滑动窗口协议设计与实现-停等协议发送方
UDP数据协议报学习
UDP封装：
IP包 IP头 UDP头 载荷数据
UDP数据报
源端口（Source Port） 长度（Length） 数据（Data） （1）源端口：用于标识数据报的源端进程，字段长度为16比特，最大支持64 k个端口号。源端进程不需要目的端 返回数据报，源端口字段可设为0 （2）目的端口：目的端进程所使用的端口，字段长度为16比特，最大支持64 k个端口号。 （3）长度：16位的长度字段，表明包括UDP头和数据在内的整个UDP数据报的长度。 （4）校验和：16位的错误检查字段，基于部分IP头信息，UDP头和载荷数据的内容计算得到，用于检测传输过程 中出现的错误。 目的端口（Destination Port） 校验和（Checksum） UDP头格式
UDP需要滑动窗口协议吗？
UDP是不可靠的，本身缺乏拥塞控制机制，如果想实现可靠文件传输，需要加 入额外的机制来确保可靠。
优点： 1、实现拥塞控制，避免丢包 2、实现可靠文件传输 缺点：
1、加大系统开销，提高CPU占用率
2、延迟大，由于需要等待确认和超时
面向连接和无连接协议：
面向连接的服务：就是通信双方在通信时，要事先建立一条通信线路，其过程有建立连接
UDP进行路径MTU发现：
本图给出了在目的主机（slip）上所收集到的tcpdump对于第一个到达数 据报的输出结果。 可以看出在slip主机上的收到的包是被bsdi又重新分了片的 第1行是272 第2行是272
第3行是8
第4行是106
滑动窗口协议：
滑动窗口是一种流量控制技术。早期的网络通信中,通信双方不会考虑网络的拥挤 情况直接发送数据。由于大家不知道网络拥塞状况，一起发送数据,导致中间结点阻
以及20字节IP首部，因此，总IP数据报长度是 572字节。
选择重传协议,窗口大小
选择重传协议,窗口大小篇一：计算机网络部分习题答案1 考虑在图5-8中的4比特生成多项式G，假设D的值为10101010。
R的值是什么？答：由图5-8知：1001G用D除以G，过程如下：3. 考虑一种GBN协议，其发送方窗口为3，序号范围为1,024。
假设在时刻t，接收方期待的下一个有序分组的序号是k。
假设媒体不会对报文重新排序。
回答以下问题：a. 在t时刻，发送方窗口内的报文序号可能是多少？为什么？b. 在t时刻，在当前传播回到发送方的所有可能报文中，ACK字段中所有可能值是多少？为什么？答：一般而言，发送方窗口为N（本题中N=3）。
a. 一种情况是，接收方收到k-1号分组，并且对之前接收到的所有分组都进行了确认，且确认正确到达了发送方，那么发送方的窗口[k,k+N-1]。
如果处于另一种极端，发送方未收到任何ACK，窗口[k-N,k-1]。
因此，窗口始于[k-N,k]中某一点，大小为3。
b. 接收方等待分组k，收到和确认了k-1及其以前所有分组，如果这N个ACK未到达发送方，ACK范围[k-N,k-1]，由于发送方已经发送分组[k-N,k-1]，所以肯定收到了ACK k-N-1，根据累积确认原理，接收方一旦对k-N-1进行确认，则不会再对小于k-N-1号分组确认，故而ACK范围[k-N-1,k-1]。
滑动窗口概念停等法( WT = WR = 1 )滑动窗口法：1 出错全部重发( WT ≤ 2n－1 ) （n次方）2出错选择重发( WR ≤ 2n -1) （n-1次方）这个滑动窗口的概念网络上很多关于它的概念，但是都不是很清楚，我把一些难以理解的概念以问答的方式写出来来回答下：在停止等待协议中，确认帧是否需要序号？请说明理由。
答：在一般情况下，确认帧不需要序号。
但如果超时时间设置短了一些，则可能会出现问题，即有时发送方会分不清对哪一帧的确认。
试证明：当用n个比特进行编号时，若接收窗口的大小为1，则只有在发送窗口的大小WT≤2n-1时，连续ARQ协议才能正确运行。
network_v2_chapter3计算机网络原理与技术-华蓓2
编码集的检错与纠错能力
编码集的海明距离：编码集中任意两个有效码字的海明距 离的最小值。
检错能力：为检测出 d 比特错误，编码集的海明距离至少 应为 d+1；奇偶校验是能够检测出1比特错误的检错码。
3.2 滑动窗口
滑动窗口是计算机网络中最著名的算法，它可以 应用在数据链路层及传输层，用来完成三个不同 的任务：
在不可靠的链路（网络）上可靠地传输数据 保持数据的传输顺序 支持流量控制
在数据链路层上，以上三个功能组合在一个滑动 窗口协议中。
发送窗口
发送窗口：发送端允许发送的帧序号表。 发送窗口大小：发送端最大允许的未确认帧数目。 发送窗口下沿：最早发送但尚未被确认的帧序号。 发送窗口上沿：（发送窗口下沿＋发送窗口大小－1）mod 2n。 当收到对发送窗口下沿帧的确认时，发送窗口整体向前滑动一个序号，
Ack0 Ack1 Ack2 Ack3 Ack4 Ack5 Ack6 Ack7
01
E D D D D D D2 3 4 5 6 7 8
欲欲
欲欲欲欲欲欲欲欲
欲 3-9 Go Back n 欲 欲 欲
选择重传
选择重传
当接收端收到一个出错帧或乱序帧时，后续到达的帧 只要校验正确且落在接收窗口内，都放入接收缓冲区 中；发送端超时后只重传最早发送但未被确认的帧。
可纠正的单比特差错 101011 101100 011101 001010
校验错
校验错
循环冗余码（CRC）
CRC是一种多项式编码，它将位串看成是某个一元多项式的系数，如 1011001看成是一元多项式X6 + X4 + X3 + 1的系数。
TCP滑动窗口与回退N针协议
TCP滑动窗⼝与回退N针协议滑动窗⼝协议1.发送端和接收端分别设定发送窗⼝和接收窗⼝。
2.三次握⼿的时候，客户端把⾃⼰的缓冲区⼤⼩也就是窗⼝⼤⼩发送给服务器，服务器回应是也将窗⼝⼤⼩发送给客户端，服务器客户端都知道了彼此的窗⼝⼤⼩。
3.⽐如主机A的发送窗⼝⼤⼩为5，主机A可以向主机B发送5个单元，如果B缓冲区满了，A就要等待B确认才能继续发送数据。
4.如果缓冲区中有1个报⽂被进程读取，主机B就会回复ACK给主机A，接收窗⼝向前滑动，报⽂中窗⼝⼤⼩为1，就说明A还可以发送1个单元的数据，发送窗⼝向前滑动，之后等待主机B的确认报⽂。
只有接收窗⼝向前滑动并发送了确认时，发送窗⼝才能向前滑动。
停⽌等待ARQ协议（stop and wait）当发送窗⼝和接收窗⼝都等于1时，就是停⽌等待协议。
发送端给接收端发送数据，等待接收端确认回复ACk，并停⽌发送新的数据包，开启计时器。
数据包在计时器超时之前得到确认，那么计时器就会关闭，并发送下⼀个数据包。
如果计时器超时，发送端就认为数据包丢失或被破坏，需要重新发送之前的数据包，说明数据包在得到确认之前，发送端需要存储数据包的副本。
停⽌等待协议是发出⼀个帧后得到确认才发下⼀个，降低了信道的利⽤率。
退后N帧协议在发送完⼀个帧后，不⽤停下来等待确认，⽽是可以连续发送多个数据帧。
收到确认帧时，任可发送数据，这样就减少了等待时间，整个通信的通吞吐量提⾼。
如果前⼀个帧在超时时间内未得到确认，就认为丢失或被破坏，需要重发出错帧及其后⾯的所有数据帧。
这样有可能有把正确的数据帧重传⼀遍，降低了传送效率。
线路很差时，使⽤退后N帧的协议会浪费⼤量的带宽重传帧。
选择重传协议NAK：⾮确认帧，当在⼀定时间内没有收到某个数据帧的ACK时，回复⼀个NACK。
在发送过程中，如果⼀个数据帧计时器超时，就认为该帧丢失或者被破坏，接收端只把出错的的帧丢弃，其后⾯的数据帧保存在缓存中，并向发送端回复NAK。
连续ARQ协议介绍
算较为合理的重传时间。
发送的分组数量
传输控制 确认
超时定时器 编号 重传
连续 ARQ 协议与停止等待协议
连续ARQ协议
一次发送多个分组
滑动窗口协议 单独确认 + 累积确认
每个发送的分组 每个发送的分组 回退N，多个分组
(b) 接收方维持接收窗口
发送方和接收方分别维持发送窗口和接收窗口
