【漫画】两台陌生的主机是如何保证数据正确交付的？
背景
不知道从哪天开始，一禅也陷入了编程这条道路.....
小白：你知道吗？数据在传输的时候是分割成一小块一小块传输的，我们把这一小块的数据称之为一个分组。我们在传输这块分组的时候，主要面临两个问题。
1、这个分组在传输的过程中，由于在信道传输过程中，收到干扰，导致这个分组到达目的地之后出现了差错，例如分组里面的二进制位1变成了0，0变成了1。
2、分组还没传输到目的地，就丢失了，我们也把这种情况称之为丢包。
接下来我们先来谈谈第一种情况吧，即分组传到目的地之后出现了差错。
这里我们先假设计算机A给计算机B发送分组数据
一禅：如果没有差错的话，计算机B就给计算机A发送一个ACK分组，告诉对方，数据正确无误。如果出现差错的话，就给对方发送一个NAK分组，告诉对方，分组数据出现了差错。
当计算机A收到接受方的反馈之后，如果收到的是ACK分组，那么就继续发送下一个分组数据。如果收到的是NAK分组，那么就重新传输这个分组。
小白：这时就会出现了混乱，就相当于两个人A,B在对话。
A : 传输给你一个分组
B :你发的是啥，可以重发一次吗？
A :你发的又是啥？可以重发一次吗？
B :你发的又是啥？可以重发一次吗
......
进去无限混乱之中
小白：法子倒是不错，不过如果分组出现大量差错，会让校验码变的很难设计的,而且校验码属于与正文内容无关的数据，占了太多比特位的话，会降低传输效率。还有其他法子吗？
小白：我们可以给每个分组添加一个序号啊，这样就可以知道是重传的分组还是新的分组了。
如果B收到的分组没出差错，这时又收到一个序号相同的分组，这时B就知道这个分组是属于重传的分组了，这时B就把这个重传的分组丢弃。
情况二：分组丢失时的问题处理
一禅：哈哈，我知道怎么解决，可以采取和分组差错类似的方法，如果A迟迟没有收到B的反馈，A就可以认为这个分组丢失了，重新发送。
所以我们每次发送分组的时候，需要给该分组设置一个定时器。
小白：脑子转的挺快啊。不过你知道吗？我们上面谈的那些，都是A发送一个分组，收到B的反馈之后，再发送下一个分组。你不觉得这种方法很浪费信道的资源吗？
这里先说明一下，如果同时发送多个分组时，最需要处理的问题就是接受方收到分组时，并非按照顺序收到分组的，有可能序号小的分组先达到，这时就会出现了乱序。
回退N步协议(GBN)
在回退N步法中允许发送多个分组而不需要等待确认，但它也受限于在流水线中未确认的分组数不能超过某个最大允许数N。如下图，我们将基序号定义为最早的未确认分组的序号，将下一个序号(nextseqnum)定义为最小的未使用序号(即下一个待发送分组)。
此时我们可以将序号分成4段。在[0, base-1]段内的序号对应已发送并且已经确认的分组序号，[base,nextseqnum]段内对应已经发送但未确认的分组序号，[nextseqnum, base+N-1]段内表示即将要被发送的分组序号。而那些大于base+N的序号目前还不能使用，直到当前流水线中未被确认的分组得到确认，窗口整体向右移动之后，才能够被使用。
所以，我们常把N称之为窗口长度，由于窗口在序号范围内移动，也被GBN协议称之为滑动窗口协议。
对于GBN协议，计算机A(发送方)需要响应以下两个事件：
1、收到一个ACK：在GBN协议中，对序号为n的分组的确认采取累计确认的方式。也就是说，当A收到序号为n的分组时，表明分组n以及n之前的分组已经被B正确接受了。
2、超时事件： 当久久没有收到ACK时，A就认为它发送的分组已经丢失了，这时A会重传所有已发送但还未被确认的分组。这个时候需要注意的是，并不是为每个分组设置一个定时器，而是在序号[base,nextseqnum-1]中，设置一个定时器，当base发送的那一刻，就开始计时，当收到一个ACK时，则刷新重新开始计时。
计算机B(接收方)则需要处理一下事件：
如果一个序号为n的分组被正确收到，并且按序(所谓按序就是指n-1的分组也已经收到了)，则B为分组n发送一个ACK，否则，丢弃该分组，并且为最近按序接收的分组重新发送ACK。
接收方的这种处理方式，意味着如果n被正确交付，则意味着比n小的所有分组也被正确交付了。
小白：你这个想法其实也是挺不错的，不过如果分组n-1丢失了，那么按照GBN的重传规则，这时n-1和n都会被重传，这时之前缓存的n就没啥用了。而且，我们如果把n丢弃了，那么我们就不需要缓存任何失序的分组了，这样可以让我们的设计更加简单哦。
选择重传(SR)
回退N步协议的缺点也是很明显的，单个分组的差错能够引起GBN重传大量的分组，而且许多分组根本就没有必要重传。例如我们发送的序号为0-100，万一序号为1的分组出现了某些差错，这会导致1-100的分组会被重传，想想这是多么恐怖的事情啊。
因此，出现了选择重传这种协议。所谓“选择”，也就是有选择着去重传。
不过选择重传和回退N步是很相似的，只是在选择重传中，接收方收到失序的分组时，会把它缓存起来，直到拼凑到分组按序，才把分组传输给上一层。而发送方会为每个分组设置一个定时器，这样，只需要重传那些没有被接收方正确接收的分组就可以了。
我来个例子吧。
假设窗口长度N=6，这时A向B发送分组1-5。
当A收到序号为3的ACK，则状态如下：
注意，这个时候虽然序号3被确认接收了，但窗口并不能向右移动一格。
接下来受到序号为1的ACK，则：
这个时候窗口才可以向右移动一格。注意，黄色的那些序号是可以继续发送分组的，只是我没有继续填充发送而已。
接着收到序号为2的分组。
这个时候窗口向右移动了两个格。
接着继续这样接收下去，如果还有分组没发送的，就从nextseqnum开始填充发送...
如果某个分组超时了，就重新传输这个分组。
对于接收方B的窗口来说也差不多也一样，在此不展开。接收方对于失序的分组缓存起来，直到所有丢失的分组全部被收到为止，再把这批分组按序交付给上一层。
我在书上截了张完整的例子图：
这样，两个完全陌生的计算机就可以就行可靠数据传输了。这也是可靠数据传输的原理。
最后一点感想
总感觉这篇文章讲的好一般，感觉有点小啰嗦或者.....也不知道怎么说，本来我是想写成那种一点一点引导出知识点的，不过在回退N步和选择重传中，有点不知道怎么引导。不过我会争取在后面的文章讲的更加通俗易懂。
说实话，这篇文章其实算是比较简单的几个知识点，不过我还是写了好久，加上自己画图之列的就更加了，哈哈。主要是一直不知道怎么下手。不过就算花时间，我也会尽最大努力去写。再次感谢读者们的支持，在之后的文章里，应该会数据结构与算法和计算机网络穿插讲。
希望通过这种漫文的方式，能够让你更加轻松的读懂某些知识。
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