可靠数据传输：rdt 1.0 → 3.0 与 GBN / SR 两种流水线协议
可靠数据传输 — rdt 家族与流水线协议
核心结论
传输层向上要交付可靠的数据流，而它下面的网络层、链路层、物理层提供的信道不可靠（丢包、比特损坏、乱序）。可靠数据传输的全部机制，就是在这条不可靠信道上，用校验和 + 确认 + 重传 + 序号 + 定时器堆出来的。
rdt 家族是这套机制的最小推导路径：每加一种故障，就补一个机制。到 rdt3.0 功能上完备，但窗口为 1 的停等协议在大 RTT 下利用率极低，于是有了流水线的 GBN 与 SR。
五个版本：每加一种故障，补一种机制
| 版本 | 新增的故障假设 | 新增机制 | 状态数（发送端） |
|---|---|---|---|
| rdt1.0 | 下层完全可靠、保序 | 无（只发、只收） | 1 |
| rdt2.0 | 数据包比特可能损坏 | 校验和 + ACK/NAK 反馈 + 重传 | 2 |
| rdt2.1 | ACK/NAK 也可能损坏 | 加 1 bit 序号（0/1），接收端按序号判重传还是新包 | 4 |
| rdt2.2 | 同上，但要更简单 | 去掉 NAK，只用 ACK + 序号（ACK 语义改为"我收到了 seq=x"） | 2 |
| rdt3.0 | 数据包会丢失 | 定时器 + 超时重传（否则双方互等死锁） | 4 |
几个容易记错的细节：
- rdt2.0 起就是停等协议：发送端在等 ACK/NAK 期间不会再向上一层取新数据。这不是缺陷，是定义。
- rdt2.1 为什么要序号：ACK 损坏时发送端不知道该不该重传 —— 重传可能让接收端收到重复包，不重传可能让接收端一直等。序号把"是重传包还是新包"变成可判定的事实。
- 2 bit 就够：停等协议下接收端只需要区分"上一包"和"新包"，两个序号（0,1）足够。
- rdt3.0 收到损坏包或错序号 ACK 时不做处理、直接等超时：定时器本来就很短，等超时比额外定义一个 NAK 路径更简单。
停等协议为什么慢：滑动窗口视角
把待发数据排成一列，协议用一个"框"罩住当前允许发送的区间，这个框就是滑动窗口：
- 发送窗口大小 = 1，接收窗口大小 = 1 → 就是 rdt3.0 的停等协议：每发一个包都要等 RTT 走完才能发下一个。
- 发送窗口 > 1 → 流水线协议：发送端可以在定时器窗口内连发多个未确认分组，把等待时间填满。
rdt3.0 的利用率问题本质是：一个 RTT 只搬运一个包，RTT 越大、带宽越大，浪费越严重。要改，就得同时扩三样东西：
- 序号范围（多个在途分组必须各有唯一序号）；
- 发送端缓冲（保存已发未确认的分组）；
- 接收端缓冲（保存已收但还不能上交/确认的分组）。
按接收端缓冲扩不扩，分出两种流水线协议。
GBN：只扩发送窗口
Go-Back-N：发送端维护大于 1 的窗口，接收端窗口仍为 1。
- 采用累计确认：
ACK n表示"n 及之前的全部收到"。 - 接收端丢弃乱序包，只按序收；收到不按序的包时，重复发送最近一次正确收到的 ACK。
- 发送端超时后重传该包及其之后所有已发未确认的包（"回退 N 步"因此得名）。
典型现象：第 2 号包丢失时，后面的 3、4 号包虽然到了接收端也会被丢弃，接收端持续回 ACK 1（"我收到的最大序号是 1"），发送端超时后重发 2、3、4。
反过来，如果只是某个 ACK 丢了（如 ACK2），后来的 ACK3/ACK4 已经隐含"2 号也收到了"，发送端不会重发 2 —— 累计确认天然吃掉这类丢失。
SR：发送、接收窗口都扩
Selective-Repeat：发送端与接收端各维护一个大于 1 的窗口。
- 采用单独确认：每个分组都有自己的 ACK。
- 接收端缓存乱序到达的包，只把确实丢失的那个报告给发送端（靠超时）。
- 发送端超时后只重传丢失的那一个包。
代价是接收端要有缓冲和乱序重组逻辑，换来的是重传量最小化。信道质量差、窗口大时，这个代价通常值得。
对比
| 维度 | GBN | SR |
|---|---|---|
| 发送窗口 | > 1 | > 1 |
| 接收窗口 | = 1 | > 1 |
| 确认方式 | 累计确认 | 单独确认 |
| 乱序分组 | 丢弃 | 缓存 |
| 超时后重传 | 该包及之后全部 | 只重传出错的那一个 |
| 接收端复杂度 | 低 | 高（需缓冲与重组） |
| 恶劣信道下的重传量 | 大 | 小 |
一句话选型：信道误码低、缓冲贵 → GBN；信道差、重传代价高 → SR。
与 TCP 的对照
TCP 是这条推导在工程上的实现：序号 + 校验和 + 累计确认 + 超时重传 + 流水线。它更接近 GBN 的思路，同时用可选扩展（SACK）获得 SR 的"只重传缺失段"能力。理解 rdt 家族的价值在于：TCP 里每个看似随意的字段，都能追溯到它要修复的那一种故障。
来源
- 原文：可靠数据的传输原理（RDT/GBN/SR）
- 教材：Computer Networking: A Top-Down Approach（Kurose & Ross, 7th Ed.）第 3 章
- 交互演示：Go-Back-N · Selective-Repeat