实验一--滑动窗口协议实验

-1-实验一滑动窗口协议实验实验目的：在NetRiver实验系统中，用C语言实现滑动窗口协议中的1比特滑动窗口协议和后退N帧协议，理解滑动窗口协议实验原理和说明：（1）.窗口机制滑动窗口协议的基本原理就是在任意时刻，发送方都维持了一个连续的允许发送的帧的序号，称为发送窗口；同时，接收方也维持了一个连续的允许接收的帧的序号，称为接收窗口。发送窗口和接收窗口的序号的上下界不一定要一样，甚至大小也可以不同。不同的滑动窗口协议窗口大小一般不同。发送方窗口内的序列号代表了那些已经被发送，但是还没有被确认的帧，或者是那些可以被发送的帧。下面举一个例子（假设发送窗口尺寸为2，接收窗口尺寸为1）：分析：①初始态，发送方没有帧发出，发送窗口前后沿相重合。接收方0号窗口打开，等待接收0号帧；②发送方打开0号窗口，表示已发出0帧但尚确认返回信息。此时接收窗口状态不变；③发送方打开0、1号窗口，表示0、1号帧均在等待确认之列。至此，发送方打开的窗口数已达规定限度，在未收到新的确认返回帧之前，发送方将暂停发送新的数据帧。接收窗口此时状态仍未变；④接收方已收到0号帧，0号窗口关闭，1号窗口打开，表示准备接收1号帧。此时发送窗口状态不变；⑤发送方收到接收方发来的0号帧确认返回信息，关闭0号窗口，表示从重发表中删除0号帧。此时接收窗口状态仍不变；⑥发送方继续发送2号帧，2号窗口打开，表示2号帧也纳入待确认之列。至此，发送方打开的窗口又已达规定限度，在未收到新的确认返回帧之前，发送方将暂停发送新的数据帧，此时接收窗口状态仍不变；⑦接收方已收到1号帧，1号窗口关闭，2号窗口打开，表示准备接收2号帧。此时发送窗口状态不变；⑧发送方收到接收方发来的1号帧收毕的确认信息，关闭1号窗口，表示从重发表中删除1号帧。此时接收窗口状态仍不变。若从滑动窗口的观点来统一看待1比特滑动窗口、后退n及选择重传三种协议，它们的差别仅在于各自窗口尺寸的大小不同而已。1比特滑动窗口协议：发送窗口=1，接收窗口=1；后退n协议：发窗口1，接收窗口1；选择重传协议：发送窗口1,接收窗口1。（2）.1比特滑动窗口协议-2-当发送窗口和接收窗口的大小固定为1时，滑动窗口协议退化为停等协议（stop－and－wait）。该协议规定发送方每发送一帧后就要停下来，等待接收方已正确接收的确认（acknowledgement）返回后才能继续发送下一帧。由于接收方需要判断接收到的帧是新发的帧还是重新发送的帧，因此发送方要为每一个帧加一个序号。由于停等协议规定只有一帧完全发送成功后才能发送新的帧，因而只用一比特来编号就够了。其发送方和接收方运行的流程图如图所示。(3).后退n协议由于停等协议要为每一个帧进行确认后才继续发送下一帧，大大降低了信道利用率，因此又提出了后退n协议。后退n协议中，发送方在发完一个数据帧后，不停下来等待应答帧，而是连续发送若干个数据帧，即使在连续发送过程中收到了接收方发来的应答帧，也可以继续发送。且发送方在每发送完一个数据帧时都要设置超时定时器。只要在所设置的超时时间内仍收到确认帧，就要重发相应的数据帧。如：当发送方发送了N个帧后，若发现该N帧的前一个帧在计时器超时后仍未返回其确认信息，则该帧被判为出错或丢失，此时发送方就不得不重新发送出错帧及其后的N帧。-3-从这里不难看出，后退n协议一方面因连续发送数据帧而提高了效率，但另一方面，在重传时又必须把原来已正确传送过的数据帧进行重传（仅因这些数据帧之前有一个数据帧出了错），这种做法又使传送效率降低。由此可见，若传输信道的传输质量很差因而误码率较大时，连续测协议不一定优于停止等待协议。此协议中的发送窗口的大小为k，接收窗口仍是1。(4).选择重传协议在后退n协议中，接收方若发现错误帧就不再接收后续的帧，即使是正确到达的帧，这显然是一种浪费。另一种效率更高的策略是当接收方发现某帧出错后，其后继续送来的正确的帧虽然不能立即递交给接收方的高层，但接收方仍可收下来，存放在一个缓冲区中，同时要求发送方重新传送出错的那一帧。一旦收到重新传来的帧后，就可以原已存于缓冲区中的其余帧一并按正确的顺序递交高层。这种方法称为选择重发(SELECTICEREPEAT)，其工作过程如图所示。显然，选择重发减少了浪费，但要求接收方有足够大的缓冲区空间。实验代码以及代码说明：实现代码如下：#includesysinclude.h#includedequeusingstd::deque;usingstd::cout;usingstd::endl;usingnamespacestd;externvoidSendFRAMEPacket(unsignedchar*pData,unsignedintlen);-4-#defineWINDOW_SIZE_STOP_WAIT1#defineWINDOW_SIZE_BACK_N_FRAME4/*themaxwindowssize*/typedefenum{data,ack,nak}frame_kind;/*definethestructureofframeandframehead*/typedefstructframe_head{frame_kindkind;unsignedintseq;unsignedintack;unsignedchardata[100];};typedefstructframe{frame_headhead;unsignedintsize;};/*definethebufferzone*/structStoreType{frame*pfrm;unsignedintsz;};dequeStoreTypemQue;dequeStoreTypemQue2;boolsendWinFull=false;intcounter=0;/**停等协议测试函数*/intstud_slide_window_stop_and_wait(char*pBuffer,intbufferSize,UINT8messageType){unsignedintack;unsignedintnum;StoreTypes;/*bythemessagetypetodecide*/switch(messageType){caseMSG_TYPE_TIMEOUT:num=ntohl(*(unsignedint*)pBuffer);s=mQue.front();/*iftheseqisOK,sendit*/if(num==((*s.pfrm).head.seq)){SendFRAMEPacket((unsignedchar*)(s.pfrm),s.sz);}-5-break;caseMSG_TYPE_SEND:/*prepareanewframe*/s.pfrm=newframe;(*s.pfrm)=*(frame*)pBuffer;s.sz=bufferSize;mQue.push_back(s);/*sendallthedatainbuffer*/if(!sendWinFull){s=mQue.front();SendFRAMEPacket((unsignedchar*)(s.pfrm),s.sz);sendWinFull=true;}break;caseMSG_TYPE_RECEIVE:/*receiveack*/ack=ntohl(((frame*)pBuffer)-head.ack);if(mQue.size()!=0){s=mQue.front();if(ntohl(s.pfrm-head.seq)==ack)/*receiverightackseqnumber*/{mQue.pop_front();s=mQue.front();SendFRAMEPacket(((unsignedchar*)s.pfrm),s.sz);/*sendframesagain*/}}else{sendWinFull=true;/*databufferisempty*/}break;}return0;}/**回退n帧测试函数*/intstud_slide_window_back_n_frame(char*pBuffer,intbufferSize,UINT8messageType){intack;intnum;-6-intj;/*varusedinloopasnumber*/intk;StoreTypes;/*nextistochoosefromthevars*/switch(messageType){caseMSG_TYPE_TIMEOUT:num=ntohl(*(unsignedint*)pBuffer);/*datachange*/for(j=0;jmQue2.size()&&jWINDOW_SIZE_BACK_N_FRAME;j++){s=mQue2[j];if((*s.pfrm).head.seq==num)break;}for(k=j;kWINDOW_SIZE_BACK_N_FRAME&&kmQue2.size();k++){s=mQue2[k];SendFRAMEPacket((unsignedchar*)(s.pfrm),s.sz);/*resendframes*/}break;caseMSG_TYPE_SEND:s.pfrm=newframe;(*s.pfrm)=*(frame*)pBuffer;s.sz=bufferSize;mQue2.push_back(s);if(counter4){s=mQue2.back();/*sendtheNframes*/SendFRAMEPacket((unsignedchar*)(s.pfrm),s.sz);counter++;/*startthecounter*/}break;caseMSIG_TYPE_RECEVE:ack=((frame*)pBuffer)-head.ack;/*receivecorrectack*/for(j=0;jWINDOW_SIZE_BACK_N_FRAME&&jmQue2.size();j++){s=mQue2[j];if(ack==(*s.pfrm).head.seq){break;}}if(jmQue2.size()&&jWINDOW_SIZE_BACK_N_FRAME){for(k=0;k=j;k++)-7-{mQue2.pop_front();counter--;/*resetcuounter*/}}k=counter;for(;kWINDOW_SIZE_BACK_N_FRAME&&kmQue2.size()&&counter4;k++){s=mQue2[k];SendFRAMEPacket((unsignedchar*)(s.pfrm),s.sz);/*continuesendframes*/counter++;}break;}return0;}/**选择性重传测试函数*/intstud_slide_window_choice_frame_resend(char*pBuffer,intbufferSize,UINT8messageType){return0;在实现1比特协议中，利用函数参数messageType传递的参数ＭＳＧ＿ＴＹＰＥ＿ＴＩＭＥＯＵＴ，ＭＳＧ＿ＴＹＰＥ＿ＳＥＮＤ和MSG_ＴＹＰＥ＿RECEIVE，因此在函数主体中用switch进行分类，对应不同参数下的函数响应。首先定义帧头、帧的结构，定义一个缓冲区，然后利用缓冲区的数据组装帧并调用发送函数发送组好的帧。然后利用返回的MessageType参数实现分类。在收到超时选项时，重新发送该帧（帧序号是ack），如果收到系统要发送帧，直接对缓冲区的帧进行发送；如果收到的是接受帧的确认号，先进行转换，然后对比看是否相同，如果相同并且缓冲区还没有空，继续发送，否则调用发送函数重发该帧。在后退N帧函数中，实现的窗口大小设置为WINDOW_SIZE_BA