滑動窗口協(xié)議的模擬

1、 計算機網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計報告滑動窗口協(xié)議的模擬 姓 名： 學 號： 專 業(yè)： 信息工程 指導教師： 2010年 11月 17日 目 錄一實驗目的3二實驗原理3三實驗代碼以及代碼說明54 總結(jié)10五參考文獻10滑動窗口協(xié)議的模擬一實驗目的：計算機網(wǎng)絡(luò)是一項實踐教學內(nèi)容。通過本課程的學習使學生掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的的理論知識，然后通過實際動手實現(xiàn)課程設(shè)計的要求，使課堂所學能應(yīng)用到實際應(yīng)用當中，以此來鞏固理論知識，提高解決問題，完成工程的能力。 2 實驗原理： （1）.窗口機制    滑動窗口協(xié)議的基本原理就是在任意時刻，發(fā)送方都維持了一個連續(xù)的允許發(fā)送的幀的序號，稱為

2、發(fā)送窗口；同時，接收方也維持了一個連續(xù)的允許接收的幀的序號，稱為接收窗口。發(fā)送窗口和接收窗口的序號的上下界不一定要一樣，甚至大小也可以不同。不同的滑動窗口協(xié)議窗口大小一般不同。發(fā)送方窗口內(nèi)的序列號代表了那些已經(jīng)被發(fā)送，但是還沒有被確認的幀，或者是那些可以被發(fā)送的幀。下面舉一個例子（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號窗口打開，等待接收0號幀；發(fā)送方打開0號窗口，表示已發(fā)出0幀但尚確認返回信息。此時接收窗口狀態(tài)不變；發(fā)送方打開0、1號窗口，表示0、1號幀均在等待確認之列。至此，發(fā)送方打開的窗

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

4、確認信息，關(guān)閉1號窗口，表示從重發(fā)表中刪除1號幀。此時接收窗口狀態(tài)仍不變。    若從滑動窗口的觀點來統(tǒng)一看待1比特滑動窗口、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比特滑動窗口協(xié)議    當發(fā)送窗口和接收窗口的大小固定為1時，滑動窗口協(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，等待接

5、收方已正確接收的確認（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)送方要為每一個幀加一個序號。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，因而只用一比特來編號就夠了。其發(fā)送方和接收方運行的流程圖如圖所示。         (3).后退n協(xié)議    由于停等協(xié)議要為每一個幀進行確認后才繼續(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)完一個數(shù)據(jù)幀后

6、，不停下來等待應(yīng)答幀，而是連續(xù)發(fā)送若干個數(shù)據(jù)幀，即使在連續(xù)發(fā)送過程中收到了接收方發(fā)來的應(yīng)答幀，也可以繼續(xù)發(fā)送。且發(fā)送方在每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀時都要設(shè)置超時定時器。只要在所設(shè)置的超時時間內(nèi)仍收到確認幀，就要重發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。如：當發(fā)送方發(fā)送了N個幀后，若發(fā)現(xiàn)該N幀的前一個幀在計時器超時后仍未返回其確認信息，則該幀被判為出錯或丟失，此時發(fā)送方就不得不重新發(fā)送出錯幀及其后的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，在重傳時又必須把原來已正確傳送過的數(shù)據(jù)幀進行重傳（僅因這些數(shù)據(jù)幀之前有一個數(shù)據(jù)幀出了錯），這種做法又使傳送效率降低。

7、由此可見，若傳輸信道的傳輸質(zhì)量很差因而誤碼率較大時，連續(xù)測協(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)錯誤幀就不再接收后續(xù)的幀，即使是正確到達的幀，這顯然是一種浪費。另一種效率更高的策略是當接收方發(fā)現(xiàn)某幀出錯后，其后繼續(xù)送來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，存放在一個緩沖區(qū)中，同時要求發(fā)送方重新傳送出錯的那一幀。一旦收到重新傳來的幀后，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)，其工作過程如圖所示。顯然，選擇重發(fā)減少了浪費，但要求接收方有足夠大的緩沖區(qū)空間。三實驗代碼以及代碼說明：實現(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;/* 選擇性重傳測試函數(shù)*/int stud_slide_window_choice_frame_resend(char *pBuffer, int bufferSize, UINT8 mes

19、sageType)return 0;在實現(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進行分類，對應(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)實現(xiàn)分類。在收到超時選項時，重新發(fā)送該幀（幀序號是ack），如果收到系統(tǒng)要發(fā)送幀，直接對緩沖區(qū)的幀進行發(fā)送；如果收到的是接受幀的確認號，先進行轉(zhuǎn)換，然后對比看是否相同，如果相同并且緩沖區(qū)還沒有空，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，實現(xiàn)的窗口大小設(shè)置為WINDOW_SIZE_BACK_N_FRAME 4，主體實現(xiàn)框架同一比特滑動窗口，只