编程模拟实现数据链路层协议中的停等协议.doc

一、实验题目：编程模拟实现数据链路层协议中的停等协议二、实验目的：1、掌握停止等待协议的基本原理 2、理解数据链路层的主要功能（数据出错控制，数据重复控制，数据丢失控制等等） 3、分析简单的协议数据单元 4、掌握停止等待协议的运行机制 三、设计任务分析与方案论证：停止等待协议是数据链路层的几个协议中最简单的协议，是具有最简单流量控制的数据链路层协议，是数据链路层各种协议的基础。此课程设计是基于winsock编程，是在VC+6.0的MFC界面下和控制台下实现的。它采用客户机/服务器（C/S）模型，即发送数据的一端为客户端，接收数据的一端为服务器端。停止等待协议就是通过双方的收发数据而达到相互通信的目的。本课程设计通过编程模拟实现停止等待协议，随机的发送数据，通过服务器的的接受结果和客户端的接受结果显示理解停止等待协议的原理，掌握其应用。当收方收到一个正确的数据帧后，便会向发方发送一个确认帧ACK,表示发送的数据正确接收。当发方收到确认帧后才能发送一个新的数据帧，这样就实现了接收方对发送方的流量控制。由于通信线路质量各方面的影响，数据帧从发送方到接收方传输的过程中可能会出现差错。为了保证数据的正确性和完整性，接收方在收到数据后，会用一定的方法对接收到的数据进行差错检验，所以接收方很容易检测出收到的数据帧是否出现差错。当接收方发现收到的数据出现差错时，就会向发送方发送一个否认帧NAK,表示对方发送的数据错误。发送方会根据接收方发来的信息做出相应的操作。采用这样的有效的检错机制，数据链路层可以对上面的网络层提供了可靠的传输的服务。四、停止等待协议的算法;在发送节点： （1） 从主机取一个数据帧，送交发送缓存。 （2） 发送状态变量V（S）初始化，V（S）0。 （3） 将发送状态变量值写入数据帧中的发送序号N（S），N（S）V（S）。 （4） 将发送缓存中的数据帧发送出去。 （5） 设置超时计时器（选择适当的超时重传时间Tout ）。 （6） 等待。 （7） 收到确认帧ACKn，若n=1-V(S),则： 从主机取一个新的数据帧，放入发送缓存： V（S）1-V(S)；转到（3）。 否则，丢弃这个确认帧，转到（6）。 （8） 若超时计时器时间到，则转到（4）。 在接收节点： （1） 接收状态变量初始化，V（R）0。 （2） 等待。 （3） 收到一个数据帧： 若N（S）=V(R)，则执行（4）； 否则丢弃此数据帧，然后转到（6）。 （4） 将收到的数据帧中的数据部分送交上层软件。 （5） 更新接收状态变量，准备接收下一个数据帧，V（R）1-V(R)。 （6） nV(R),发送确认帧ACK，转到（2）。因此，在设计编程模拟实现停止等待协议时，因具体考虑有关帧的一些知识。帧的结构： 帧的类型 帧的序号 帧的确认号 数据信息（可变） 校验位 帧的结构 帧的类型（frame_kind）分为数据帧（data_frame），确认帧（ack_frame）和否认帧（nak_frame）三种。发送方向接收方发送数据，是以帧为单位的，就称为数据帧。它的数据信息是可变的，但最佳的帧长为1500个字节。 接收方接收数据后，会对收到的数据帧进行差错校验，当数据正确时，就会向发送方发送一个确认帧，以表示发送方发送的数据正确接收了，反之，就会向发送方发送一个否认帧，并把这个出错的数据帧丢弃。帧的序号（seq）：由于采用的是单工通信，帧的结构中用的控制域也很少，这个域会随着帧类型的不同而不同： 对数据帧来说：序号（seq）表示的是发送端发送的帧的序号。 对确认帧来说：序号（seq）表示的是接收方希望接收到的帧的序号，它表示seq以前的各帧都已经正确接收，希望收到序号为seq的帧。 对否认帧来说：序号（seq）也是表示接收方希望收到的数据帧的序号，表示接收方已经收到序号为seq的帧，但是这个帧出现错误，希望发送方重新发送该数据帧。 停止等待协议采用的是单工通信，接收端向发送端发送的确认帧和否认帧中没有数据信息，它们的数据域为空。由于是单工通信，发送方只发送数据，所以发送方帧的“帧的确认号”中并没有包含任何的确认信息。五、主程序源代码：/ 服务器端口#define SERVER_PORT 2280 /最大重传次数#define MAXRETRY 8 /传送传时时间#define TIMEOUT 3000#pragma comment(lib,ws2_32.lib)/设置link时的lib库using namespace std;SOCKET PrimaryUDP;char ServerIP20;char FilePathMAX_PATH;bool g_number = false; / 用作奇偶检校的序号char g_bcc; /返回的控制字符HANDLE m_hEvent;void InitWinSock() / 初始化套接字WSADATA wsaData;if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)throw Exception(Windows sockets 2.2 startup unsuccessful);elseprintf(Using %s (Status: %s)n,wsaData.szDescription, wsaData.szSystemStatus);printf(with API versions %d.%d to %d.%dnn,LOBYTE(wsaData.wVersion), HIBYTE(wsaData.wVersion),LOBYTE(wsaData.wHighVersion), HIBYTE(wsaData.wHighVersion);void mksock(int type) PrimaryUDP = socket(AF_INET, type,0);if (PrimaryUDP 0)throw Exception(create socket error);void BindSock() / 绑定套接字sockaddr_in sin;sin.sin_addr.S_un.S_addr=INADDR_ANY;sin.sin_family = AF_INET;sin.sin_port = 0;if (bind(PrimaryUDP, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin) 0)throw Exception(bind error);bool ASendto()sockaddr_in remote;remote.