RDT（Reliable Data Trasfer Protocol ）可靠传输协议

在TCP/IP网络协议簇中，IP层以及IP层以下的协议，都没有保证协议传输的可靠性，也就是不丢包、没有比特错误、不重复、不丢失，那么如何保证协议传输的可靠性是一个有趣的话题。

可靠的数据传输协议（Reliable Data Trasfer Protocol ），即数据可以通过一条可靠信道进行数据传输。由于可靠数据传输协议的下层协议也许是不可靠的，因此实现这种协议也是相当困难的。

因为下层的协议也许是不可靠的，因此底层信道是有可能损坏比特或者丢失整个分组的。RDT的可靠性，主要体现在，交付到上层的分组（Packet）是完整的，是没有分组丢失的。

尝试构造一个可靠数据传输协议

1. 经完全可靠信道的可靠数据传输：RDT 1.0

最简单的情况就是，底层信道是完全可靠的。以下就是发送者和接收者的状态图。

上面的状态图也许有些难以理解，下面用时序图来演示一下具体的流程。

接收者全盘接受来自发送者的全部分组，因为底层的信贷是可靠的，因此也不会存在数据错误，丢包的问题，而且假定收发速率是一致的。

2. 经具有比特差错信道的可靠数据传输：RDT 2.0

第一个版本属于是理想状态下的RDT，实际情况会复杂得多。基于比特差错信道，就会出现数据错误的问题，需要引进新的技术来解决这些问题：

• 差错检测：增加额外的校验数据，例如校验和
• 接收方的确认：肯定确认（Positive Acknowledgement, ACK）和否定确认（Negtive Acknowledgem,ent, NAK）
• 重传：接收方反馈错误的时候，发送方可以通过重传的方式保证数据的正确，基于这样的重传机制的可靠数据传输协议叫做自动重传请求（Automatic Repeat reQuest，ARQ）协议。

首先来看发送方和接收方的状态图

其实简单而言，这种可靠协议是通过反馈方校验返回决定是否重传的协议，可以简单来看看它是怎么工作的。

上面这种就是正常的操作了，发送方发送消息，接收方确认消息。当然了因为是出现比特错误的不可靠的信道，因此是可能出现NAK的情况的。

如果细心的话，可以发现，在第二次重传的时候，等了一段时间才收到接收者的ACK确认。中间发送者没有任何的动作，这也就意味着，除非发送者确信接收方已经正确接收到分组，否则不会有任何的动作。对于RDT2.0这种协议称之为停等（stop-and-wait）协议。

上面这种协议，其实已经可以适应具有比特错误的情景了。但是事情真的这么简单吗？

因为信道存在比特差错，那么ACK和NAK的确认信息也是可能存在比特差错的。这也就意味着，发送方和接收方都必须进行一定的比特校验，否则错误的确认信息，发送方就只能“停等”了。

3. 经具有比特差错信道的可靠数据传输：RDT 2.1

修复ACK或者NAK信息受损的问题。

为了解决这个问题，最简单的办法就是使用标序号（sequence number）和冗余分组的方法。

首先来看发送方和接收方的状态图：

上面的状态图虽然复杂，但是实际上是对称的，也就是0和1序号的状态，发生各种情况的动作。实际上可以简单理解有三种情况。

• 正常通信
• 接收方数据错误
• 发送方数据错误

首先，来看正常通信的例子。

上面就是一个正常通信的例子，在完成了序号为0的数据的传输以后，发送者和接收者的状态全都发生的转变。

然后，再来看第二种情况：接收方数据错误

这种情况下，接受方出现的错误，其实和之前的2.0版本工作是一样的。

最后！也是最重要的情况，接收方的确认信息错误，也就是RDT2.1版本想要去解决的问题。

最后的两种错误情况，简单而言，不管是接受方回复NAK还是回复的信息含糊不清，发送方全部重传处理。接收方发现自己要的信息并不是发送方的信息，回复ACK。

发送方接收到对同一个分组的两个ACK（即接收冗余ACK（duplicate ACK））后，就知道接收方没有正确接受到跟现在被确认两次的分组后面的分组。因此可以对rdt2.1进行改进，出现rdt2.2版本。

4. 经具有比特差错信道的可靠数据传输：RDT 2.2

取消了NAK的使用，而是使用ACK附带序号来实现

对于RDT2.1的三种情况：

• 正常通信

• 接收方数据错误

• 发送方数据错误

5. 经具有比特差错的丢号信道的可靠数据传输：RDT3.0

引入丢包的概念，使用定时器来进行重发

信道可能造成比特差错的同时，也有可能会造成，数据分组的丢失。如果真的数据发生了丢失，rdt2.2可以解决吗？显然不行，rdt2.2协议出现这种情况就会卡死，无法进入下一步，因此，为了解决这种问题，接受方和发送方都应该使用定时器来进行重发。

发送方需要做到：

1. 每次发送一个分组时，启动一个计时器
2. 响应定时器中断
3. 终止定时器

下面是信息发送者的状态图：

因为分组序号在0和1之间，因此rdt3.0协议有时被称为比特交替协议（alternating-bit protocol）。

rdt3.0一共会出现四种情况：

• 无丢包操作

• 分组丢失

• 丢失ACK

• 过早超时