《计算机网络》实验指导书

实验2：可靠数据传输协议的设计与实现

1、实验目的

理解可靠数据传输的基本原理；掌握停等协议的工作原理；在理解停等协议的基础上,理解滑动窗口协议的基本原理；掌握GBN的工作原理；掌握基于UDP设计并实现一个GBN协议的过程与技术。

2、实验环境

? 接入Internet的实验主机； ? Windows xp或Windows 7/8； ? 开发语言：C/C++（或Java）等。

3、实验内容

1) 基于UDP设计一个简单的停等协议;

2) 引入滑动窗口技术,改进停等协议,实现一个简单的GBN协议; 2) 模拟引入数据包的丢失，验证所设计协议的有效性;

3) 改进所设计的GBN协议，支持双向数据传输；（选作内容，加分项目，可以当堂完成或课下完成）

4）将所设计的GBN协议改进为SR协议。（选作内容，加分项目，可以当堂完成或课下完成）

4、实验方式

每位同学上机实验，实验指导教师现场指导。

5、实验要点

1) 深刻理解停等协议与GBN协议的区别;

2) 基于UDP实现的GBN协议，可以不进行差错检测，可以利用UDP协议差错检测；

3) 自行设计数据帧的格式，应至少包含序列号Seq和数据两部分； 4) 自行定义发送端序列号Seq比特数L以及发送窗口大小W，应满足条件W+1<=2L。

5) 一种简单的服务器端计时器的实现办法：设置套接字为非阻塞方式，则服务器端在recvfrom方法上不会阻塞，若正确接收到ACK消息，则计时器清零，若从客户端接收数据长度为-1（表示没有接收到任何数据），则计时器+1，对计

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时器进行判断，若其超过阈值，则判断为超时，进行超时重传。（当然，如果服务器选择阻塞模式，可以用到select或epoll的阻塞选择函数，详情见MSDN）

6) 为了模拟ACK丢失，一种简单的实现办法：客户端对接收的数据帧进行计

数，然后对总数进行模N运算，若规定求模运算结果为零则返回ACK，则每接收N个数据帧才返回1个ACK。当N取值大于服务器端的超时阀值时，则会出现服务器端超时现象。

7) 当设置服务器端发送窗口的大小为1时，GBN协议就是停-等协议。

6、参考内容

作为只实现单向数据传输的GBN协议，实质上就是实现为一个C/S应用。

服务器端：使用UDP协议传输数据（比如传输一个文件），等待客户端的请求，接收并处理来自客户端的消息（如数据传输请求），当客户端开始请求数据时进入“伪连接”状态（并不是真正的连接，只是一种类似连接的数据发送的状态），将数据打包成数据报发送，然后等待客户端的ACK信息，同时启动计时器。当收到ACK时，窗口滑动，正常发送下一个数据报，计时器重新计时；若在计时器超时前没有收到ACK，则全部重传窗口内的所以已发送的数据报。

客户端：使用UDP协议向服务器端请求数据，接收服务器端发送的数据报并返回确认信息ACK（注意GBN为累积确认，即若ACK=1和3，表示数据帧2已经正确接收），必须能够模拟ACK丢失直至服务器端超时重传的情况。

(1) 服务器端设计参考 1）命令解析

为了测试客户端与服务器端的通信交互，方便操作，设置了此过程。首先，服务器接收客户端发来的请求数据，

“-time”表示客户端请求获取当前时间，服务器回复当前时间； “-quit”表示客户端退出，服务器回复“Good bye!”；

“-testgbn”表示客户端请求开始测试GBN协议，服务器开始进入GBN传输状态；

其他数据，则服务器直接回复原数据。

2）数据传输数据帧格式定义

在以太网中，数据帧的MTU为1500字节，所以UDP数据报的数据部分应小于1472字节（除去IP头部20字节与UDP头的8字节），为此，定义UDP数据报的数据部分格式为：

Seq为1个字节，取值为0~255，（故序列号最多为256个）； Data≤1024个字节，为传输的数据；

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最后一个字节放入EOF0，表示结尾。

3）源代码

#include \创建VS项目包含的预编译头文件 #include #include #include #include #pragma comment(lib,\ #define SERVER_PORT 12340 //端口号 #define SERVER_IP \//IP地址 const int BUFFER_LENGTH = 1026; //缓冲区大小，（以太网中UDP的数据帧中包长度应小于1480字节） const int SEND_WIND_SIZE = 10;//发送窗口大小为10，GBN中应满足 W + 1 <= N（W为发送窗口大小，N为序列号个数） //本例取序列号0...19共20个 //如果将窗口大小设为1，则为停-等协议 const int SEQ_SIZE = 20; //序列号的个数，从0~19共计20个 //由于发送数据第一个字节如果值为0，则数据会发送失败 //因此接收端序列号为1~20，与发送端一一对应 BOOL ack[SEQ_SIZE];//收到ack情况，对应0~19的ack int curSeq;//当前数据包的seq int curAck;//当前等待确认的ack int totalSeq;//收到的包的总数 int totalPacket;//需要发送的包总数 //************************************ // Method: getCurTime // FullName: getCurTime // Access: public // Returns: void // Qualifier: 获取当前系统时间，结果存入ptime中 // Parameter: char * ptime //************************************ void getCurTime(char *ptime){ char buffer[128]; memset(buffer,0,sizeof(buffer)); time_t c_time; struct tm *p; time(&c_time);

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p = localtime(&c_time); sprintf_s(buffer,\ p->tm_year + 1900, p->tm_mon, p->tm_mday, p->tm_hour, p->tm_min, p->tm_sec); strcpy_s(ptime,sizeof(buffer),buffer); } //************************************ // Method: seqIsAvailable // FullName: seqIsAvailable // Access: public // Returns: bool // Qualifier: 当前序列号 curSeq 是否可用 //************************************ bool seqIsAvailable(){ int step; step = curSeq - curAck; step = step >= 0 ? step : step + SEQ_SIZE; //序列号是否在当前发送窗口之内 if(step >= SEND_WIND_SIZE){ return false; } if(ack[curSeq]){ return true; } return false; } //************************************ // Method: timeoutHandler // FullName: timeoutHandler // Access: public // Returns: void // Qualifier: 超时重传处理函数，滑动窗口内的数据帧都要重传 //************************************ void timeoutHandler(){ printf(\ int index; for(int i = 0;i< SEND_WIND_SIZE;++i){ index = (i + curAck) % SEQ_SIZE;

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