计算机网络实验含全部5个的代码及文字指导.docx
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计算机网络实验含全部5个的代码及文字指导
计算机网络原理
实验报告
学院：
信息院
专业班级：
计科0701
学号：
0902070110
姓名：
屈丽
指导老师：
桂劲松
实验一数据链路层后退N帧协议
1.1实验目的
模拟实现数据链路层后退n帧协议。
1.2实验内容
要求理解链路层后退n帧协议原理，编程动态实现数据链路层后退n帧协议。
1.3实验原理
1.3.1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。
下面是一个例子（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帧但尚未确认返回信息。
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。
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，发送方打开的窗口再次达到规定限度，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号帧收到的确认信息，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。
1.3.2比特滑动窗口协议
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送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1比特来编号就够了。
1.3.3后退N协议
任何时候，若带宽与往返延迟的乘积很大，则发送方就需要一个较大的窗口。
如果带宽很高的话，即使对于一个并不很长的延迟，发送方也会很快用完它的窗口，除非窗口真的非常大。
如果延迟很长，那么即使带宽并不高，发送方也会用完它的窗口。
这两个因子的乘积基本上说明了这条管道的容量，发送方为了达到尖峰效率，需要这条管道来马不停蹄的发送数据。
这项技术称为管道化技术。
使用管道化技术后，有两种方法可以用来处理错误。
一种方法是回退n帧（实验一），另一种则是选择性重传（实验二）。
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。
而且，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。
例如：
当发送方发送了N个帧后，若发现这N帧的前一帧在计时器超时后仍未返回其确认信息，则该帧被判定为出错或丢失，此时发送方就不得不重新发送出错的这帧及其后的N帧。
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，连续传送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。
1.4实验步骤
1.4.1编写程序
程序源代码如下：
#include"stdio.h"
#include"string.h"
#include"time.h"
#include"conio.h"
#include"graphics.h"
#defineN_BACKE2
#defineLENsizeof（structFrame）
intrandm（int,int）;
intt;
intg_seq=1;
intg_pos=0;
structFrame
{
interr;/*出错标志*/
intout;/*发送标志*/
intseq;
intclock;
intack;
intcount;/*传输次数*/
structFrame*next;
}*sd,*re;
typedefstructFrameFra;
voidInsert（Fra**,Fra*）;
voidinit（）/*初始化就绪、阻塞、完成队列*/
{
sd=NULL;
re=NULL;
}
voiddelay（inta）/*时间延迟函数，用于实现数据帧的动态变化*/
{
clock_tstart=clock（）;/*系统时间函数*/
while（clock（）-a*CLK_TCK<=start）;
}
voidCreat（）/*创建数据帧*/
{
Fra*p=（Fra*）malloc（LEN）;
p->count=0;
p->out=0;/*已经发送标志*/
p->seq=g_seq;/*帧序号*/
p->clock=N_BACKE;/*最大后退次数*/
p->ack=0;/*接受确认*/
if（p->seq%t==0）
p->err=1;/*出错标志*/
else
p->err=0;
p->next=NULL;
Insert（&sd,p）;
g_seq++;
}
voidInsert（Fra**v,Fra*p）/*将数据帧插入到V队列中*/
{
Fra*q;
q=*v;
if（*v==NULL）
{
q=p;
*v=q;
}
else
{
while（q->next!
=NULL）
q=q->next;
q->next=p;
}
}
voidsend（Fra*p）/*发送数据帧*/
{
charstr[10];
p->out=1;
if（p->err==0）/*发送未出错*/
{
p->ack=1;
setfillstyle（1,4）;/*设置填充模式，用4号颜色—红表示正确发送*/
setcolor
（1）;
circle（50+25*p->seq,150,10）;/*画圆圈表示数据帧*/
floodfill（50+25*p->seq,150,1）;
setcolor
（2）;
itoa（p->seq,str,10）;
outtextxy（45+25*p->seq,146,str）;/*显示帧的编号*/
if（p->count>0）
{
setfillstyle（1,5）;
setcolor
（1）;
circle（50+25*p->seq,300,10）;
floodfill（50+25*p->seq,300,1）;
setcolor
（2）;
itoa（p->seq,str,10）;
outtextxy（45+25*p->seq,296,str）;
}
}
else/*发送出错*/
{
setfillstyle（1,7）;/*用7号颜色表示错误的发送*/
setcolor
（1）;
circle（50+25*p->seq,150,10）;
floodfill（50+25*p->seq,150,1）;
setcolor（4）;
itoa（p->seq,str,10）;
outtextxy（45+25*p->seq,146,str）;
if（p->count>0）
{
setfillstyle（1,5）;
setcolor
（1）;
circle（50+25*p->seq,300,10）;
floodfill（50+25*p->seq,300,1）;
setcolor
（2）;
itoa（p->seq,str,10）;
outtextxy（45+25*p->seq,296,str）;
}
}
p->count++;
}
voidback_send（Fra**v）/*检查超时未确认的帧*/
{
charstr[10];
intpos;
Fra*p;
p=*v;
while（p!
