TCP連續ARQ協議和滑動視窗協議

tcp協議通過使用連續arq協議和滑動視窗協議，來保證資料傳輸的正確性，從而提供可靠的傳輸。

一、arq協議

arq協議，即自動重傳請求（automatic repeat-request），是osi模型中資料鏈路層和傳輸層的錯誤糾正協議之一。它通過使用確認和超時這兩個機制，在不可靠服務的基礎上實現可靠的資訊傳輸。如果傳送方在傳送後一段時間之內沒有收到確認幀，它通常會重新傳送。arq包括停止等待arq協議和連續arq協議，擁有錯誤檢測（error detection）、正面確認（positive acknowledgment）、超時重傳（retransmission after timeout）和 負面確認及重傳（negative acknowledgment and retransmission）等機制。

要想弄明白為什麼tcp要使用連續arq協議，首先需要弄清楚停止等待arq協議的原理。

tcp 連線是全雙工的連線，也就是說在通訊的時候，雙方既是傳送方，也是接收方。下面為了簡化問題，只考慮一方傳送，一方接受的情況。其中，a作為傳送方，b作為接收方。

1.無差錯情況

a傳送分組m1，傳送完就暫停傳送，等待b的確認。b收到m1就向a傳送確認。a在收到了對m1的確認後，就再傳送下乙個分組m2。依次下去傳送剩餘的資料...如下圖所示：

如果a傳送的過程中出現差錯，b在接收m1時檢測出了差錯，就丟棄m1，其他什麼都不做（也不會通知a收到有差錯的分組）。又或者a傳送的過程中分組丟失了，以上這兩種情況下，b不會傳送任何資訊。 

既然說它是可靠傳輸協議，那自然有它可靠的方法：如果發生以上的情況，a只要超過了一段時間仍然沒有收到確認，就認為剛才傳送的分組丟失了，所以它會重傳剛剛的傳送過的分組，也就是所謂的超時重傳。 

超時重傳的原理也很簡單：傳送方傳送完乙個分組後，就會設定乙個超時計時器

，如果超時計時器到期之前沒有收到接收方發來的確認資訊，則會重發剛傳送過的分組；如果收到確認資訊，則撤銷該超時計時器。如下圖所示：

這裡應該注意的是：

①既然傳送方傳送的分組可能丟失或者有差錯，可能需要重傳，那麼它必須暫時保留已傳送的分組副本，只有收到確認後，才清除這個副本。

②分組和確認分組資訊都應該有各自的編號，用來標示每乙個分組和確認資訊。（這樣才知道需要傳送哪個分組，收到了哪個分組的確認資訊）

③超時計時器設定的時間應該略長於分組傳送往返時間。

沒有正常進行通訊，除了傳送方出現問題外，接收方同時也可能存在問題。

例如，如果a傳送了m1分組，到達b，b傳送了m1確認資訊，但由於網路原因，該確認資訊丟失。那麼這個時候，a在超時重傳時間內，沒有收到b的確認資訊，而且它並不知道是自己的分組有差錯、丟失，還是b發生的確認丟失了。因此，a會在超時重傳過後，重傳m1分組。 

接收方b會採取這兩個行動： 

①b會丟棄m1分組，不向上層交付。（b之前已經收到過m1分組了） 

②向a傳送確認（因為a重發了，肯定重傳時間內沒有收到確認資訊）

還有可能是另一種情況，就是b傳送了確認，沒有丟失，但是延遲了。也就是說，b傳送的確認在a超時計時器過期後才到達。 這種情況下，a收到確認資訊後會丟棄，然後重傳剛才的分組，b收到後，丟棄重複的分組，並重傳確認資訊。

根據上述的確認和重傳機制，我們就可以在不可靠的網路上實現可靠的傳輸。

4.通道利用率

停止等待arq協議的優點是簡答，但也有很嚴重的確定，就是通道利用率太低。如下圖所示：

通道利用率u = td / (td + rtt + ta)

