运输层：流水线可靠数据传输协议
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比特交替协议性能
我们来考虑比特交替协议，会发现由于协议需要等待 ACK，中间的等待时间内发送端和接收端都是无所事事的。
根据分析，我们可以计算出比特交替协议的信道利用率，我们会发现这个量级是十分可怜的。而且我们还忽略了发送方和接收方的底层协议的处理时延，还有发送方和接收方之间任何一跳路由器的处理、排队时延。也就是说比特交替协议虽然可以实现可靠传输，但是也限制了物理资源的应用。
流水线传输
对于这类性能问题，一个简单的想法是：不以停等的方式运行，允许发送方发送多个分组而无需等待确认。此时发送方可连续发送多个分组，不必每发完一个分组就停顿下来等待对方的确认，这种手法被称之为流水线传输。由于信道上一直有数据不间断地传送，这种传输方式可获得很高的信道利用率。
引入流水线传输，会对已有的可靠传输带来什么影响呢？主要在于以下 3 个方面：
- 必须增加序号范围，考虑到有多个正在传输的 ACK，所以每个传输中的分组必须有唯一的序号；
- 协议的发送方、接收方都需要缓存多个分组，发送发需要缓存已发送但是没有收到 ACK 的分组，接收方需要缓存正确接收的分组(防止冗余)，这意味着需要更大的缓存空间；
- 流水线传输的差错恢复更为复杂，2 种恢复差错的方式为：回退 N 步、选择重传。
回退 N 步(GBN)协议
滑动窗口
回退 N 步的手法是基于序号实现的，对于发送方中的每个分组都会有不同的序号。流水线未确认分组的上限称之为窗口长度(N)最早为确认分组的序号称之为基序号(base)，最小未使用的序号称之为下一个序号(nextseqnum)。基于这 2 个序号就可以把分组切割为 4 个部分，[0,base-1]是已经发送并被确认的分组，[base,nextseqnum - 1]是已经发送但未被确认的分组，[nextseqnum ,base + N - 1]是分组可以利用的序号，base + N 以上的序号是不可用的。
已发送但还未被确认的端口的序号范围，可以被抽象为一个长度为 N 的窗口，因此 GBN 协议也被称之为滑动窗口协议。随着协议的运行，窗口在序号空间内向前滑动。
GBN 发送方
对于 GBN 的发送方而言，需要对以下 3 种情况做出相应。首先是需要发送数据的时候，发送方首先检查发送窗口是否已满，若窗口未满就产生一个分组并发送，然后自增变量。如果窗口已满，则发送方需要提示上层窗口已经满了，请上层贵一会儿再尝试。
接着是收到 ACK 的时候，GBN 协议对序号为 n 分组的确认方式是累积确认。因为发送方收到的不一定是基序号对应的 ACK，累积确认支持一次性确认序号 n 及 n 之前所有序号的分组，然后进行“窗口滑动”。
第三是遇到超时事件时，首先需要重启定时器，然后发送方要重传所有已发送但未确认的分组。这也是所谓的“回退 N 步”的具体实现，就是只要未确认就全部重传。这种方式是否会带来资源浪费的问题？
GBN 接收方
如果一个序号为 n 的分组被正确接收，并且是按需接收的，则发送方就对分组 n 发送 ACK，并且将该分组中的数据部分交付上层。对于其他情况都是直接丢包，并且为最近按序接收的分组重新发送 ACK。
为了保证数据按序交付，接收方需要丢弃所有的失序分组。这是因为对于发送方而言，如果分组 n 丢包，则分组 n 及分组 n+1 之后的所有未确认分组都会被重传。这种方式的优点在于接收方不需要缓存任何失序分组，接收方需要维护的唯一信息就是下一个按序接收的分组序号。
协议流程
选择重传
GBN 协议最大的问题在于单个分组的查错会引起 GBN 重传大量分组，但是很多分组根本没必要重传，当信道的差错率增加是流水线会充满大量不必要分组。所谓选择重传(SR)协议通过让发送方仅重传出错的分组，避免不必要的重传。
SR 发送方
首先是从上层收到数据，此时 SR 检查下一个可用于该分组的序号，若序号位于发送窗口内则打包数据并发送。若序号不可用就暂时缓存数据，或者返回给上层等待一段时间。
对于超时，SR 仍然使用定时器防止丢失分组，此时想在每个分组都需要有自己的逻辑计时器，因为超时事件发生时仅重传一个分组。
对于收到 ACK时，若 ACK 对应的分组序号在窗口内，则 SR 发送方将被确认分组标记为已接收。如果 ACK 对应的分组序号是基序号，则窗口基序号向前移动到未确认分组的最小序号。若窗口移动时有序号对应的分组没发送，就将这些分组发出去。
SR 接收方
若收到的分组序号在接收方的窗口内，则向发送方发送 ACK，若该分组是之前没收到过的就缓存。若该分组序号等于接收窗口的基序号，则该分组之前缓存过的序号连续的分组都交付给上层。
若收到的分组序号在接收方的窗口外(已成功接收)，也向发送方发送 ACK。接收方重新确认已收到过的序号小于基序号的分组是很重要的操作，如果基序号的 ACK 没有被发送方接收到的话，发送方将再次重传。也就是说如果接收方不确认这类分组，发送方窗口将永远不向前滑动。
其他情况都直接忽略分组，不做任何事情。
新分组还是重传？
对于哪些分组被正确接收，哪些分组没有被接收，发送方和接收方并不能同步地知道结果，这也说明 SR 协议中发送方和接收方窗口并不总一致。接下来通过 2 个例子说明，SR 协议保证窗口同步的重要性。
首先看第一个例子，该例子中 3 个分组的 ACK 全部丢失，因此发送方会重传这些分组。但是接收方的窗口已经发生了滑动，此时即使接收方收到了期望序号的分组，但显然接下来的分组会全部出错。
在第二个例子中，接收方并不能同步得知发送方的动作，因此无法区分分组是第 1 个分组的重传，还是第 5 个分组的传输。
因此为了同步发送方和接收方的窗口，对于窗口长度规模需要进行控制，窗口长度必须小于或等于序号空间大小的一半。
参考资料
《计算机网络(第七版)》 谢希仁 著，电子工业出版社
《计算机网络 自顶向下方法》 [美] James F.Kurose,Keith W.Ross 著，陈鸣 译，机械工业出版社