=NULL）
{
if（p->ack==0&&p->clock==0）/*超时未发，取得该帧标号*/
{
g_pos=p->seq;
break;
}
elseif（p->out==1）
p->clock-=1;
p=p->next;
}
}
Fra*search（Fra**v,intnum）/*查找未确认帧对应的指针*/
{
Fra*p;
p=*v;
while（p!
=NULL）
{
if（p->seq==num）
returnp;
else
p=p->next;
}
}
intrandm（intx,inty）/*随机数函数*/
{
intk;
k=rand（）%（x-y）+x;
returnk;
}
print（Fra**v）/*在屏幕上显示帧序列*/
{
intsize;
charstr[10];
void*buff;
Fra*p;
p=*v;
while（p!
=NULL）
{
setfillstyle（1,7）;
setcolor
（1）;
circle（50+25*p->seq,300,10）;
floodfill（50+25*p->seq,300,1）;
setcolor（4）;
itoa（p->seq,str,10）;
outtextxy（45+25*p->seq,296,str）;
p=p->next;
}
size=imagesize（65,290,85,310）;
buff=malloc（size）;
getimage（65,290,85,310,buff）;
p=*v;
while（!
kbhit（））
{
putimage（40+25*p->seq,140,buff,COPY_PUT）;
delay
（1）;
send（p）;
back_send（&sd）;
if（g_pos!
=0）
{
p=（*search）（&sd,g_pos）;
if（p->seq%t==0）
p->err=0;
}
else
p=p->next;
delay
（1）;
g_pos=0;
}
}
voidmain（）
{
inti,j;
intdriver=DETECT,mode;
initgraph（&driver,&mode,""）;
cleardevice（）;
srand（（unsigned）time（NULL））;
t=randm（5,7）;
for（i=0;i<20;i++）
{
Creat（）;
}
print（&sd）;
getch（）;
}
1.4.2设计思路
本程序首先用Creat（）函数创建了若干的数据帧，创建完毕后调用send（Fra*p）函数依次发送创建好的若干个数据帧，同时每发送一个帧就检查前面发送的帧是否有超时未被确认的，此功能由函数back_send（Fra**v）来完成。
若发现有超时未发则返回超时帧的序列号seq，同时根据seq调用超时帧查找函数*search（Fra**v,intnum）找到该帧位置，从该位置起全部从发后面的帧，即后退N帧协议。
1.5实验结果分析
1.5.1结果截图
1.5.2结果分析
根据后退N帧协议，当第5号帧发生错误时，第5、6、7帧全部重传（时间间隔为2个周期）。
实验二模拟实现数据链路层选择性重传协议
2.1实验目的
模拟实现数据链路层选择性重传协议。
2.2实验内容
要求编程动态实现数据链路层选择性重传协议，理解数据链路层选择性重传协议原理。
2.3实验原理
滑动窗口的基本原理同实验一。
2.3.1选择性重传协议原理
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，即便这些帧是正确到达的帧。
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，就可以与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（SELECTIVEREPEAT），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。
2.4实验步骤
2.4.1编写程序
本实验的源程序和实验一基本一样，只是在某写数据的处理上有细微的差别。
即两个程序只在print（Fra**v）函数中找到超时未发数据帧的处理方面有点差别。
在实验一中，当找到超时数据帧时，直接丢弃后面的已发数据帧，即不保存后面帧的位置。
而选择性重传，由于它只重传超时的数据帧，并不重传所有的数据帧，所以当发现超时帧时，它必须先保存当前已发最后一个帧的位置，以便重发完超时帧后回到原来发送点。
voidprint（Fra**v）
{
intsize;
charstr[10];
void*buff;
Fra*p,*q;
p=*v;
while（p!
=NULL）
{
setfillstyle（1,7）;
setcolor
（1）;
circle（50+25*p->seq,300,10）;
floodfill（50+25*p->seq,300,1）;
setcolor（4）;
itoa（p->seq,str,10）;
outtextxy（45+25*p->seq,296,str）;
p=p->next;
}
size=imagesize（65,290,85,310）;
buff=malloc（size）;
getimage（65,290,85,310,buff）;
p=*v;
while（!
kbhit（））
{
putimage（40+25*p->seq,140,buff,COPY_PUT）;
delay
（1）;
send（p）;
q=p;
back_send（&sd）;
if（g_pos!