（2）連續arq協議

由於停止等待arq協議通道利用率太低，所以需要使用連續arq協議來進行改善。這個協議會連續傳送一組資料報，然後再等待這些資料報的ack。

傳送方採用流水線傳輸。流水線傳輸就是傳送方可以連續傳送多個分組，不必每發完乙個分組就停下來等待對方確認。如下圖所示：

連續arq協議通常是結合滑動視窗協議來使用的，傳送方需要維持乙個傳送視窗，如下圖所示：

連續arq協議規定，傳送方每收到乙個確認，就把傳送視窗向前滑動乙個分組的位置。例如上面的圖（b），當傳送方收到第乙個分組的確認，就把傳送視窗向前移動乙個分組的位置。如果原來已經傳送了前5個分組，則現在可以傳送視窗內的第6個分組。 

接收方一般都是採用累積確認的方式。也就是說接收方不必對收到的分組逐個傳送確認。而是在收到幾個分組後，對按序到達的最後乙個分組傳送確認。如果收到了這個分組確認資訊，則表示到這個分組為止的所有分組都已經正確接收到了。 

累積確認的優點是容易實現，即使確認丟失也不必重傳。但缺點是，不能正確的向傳送方反映出接收方已經正確收到的所以分組的資訊。比如傳送方傳送了前5個分組，而中間的第3個分組丟失了，這時候接收方只能對前2個發出確認。而不知道後面3個分組的下落，因此只能把後面的3個分組都重傳一次，這種機制叫go-back-n（回退n），表示需要再退回來重傳已傳送過的n個分組。

滑動視窗協議在在傳送方和接收方之間各自維持乙個滑動視窗，傳送發是傳送視窗，接收方是接收視窗，而且這個視窗是隨著時間變化可以向前滑動的。它允許傳送方傳送多個分組而不需等待確認。tcp的滑動視窗是以位元組為單位的。

如下圖所示，傳送視窗中有四個概念：：已傳送並收到確認的資料（不在傳送視窗和傳送緩衝區之內）、已傳送但未收到確認的資料（位於傳送視窗之內）、允許傳送但尚未傳送的資料（位於傳送視窗之內）、傳送視窗之外的緩衝區內暫時不允許傳送的資料。

接收視窗中也有四個概念：已傳送確認並交付主機的資料（不在接收視窗和接收緩衝區之內）、未按序收到的資料（位於接收視窗之內）、允許的資料（位於接收視窗之內）、不允許接收的資料（位於傳送視窗之內）。

規則：

（1）凡是已經傳送過的資料，在未收到確認之前，都必須暫時保留，以便在超時重傳時使用。

（2）只有當傳送方a收到了接收方的確認報文段時，傳送方視窗才可以向前滑動幾個序號。

（3）當傳送方a傳送的資料經過一段時間沒有收到確認（由超時計時器控制），就要使用回退n步協議，回到最後接收到確認號的地方，重新傳送這部分資料。

此外，tcp利用滑動視窗協議來進行流量控制，如下圖所示：

參考資料：

1、arq-維基百科 

2、tcp/ip（三） —— 可靠傳輸工作原理

3、tcp可靠傳輸&流量控制&擁塞控制  

4、計算機網路【七】：可靠傳輸的實現 

5、tcp/ip之tcp協議（3）：流量控制（滑動視窗協議）

停止等待協議和連續ARQ協議

停止等待協議就是傳送乙個資料報之後，要等待對方的確認之後在傳送第二個資料報 超時重傳機制 傳送端傳送了m1這個資料報之後，啟動乙個定時器，如果在一定的時間內如果a沒有收到b的ack回應，重新傳遞m1這個資料報，a每次傳送乙個資料報都會啟動乙個定時器。如果b收到了m1資料，但是發生m1的資料在傳遞過程...

連續ARQ協議

以下摘自筆者編著的 網路工程師必讀 網路工程基礎 圖書 7.4.6 連續arq 協議 連續重發請求 arq方案是指傳送方可以連續傳送一系列資訊幀，即不用等前一幀被確認便可繼續傳送下一幀，效率大大提高。但在這種重發請求方案中，需要在傳送方設定乙個較大的緩衝儲存空間 稱作重發表 用以存放若干待確認的資訊...

TCP 停等ARQ 連續ARQ

一 停止等待協議 概念 停止等待 就是每傳送完乙個分組就停止傳送，等待對方的確認。在收到確認後再傳送下乙個分組。1 無差錯情 可以看到在a中是正確的傳輸。2 出現差錯 而在b中的時候，因為 m1有錯，所以 b直接丟棄掉了，然後傳送方因為一直沒有接收到確認，所以它等待一定的時間後，它就會認為傳送超時了...