第三章 第3节

第三章第三节：无连接的传输：UDP

UDP的特点：没有连接建立(连接建立需 要耗费RTT的延迟)

简单：在发送方和接收方 无需维护连接的状态 ，小的头部开销 ，没有拥塞控制 UDP不受拥塞控制制约，可以按照自己的速率往网络中 发送在拥塞时还可以往外发送 适合某些实时流媒体应用

UDP 的核心作用就是：

在 IP 的主机到主机交付基础上，加上端口号，实现进程到进程交付。

UDP 发出去以后可能出现：

丢包 乱序 重复 出错 对方没收到 对方应用没处理

UDP 本身不会重传，也不会排序。如果应用需要可靠性，就要自己在应用层实现。

比如： 应用层自己加序号 应用层自己等 ACK 应用层自己重传 应用层自己做超时机制

可靠数据传输原理：rdt

Rdt1.0非常鸡肋，没啥用直接来看2.0

解决就是：没错回答ACK，有错回答NAK（重发），问题是ACK或NAK本身传输过程中损坏，发送方就无法知道接收方到底收到了没。

Rdt2.1：给每个包加上序号0或1，如果期待的序号是0，收到0，就发ACK。如果是重复的序号，比如期望1，收到0，就说是重传的老包，丢弃，但仍然发ACK，相当于每一个包都有0或者1的两个状态，因为我发送方不知道接收方收到没，比如说他收到了，可能回答给我的ACK坏了，我以为他没收到又重发一遍，发过去对方看到已经有了，就把这个扔了，让我发下一个。

但代价是发送方和接收方都需要记住当前期待和发送的序号

Rdt2.2：把NAK去掉，换成重复发一个对包0的ACK，发送方收到ACK0就知道包1可能坏了，于是重发

Rdt2.0-2.2解决了bit错误，也就是通过校验和ACK,NAK,序号等问题解决了发错的问题，但是假设不会丢包，也就是发送方发了，接收方就没收到，也就是不会发ACK回复。这样发送方会一直等下去。

所以看rdt3.0解决这个问题：引入了一个定时器counter，也就是超时情况，发送方认为包丢了，重传当前包。但是代价是效率非常低，发一个包还需要等ACK，再发一个包。利用率低。所以我们会引入流水线协议

流水线:发送方允许多个、等待确认的“飞行”分组

必须增加序号的范围：用多个bit表示分组的序号 ，在发送方/接收方要有缓冲区 发送方缓冲：存储尚未得到确认的分组，因为可能需要重传； 接收方缓冲：上层用户取用数据的速率≠接收到的数据速率；接收到的数 据可能乱序，排序交付（可靠）

但是这样流水线又会有问题就是说，他这个消息是有顺序的，我第一个包如果坏了，然后接收方让他重传，结果他重传之后第二三个包的顺序是对的到了，结果第一个包和第四个包最后同时到，结果顺序就乱了。所以我们的缓冲区和滑动窗口以及回退N步和选择重传就是来解决这些问题的

我们看重点：滑动窗口是如何滑动的：

大概知道就是这个缓冲区分为已经发了收到回复的，发了没收到回复的，还没发的，以及不能用的，这四个部分就行，接收方缓冲区临时缓存已经到达但未按顺序排序的包，等到缺失的到达之后再连续交付上去，发送方缓冲区保存已发但未确认的包，以便超时后重传。

两种经典流水线协议：回退N步 和 选择重传

1. 回退N步（Go-Back-N, GBN）

· 发送方：有一个窗口（大小N），窗口内的包可以连续发送，不必等ACK。但必须按序接收ACK。如果某个包超时，发送方回退到该包，重传窗口内从该包开始的所有后续包。

· 接收方：不缓存乱序包，直接丢弃任何不是“下一个期望序号”的包。接收方只发送累计确认（比如ACKn表示0~n都收到了）。

· 缺点：一个包丢失会导致重传很多包（浪费带宽）。

2. 选择重传（Selective Repeat, SR）

· 发送方：窗口内连续发送，每个包有独立定时器。只重传真正丢失或损坏的包。

· 接收方：维护一个窗口，缓存所有正确接收但序号不连续的包。发送单个确认（不是累计），如ACK2表示包2收到了。

· 发送方收到ACK：对应的包标记为已确认，窗口向前滑动（只要最小的未确认序号已确认）。

· 优点：只重传必要包，效率高。

· 代价：接收方需要复杂的缓冲区管理、序号空间需要足够大以避免旧包与新包混淆（最大窗口 ≤ 序号空间的一半）。

总结就是说： GBN：虽然浪费，但顺序强制用发送方重传一切来保证。接收方不缓存乱序，也就不会乱序提交。

·SR：接收方准确缓存乱序包，等缺失包一到，按顺序连续交付。只要窗口大小与序号范围设计正确，就不会出现“旧包误认为是新包”的序号回绕问题，从而保证顺序。

我们直接看个例子来说吧，这概念太扯淡了。这里的ACK0-5就是每个确认收到，类似于rdt的2.2升级版，每个包都有自己的序号，我们看这个GBN的例子：回推N步

发送方0 1 2 3 4 5…. 接收方0 1 2 3 4 5.

这两个窗口看我口述这个进程，首先发送方发送0过去，接收方收到了0，之后回答ACK0，之后发送方发分组 1和2过去，收到了1，然后回答ACK1收到了，但是2丢失了，我们需要知道，滑动的原理必须是第一个包收到才能往后滑动，否则就不滑动，我刚刚在上面的笔记没写这个，这个很重要，接下来接收方窗口滑动到2345以后两个，发送方还没滑动，这时候的彼此窗口是错位的，需要知道，发送方发的3到了，但是这时候接收方因为没收到2，他直接就把3给扔了，（后续会将一种保留下来的）他让发送方再重新发送一次，窗口还是不动，继续等2，然后等一会这时候发送方收到了回来的应答ACK0和ACK1，这时候发送方往后滑两个，也是2345以后两个的窗口，这时候发送方继续发4和5，然后检测到2超时了，所以他重新发4和5过去，之后重发2，接受方放这时候收到了4和5，但是因为窗口起始还在2那里，他还是不要后面的，还是把4和5扔掉，让发送方重新发，然后接收方继续等2，之后这个2终于到了，这时候接收方回复ACK2，收到2了，这时候窗口往后滑到3，然后后面的345那些才能继续收到往后滑动窗口，发送方收到ACK2之后，窗口从2再滑到3，等待后续接收方的ACK这样以此类推，总之需要知道回退N步的原理是必须每次窗口的第一个位置收到包之后才能往后滑，否则后续收到的包就丢掉，一直重新等，然后发送方和接收方的窗口两者是错位（国内这些教材好垃圾，谁懂我英译手操流程的痛）

接下来是SR，选择重传机制（下节再说吧，小赖要追re0第四季了，冲冲冲）