滑动窗口协议
发送窗口 123456789
接收窗口 123456789
发送窗口大小 发送窗口大小
接收窗口大小
发送后，在收到确认前，发送窗口会变小
发送方和接收方分别维持发送窗口和接收窗口
滑动窗口协议
发送窗口 123456789
接收窗口 123456789
动一个分组的位置。
累积确认
接收方一般采用累积确认的方式。即不必对收到的分组逐个发送确认， 而是对按序到达的最后一个分组发送确认，这样就表示：到这个分组 为止的所有分组都已正确收到了。
优点：容易实现，即使确认丢失也不必重传。 缺点：不能向发送方反映出接收方已经正确收到的所有分组的信息。
累积确认
停止等待协议
一次发送一个分组
停等-等待 单独确认 每个发送的分组 每个发送的分组 一个分组
连续 ARQ 协议
滑动窗口协议比较复杂，是 TCP 协议的精髓所在。 发送方维持的发送窗口，它的意义是：位于发送窗口内的分组都可连
续发送出去，而不需要等待对方的确认。这样，信道利用率就提高了。 连续 ARQ 协议规定，发送方每收到一个确认，就把发送窗口向前滑
连续ARQ协议介绍
ARQ协议
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选择重传ARQ
在GBN协议中可能将已正确传送到接收端的帧再次重发，
这就造成了信道资源的浪费，为了进一步提高信道的利用率 可设法只重传出现差错的数据帧或是超时的数据帧， 加大接收窗口，以便先收下发送序号不连续但仍处在接收窗口中的 那些数据帧
优：避免重复传送那些本来已经正确到达接收端的数据帧 缺：在接收端要设置具有相当容量的缓存空间
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三种错误
A
B
A
B 出错
A
B 丢 失 ！
A
B
第一部分
Electrical and Mechanical
My class one, our home
送 主 机
tout 重 传 送 主 机 (b) 数据帧出错 重 传
三种错误
tout 丢 失 ！ 重 传
送 主 机 丢 弃
时 间
送 主 机
送 主 机 (c) 数据帧丢失
(a) 正常情况
(d) 确认帧丢失
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停止等待协议
设 tf 是一个数据帧的发送时间 ，数据帧的长度 lf (bit)，数据的发送速率 C (bit/s)： tf = lf/C = lf/C (单位为s) 停止等待协议中数据帧与确认帧的发送时间关系：
第一部分
Electrical and Mechanical
My class one, our home
定量分析
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连续ARQ原理
第一部分
Electrical and Mechanical
My class one, our home
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回退N帧协议
在等不到 2 号帧的确认而重传 2 号数据帧时，虽然结点 A 已经发完了 5 号帧，但仍必须向回走，将 2号帧及其以后 的各帧全部进行重传。 连续 ARQ 又称为Go-back-N ARQ（ GBN） 要对所发送的数据帧进行编号，每个数据帧的发送序号也要 占用较多的比特数，增加了一些不必要的开销
HDLC协议
HDLC协议协议名称：HDLC协议一、引言HDLC（High-Level Data Link Control）协议是一种数据链路层协议，用于在计算机网络中进行可靠的数据传输。
本协议定义了数据的帧格式、错误检测和纠正机制、流量控制以及数据的传输顺序等重要内容。
本文将详细介绍HDLC协议的标准格式及其相关要求。
