返回 N 型滑动窗口协议

Go-Back-N（GBN）是一种基于滑动窗口的自动重传请求协议。在这种协议中，发送方可以连续发送多个帧（最多不超过固定的窗口大小），而无需为每个帧等待确认信号。

• 如果某个帧丢失或损坏了，接收方就会丢弃该帧。
• 所有后续的、顺序错乱的帧也会被丢弃。
• 发送方会重新发送那些有错误的帧，以及当前窗口内所有后续的帧。
• 例如：如果发送了第1到第5帧，而第3帧丢失了，那么发送方需要重新发送第3、第4和第5帧。

Go-Back-N（GBN）的特点

发送者窗口大小 (W)s)

在Go-Back-N协议中，发送方窗口的大小（Ws）等于N。
例如，在GBN-10协议中，发送方可以在不等待确认的情况下，连续传输10个帧。

为了使流水线功能能够正常工作，N的值必须大于1。
当 N = 1 时，Go-Back-N 的行为类似于 Stop-and-Wait ARQ 协议。

当忽略处理延迟、排队延迟以及ACK传输延迟时，GBN的效率可以表示为：N / (1 + 2a)。

在何处，

• a=Tp/ Tt​​
• Tp = 传播延迟
• Tt = 数据帧的传输延迟
• N = 发送方窗口大小

在存在非零延迟的情况下仍能保持高效运行

当处理延迟、排队延迟以及确认传输延迟都不是零时，效率的计算方式如下：

效率 = 生产数量 × （有效时间）/（总时间）

其中，有用的时间等于T。t

总时间 = Tt+ 2 * Tp+ Pr + Pq + Tt(确认)

在何处，

• Tt 发送方端的传输延迟
• Tp= 传播延迟
• Pr = 处理延迟
• Pq = 排队延迟
• Tt(ack) = 确认信息的传输延迟时间

因此，总体效率的表达式可以表示为：

效率 = Tt + 2Tp + Pr + Pq + Tt (ack) × NTt

如果 B 表示信道带宽，那么……

吞吐量 = 效率 × B

在理想情况下（没有额外的延迟）：

吞吐量 = (N / (1 + 2a)) * B

2. 接收窗口大小（W）R)

• 接收窗口的大小始终为1。
• 接收器只接受下一个预期的帧数据。
• 那些顺序混乱的帧会被丢弃。
• 接收器不会缓冲那些顺序混乱的帧。

3. 致谢

确认消息是由接收方发送的，用于确认数据帧的接收是否成功。这些消息在确保通信可靠性方面起着至关重要的作用。如果发送方在规定的超时时间内没有收到确认消息，那么它会认为该数据帧已经丢失或损坏，从而重新发送该数据帧。

ACK的类型

累积确认数

• 一个ACK信号表明，所有直到某个特定序列号的帧都已被接收。
• 用于Go-Back-N（GBN）算法中。
• 减少了确认流量的需求，从而提高了效率。
• 如果丢失了ACK信号，那么多个帧可能被视为未被确认，从而导致不必要的重传。

独立确认机制

• 每一帧都分别被确认/认可。
• 用于选择性重传ARQ中。
• 通过避免对已正确接收的帧进行重传输，从而提升了系统的可靠性。
• 由于需要处理的ACK数量增加，因此控制开销也会随之上升。

GB-N协议的运作方式

发送方

• 发送方会维护一个大小为N的滑动窗口（例如，在GBN-4协议中，窗口的大小为4）。
• 它可以在不等待单独的ACK信号的情况下，传输多达N个帧。
• 每个传输的帧都关联有一个计时器。
• 当接收到ACK信号时，发送方会将窗口向前移动，从而可以继续传输新的帧。
• 如果某个帧发生超时，发送方需要重新发送该帧以及当前窗口中所有的后续帧。

接收端

• 接收器保持1的窗口大小（WR = 1）。
• 它只接受按顺序排列的下一个预期帧。
• 如果接收到的帧符合预期，那么接收方会发送一个ACK信号，并更新所期望的序列号。
• 如果接收到的是乱序的帧，那么接收方会丢弃该帧，并重新发送最后一个正确接收到的帧的ACK信号。

窗口大小与序列编号之间的关系

在诸如Go-Back-N和Selective Repeat这样的滑动窗口协议中，窗口大小与序列号空间之间存在着紧密的关联，这种关联有助于确保数据的正确传输。

• 窗口大小决定了发送方在不等待确认的情况下可以传输多少帧，从而实现流水线式传输。
• 为了保持帧的顺序，以及帮助接收方识别丢失或重复的帧，会对各个帧进行编号。

为了避免因序列号重复而导致的歧义，发送方和接收方的窗口总大小必须不超过可用的序列号空间。如果窗口大小过大，那么同一个序列号可能会在之前的帧被确认之前又被重复使用。这样一来，接收方就很难区分哪些帧是新的，哪些是重复的帧了。

窗口大小与序列号之间的关系可以用以下公式来表示：

Ws + WR <= ASN

在何处，

Ws= 发送方窗口大小

WR =接收窗口大小

ASN = 可用序列号

在Go-Back-N协议中，接收窗口的大小始终保持不变。1:

Ws +1 <= ASN

如果发送方的窗口大小为 N，那么：

所需的最小序列数量 = N + 1

因此，在GBN中，用于序列编号的位数就是：

在GBN中所需的位数 = ⌈ log2(N + 1)⌉

额外的+1值可以确保重复帧能够被正确识别，从而避免因序列号过早重复使用而导致的混淆现象。

示例/例子GB-N协议

以GB4为例进行说明。

• 发送窗口的大小为4，因此，我们需要至少4个序列号来标记窗口内的每个数据包。
• 现在，假设接收方已经收到了发送方发送的所有数据包（即0、1、2和3号数据包）。因此，接收方现在再次等待第0号数据包的传输。在这里，我们不能使用4号数据包，因为我们只有4个可用的序列号，而N=4。
• 现在，假设上述4个数据包的累计确认信息在网络中丢失了。
• 在发送端，由于数据包0存在超时情况，因此所有4个数据包都需要重新传输。
• 现在的问题是，接收方正在等待新的数据包。原本应该从0开始传输的，但现在却收到了之前已经接受过的数据包的重复副本。
• 为了避免这种情况，我们需要再增加一个序列号。
• 现在，接收器可以很容易地拒绝所有从0开始的重复数据包。因为此时，接收器正在等待第4个数据包的到来（我们现在增加了一个额外的序列号）。