1、青島農(nóng)業(yè)大學理學與信息科學學院計算機網(wǎng)絡(luò)與通信課程設(shè)計報告設(shè)計題目停止等待協(xié)議的編程模擬學生專業(yè)班級計本05學生姓名（學號）指導(dǎo)教師完成時間2007年10月17日實習（設(shè)計）地點機房2007年10月17日停止等待協(xié)議的編程模擬一、課程設(shè)計目的和任務(wù)計算機網(wǎng)絡(luò)與通信課程講述計算機網(wǎng)絡(luò)的原理，尤其是TCP/IP協(xié)議棧的原理和應(yīng)用，是一門理論性、應(yīng)用性、實踐性都比較強的課程。計算機網(wǎng)絡(luò)與通信實習是學習完計算機網(wǎng)絡(luò)與通信課程后進行的一次全面的綜合實習，是本專業(yè)實踐性重要環(huán)節(jié)之一。計算機網(wǎng)絡(luò)與通信實習是從原理和實踐的角度，在計算機上編程模擬實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)的基本協(xié)議。通過本實習，使我們對計算機網(wǎng)絡(luò)的原理能

2、有更加深刻的認識和理解，同時進一步鍛煉自己的動手能力。在這次課程設(shè)計中，我設(shè)計的的是通過編譯語言，編程模擬實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議中的停止等協(xié)議。二、分析與設(shè)計1. 設(shè)計任務(wù)分析：停止等待協(xié)議是數(shù)據(jù)鏈路層的幾個協(xié)議中最簡單的協(xié)議，是具有最簡單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，是數(shù)據(jù)鏈路層各種協(xié)議的基礎(chǔ)。此課程設(shè)計是基于winsock編程，是在VC+6.0的MFC界面下和控制臺下實現(xiàn)的。它采用客戶機/服務(wù)器（C/S）模型，即發(fā)送數(shù)據(jù)的一端為客戶端，接收數(shù)據(jù)的一端為服務(wù)器端。停止等待協(xié)議就是通過雙方的收發(fā)數(shù)據(jù)而達到相互通信的目的。本課程設(shè)計通過編程模擬實現(xiàn)停止等待協(xié)議，隨機的發(fā)送數(shù)據(jù)，通過服務(wù)器的的接受結(jié)果和客

3、戶端的接受結(jié)果顯示理解停止等待協(xié)議的原理，掌握其應(yīng)用。2. 設(shè)計方案論證當收方收到一個正確的數(shù)據(jù)幀后，便會向發(fā)方發(fā)送一個確認幀ACK表示發(fā)送的數(shù)據(jù)正確接收。當發(fā)方收到確認幀后才能發(fā)送一個新的數(shù)據(jù)幀，這樣就實現(xiàn)了接收方對發(fā)送方的流量控制。由于通信線路質(zhì)量各方面的影響，數(shù)據(jù)幀從發(fā)送方到接收方傳輸?shù)倪^程中可能會出現(xiàn)差錯。為了保證數(shù)據(jù)的正確性和完整性，接收方在收到數(shù)據(jù)后，會用一定的方法對接收到的數(shù)據(jù)進行差錯檢驗，所以接收方很容易檢測出收到的數(shù)據(jù)幀是否出現(xiàn)差錯。當接收方發(fā)現(xiàn)收到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯時，就會向發(fā)送方發(fā)送一個否認幀NAK表示對方發(fā)送的數(shù)據(jù)錯誤。發(fā)送方會根據(jù)接收方發(fā)來的信息做出相應(yīng)的操作。采用這樣的

4、有效的檢錯機制，數(shù)據(jù)鏈路層可以對上面的網(wǎng)絡(luò)層提供了可靠的傳輸?shù)姆?wù)。3詳細設(shè)計停止等待協(xié)議的算法如下：為了對停止等待算法有一個完整而準確的理解，下面給出此協(xié)議的算法。具有最簡單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議假定1：鏈路是理想的傳輸信道，所傳送的任何數(shù)據(jù)既不會出差錯也不會丟失。假定2：不管發(fā)方以多快的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，收方總是來得及收下，并及時上交主機。這個假定就相當于認為：接收端向主機交付數(shù)據(jù)的速率永遠不會低于發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。現(xiàn)在去掉上述的第二個假定。但是，仍然保留第一個假定，即主機A向主機B傳輸數(shù)據(jù)的信道仍然是無差錯的理想信道。然而現(xiàn)在不能保證接收端向主機交付數(shù)據(jù)的速率永遠不低于發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的

