覺這篇文章講的好一般，感覺有點(diǎn)小啰嗦或者…..也不知道怎么說，本來我是想寫成那種一點(diǎn)一點(diǎn)引導(dǎo)出知識點(diǎn)的，不過在回退N步和選擇重傳中，有點(diǎn)不知道怎么引導(dǎo)。不過我會爭取在后面的文章講的更加通俗易懂。
說實(shí)話，這篇文章其實(shí)算是比較簡單的幾個知識點(diǎn)，不過我還是寫了好久，加上自己畫圖之列的就更加了，哈哈。主要是一直不知道怎么下手。不過就算花時間，我也會盡最大努力去寫。再次感謝讀者們的支持，在之后的文章里，應(yīng)該會數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)穿插講。
擁塞控制以及流量控制其實(shí)也寫過的了，兩篇看這里：
三分鐘基礎(chǔ)：什么是流量控制？
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玩公眾號寫文章一年多以來，我經(jīng)歷了被噴被拉黑被贊美，我酸了
有必要說一說即將到來的春招（經(jīng)歷+重要性+如何準(zhǔn)備）