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(ServerIP);remote.sin_family = AF_INET;remote.sin_port =htons(SERVER_PORT);int fromlen = sizeof(remote);FILE * file;/打开文件if(file = fopen(FilePath, rb) = NULL)coutFilePath open errorendl;return false;coutfile open succeedendl;/第一次应发送文件请求消息/发送文件请求bsc.bcc = ENQ;char * filename = FilePath;if (filename = strrchr(FilePath,)=NULL)filename = FilePath;else+filename;strcpy(bsc.data,filename);dwRead = 0;elseif(!feof(file)bsc.bcc = SYN;int i = fread(bsc.data, sizeof(char),MAXBSCLENGTH , file);coutread:itsend:sizeof(bsc.data)endl;dwRead+=i;else/发送完毕bsc.bcc = EOT;sendComplete = true;coutsend complete.send size:dwReadendl;fclose(file);for(int i=0;iMAXRETRY;i+)sendto(PrimaryUDP,(char*)&bsc,sizeof(bsc),0,(sockaddr*)&remote,fromlen);ResetEvent(m_hEvent);DWORD reslut = WaitForSingleObject(m_hEvent,TIMEOUT);if (reslut = WAIT_OBJECT_0)/收到应答消息,一种是ACK,一种是NAKif (g_bcc = NAK)if (i = MAXRETRY -1)return false;continue; /继续重传else/收到应答消息break;else if(i = MAXRETRY-1)coutsend file failedendl;return false;number = !number; /开始发下一段数据return true;DWORD WINAPI ARecv(LPVOID lpParam)sockaddr_in remote;int sinlen = sizeof(remote);BSC buffer;int iread = 0;while (true)iread = recvfrom(PrimaryUDP,(char*)&buffer,sizeof(buffer),0,(sockaddr*)&remote,&sinlen);/处理ACK与NAKif (iread = SOCKET_ERROR)continue;/与当前的分块序号进行比较,看是不是当前块的应答if (buffer.number!=g_number)continue;if (buffer.bcc = ACK | buffer.bcc = NAK) /保存返回的控制字符g_bcc = buffer.bcc;SetEvent(m_hEvent);return 0;int _tmain(int argc, _TCHAR* argv)InitWinSock();mksock(SOCK_DGRAM);BindSock();coutServerIP;coutFilePath;m_hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);CreateThread(NULL, 0, ARecv, NULL, 0, NULL); if (!ASendto()coutfile send failedendl;getchar();getchar();getchar();return 0;/ 服务器端口#define SERVER_PORT 2280#pragma comment(lib,ws2_32.lib)/设置link时的lib库using namespace std;/SOCKET PrimaryUDP;char FileSavePathMAX_PATH;void rInitWinSock()/初始化套接字WSADATA wsaData;if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)throw Exception(Windows sockets 2.2 startup unsuccessful);elseprintf(Using %s (Status: %s)n,wsaData.szDescription, wsaData.szSystemStatus);printf(with API versions %d.%d to %d.%dnn,LOBYTE(wsaData.wVersion), HIBYTE(wsaData.wVersion),LOBYTE(wsaData.wHighVersion), HIBYTE(wsaData.wHighVersion);void rmksock(int type)PrimaryUDP = socket(AF_INET, type,0);if (PrimaryUDP 0)throw Exception(create socket error);void rBindSock()sockaddr_in sin;sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;sin.sin_family = AF_INET;sin.sin_port = htons(SERVER_PORT);if (bind(PrimaryUDP, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin) 