滑動(dòng)窗口協(xié)議的模擬

1、 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)報(bào)告滑動(dòng)窗口協(xié)議的模擬 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 信息工程 指導(dǎo)教師： 2010年 11月 17日 目 錄一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二實(shí)驗(yàn)原理3三實(shí)驗(yàn)代碼以及代碼說(shuō)明54 總結(jié)10五參考文獻(xiàn)10滑動(dòng)窗口協(xié)議的模擬一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的的理論知識(shí)，然后通過(guò)實(shí)際動(dòng)手實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)的要求，使課堂所學(xué)能應(yīng)用到實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，以此來(lái)鞏固理論知識(shí)，提高解決問(wèn)題，完成工程的能力。 2 實(shí)驗(yàn)原理： （1）.窗口機(jī)制    滑動(dòng)窗口協(xié)議的基本原理就是在任意時(shí)刻，發(fā)送方都維持了一個(gè)連續(xù)的允許發(fā)送的幀的序號(hào)，稱為

2、發(fā)送窗口；同時(shí)，接收方也維持了一個(gè)連續(xù)的允許接收的幀的序號(hào)，稱為接收窗口。發(fā)送窗口和接收窗口的序號(hào)的上下界不一定要一樣，甚至大小也可以不同。不同的滑動(dòng)窗口協(xié)議窗口大小一般不同。發(fā)送方窗口內(nèi)的序列號(hào)代表了那些已經(jīng)被發(fā)送，但是還沒(méi)有被確認(rèn)的幀，或者是那些可以被發(fā)送的幀。下面舉一個(gè)例子（假設(shè)發(fā)送窗口尺寸為2，接收窗口尺寸為1）：   分析：初始態(tài)，發(fā)送方?jīng)]有幀發(fā)出，發(fā)送窗口前后沿相重合。接收方0號(hào)窗口打開(kāi)，等待接收0號(hào)幀；發(fā)送方打開(kāi)0號(hào)窗口，表示已發(fā)出0幀但尚確認(rèn)返回信息。此時(shí)接收窗口狀態(tài)不變；發(fā)送方打開(kāi)0、1號(hào)窗口，表示0、1號(hào)幀均在等待確認(rèn)之列。至此，發(fā)送方打開(kāi)的窗

3、口數(shù)已達(dá)規(guī)定限度，在未收到新的確認(rèn)返回幀之前，發(fā)送方將暫停發(fā)送新的數(shù)據(jù)幀。接收窗口此時(shí)狀態(tài)仍未變；接收方已收到0號(hào)幀，0號(hào)窗口關(guān)閉，1號(hào)窗口打開(kāi)，表示準(zhǔn)備接收1號(hào)幀。此時(shí)發(fā)送窗口狀態(tài)不變；發(fā)送方收到接收方發(fā)來(lái)的0號(hào)幀確認(rèn)返回信息，關(guān)閉0號(hào)窗口，表示從重發(fā)表中刪除0號(hào)幀。此時(shí)接收窗口狀態(tài)仍不變；發(fā)送方繼續(xù)發(fā)送2號(hào)幀，2號(hào)窗口打開(kāi)，表示2號(hào)幀也納入待確認(rèn)之列。至此，發(fā)送方打開(kāi)的窗口又已達(dá)規(guī)定限度，在未收到新的確認(rèn)返回幀之前，發(fā)送方將暫停發(fā)送新的數(shù)據(jù)幀，此時(shí)接收窗口狀態(tài)仍不變；接收方已收到1號(hào)幀，1號(hào)窗口關(guān)閉，2號(hào)窗口打開(kāi)，表示準(zhǔn)備接收2號(hào)幀。此時(shí)發(fā)送窗口狀態(tài)不變；發(fā)送方收到接收方發(fā)來(lái)的1號(hào)幀收畢的

4、確認(rèn)信息，關(guān)閉1號(hào)窗口，表示從重發(fā)表中刪除1號(hào)幀。此時(shí)接收窗口狀態(tài)仍不變。    若從滑動(dòng)窗口的觀點(diǎn)來(lái)統(tǒng)一看待1比特滑動(dòng)窗口、后退n及選擇重傳三種協(xié)議，它們的差別僅在于各自窗口尺寸的大小不同而已。1比特滑動(dòng)窗口協(xié)議：發(fā)送窗口=1，接收窗口=1；后退n協(xié)議：發(fā)窗口>1，接收窗口>1；選擇重傳協(xié)議：發(fā)送窗口>1,接收窗口>1。（2）.1比特滑動(dòng)窗口協(xié)議    當(dāng)發(fā)送窗口和接收窗口的大小固定為1時(shí)，滑動(dòng)窗口協(xié)議退化為停等協(xié)議（stopandwait）。該協(xié)議規(guī)定發(fā)送方每發(fā)送一幀后就要停下來(lái)，等待接