二、协议标准格式1. 帧格式HDLC协议使用帧（Frame）作为数据传输的基本单位。
每个帧由标志字节（Flag）、地址字段（Address）、控制字段（Control）、信息字段（Information）和帧检验序列（FCS）组成。
帧格式如下：| 标志字节 | 地址字段 | 控制字段 | 信息字段 | FCS | 标志字节 ||----------|----------|----------|----------|-----|----------|| 1字节 | 1字节 | 1字节 | 可变长度 | 2字节 | 1字节 |- 标志字节：用于标识帧的开始和结束，通常为01111110。
- 地址字段：指定接收方的地址，可用于多点通信。
- 控制字段：用于控制帧的流程和功能，如传输模式、错误检测等。
- 信息字段：携带实际的数据内容。
- FCS：帧检验序列，用于检测和纠正传输过程中的错误。
2. 流程控制HDLC协议支持两种基本的流程控制机制：停止-等待（Stop-and-Wait）和滑动窗口（Sliding Window）。
- 停止-等待：发送方发送一个帧后，必须等待接收方的确认帧才能发送下一个帧。
- 滑动窗口：发送方可以连续发送多个帧，接收方根据窗口大小来确认接收的帧。
3. 错误检测和纠正为了确保数据的可靠传输，HDLC协议使用循环冗余检验（CRC）算法进行错误检测和纠正。
发送方在帧的FCS字段中计算并附加一个校验值，接收方则通过计算收到的帧的FCS字段来验证数据的完整性。
4. 传输顺序HDLC协议采用字节顺序传输，即按照字节的顺序依次传输数据。
第20章 TCP的成块数据流
例子，一端希望向左移动右边沿来收缩窗口，但没能够这样做。
图20-5表示了这三种情况。因为窗口的左边
合拢
收缩 张开
沿受另一端发送的确认序号的控制，因此不可能 向左边移动。如果接收到一个指示窗口左边沿向
窗口
左移动的 ACK，则它被认为是一个重复 ACK，
图20-5 窗口边沿达右边沿，则称其为一个零窗口，此时发送方不能够发送任何数据。
报文段11~16说明了通常使用的“隔一个报文段确认”的策略。报文段 11、12和13到达并 被放入 IP的接收队列。当报文段 11被处理时，连接被标记为产生一个经受时延的确认。当报 文段12被处理时，它们的 ACK（报文段 14）被产生且连接的经受时延的确认标志被清除。报 文段13使得连接再次被标记为产生经受时延。但在时延定时器溢出之前，报文段 15处理完毕， 因此该确认立刻被发送。
插口 API允许进程设置发送和接收缓存的大小。接收缓存的大小是该连接上所能 够通告的最大窗口大小。有一些应用程序通过修改插口缓存大小来增加性能。
[Mogul 1993]显示了在改变发送和接收缓存大小（在单向数据流的应用中，如文件传输， 只需改变发送方的发送缓存和接收方的接收缓存大小）的情况下，位于以太网上的两个工作 站之间进行文件传输时的一些结果。它表明对以太网而言，默认的 4096字节并不是最理想的 大小，将两个缓存增加到 16384个字节可以增加约 40%左右的吞吐量。在 [Papadopoulos和 Parulkar 1993]中也有相似的结果。
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215 第20章 TCP的成块数据流使用
图20-7 接收方提供一个6144字节的接收窗口的情况下的数据传输
流量控制
2
已发送
3
4
5
WT
6
7
0
1
2
不允许发送这些帧 3 4 5 6 7 0 1 2
(d)
0
1
2
当发送出数据时，滑动窗口从左边开始收缩； 当收到确认时，滑动窗口向右扩展。
已发送 并已收到确认
已发送
还允许发送 3 个帧
不允许发送这些帧
接收端设置接收窗口
在接收端只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内
…