0)throw Exception(bind error);DWORD WINAPI rARecv(LPVOIDlpParam)FILE * file = NULL;sockaddr_in remote;int sinlen = sizeof(remote);BSC buffer,bsc;bsc.header = STX;bsc.tail = ETX;memset(bsc.data, 0, MAXBSCLENGTH);int iread = 0;unsigned long dwReceived = 0;bool number = true;/发送方的数据开始发送时的序号设为0,为了判断是不是第一次一段数据,所以这里标为1while (true)iread= recvfrom(PrimaryUDP,(char*)&buffer,sizeof(buffer),0,(sockaddr*)&remote,&sinlen);if (SOCKET_ERROR = iread | buffer.header != STX | buffer.tail != ETX)/数据错误,发送负应答coutreceived a error dataendl;bsc.bcc = NAK;bsc.number=false;/number这时没有实际的意义sendto(PrimaryUDP,(char*)&bsc,sizeof(bsc),0,(sockaddr*)&remote,sinlen);continue;if (buffer.number = number)/重复收到数据,发送应答消息coutreceived a repeat dataendl;bsc.bcc = ACK;bsc.number = buffer.number;sendto(PrimaryUDP,(char*)&bsc,sizeof(bsc),0,(sockaddr*)&remote,sinlen);continue;switch(buffer.bcc)case ENQ:number = !number;/准备接收下一段数据/文件请求coutreceived a file request message,filename:buffer.dataendl;/打开文件if(strcmp(FileSavePath+strlen(FileSavePath)-1),)!=0)strcat(FileSavePath,);strcat(FileSavePath,buffer.data);if(file = fopen(FileSavePath, ab) = NULL)coutfile open failedendl;return -1;break;case SYN:number = !number;/文字发送中int i =0;if(i=fwrite(buffer.data, sizeof(char), sizeof(buffer.data), file) = 0)cout write failed endl;return -1;dwReceived += i;coutwrite:itreceived:sizeof(buffer.data)endl;break;case EOT:number = !number;/文件发送完毕coutfile received completely,save path:FileSavePath,received size:dwReceivedendl;fclose(file);break;default:/数据错误,发送负应答bsc.bcc = NAK;bsc.number=false;sendto(PrimaryUDP,(char*)&bsc,sizeof(bsc),0,(sockaddr*)&remote,sinlen);continue;break;/发送应答消息bsc.bcc = ACK;bsc.number = buffer.number;sendto(PrimaryUDP,(char*)&bsc,sizeof(bsc),0,(sockaddr*)&remote,sinlen);return 0;int r_tmain(int argc, _TCHAR* argv)InitWinSock();mksock(SOCK_DGRAM);BindSock();CreateThread(NULL, 0, ARecv, NULL, 0, NULL);coutFileSavePath;coutreceiver start succeedendl;getchar();getchar();return 0;运行结果：六、实验总结：经过两周的课程设计，通过查阅相关的资料和以前的学习以及和同学之间的交流最终能够较成功的实现该课程设计。停止等待协议是数据链路层的一个重要协议，也是计算机网络中的一个重要协议。在进行课程设计时我遇到了不少的困难，通过同学的帮助和查阅相关的资料，最终解决了问题，模拟实现了停止等待协议。由于通信线路质量各方面的影响，数据帧从发送方到接收方传输的过程中可能会出现差错。为了保证数据的正确性和完整性，接收方在收到数据后，会用一定的方法对接收到的数据进行差错检验，所以接收方很容易检测出收到的数据帧是否出现差错。当接收方发现收到的数据出现差错时，就会向发送方发送一个否认帧NAK,表示对方发送的数据错误。发送方会根据接收方发来的信息做出相应的操作。采用这样的有效的检错机制，数据链路层可以对上面的网络层提供了可靠的传输的服务。通过这次实习，我学到了很多东西，理论知识与实践操作还是有很大差别的。课本上的知识是死的，能把它运用到实际操作中才是真正学到了知识。起初，看到那些题目的时候，我有一种似懂非懂的感觉，心里想着这些题目好做但又不好做，好做是因为里边提的一些内容都懂，不好做是因为不知道从那下手。然后我就看了别的一些具体设计，看了之后，我明白了，其实只要我们认真去做，都能够做出来。通过这次课程设计，我对winsock编程又有了进一步的了解，由于网络的问题，没能把全部的结果运行出来，这是这次实验的不足。参考文献：1COMPUTER NETRWORKS .计算机网络（第4版）.Andrew S.Tanenbaum 2Internet原理与应用 刘化君 等编著 电子工业出版社 3计算机网络（第五版）谢希仁编著电子工业出版社4网络编程与开发技术 殷肖川 等编著 西安交通大学