滑动窗口是一种数据结构，常用于流量控制。
# 流量控制
流量控制的目的是使得发送方和接收方的速度统一。为此，需要接收方能够通过某种方式来对发送方发送速度做出反馈。
最简单的一种方式也就是停止-等待，简称停等。
停等的流程大概如下：
- 发送方发送一个分组，然后等待
- 一段时间后，接收方收到分组，然后向发送方发送ACK
- 发送方收到确认消息，继续发送下一个分组
可以预见到的是，这种方式效率很低。
# 滑动窗口控制原理
对于流量控制，需要维持两个滑动窗口，分别是发送窗口和接收窗口。
只有当分组在发送窗口当中时，发送方才能发送该分组。当接收方收到分组时，将接收窗口向后移动，并向发送方发送确认消息。当发送方收到接收消息时，向后移动发送窗口。
# 滑动窗口协议分类
# 停止-等待协议
其实停止-等待协议在上面已经讲过。如果使用滑动窗口来实现的话，也就是发送窗口和滑动窗口大小都为1。此时只有发送方只有等到确认消息到达才能继续发送，而接收方一次只能收到一个分组。
停止等待协议的缺点是信道利用率很低：
$$U=\frac{数据传输时间T_D}{数据传输时间T_D+RTT+确认消息传输时间T_A}$$
特别是在传输距离很长（RTT大）和带宽很大（发送时间短）的情况下，信道利用率尤其低下。
为此，产生了连续ARQ协议，即一次发送多帧，分为后退N帧协议和选择重传协议。
# 连续ARQ协议
由于一次发送多个分组，因此无法保证到达分组的次序，为此需要对分组编号。因此，需要一个额外的字段来捎带编号信息，这就是确认号。
对于ARQ协议的确认号，有$$发送窗口大小+接收窗口大小<=2^n$$ 其中n是确认号的二进制位数。
# 后退N帧协议
后退N帧协议（GBN）的接收窗口仍为1，但发送窗口为N。因此所有到达的帧需要一个缓存区，并对所有接收的帧依次进行确认。
由于后退N帧协议的接收窗口为1，则GBN发送窗口大小遵循：
$$发送窗口大小<=2^{n}-1$$
在后退N帧协议中，一次性发送等同于发送窗口的分组。接收方对收到的分组进行缓存，然后根据接收窗口当前指向的分组依次进行确认，然后发送一条确认消息给发送方。如ACK10表示第十个分组和之前的所有分组均已收到。
为了减少开销，接收方可以进行累计确认，也就是不需要对每一个收到的分组都发送一条确认消息。如接收方成功接收了0-4的5个分组，而只需要发送一条ACK5。
当接收方分组有误，会丢弃这个分组及之后收到的所有分组。发送方未收到确认消息，会重发成功分组后的N个分组，因此表现为回退了N个帧，故称为回退N帧协议。
回退N帧协议信道利用率较高，但当信道质量极差时，会导致频繁回退和连续重发，在这种情况下效率可能低于停等协议。
# 选择重传协议
另一个连续ARQ协议是选择重传协议。它的发送窗口和接收窗口大小均不为1，并且有如下规则。
- 发送窗口和接收窗口大小加起来不超过2的n次方（即连续ARQ协议的规则）
- 接收窗口大小不大于发送窗口大小（发送的帧一次最多有N个，接受窗口不会收到比这个更多的帧，因此没有意义）
大多数情况下，选择重传协议的发送窗口和接收窗口等大。
相比后退N帧协议，选择重传协议并不依次确认，而是将收到的帧和接收窗口中的帧进行比较，当分组有误时，向发送方发送NAK消息。如NAK10表示第10个分组有误，需要发送方重新发送该帧。
对于一次性发送多帧的协议，都有如下的信道利用率计算公式：
$$U=\frac{发送窗口大小N*数据传输时间T_D}{数据传输时间T_D+RTT+确认消息传输时间T_A}$$
因此当发送窗口大小很大时，能够使信道利用率为1（即发送方一刻不停地在发送）。另外，从这个公式中也可以看出，信道利用率和发送窗口大小成正比。因此，在滑动窗口总大小（确认号位数）一致时，回退N帧协议在理想情况下的效率要高于选择重传协议。但在误码率较高的情况下，选择重传协议更有优势（因为重传成本要低于回退）。