實(shí)驗(yàn)一 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的理解與實(shí)現(xiàn).doc

實(shí)驗(yàn)一 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的理解與實(shí)現(xiàn)201151一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深對(duì)流量控制、差錯(cuò)處理方法的理解2、熟悉TCP/IP編程, 將書(shū)本知識(shí)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)中；3、開(kāi)拓學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立動(dòng)手操作的能力二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用已有的模擬信道程序，編制發(fā)送、接收程序的部分模塊，使系統(tǒng)具有可靠的收發(fā)功能。三、設(shè)計(jì)原理 實(shí)驗(yàn)基本設(shè)計(jì)原理為利用已經(jīng)提供的模擬信道channel模擬物理信息介質(zhì)，編寫(xiě)接收發(fā)送模塊的部分功能，使得系統(tǒng)具有可靠的收發(fā)功能。主要原理闡述如下：1、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分層原理在網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)中，每一層要為上一層服務(wù)，處在高層次的系統(tǒng)僅僅是利用較低層次的系統(tǒng)提供的服務(wù)和功能，體現(xiàn)了層次的封裝性，處在不同系統(tǒng)中的同層次實(shí)體之間沒(méi)有直接物理通訊能力，他們的通訊是邏輯通訊。從實(shí)驗(yàn)中看，編程過(guò)程中，sender 與receiver并沒(méi)有直接聯(lián)系，而是通過(guò)套接字與channel連接，通過(guò)channel獲得連接通訊，而channel之中的通訊方式，并沒(méi)有顯化的體現(xiàn)在程序之中，這也體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)通訊層與層之間的封裝思想；2、檢錯(cuò)碼工作原理偶校驗(yàn)偶校驗(yàn)的工作原理是在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的某一位添加一位附加位，使得結(jié)果中的1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，增加的位稱為偶校驗(yàn)位。在實(shí)驗(yàn)中利用encode函數(shù)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，將偶校驗(yàn)位體現(xiàn)的編碼的第四位上；3、差錯(cuò)控制方法ARQ停等協(xié)議 本次實(shí)驗(yàn)采用自動(dòng)重發(fā)協(xié)議ARQ中的停等方式實(shí)驗(yàn)差錯(cuò)控制，實(shí)驗(yàn)原理為發(fā)送方?jīng)]發(fā)完一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)必須等待對(duì)方確認(rèn)后才能發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)。在實(shí)驗(yàn)中具體是這樣的，sender方發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，該數(shù)據(jù)報(bào)已經(jīng)包含偶校驗(yàn)位以及數(shù)據(jù)報(bào)總長(zhǎng)度信息，待接收方receiver接收到數(shù)據(jù)報(bào)即對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)的偶校驗(yàn)位以及發(fā)送序號(hào)進(jìn)行檢查，并與自己所緩存的待發(fā)送數(shù)據(jù)信息以及數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度信息進(jìn)行對(duì)比，若是合格則在receiver方顯示并返回帶有ACK信息的應(yīng)答幀，否則返回帶有NAK信息的應(yīng)答幀以要求sender方重新發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)； 4、信道通信方式 數(shù)據(jù)單向傳輸，接收方要對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)出錯(cuò)誤則要求發(fā)送方重發(fā)原信息，對(duì)于正確的數(shù)據(jù)也要返回確認(rèn)信息。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析1、正常傳輸情況下 從正常情況下的傳輸通道觀察，收發(fā)過(guò)程符合ARQ停等協(xié)議的收發(fā)規(guī)則。檢查收發(fā)過(guò)程的校驗(yàn)位，發(fā)現(xiàn)一切正常，并且結(jié)果正確，收發(fā)穩(wěn)定。2、丟失情況 從通道可以觀察，在sender發(fā)送過(guò)字符d的數(shù)據(jù)報(bào)后，信息丟失，根據(jù)程序設(shè)定若是receiver方在一段時(shí)間后沒(méi)有收到信息，則sender方進(jìn)行信息重發(fā)。通過(guò)上圖可以看出在信息丟失條件下，收發(fā)過(guò)程依舊穩(wěn)定。3、延時(shí)情況與信息丟失相同，在延時(shí)一定時(shí)間以后，信息進(jìn)行重發(fā)，收發(fā)過(guò)程穩(wěn)定，算法正確。4、出錯(cuò)情況觀察錯(cuò)誤發(fā)送情況下的信息模擬通道，可以看出，當(dāng)發(fā)送d出錯(cuò)是receiver方返回帶有NAK信息的應(yīng)答幀，此時(shí)sender方重新發(fā)送字符d的數(shù)據(jù)報(bào)，得到了正確的數(shù)據(jù)信息，發(fā)送過(guò)程穩(wěn)定正確。5、隨機(jī)情況隨機(jī)情況下為各種情況的綜合表現(xiàn)，從上圖可以看出，發(fā)送過(guò)程發(fā)生了延時(shí)、信息丟失的情況，經(jīng)過(guò)ARQ停等協(xié)議的信息重傳，問(wèn)題得以解決，并發(fā)送成功。