5、速率。由收方控制發(fā)方的數(shù)據(jù)流，乃是計算機網(wǎng)絡(luò)中流量控制的一個基本方法。簡單解釋:收方每接受到發(fā)方一幀后,回復(fù)確認幀,讓發(fā)方繼續(xù)發(fā)送下一幀,并且收方將數(shù)據(jù)幀交給上層軟件識別,出現(xiàn)錯誤就將幀丟掉.在接收結(jié)點：(1) 等待。(2) 若收到由發(fā)送結(jié)點發(fā)過來的數(shù)據(jù)幀，則將其放入數(shù)據(jù)鏈路層的接收緩存。(3) 將接收緩存中的數(shù)據(jù)幀上交主機。(4) 向發(fā)送結(jié)點發(fā)一信息，表示數(shù)據(jù)幀已經(jīng)上交給主機。(5) 轉(zhuǎn)到(1)在發(fā)送結(jié)點：(1) 從主機取一個數(shù)據(jù)幀。(2) 將數(shù)據(jù)幀送到數(shù)據(jù)鏈路層的發(fā)送緩存。(3) 將發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去。(4) 等待。(5) 若收到由接收結(jié)點發(fā)過來的信息(此信息的格式與內(nèi)容可由雙方事

6、先商定好)，則從主機取一個新的數(shù)據(jù)幀，然后轉(zhuǎn)到(2)。因此，在設(shè)計編程模擬實現(xiàn)停止等待協(xié)議時，因具體考慮有關(guān)幀的一些知識。幀的結(jié)構(gòu)：幀的類型幀的序號幀的確認號數(shù)據(jù)信息(可變)校驗位幀的結(jié)構(gòu)幀的類型(frame_kind)分為數(shù)據(jù)幀(data_frame)，確認幀(ack_frame)和否認幀(nak_frame)三種。發(fā)送方向接收方發(fā)送數(shù)據(jù)，是以幀為單位的，就稱為數(shù)據(jù)幀。它的數(shù)據(jù)信息是可變的，但最佳的幀長為1500個字節(jié)。接收方接收數(shù)據(jù)后，會對收到的數(shù)據(jù)幀進行差錯校驗，當數(shù)據(jù)正確時，就會向發(fā)送方發(fā)送一個確認幀，以表示發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)正確接收了，反之，就會向發(fā)送方發(fā)送一個否認幀，并把這個出錯的數(shù)

7、據(jù)幀丟棄。幀的序號(seq)：由于采用的是單工通信，幀的結(jié)構(gòu)中用的控制域也很少，這個域會隨著幀類型的不同而不同：對數(shù)據(jù)幀來說：序號(seq)表示的是發(fā)送端發(fā)送的幀的序號。對確認幀來說：序號(seq)表示的是接收方希望接收到的幀的序號，它表示seq以前的各幀都已經(jīng)正確接收，希望收到序號為seq的幀。對否認幀來說：序號(seq)也是表示接收方希望收到的數(shù)據(jù)幀的序號，表示接收方已經(jīng)收到序號為seq的幀，但是這個幀出現(xiàn)錯誤，希望發(fā)送方重新發(fā)送該數(shù)據(jù)幀。停止等待協(xié)議采用的是單工通信，接收端向發(fā)送端發(fā)送的確認幀和否認幀中沒有數(shù)據(jù)信息，它們的數(shù)據(jù)域為空。由于是單工通信，發(fā)送方只發(fā)送數(shù)據(jù)，所以發(fā)送方幀的“幀的

8、確認號”中并沒有包含任何的確認信息。4源代碼：發(fā)送端：(client.cpp)#include<stdio.h>#include<winsock2.h>#include<time.h>#pragmacomment(lib,"Ws2_32.lib")#defineSERVER_PORT7300structBAGcharpacket;voidmain(intargc,char*argv)WORDwVersionRequested;WSADATAwsaData;intret,i,ra,data=0;SOCKETsClient,sListen;s

9、tructsockaddr_insaServer;structBAGbag;char*ptr=(char*)&bag;BOOLfSuccess=TRUE;WinSock初始化：wVersionRequested=MAKEWORD(2,2);ret=WSAStartup(wVersionRequested,&wsaData);if(ret!=0)printf("WSAStartup()failed!n");return;if(LOBYTE(wsaData.wVersion)!=2|HIBYTE(wsaData.wVersion)!=2)WSACleanup()