5、收方已正確接收的確認(rèn)（acknowledgement）返回后才能繼續(xù)發(fā)送下一幀。由于接收方需要判斷接收到的幀是新發(fā)的幀還是重新發(fā)送的幀，因此發(fā)送方要為每一個(gè)幀加一個(gè)序號(hào)。由于停等協(xié)議規(guī)定只有一幀完全發(fā)送成功后才能發(fā)送新的幀，因而只用一比特來(lái)編號(hào)就夠了。其發(fā)送方和接收方運(yùn)行的流程圖如圖所示。         (3).后退n協(xié)議    由于停等協(xié)議要為每一個(gè)幀進(jìn)行確認(rèn)后才繼續(xù)發(fā)送下一幀，大大降低了信道利用率，因此又提出了后退n協(xié)議。后退n協(xié)議中，發(fā)送方在發(fā)完一個(gè)數(shù)據(jù)幀后

6、，不停下來(lái)等待應(yīng)答幀，而是連續(xù)發(fā)送若干個(gè)數(shù)據(jù)幀，即使在連續(xù)發(fā)送過(guò)程中收到了接收方發(fā)來(lái)的應(yīng)答幀，也可以繼續(xù)發(fā)送。且發(fā)送方在每發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)都要設(shè)置超時(shí)定時(shí)器。只要在所設(shè)置的超時(shí)時(shí)間內(nèi)仍收到確認(rèn)幀，就要重發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。如：當(dāng)發(fā)送方發(fā)送了N個(gè)幀后，若發(fā)現(xiàn)該N幀的前一個(gè)幀在計(jì)時(shí)器超時(shí)后仍未返回其確認(rèn)信息，則該幀被判為出錯(cuò)或丟失，此時(shí)發(fā)送方就不得不重新發(fā)送出錯(cuò)幀及其后的N幀。   從這里不難看出，后退n協(xié)議一方面因連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀而提高了效率，但另一方面，在重傳時(shí)又必須把原來(lái)已正確傳送過(guò)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行重傳（僅因這些數(shù)據(jù)幀之前有一個(gè)數(shù)據(jù)幀出了錯(cuò)），這種做法又使傳送效率降低。

7、由此可見(jiàn)，若傳輸信道的傳輸質(zhì)量很差因而誤碼率較大時(shí)，連續(xù)測(cè)協(xié)議不一定優(yōu)于停止等待協(xié)議。此協(xié)議中的發(fā)送窗口的大小為k，接收窗口仍是1。(4).選擇重傳協(xié)議    在后退n協(xié)議中，接收方若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤幀就不再接收后續(xù)的幀，即使是正確到達(dá)的幀，這顯然是一種浪費(fèi)。另一種效率更高的策略是當(dāng)接收方發(fā)現(xiàn)某幀出錯(cuò)后，其后繼續(xù)送來(lái)的正確的幀雖然不能立即遞交給接收方的高層，但接收方仍可收下來(lái)，存放在一個(gè)緩沖區(qū)中，同時(shí)要求發(fā)送方重新傳送出錯(cuò)的那一幀。一旦收到重新傳來(lái)的幀后，就可以原已存于緩沖區(qū)中的其余幀一并按正確的順序遞交高層。這種方法稱為選擇重發(fā)(SELECTICE REPEA

8、T)，其工作過(guò)程如圖所示。顯然，選擇重發(fā)減少了浪費(fèi)，但要求接收方有足夠大的緩沖區(qū)空間。三實(shí)驗(yàn)代碼以及代碼說(shuō)明：實(shí)現(xiàn)代碼如下：#include "sysinclude.h"#include <deque>using std : deque;using std : cout;using std : endl;using namespace std;extern void SendFRAMEPacket(unsigned char* pData, unsigned int len);#define WINDOW_SIZE_STOP_WAIT 1#define WIND

9、OW_SIZE_BACK_N_FRAME 4 /* the max windows size */typedef enum data, ack, nak frame_kind;/* define the structure of frame and frame head */typedef struct frame_head frame_kind kind;unsigned int seq;unsigned int ack;unsigned char data100;typedef struct frame frame_head head;unsigned int size;/* define

10、 the buffer zone */struct StoreType frame *pfrm;unsigned int sz;deque<StoreType> mQue;deque<StoreType> mQue2;bool sendWinFull = false;int counter = 0;/* 停等協(xié)議測(cè)試函數(shù)*/int stud_slide_window_stop_and_wait(char *pBuffer, int bufferSize, UINT8 messageType)unsigned int ack;unsigned int num;StoreT