需要注意 (1) 接收端只按序接收数据帧。虽然在有差错的 2号帧之后 接着又收到了正确的 3 个数据帧，但接收端都必须将这些 帧丢弃，因为在这些帧前面有一个 2 号帧还没有收到。
(2) ACK1 表示确认 0 号帧 DATA0，并期望下次收到 1 号
帧；ACK2 表示确认 1 号帧 DATA1，并期望下次收到 2号 帧。依此类推。
并且也交给了主机 B。
但此时结点 B 还必须向 A 发送确认帧 ACK，因为 B 已
经知道 A 还没有收到上一次发过去的确认帧 ACK。
帧的编号问题
任何一个编号系统的序号所占用的比特数一定是有限的。 序号占用的比特数越少，数据传输的额外开销就越小。
因此，经过一段时间后，发送序号就会重复。
送 主 机 丢 弃
时 间
送 主 机 (c) 数据帧丢失
(d) 确认帧丢失
解决死锁问题
结点A发送完一个数据帧时，就启动一个超时计时器 若到了超时计时器所设置的重传时间 tout而仍收不到结点
(timeout timer)。
B 的任何确认帧，则结点 A 就重传前面所发送的这一数据
连续ARQ协议
A-自动 R-重发 ARQ-自动请求重发 自动重发 请求重发 Q-请求
一、工作原理
优点：连续发送多帧后才等待应答(采用 捎带应答) 顺序接收 由于减少了等待时间，整个通信的吞吐量就提高了
（连续ARQ又称为Go-back N ARQ(回退N帧)协议）
缺点：若N(R)帧（某一帧）出错，需重传 该N(R)及其以后各帧，使传送效率降低 判断： 判断：连续ARQ协议的效率一定高于停止等待协议 (×)
出错(未收到)
(1)
(2)
(3)
(4)
二、滑动窗口协议
窗口滑动过程
选择重传ARQ协议（顺序发送，乱序接收） 例 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1
WT=6
若第2帧出错，则仅重发该帧 0 1 3 4 5
已进入主机 在入缓存，等待2的重发后， 2送入主机，再将3,4,5送入主机
二、滑动窗口协议
最大窗口尺寸
(1)发送窗口最大尺寸2n-1 当n=3 WT=7 (2)接收窗口最大尺寸2n-1 当n=3 WR=4
7 6 0 1
采用3位帧编号(0~7)8个，WT=8 必须比8小，才能判断
5 4 3
2
二、滑动窗口协议
基本概念
(2)接收窗口（若干序号的集合）（接收缓冲区 大小）
1)接收窗口大小——接收端允许接收未处理帧 数目W 2)接收窗口下限（后沿）——最近一次返回给 发送方的应答帧中N(R)的值，用P(R)表示
二、滑动窗口协议
基本概念
3)接收窗口上限（前沿）=P(R)+W-1(mod 2n)
7 6
∵帧编号从0开始 ∴要减1
0 1 前沿
规定：1)接收窗口前后沿之差始终保持
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课程设计任务书
计通学院通信工程专业
课程名称计算机网络课程设计时间2013～2014学年第二学期18～19周学生姓名张娟娟指导老师姜腊林
题目滑动窗口协议设计与实现——停等协议发送方实现
主要内容：
使用Socket编程技术，用C语言实现停等协议的发送程序，具体如下：
（1）设计相关的C语言数据类型；
（2）能够发送一个分组后等待确认，并显示发送分组的序号；
（3）能够接收接收方发送的确认分组，并显示确认分组序号，滑动发送窗口，发送下一分组；
（4）能够实现超时重传出错分组；
要求：
（1）进一步熟悉网络体系结构，网络分层、网络协议，特别是滑动窗口协议的原理；（2）进一步熟悉C语言，特别是函数、结构体、指针、C语言库函数，学会Socket编程技术；
（3）学会小组合作工作方式；
（4）独立完成任务书规定的任务并按要求编写课程设计报告书。
应当提交的文件：
（1）课程设计报告：包括课程设计目的和内容，基本原理，程序设计（流程图），程序实现（相关数据结构、函数定义等），测试（运行）结果。
（2）课程设计附件（源程序文件和可执行文件）。