10、;printf("InvalidWinsockversion!n");return;sClient=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);sListen=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);if(sClient=INVALID_SOCKET)WSACleanup();printf("socket()failed!n");return;saServer.sin_family=AF_INET;saServer.sin_port=htons(SERVER_PORT);ret=

11、connect(sClient,(structsockaddr*)&saServer,sizeof(saServer);if(ret=SOCKET_ERROR)printf("connect()successed!n");closesocket(sClient);WSACleanup();return;for(i=97;i<=104;i+)ra=rand()%11;if(ra%5=1)data+=i;elsedata=i;bag.packet=data;ret=send(sClient,(char*)&bag,sizeof(bag),0);ret=re

12、cv(sListen,ptr,sizeof(bag),0);if(bag.packet!=i)i-;printf("send()failed!n");continue;elseif(bag.packet=i)printf("packet%dhasbeensent!n",i+1);closesocket(sClient);WSACleanup();接受端(server.cpp)：#include<stdio.h>#include<winsock2.h>#include<windows.h>#include<time

13、.h>#pragmacomment(lib,"Ws2_32.lib")#defineSERVER_PORT7300structBAGcharpacket;voidmain()WORDwVersionRequested;WSADATAwsaData;intret,nLeft,length;SOCKETsListen,sServer;structsockaddr_insaServer,saClient;structBAGbag;char*ptr,*pp;wVersionRequested=MAKEWORD(2,2);ret=WSAStartup(wVersionReque

14、sted,&wsaData);if(ret!=0)printf("WSAStartup()failed!n");return;!=2)!=2)if(LOBYTE(wsaData.wVersion)!=2|HIBYTE(wsaData.wVersion)WSACleanup();printf("InvalidWinsockversion!n");return;sListen=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);if(sListen=INVALID_SOCKET)WSACleanup();printf(&q

15、uot;socket()failed!n");return;saServer.sin_family=AF_INET;saServer.sin_port=htons(SERVER_PORT);=htonl(INADDR_ANY);ret=bind(sListen,(structsockaddr*)&saServer,sizeof(saServer);if(ret=SOCKET_ERROR)printf("bind()failed!code:%dn",WSAGetLastError();closesocket(sListen);WSACleanup();ret

16、urn;ret=listen(sListen,5);if(ret=SOCKET_ERROR)printf("listen()failed!code:%dn",WSAGetLastError();closesocket(sListen);WSACleanup();return;printf("Waitingforclientconnecting!n");printf("tips:Ctrl+ctoquit!n");length=sizeof(saClient);sServer=accept(sListen,(structsockaddr*

17、)&saClient,&length);if(sServer=INVALID_SOCKET)printf("accept()failed!code:%dn",WSAGetLastError();closesocket(sListen);WSACleanup();return;printf("Acceptedclient:%s:%dn",inet_ntoa(saClient.sin_addr),ntohs(saClient.sin_port);nLeft=sizeof(bag);ptr=(char*)&bag;for(inti=97

18、;i<=104;i+)pp=ptr;ret=recv(sServer,ptr,nLeft,0);if(ret=SOCKET_ERROR)printf("recv()failed!n");break;elseif(bag.packet!=i)printf("wrongpacket!n");i-;ret=send(sServer,pp,nLeft,0);continue;elseif(bag.packet=i)printf("recv()%csuccessd!n",i);ret=send(sServer,ptr,nLeft,0);i

19、f(ret=0)printf("clienthasclosedtheconnection!n");break;closesocket(sListen);closesocket(sServer);WSACleanup();三、系統(tǒng)實施此次課程設(shè)計通過C+編程基本上模擬實現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈路層中的停止等待協(xié)議，但是程序中存在一定的不足，沒有能夠完全的體現(xiàn)停止等待協(xié)議的的工作原理。在此課程設(shè)計中，數(shù)據(jù)的發(fā)送是隨機生成的。運行結(jié)果截圖如下所示：服務(wù)器端的運行截圖：圖1客戶端的運行截圖：圖2結(jié)果如下所示：客戶端：圖3服務(wù)器端：圖4四、總結(jié)與體會“停止等待”就是每發(fā)送完一個分組就停止發(fā)送，等待對方的確認。是一種簡單的可靠通信協(xié)議。可靠傳輸協(xié)議是這樣設(shè)計的：發(fā)送方只要超過了一段時間仍然沒有收到確認，就認為剛才發(fā)送的分組丟失了，因而重傳前面發(fā)送過的分組。這里應(yīng)注意三點：第一，發(fā)送方在發(fā)送完一個分組后，必須暫時保留已發(fā)送的分組副本(以發(fā)生超時重