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计算机网络 · 03-data-link

流量控制

重要度 ⭐⭐⭐⭐⭐ 计算机网络/数据链路层流量控制滑动窗口停止等待信道利用率
速查
流量控制避免发送方淹没接收方。两法：停止-等待(Wt=Wr=1) 与 滑动窗口。信道利用率 U = T_D / (T_D + RTT + T_A)。GBN 接收窗口 Wr=1；SR 要求 Wt + Wr ≤ 2ⁿ。考试频率 ⭐⭐⭐⭐。

核心概念 ▾

为什么需要流量控制

  • 发送方速率可能超过接收方处理能力
  • 接收方缓冲区可能溢出
  • 需要让发送方感知接收方处理能力

1. 停止-等待（Stop-and-Wait）

发送方: [发送帧1]────等待ACK────[发送帧2]────等待ACK────[发送帧3]
接收方:          [接收帧1,发ACK]          [接收帧2,发ACK]
窗口大小 Wt = 1, Wr = 1

2. 滑动窗口（Sliding Window）⭐

发送窗口 Wt：发送方可连续发送的帧数
接收窗口 Wr：接收方可连续接收的帧数
发送方窗口（Wt=4）:
已确认 | 可发送 | 不能发送
[0][1] | [2][3][4][5] | [6][7]...
       ↑ 窗口前沿   ↑ 窗口后沿

窗口大小关系 ▾

协议发送窗口 Wt接收窗口 Wr信道利用率
停止-等待11低
GBN≥11中
SR≥1≥1（Wt+Wr≤2ⁿ）高

信道利用率计算

停止-等待:
U = T_D / (T_D + RTT + T_A)
T_D = 发送延迟 = 帧长/带宽；RTT = 往返时延；T_A = ACK 发送延迟(常忽略)
滑动窗口（Wt 足够大）: U ≈ 1

示例：帧长 1000B，带宽 1Mbps，RTT=20ms
T_D = 1000×8 / 1×10⁶ = 8ms
停止-等待: U = 8/(8+20) ≈ 28.6%
滑动窗口(Wt≥4): U = 4×8/(4×8+20) = 32/52 ≈ 61.5%

确认机制 ▾

累积确认 vs 逐帧确认

累积确认（GBN）: 收到 ACKn → n 及之前所有帧都已正确接收
逐帧确认（SR）:  每个帧单独确认，ACK2 只确认帧 2
方式说明应用
逐帧确认每收到一帧就发 ACKSR
累积确认ACKn 表示 n 及之前都确认GBN
延迟确认等待一段时间再发 ACK802.11
捎带确认ACK 搭载在数据帧中TCP

常见考法 ▾

考点说明
信道利用率计算停止-等待和滑动窗口的利用率
窗口大小与利用率Wt 越大利用率越高
累积确认的含义ACKn 确认 n 及之前所有帧
窗口约束GBN: Wr=1；SR: Wt+Wr≤2ⁿ

易错点 ▾

注意
  • 停止-等待的信道利用率通常很低
  • 滑动窗口不是越大越好，受限于序号空间
  • 累积确认中 ACK 丢失不一定导致重传（后续 ACK 可覆盖）
  • 利用率公式中 RTT 是往返时延，不是单程

核心结论 ▾

必背
  1. 流量控制通过限制发送窗口大小实现
  2. 滑动窗口协议是主流，GBN 和 SR 是两种变体
  3. 信道利用率 = 发送时间 /（发送时间 + 往返时延）
  4. 窗口越大利用率越高，但受限于序号空间和缓冲区

记忆卡片 ▾

停止-等待的窗口大小？
Wt = 1，Wr = 1。
GBN 和 SR 接收窗口区别？
GBN 的 Wr = 1；SR 的 Wr > 1。
累积确认 ACKn 表示什么？
n 及 n 之前的所有帧都已正确接收。
停止-等待信道利用率公式？
U = T_D / (T_D + RTT)，T_D 为发送时延。

图示 · 滑动窗口 ▾

发送窗口 Wt=4（帧号 0~7 循环） 0 1 2 3 4 5 6 7 已确认 可发送(窗口内) 不能发送 窗口滑动 收到 ACK2 后：已确认→[0][1][2]，窗口前沿右移，帧 6 进入可发送区
图：发送窗口内帧可连续发送；确认后窗口向右滑动，新帧进入发送范围。

交互动画 · 停止等待与滑动窗口 ▾

待播放
流量控制: 停止-等待 与 滑动窗口 发送方 S窗口 W 接收方 R按序接收 0 1 2 3 4 5 6 7 等待确认中… 信道空闲 利用率 U = W×T帧 / (T帧 + 2×T传播) 流水线连续发送,吞吐提升约 W 倍 0 1 2 3
演示流量控制的两种方式:停止-等待 与 滑动窗口。
窗口越大,流水线越深,利用率越高。

相关知识点

data-link-layer-functions stop-and-wait go-back-n-gbn selective-repeat-sr

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