=0）
{
p=（*search）（&sd,g_pos）;
if（p->seq%t==0）
p->err=0;
send（p）;
p=q;/*保存当前帧位置*/
p=p->next;
}
else
p=p->next;
delay
（1）;
g_pos=0;
}
}
2.4.2设计思路
设计思路与实验一基本一样，不同点在上小节已详细介绍。
2.5实验结果分析
2.5.1结果截图
2.5.2结果分析
根据选择性重传协议，当6号帧发生错误时，只重传6号帧。
实验三：
距离向量路由算法的实现
3.1实验目的
模拟距离向量路由算法的路由表交换过程，演示每轮交换后路由表的变化。
3.2实验内容
要求编程实现距离矢量路由算法的路由表交换过程，并动态演示每轮交换过后路由表的变化情况。
3.3实验原理
距离向量路由算法，使用这个算法的路由器必须掌握这个距离表（它是一个一维排列，即一个向量），它告诉在网络中每个节点的最远和最近距离。
在距离表中的这个信息是根据临近接点信息的改变而时时更新的。
表中数据的量和在网络中的所有的接点（除了它自己本身）是等同的。
这个表中的列代表直接和它相连的邻居，行代表在网络中的所有目的地。
每个数据包括传送数据包到每个在网上的目的地的路径和距离/时间在那个路径上来传输（我们叫这个为“成本”）。
这个在那个算法中的度量公式是跳跃的次数，等待时间，流出数据包的数量等等。
在距离向量路由算法中，相邻路由器之间周期性地相互交换各自的路由表备份。
当网络拓扑结构发生变化时，路由器之间也将及时地相互通知有关变更信息。
每个路由器维护了一张路由表，它以子网中的每个路由器为索引，并且每个路由器对应一个表项。
该表项包含两部分：
为了达到该目标路由器而使用的输出线路，以及到达该目标路由器的时间估计值或者距离估计值。
距离矢量路由算法在理论中可以工作，但在实践中有一个严重的缺陷：
虽然它总是能够达到正确的答案，但是它收敛到正确答案的速度非常慢，尤其是，它对于好消息的反应非常快，但是对于坏消息的反应非常迟缓。
3.4实验步骤
3.4.1编写程序
程序的源代码如下：
#include"stdio.h"
#include"stdlib.h"
#include"alloc.h"
#defineROUTNUM7
typedefstruct
{
intdis;
intfrom;
}RoutNode;
RoutNodedata[ROUTNUM][ROUTNUM];/*路由表*/
voidInitData（FILE*pfile）;/*从数据文件读取数据，初始化路由表*/
voidOutputRoutData（）;/*输出所有的路由表*/
voidCommunication（intrecv,intsend）;/*send点向recv点发送自己的路由表*/
voidExchange（）;/*所有节点进行一次数据交换,更新路由表*/
voidmain（）
{
intstart,end,i,j;
FILE*pfile;
pfile=fopen（"1.txt","r"）;
if（pfile==NULL）
{
printf（"文件打开错误，按任意键退出.\n"）;
getch（）;
return;
}
else
InitData（pfile）;
fclose（pfile）;
printf（"\n路由表初始:
\n"）;
for（i=0;i{
printf（"%c||",i+65）;
for（j=0;jif（data[i][j].dis>0）
printf（"<%c%d>",j+65,data[i][j].dis）;
printf（"\n"）;
}
for（i=0;i{
Exchange（）;
}
printf（"\n路由表交换:
\n"）;
OutputRoutData（）;
printf（"输入起始路由节点（%d-%d）:
",0,ROUTNUM-1）;
scanf（"%d",&start）;
printf（"输入终点路由节点（%d-%d）:
",0,ROUTNUM-1）;
scanf（"%d",&end）;
if（start==end||start<0||start>6||end<0||end>6）
{
printf（"\n输入错误，请按任意键退出\n"）;
getch（）;
return;
}
else
{
intcur=start;
inttotal=0;
if（data[start][end].dis<0）
{
printf（"没有路由路径发现!
\n"）;
getch（）;
return;
}/*endofif*/
printf（"%c->",cur+65）;
while（data[cur][end].from>=0）
{
total+=data[cur][data[cur][end].from].dis;
printf（"%c->",data[cur][end].from+65）;
cur=data[cur][end].from;
}/*endofwhile*/
total+=data[cur][end].dis;
printf（"%c\n总的路由距离=%d",end+65,total）;
getch（）;
return;
}/*endofelse*/
}
voidInitData（FILE*pfile）
{
charnum[10];
inti=0;
charc;
intm,n;
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