五、實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題1、sender發(fā)送一個(gè)字符后，receiver沒(méi)有應(yīng)答，系統(tǒng)顯示錯(cuò)誤并跳出程序經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，由于數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)傳輸方向的編寫(xiě)錯(cuò)誤，導(dǎo)致信息不能正確傳輸。正確的方式應(yīng)該是，在收發(fā)方分別建立套接字與信息模擬通道套接字相連，以進(jìn)行連接通訊.正確的發(fā)送方向?yàn)椋簊ender_sockfd- channelsender_sockfd-channelreceiver_sockfd-receiver_sockfd正確的回發(fā)方向?yàn)椋簉eceiver_sockfd- channelreceiver_sockfd- channelsender_sockfd- sender_sockfd在編程過(guò)程中，注意sendto與recvfrom函數(shù)的地址編寫(xiě)即可以保證信息通道的發(fā)送正確。2、在發(fā)送一個(gè)字符后，程序不斷要求sender重發(fā)數(shù)據(jù) 經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，receiver方不斷發(fā)送帶有NAK信息的應(yīng)答幀使得sender不斷重發(fā)，關(guān)鍵問(wèn)題在于采用偶校驗(yàn)的錯(cuò)誤檢查機(jī)制發(fā)生編寫(xiě)問(wèn)題。存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。 關(guān)于itoa函數(shù)的使用。Itoa的函數(shù)功能為把一整數(shù)轉(zhuǎn)換為字符串，在實(shí)驗(yàn)中，我們將數(shù)據(jù)報(bào)的每一位信息定義為1B，而實(shí)際通過(guò)試驗(yàn)可以的出結(jié)論，對(duì)于任意一個(gè)字符，在利用itoa函數(shù)將其變成二進(jìn)制字符串的過(guò)程中，最后保存為7位編碼，假若錯(cuò)誤認(rèn)為為8位編碼的話，則可能由于初始化或者系統(tǒng)內(nèi)部未知原因?qū)е略谶M(jìn)行符號(hào)1的統(tǒng)計(jì)中發(fā)生錯(cuò)誤，進(jìn)而使得偶校驗(yàn)位失去作用，receiver檢測(cè)不到正確的信息，就會(huì)不斷發(fā)送NAK要求重發(fā)。解決措施為將字符轉(zhuǎn)換成的二進(jìn)制編碼緩存在只有7為存儲(chǔ)單元的數(shù)組中。關(guān)于字符強(qiáng)制轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。在改進(jìn)了itoa函數(shù)的問(wèn)題之后，程序依舊存在不斷重發(fā)的問(wèn)題，并且在錯(cuò)誤的發(fā)送方式下，數(shù)據(jù)不能穩(wěn)定的得到重發(fā)。通過(guò)邏輯檢查，偶校驗(yàn)程序編寫(xiě)依舊存在問(wèn)題，此時(shí)考慮c+程序的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換問(wèn)題。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行賦值或者打印的過(guò)程中，強(qiáng)制轉(zhuǎn)換可以正常運(yùn)行，而在進(jìn)行條件判斷時(shí)，數(shù)據(jù)類型的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換不發(fā)生作用，使得數(shù)據(jù)信息中1個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)總是為0。將msg_chari=1，改變?yōu)閙sg_chari=1后，發(fā)現(xiàn)1的個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)得到正常運(yùn)行。3、數(shù)據(jù)可以正常傳輸后，發(fā)現(xiàn)打印出現(xiàn)問(wèn)題 在收發(fā)方基本可以正常傳送數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)程序打印出現(xiàn)問(wèn)題。主要出現(xiàn)的問(wèn)題有兩個(gè)：1、數(shù)據(jù)在發(fā)送完畢后會(huì)不斷重發(fā)某一個(gè)數(shù)據(jù)；2、在延時(shí)情況下，發(fā)現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳送完成后sender方會(huì)繼續(xù)發(fā)送一個(gè)字符； 通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，以上問(wèn)題主要原因的程序的開(kāi)始截止控制不佳，即流量控制發(fā)生錯(cuò)誤而導(dǎo)致的。 問(wèn)題一由于sender方面流量控制錯(cuò)誤而導(dǎo)致的，涉及到的流量控制變量有：1、bSending（bSending=1標(biāo)識(shí)用于表示Sender方正在發(fā)生數(shù)據(jù)幀，并等待接收應(yīng)答信息，接受應(yīng)答信息后應(yīng)將bSending重新置0）；2、iSendno（已正確發(fā)送的幀數(shù)）；3、 msglen（待發(fā)送信息的總長(zhǎng)度）；通過(guò)iSendno和 msglen的大小比較控制程序的發(fā)送截止，而由于程序內(nèi)部重發(fā)機(jī)制，需要對(duì)bSending標(biāo)志進(jìn)行設(shè)置以保證在延時(shí)以及信息丟失下可以進(jìn)行重發(fā)。 問(wèn)題二由于receiver方面流量控制錯(cuò)誤而導(dǎo)致的打印錯(cuò)誤，我解決的辦法是將if(iRevnostr_send4)流量控制語(yǔ)句作用于整個(gè)ReceiverMsg(str_send)接收數(shù)據(jù)后的整個(gè)函數(shù)，并將打印語(yǔ)句控制在只有偶校驗(yàn)通過(guò)以及在流量可流通的條件下進(jìn)行打印，這樣就可以成功的進(jìn)行流量控制。六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我熟悉了數(shù)據(jù)鏈路層傳輸協(xié)議，深刻體會(huì)了網(wǎng)絡(luò)體系分層原理。這種功能區(qū)分明晰的分層使得在功能實(shí)現(xiàn)上相互獨(dú)立，便