详解滑动窗口算法原理与实现

滑动窗口算法是一种用于数据传输控制的重要机制，主要用于解决在网络通信中可能出现的拥塞和乱序问题。其核心原理是通过在发送和接收端维护两个有限大小的窗口，限制了同时进行的数据传输量，确保数据的有序接收。 在滑动窗口算法中，发送方的关键变量包括： 1. 发送窗口大小（Send Window Size, SWS）：这是一个上限，限制了未被确认的帧数。发送方在发送新的帧之前，需要确保有足够的空间存放这些未确认帧，一旦确认到达，发送窗口会向右移动。 2. 最近收到的确认帧序号（Last Acknowledgement Received, LAR）：记录接收方对最近哪些帧发送了确认，每次接收到确认后，LAR会更新。 3. 最近发送的帧序号（Last Frame Sent, LFS）：跟踪发送方已发送的最后一个帧的序号，当一个定时器超时时，可能需要重发LFS对应的帧。 发送方遵循的原则是：LAR - LFS <= RWS，这确保了发送窗口内的帧不会超过接收方可以接收的范围。 接收方的主要变量包括： 1. 接收窗口大小（Receive Window Size, RWS）：类似发送方，但这是接收方能够接受未排序帧的上限。 2. 可接受帧的序号（Largest Acceptable Frame, LAF）：接收方愿意接收的最新序号，当新帧到达时，会检查是否在窗口范围内。 3. 最近收到的帧序号（Last Frame Received, LFR）：接收方接收到的最新帧的序号，用于确认和处理到达的帧。 接收流程如下：如果新到达的帧序号小于LFR或者大于LAF，帧将被丢弃；若LFR < SeqNum <= LAF，则接收并处理帧，然后决定是否发送ACK。接收方的确认策略是累积性的，只确认序号小于等于SeqNumToAck的帧，然后更新LFR和LAF。 例如，如果LFR = 5且RWS = 4，LAF将是9。当帧7和8到达时，尽管它们的序号大于LFR，但由于它们在接收窗口内，接收方暂存。此时，因为帧6尚未到达，不需要发送ACK。如果帧6随后到达，接收方会发送一个ACK确认帧6，然后LFR和LAF分别更新为6和10。 滑动窗口算法的关键在于它能够动态地适应网络条件，避免了全双工通信中的拥塞和乱序问题，提高了数据传输的可靠性和效率。通过维护窗口边界，它允许双方在保持同步的同时，有效地利用网络带宽，降低数据包丢失的可能性。