3.4、可靠传输

1、基本概念

使用 $\color{red}差错检测技术$ （例如循环冗余校验 CRC )，接收方的数据链路层就可检测出帧在传输过程中是否产生了 $\color{red}误码$ （比特错误)。

数据链路层向上层提供的服务类型

$\color{red}不可靠传输服务$ ： $\color{red}仅仅丢弃有误码的帧$ ，其他什么也不做;
$\color{red}可靠传输服务$ ：想办法实现 $\color{red}发送端发送什么，接收端就收到什么$ 。

例如：

接收方可以发送给发送发一个通知帧，告诉它：“之前发送的帧产生了误码，请重发”。
发送方收到通知后，重发之前产生了误码的那个帧即可

若通知帧也出现了误码，又会怎么样呢？

一般情况下， $\color{red}有线链路$ 的误码率比较低，为了减小开销，并 $\color{red}不要求数据链路层$ 向上提供 $\color{red}可靠$ 传输服务。即使出现了误码，可靠传输的问题由其上层处理。

$\color{red}无线链路$ 易受干扰，误码率比较高，因此 $\color{red}要求数据链路层$ 必须向上层提供 $\color{red}可靠$ 传输服务。

$\color{red}比特差错$ 只是传输差错中的一种。

从整个计算机网络体系结构来看，传输差错还包括 $\color{red}分组丢失$ 、 $\color{red}分组失序$ 以及 $\color{red}分组重复$ 。

分组丢失、分组失序以及分组重复这些传输差错，一般不会出现在数据链路层，而会出现在其上层。

$\color{red}可靠传输服务并不仅局限于数据链路层$ ，其他各层均可选择实现可靠传输。

例如：

可靠传输的实现比较复杂，开销也比较大，是否使用可靠传输取决于应用需求。

1.1、分组丢失

主机 H6 给主机 H2 发送的分组到达了路由器 R5。

由于此时 R5 的输入队列快满了。

R5 根据自己的分组丢弃策略将该分组丢弃

1.2、分组失序

主机 H6 给主机 H2 发送了 $3$ 个分组。

它们并未按照发送顺序依次到达 H2。（最先发送的分组未必最先到达）

fenzushixu

1.3、分组重复

主机 H6 给主机 H2 发送的分组。由于某些原因在网路中滞留了，没有及时到达 H2

这可能造成了 H6 给 H2 的超时重发，重发的分组到达了 H2。一段时间后，滞留在网络中的那个分组又到达了 H2

这又会造成分组重复的传输差错

注意：

以下三种可靠传输实现机制的基本原理并不仅限于数据链路层,
可以应用到计算机网络体系结构的各层协议中。

2、停止-等待协议 SW

每发送一个数据分组就进行停止等待

2.1、误码情况

若收发双方基于互联网进行通信，而不是局限在一条点对点的数据链路。

发送方给接收方发送数据分组，接收方收到后对其进行差错检测。
若没有误码，则接受该分组，并给发送方发送确认分组，简称为 ACK
发送方收到对所发送方数据分组的确认分组后，才能发送下一个数据分组。
假设这个数据分组在传输过程中出现了误码.
接收方收到后对其进行差错检测。发现了误码，则丢弃该数据分组
并给发送发发送否认分组（NAK）
发送方收到所发送数据分组的否认分组后，就知道了之前自己所发送的数据分组出现了差错而被接收方拒绝
于是立刻重传该数据分组
因此，发送方每发送一个数据分组后，并不能立刻将该数据分组从缓存中删除，只有在收到针对该数据分组的确认分组后，才能将其从缓存中删除

2.2、数据丢失情况

发送方发送的数据分组丢失

2.3、确认/否认丢失情况

接收方发送的确认或否认分组就也有可能丢失

接收方丢弃重复的数据分组，并给发送方发送针对该数据分组的确认分组。

以免发送方对该数据分组的再次超时重传

2.4、确认分组迟到情况

由于某些原因，该确认分组迟到了，这必然会导致发送方对 $0$ 号数据分组的超时重传

在重传的 $0$ 号分组的传输过程中，发送方收到了迟到的确认分组，于是发送 $1$ 号分组

发送方如何知道这是一个对 $0$ 号分组的重复确认。

若不采取其他措施，发送会误认为这是对 $1$ 号数据分组的确认。

若对确认分组也进行编号，就可以使发送方避免这种误判

因此，若只在数据链路层实现停止-等待协议，可以不用给确认分组编号

2.5、注意事项

接收端检测到数据分组有误码时，将其丢弃并等待发送方的超时重传。
- 但对于误码率较高的点对点链路，为使发送方 $\color{red}尽早重传$ ， $\color{red}也可给发送方发送 NAK 分组$
为了让接收方能够判断所收到的数据分组是否是重复的，需要给 $\color{red}数据分组编号$ 。
- 由于停止-等待协议的停等特性， $\color{red}只需 1 个比特编号$ 就够了，即编号 $0$ 和 $1$ 。
为了让发送方能够判断所收到的 ACK 分组是否是重复的，需要给 $\color{red}ACK 分组编号$ ，所用比特数量 $\color{red}与数据分组编号所用比特数量一样$ 。
- 数据链路一般不会出现 ACK 分组迟到的情况，因此在 $\color{red}数据链路层实现停止-等待协议可以不用给ACK分组编号$ 。
超时计时器设置的 $\color{red}重传时间$ 应仔细选择。
- 一般可将重传时间选为 $\color{red}略大于“从发送方到接收方的平均往返时间”。$
- 在数据链路层点对点的往返时间比较确定，重传时间比较好设定。
- 然而在运输层，由于端到端往返时间非常不确定，设置合适的重传时间有时并不容易。