11、ype s;/* by the messagetype to decide */switch(messageType) case MSG_TYPE_TIMEOUT:num = ntohl(*(unsigned int *)pBuffer);s = mQue.front();/* if the seq is OK,send it */if (num = (* s.pfrm).head.seq) SendFRAMEPacket(unsigned char *)(s.pfrm), s.sz);break;case MSG_TYPE_SEND:/* prepare a new frame */s.pf

12、rm = new frame;(*s.pfrm) = *(frame *)pBuffer;s.sz = bufferSize;mQue.push_back(s);/* send all the data in buffer */if (!sendWinFull) s = mQue.front();SendFRAMEPacket(unsigned char *)(s.pfrm), s.sz);sendWinFull = true;break;case MSG_TYPE_RECEIVE:/* receive ack */ack = ntohl(frame *)pBuffer)->head.a

13、ck);if (mQue.size() != 0) s = mQue.front();if (ntohl(s.pfrm->head.seq) = ack) /* receive right ack seq number */mQue.pop_front();s = mQue.front();SendFRAMEPacket(unsigned char *)s.pfrm), s.sz);/* send frames again */ else sendWinFull = true; /* databuffer is empty */break;return 0;/* 回退n幀測(cè)試函數(shù)*/in

14、t stud_slide_window_back_n_frame(char *pBuffer, int bufferSize, UINT8 messageType)int ack;int num;int j;/* var used in loop as number */int k;StoreType s;/* next is to choose from the vars */switch (messageType) case MSG_TYPE_TIMEOUT:num = ntohl(*(unsigned int *)pBuffer); /* data change */for (j = 0

15、; j < mQue2.size() && j < WINDOW_SIZE_BACK_N_FRAME; j+) s = mQue2j;if (*s.pfrm).head.seq = num)break;for (k = j; k < WINDOW_SIZE_BACK_N_FRAME && k < mQue2.size(); k+) s = mQue2k;SendFRAMEPacket(unsigned char *)(s.pfrm), s.sz);/* resend frames */break;case MSG_TYPE_SEND:s.

16、pfrm = new frame;(*s.pfrm) = *(frame *)pBuffer;s.sz = bufferSize;mQue2.push_back(s);if (counter < 4) s = mQue2.back();/* send the N frames */SendFRAMEPacket(unsigned char *)(s.pfrm), s.sz);counter+;/* start the counter */break;case MSIG_TYPE_RECEVE:ack = (frame *)pBuffer)->head.ack;/* receive

17、correct ack */for (j = 0; j < WINDOW_SIZE_BACK_N_FRAME && j < mQue2.size(); j+)s = mQue2j;if (ack = (*s.pfrm).head.seq) break;if (j < mQue2.size() && j < WINDOW_SIZE_BACK_N_FRAME)for (k = 0; k <= j; k+) mQue2.pop_front();counter-; /* reset cuounter */k = counter;for (;

18、 k < WINDOW_SIZE_BACK_N_FRAME && k < mQue2.size() && counter < 4; k+) s = mQue2k;SendFRAMEPacket(unsigned char *)(s.pfrm), s.sz);/* continue send frames */counter+;break;return 0;/* 選擇性重傳測(cè)試函數(shù)*/int stud_slide_window_choice_frame_resend(char *pBuffer, int bufferSize, UINT8 mes

19、sageType)return 0;在實(shí)現(xiàn)1比特協(xié)議中，利用函數(shù)參數(shù)messageType傳遞的參數(shù)，和MSG_RECEIVE，因此在函數(shù)主體中用switch進(jìn)行分類，對(duì)應(yīng)不同參數(shù)下的函數(shù)響應(yīng)。首先定義幀頭、幀的結(jié)構(gòu)，定義一個(gè)緩沖區(qū)，然后利用緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)組裝幀并調(diào)用發(fā)送函數(shù)發(fā)送組好的幀。然后利用返回的MessageType參數(shù)實(shí)現(xiàn)分類。在收到超時(shí)選項(xiàng)時(shí)，重新發(fā)送該幀（幀序號(hào)是ack），如果收到系統(tǒng)要發(fā)送幀，直接對(duì)緩沖區(qū)的幀進(jìn)行發(fā)送；如果收到的是接受幀的確認(rèn)號(hào)，先進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后對(duì)比看是否相同，如果相同并且緩沖區(qū)還沒(méi)有空，繼續(xù)發(fā)送，否則調(diào)用發(fā)送函數(shù)重發(fā)該幀。在后退N幀函數(shù)中，實(shí)現(xiàn)的窗口大小設(shè)置為WINDOW_SIZE_BACK_N_FRAME 4，主體實(shí)現(xiàn)框架同一比特滑動(dòng)窗口，只