滑动窗口协议的模拟.docx
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滑动窗口协议的模拟
计算机网络课程设计报告
滑动窗口协议的模拟
姓名：
学号：
专业：
信息工程
指导教师：
2010年11月17日
目录
一．实验目的…………………………………………3
二．实验原理…………………………………………3
三．实验代码以及代码说明………………………5
4．总结………………………………………………10
五．参考文献…………………………………………10
滑动窗口协议的模拟
一．实验目的：
《计算机网络》是一项实践教学内容。
通过本课程的学习使学生掌握计算机网络的的理论知识，然后通过实际动手实现课程设计的要求，使课堂所学能应用到实际应用当中，以此来巩固理论知识，提高解决问题，完成工程的能力。
2．实验原理：
（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
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。
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。
三．实验代码以及代码说明：
实现代码如下：
#include"sysinclude.h"
#include
usingstd:
:
deque;
usingstd:
:
cout;
usingstd:
:
endl;
usingnamespacestd;
externvoidSendFRAMEPacket（unsignedchar*pData,unsignedintlen）;
#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;
};
dequemQue;
dequemQue2;
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）;
}
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;
intj;/*varusedinloopasnumber*/
intk;
StoreTypes;/*nextistochoosefromthevars*/
switch（messageType）
{
caseMSG_TYPE_TIMEOUT:
num=ntohl（*（unsignedint*）pBuffer）;/*datachange*/
for（j=0;j{
s=mQue2[j];
if（（*s.pfrm）.head.seq==num）
break;
}
for（k=j;ks=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（counter<4）
{
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;j{
s=mQue2[j];
if（ack==（*s.pfrm）.head.seq）
{
break;
}
}
if（j{
for（k=0;k<=j;k++）
{
mQue2.pop_front（）;
counter--;/*resetcuounter*/
}
}
k=counter;
for（;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_BACK_N_FRAME4，主体实现框架同一比特滑动窗口，只是多了两个计数器，分别用来记录发出的帧的seq和收到的ack。
在switch语句中，对于MessageType传递的参数来作出相应的响应：
①当传回的参数为超时时，先调用ntohl函数进行数据转换，再利用超时的帧号与窗口大小找到相应要重传的帧（最大帧号不超过窗口大小）；然后开始使用for循环依次发送这些帧。
②传回的参数为要发送帧时，取缓冲区的数据构建新帧，然后把构建的帧缓存，启动计数器counter，开始发送帧，每发送一个帧，counter累加（不能超过窗口大小）。
③参数为收到帧确认时，如果每一个ack号都是已经发送的帧头（在缓冲区里）的seq（ack=（（frame*）pBuffer）->head.ack）相同，继续发送下一组帧。
发送下一组帧之前先重新编排帧号，counter也相应重新编排。
在队列里如果序号k小于窗口大小并且counter小于4，用队列mQue2里的s开始继续发送帧。
4．总结：
整体来说，滑动窗口在实验中是固定的，这样便于处理帧号和ack的确认以及存储。
由于实验中实现的后退N帧还是利用了messageType参数，在未收到确认帧的时候只能选择重发滑动窗口中的帧，在帧完全确认接收正确以后才能发送新帧，这样实际运行起来效率会比较低（系统必须等待对方的确认）。
5．参考文献：
1.《计算机网络》（第5版）——电子工业出版社谢希仁编著
2.计算机网络（第4版）/世界著名计算机教材精选——清华大学出版社（美）特南鲍姆（Tanenbaum,A.S.）著，潘爱民译
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