三種聯絡暗號

　　為了深入理解數據鏈路層的協議，我們先從一種假想的、完全理想化的數據傳輸過程開始討論。

　　如果鏈路是理想的傳輸信道，所傳送的任何數據既不會出差錯也不會丟失，那么數據鏈路層協議是根本不需要的。但是，這可能嗎？不可能。所以我們需要數據鏈路層協議。

　　如果不管發送方以多快的速率發送數據，接收方總是來得及收下，并及時上交主機，那么數據鏈路層協議也是不需要的。但是，這可能嗎？不可能。所以我們還是需要數據鏈路層協議。

　　這就是說，傳輸數據的信道是不可靠的（即不能保證所傳的數據不產生差錯），并且還需要對數據的發送端進行流量控制。

　　看看最簡單的停止等待協議。

　　收方在收到一個正確的數據幀后，向發方發送一個確認幀ACK（表示“我收到啦”）。當發方收到確認幀后才能發送一個新的數據幀。這樣就實現了收方對發方的流量控制。假如數據幀在傳輸過程中出現了差錯。由于通常都在數據幀中加上了循環冗余校驗CRC，所以收方很容易校驗出收到的數據幀是否有差錯。當發現差錯時，收方就向發方發送一個否認幀NAK（表示“嘿，哥們兒，你搞錯了”），以表示發方應當重發出錯的那個數據幀。

　　有時，鏈路上的干擾很嚴重，或由于其他一些原因，收方收不到發方發來的數據幀。這種情況稱為幀丟失。發生幀丟失時，收方當然不會向發方發送任何應答幀。如果發方要等收到收方的應答信息后再發送下一個數據幀，那么就將永遠等下去。要解決這個問題，可在收方發送完一個數據幀時，就啟動一個超時定時器。若到了超時定時器所設置的重發時間仍收不到收方的任何應答幀，則發方就重傳前面所發送的這一數據幀。

　　然而現在問題并沒有完全解決。當出現數據幀丟失時，超時重發的確是一個好辦法。但是若丟失的是應答幀，則超時重發將使收方收到兩個同樣的數據幀。由于收方現在無法識別重復的數據幀，因而在收方收到的數據中出現了另一種差錯，稱為重復幀。要解決這個問題，必須使每一個數據幀帶上不同的發送序號。若收方收到序號相同的數據幀，就表明出現了重復幀。這時應當丟棄這重復幀。但應注意，此時收方還必須向發方發送一個確認幀，因為收方已經知道發方還沒有收到上一次發過去的確認幀。

　　我們知道，任何一個編號系統的序號所占用的比特數一定是有限的。因此，經過一段時間，發送序號就會重復。序號占用的比特數越少，數據傳輸的額外開銷就越少。對于停等協議，由于每發送一個數據幀就停止等待，因此用一個比特來編號就夠了。就是說序號輪流使用0和1。

由于發方對出錯的數據幀進行重復是自動進行的，所以這種差錯控制體制常簡稱為ARQ（Automatic Repeat reQuest），直譯是自動重復請求，意思是自動請求重發。

　　停止等待協議ARQ比較簡單，但信道利用率不高。為了克服這一缺點，就產生了另外兩種協議，即連續ARQ和選擇重傳ARQ。

　　連續ARQ的要點就是在發送完一個數據幀后，不是停下來等待應答幀，而是可以連續再發送若干個數據幀。如果這時收到了收方發來的確認幀，那么還可以接著發送數據幀。由于減少了等待時間，整個通信的吞吐量就提高了。但是，收方只按序接收數據幀，如果收到有差錯的某幀之后接著又收到了正確的幾個數據幀，都必須將它們全部丟棄；而發方在重傳時，又必須把原來已正確傳送過的數據幀進行重傳（僅因為這些數據幀之前有一個數據幀出了錯）。這種做法又使傳送效率降低。由此可見，若傳輸信道的傳輸質量很差因而誤碼率較大時，連續ARQ不一定優于停止等待協議。

　　為了進一步提高信道的利用率，可設法只重傳出現差錯的數據幀或者是定時器超時的數據幀。但這時必須加大收方的緩沖區，以便先收下發送序號不連續但仍處在緩沖區中的那些數據幀。等到所缺序號的數據幀收到后再一并送交主機。這就是選擇重傳ARQ協議。使用選擇重傳ARQ協議可以避免重復傳送那些本來已經正確到達收方的數據幀。但我們付出的代價是在接收端要設置具有相當容量的緩沖空間，這在許多情況下是不夠經濟的。正因為如此，選擇重傳ARQ協議在目前就遠沒有連續ARQ協議使用得那么廣泛。

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