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传播延迟对滑窗的影响及解决方案

时间:2023-11-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:为了说明传播延迟的影响,重新考察(4.1)式。图4.3.1a对效率的影响考虑a<1,即链路的比特长度小于帧长的情况。图4.3.2连续发送图4.3.3窗口允许连续发送若干个未应答的帧的协议通常称为管道协议,也可称为滑窗协议。图4.3.3给出了一个三位顺序号23,序号取值0~7,最大窗口尺寸为4的窗口范例。图4.3.4顺序号3位、收发窗口尺寸为1的滑窗滑动图

传播延迟对滑窗的影响及解决方案

为了说明传播延迟的影响,重新考察(4.1)式。由于H、A等项相对数据帧都小得多,处理时间也很短,可以忽略不计。这样,(4.1)式可变为

式中tprop为链路上的传播延迟,或称信号传播时间。也即

利用4.1.4节对a的定义(a=tprop/t)则有

这就是该链路可能的最大利用率。a可被解释为用比特表示的媒质长度(C×D/V)与帧长之比。如果将帧传输时间t规范化为1,a就可以认为是传播时间,即信号从媒质一端传送到另一端的时间。

图4.3.1 a对效率的影响

考虑a<1,即链路的比特长度小于帧长的情况。如图4.3.1所示,发送站在t0时刻开始发送一帧;在t0+a时刻该帧的前沿到达接收站,而发送站仍处于发送该帧的过程中;设帧的传输时间为1,则在t0+1时刻发送站完成传输;在t0+1+a时,接收站已接收到全帧并立即发出一个小小的肯定应答帧;应答帧在t0+1+2a时到达发送站。整个过程用掉的时间为1+2a,从而效率为1/(1+2a)。在a>1时也可以得到同样的结果。

链路的一个极端例子是卫星链路,其来回行程传播时间约为270ms.通常的数字传输设施的数据的速率是56kbps,若帧的长度为4000比特,则传输时间为4000/56000=0.071s=71ms,而a=270/71=3.8,从而效率为1/(1+2×3.8)=0.12.实际上a的值可能会更大,一般在45到2160之间,这样效率可能仅为0.0002.另一个极端的例子是局域网,其a的值通常为0.01到0.1,效率的范围为0.83至0.98.(www.xing528.com)

从以上分析可见,在链路媒质的比特长度大于帧长(a>1)的场合,若仍采用停等协议将会使效率大大降低。停等协议的实质是一次只可传递一帧,其余的时间仅仅是在等待应答,对双工信道而言,这是十分浪费的。显见的解决办法是允许一次有多个帧处于传递之中,这样发方可以在一定条件下连续地发送,而用全双工信道的另一信道接收这些帧的应答,此时帧的顺序号也就不能再限于0和1了。

图4.3.2 连续发送

图4.3.3 窗口

允许连续发送若干个未应答的帧的协议通常称为管道协议,也可称为滑窗协议(Sliding Window Protocol)。其中窗口(Window)这一重要概念首先由加拿大Datapac网的设计者提出。所谓窗口就是一张顺序号表,表中的顺序号按模(通常为2n)连续,其中允许的未应答帧的个数(发送方)和允许连续接收暂不应答帧的个数(接收方)称为最大窗口尺寸。对应已打开的窗口,可继续扩张的一边为窗口上缘(前缘),随着应答而收缩的一边为窗口下缘(后缘),上缘与下缘之间的间隔为已打开的窗口尺寸。图4.3.3给出了一个三位顺序号23,序号取值0~7,最大窗口尺寸为4的窗口范例。

对于发送端来说,发送窗口中是已发出但尚未收到应答的帧的顺序号。有一条待发电文从主机送到CCP,便将下一个顺序号(按2n为模)赋给该帧,窗口的上缘随之加1(扩张)。收到一个应答后,窗口的下缘加1(收缩)。这样,窗口中维持的是一张未应答帧的顺序号表。接收方窗口中维持的是允许接收的帧顺序号表。发送窗口和接收窗口总是维持原始的尺寸,下缘进1,上缘必进1,从而实现对流量的控制。如接收方要限制进入的流量时,可以不维持窗口的初始大小,而有意地缩小或扩大接收窗口,籍此进行流控。滑窗作为一种通用的信息流量控制技术,不仅可用于数据链路层,也可用于网络层、传送层等其它需要进行流控的地方。需指出的是,接收窗口尺寸为1时,表示只能顺序接收。此时若发送窗口亦为1,则以此为流控的协议实质就是双工停等协议。

由于窗口中的帧在传送时可能出错或丢失,故发送方必须给所有未应答的帧提供缓冲,以备重发,而接收方则要为所接收的帧接供缓冲,以待后续处理。若窗口尺寸为n,则至少需要n个缓冲器来保存n个未应答或待处理的帧。一旦发送窗口增至其最大尺寸值,则发送方必须停止发送新帧,直至收到应答并腾出缓冲空间。有了可供连续发送的窗口,协议的效率就取决于窗口的大小和a了,这将在后面讨论。本节先介绍两种滑窗协议的差错控制方法,再介绍两种滑窗协议的例子。为了与前面讨论的四个协议统一,仍然维持前面的假设,并逐步过渡。

图4.3.4 顺序号3位、收发窗口尺寸为1的滑窗滑动图

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