停等ARQ 后退N帧ARQ 选择重发ARQ 详细对比
停等ARQ、后退N帧ARQ（Go-Back-N ARQ） 和 选择重发ARQ（Selective Repeat ARQ） 的详细对比，涵盖 工作原理、窗口大小、效率、优缺点 及 适用场景。
1. 停等ARQ（Stop-and-Wait ARQ）
工作原理
- 发送方每发送一帧后，必须等待接收方的 ACK（确认），才能发送下一帧。
- 如果 超时未收到ACK，则重传该帧。
窗口大小
- 发送窗口 WT=1WT=1（每次只能发一帧）
- 接收窗口 WR=1WR=1（每次只能收一帧）
- 帧编号位数 K≥1K≥1（通常只需 1位，即
0和1交替）
效率
- 信道利用率低，因为大部分时间在等待ACK：效率=T传输T传输+2×T传播延迟效率=T传输+2×T传播延迟T传输
- 适用于 低带宽延迟积（BDP） 的网络。
优点
✅ 实现简单，无需复杂缓冲或编号管理。
✅ 适用于低错误率、低带宽网络（如串口通信）。
缺点
❌ 效率极低，在高延迟或高带宽网络中性能差。
❌ 无法利用信道带宽，因为必须等待ACK后才能继续发送。
适用场景
- 低速、低延迟网络（如串行通信、嵌入式系统）。
- 简单协议（如TFTP、早期网络设备）。
2. 后退N帧ARQ（Go-Back-N ARQ）
工作原理
- 发送方可以连续发送 多个帧（窗口大小 WT≥1WT≥1，无需等待单个ACK。
- 接收方 按序确认，如果某帧丢失或出错，丢弃后续所有帧，并通知发送方 从错误帧开始重传所有后续帧（后退N帧）。
窗口大小
- 发送窗口 WT≤2K−1WT≤2K−1（K为帧编号位数）
- 接收窗口 WR=1WR=1（只能按顺序接收）
- 帧编号位数 K≥2K≥2（通常取3~4位）
效率
- 比停等ARQ高，但仍有浪费：
- 如果某帧丢失，后续所有已发送帧都要重传。
- 适用于 低错误率 网络。
优点
✅ 比停等ARQ效率高，可连续发送多个帧。
✅ 实现比选择重发ARQ简单（接收方无需缓存乱序帧）。
缺点
❌ 错误率高时，大量重传导致带宽浪费。
❌ 接收窗口 WR=1WR=1，无法利用乱序到达的帧。
适用场景
- 中等带宽、低错误率网络（如早期TCP实现）。
- 需要比停等ARQ更高效率，但不想实现复杂选择重发的情况。
3. 选择重发ARQ（Selective Repeat ARQ）
工作原理
- 发送方可以连续发送多个帧（窗口大小 WT≥1WT≥1）。
- 接收方 缓存乱序到达的帧，并 选择性确认（SACK），仅要求重传丢失或错误的帧。
窗口大小
- 发送窗口 WT≤2K−1WT≤2K−1（K为帧编号位数）
- 接收窗口 WR≤2K−1WR≤2K−1（可缓存乱序帧）
- 帧编号位数 K≥2K≥2（通常取4位以上）
效率
- 最高效的ARQ协议：
- 仅重传丢失帧，不浪费带宽。
- 适用于 高错误率、高带宽延迟积（BDP） 网络。
优点
✅ 最高效率，仅重传错误帧，无带宽浪费。
✅ 适用于高延迟、高错误率网络（如卫星通信、现代TCP）。
缺点
❌ 实现复杂，需要 接收方缓存乱序帧 和 选择性ACK机制。
❌ 需要更大的帧编号空间（避免窗口滑动冲突）。
适用场景
- 高带宽、高延迟网络（如卫星通信、现代TCP）。
- 需要最大化吞吐量的可靠传输（如QUIC、SCTP）。
对比总结
| 特性 | 停等ARQ | 后退N帧ARQ | 选择重发ARQ |
|---|---|---|---|
| 发送窗口 WTWT | 1 | ≤2K−1≤2K−1 | ≤2K−1≤2K−1 |
| 接收窗口 WRWR | 1 | 1 | ≤2K−1≤2K−1 |
| 帧编号位数 KK | 1位（0/1交替） | ≥2≥2 | ≥2≥2 |
| 重传策略 | 仅丢失帧 | 丢失帧及后续所有帧 | 仅丢失帧 |
| 效率 | 最低 | 中等 | 最高 |
| 实现复杂度 | 最简单 | 中等 | 最复杂 |
| 适用场景 | 低速低延迟网络 | 中等带宽低错误率 | 高带宽高错误率网络 |
如何选择ARQ协议？
- 停等ARQ：适用于简单、低带宽场景（如UART通信）。
- 后退N帧ARQ：适用于中等带宽、低错误率（如传统TCP）。
- 选择重发ARQ：适用于高带宽、高延迟或高错误率（如现代TCP、QUIC）。
选择时需权衡 效率、实现复杂度 和 网络环境。