實驗一 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的理解與實現(xiàn).doc

實驗一 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的理解與實現(xiàn)201151一、實驗目的1、加深對流量控制、差錯處理方法的理解2、熟悉TCP/IP編程, 將書本知識運用到實驗中；3、開拓學生的創(chuàng)新意識,培養(yǎng)學生的獨立動手操作的能力二、實驗內(nèi)容利用已有的模擬信道程序，編制發(fā)送、接收程序的部分模塊，使系統(tǒng)具有可靠的收發(fā)功能。三、設計原理 實驗基本設計原理為利用已經(jīng)提供的模擬信道channel模擬物理信息介質(zhì)，編寫接收發(fā)送模塊的部分功能，使得系統(tǒng)具有可靠的收發(fā)功能。主要原理闡述如下：1、網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)分層原理在網(wǎng)絡分層結(jié)構(gòu)中，每一層要為上一層服務，處在高層次的系統(tǒng)僅僅是利用較低層次的系統(tǒng)提供的服務和功能，體現(xiàn)了層次的封裝性，處在不同系統(tǒng)中的同層次實體之間沒有直接物理通訊能力，他們的通訊是邏輯通訊。從實驗中看，編程過程中，sender 與receiver并沒有直接聯(lián)系，而是通過套接字與channel連接，通過channel獲得連接通訊，而channel之中的通訊方式，并沒有顯化的體現(xiàn)在程序之中，這也體現(xiàn)了網(wǎng)絡通訊層與層之間的封裝思想；2、檢錯碼工作原理偶校驗偶校驗的工作原理是在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的某一位添加一位附加位，使得結(jié)果中的1的個數(shù)為偶數(shù)，增加的位稱為偶校驗位。在實驗中利用encode函數(shù)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行編碼，將偶校驗位體現(xiàn)的編碼的第四位上；3、差錯控制方法ARQ停等協(xié)議 本次實驗采用自動重發(fā)協(xié)議ARQ中的停等方式實驗差錯控制，實驗原理為發(fā)送方?jīng)]發(fā)完一個數(shù)據(jù)報必須等待對方確認后才能發(fā)送下一個數(shù)據(jù)報。在實驗中具體是這樣的，sender方發(fā)送一個數(shù)據(jù)報，該數(shù)據(jù)報已經(jīng)包含偶校驗位以及數(shù)據(jù)報總長度信息，待接收方receiver接收到數(shù)據(jù)報即對數(shù)據(jù)報的偶校驗位以及發(fā)送序號進行檢查，并與自己所緩存的待發(fā)送數(shù)據(jù)信息以及數(shù)據(jù)報長度信息進行對比，若是合格則在receiver方顯示并返回帶有ACK信息的應答幀，否則返回帶有NAK信息的應答幀以要求sender方重新發(fā)送數(shù)據(jù)報； 4、信道通信方式 數(shù)據(jù)單向傳輸，接收方要對接收的數(shù)據(jù)進行檢驗，檢驗出錯誤則要求發(fā)送方重發(fā)原信息，對于正確的數(shù)據(jù)也要返回確認信息。四、實驗結(jié)果及其分析1、正常傳輸情況下 從正常情況下的傳輸通道觀察，收發(fā)過程符合ARQ停等協(xié)議的收發(fā)規(guī)則。檢查收發(fā)過程的校驗位，發(fā)現(xiàn)一切正常，并且結(jié)果正確，收發(fā)穩(wěn)定。2、丟失情況 從通道可以觀察，在sender發(fā)送過字符d的數(shù)據(jù)報后，信息丟失，根據(jù)程序設定若是receiver方在一段時間后沒有收到信息，則sender方進行信息重發(fā)。通過上圖可以看出在信息丟失條件下，收發(fā)過程依舊穩(wěn)定。3、延時情況與信息丟失相同，在延時一定時間以后，信息進行重發(fā)，收發(fā)過程穩(wěn)定，算法正確。4、出錯情況觀察錯誤發(fā)送情況下的信息模擬通道，可以看出，當發(fā)送d出錯是receiver方返回帶有NAK信息的應答幀，此時sender方重新發(fā)送字符d的數(shù)據(jù)報，得到了正確的數(shù)據(jù)信息，發(fā)送過程穩(wěn)定正確。5、隨機情況隨機情況下為各種情況的綜合表現(xiàn)，從上圖可以看出，發(fā)送過程發(fā)生了延時、信息丟失的情況，經(jīng)過ARQ停等協(xié)議的信息重傳，問題得以解決，并發(fā)送成功。五、實驗中遇到的問題1、sender發(fā)送一個字符后，receiver沒有應答，系統(tǒng)顯示錯誤并跳出程序經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，由于數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)傳輸方向的編寫錯誤，導致信息不能正確傳輸。正確的方式應該是，在收發(fā)方分別建立套接字與信息模擬通道套接字相連，以進行連接通訊.正確的發(fā)送方向為：sender_sockfd- channelsender_sockfd-channelreceiver_sockfd-receiver_sockfd正確的回發(fā)方向為：receiver_sockfd- channelreceiver_sockfd- channelsender_sockfd- sender_sockfd在編程過程中，注意sendto與recvfrom函數(shù)的地址編寫即可以保證信息通道的發(fā)送正確。2、在發(fā)送一個字符后，程序不斷要求sender重發(fā)數(shù)據(jù) 經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，receiver方不斷發(fā)送帶有NAK信息的應答幀使得sender不斷重發(fā)，關(guān)鍵問題在于采用偶校驗的錯誤檢查機制發(fā)生編寫問題。存在以下幾個方面的問題。 關(guān)于itoa函數(shù)的使用。Itoa的函數(shù)功能為把一整數(shù)轉(zhuǎn)換為字符串，在實驗中，我們將數(shù)據(jù)報的每一位信息定義為1B，而實際通過試驗可以的出結(jié)論，對于任意一個字符，在利用itoa函數(shù)將其變成二進制字符串的過程中，最后保存為7位編碼，假若錯誤認為為8位編碼的話，則可能由于初始化或者系統(tǒng)內(nèi)部未知原因?qū)е略谶M行符號1的統(tǒng)計中發(fā)生錯誤，進而使得偶校驗位失去作用，receiver檢測不到正確的信息，就會不斷發(fā)送NAK要求重發(fā)。解決措施為將字符轉(zhuǎn)換成的二進制編碼緩存在只有7為存儲單元的數(shù)組中。關(guān)于字符強制轉(zhuǎn)換的問題。在改進了itoa函數(shù)的問題之后，程序依舊存在不斷重發(fā)的問題，并且在錯誤的發(fā)送方式下，數(shù)據(jù)不能穩(wěn)定的得到重發(fā)。通過邏輯檢查，偶校驗程序編寫依舊存在問題，此時考慮c+程序的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換問題。通過實驗發(fā)現(xiàn)，在進行賦值或者打印的過程中，強制轉(zhuǎn)換可以正常運行，而在進行條件判斷時，數(shù)據(jù)類型的強制轉(zhuǎn)換不發(fā)生作用，使得數(shù)據(jù)信息中1個數(shù)統(tǒng)計總是為0。將msg_chari=1，改變?yōu)閙sg_chari=1后，發(fā)現(xiàn)1的個數(shù)統(tǒng)計得到正常運行。3、數(shù)據(jù)可以正常傳輸后，發(fā)現(xiàn)打印出現(xiàn)問題 在收發(fā)方基本可以正常傳送數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)程序打印出現(xiàn)問題。主要出現(xiàn)的問題有兩個：1、數(shù)據(jù)在發(fā)送完畢后會不斷重發(fā)某一個數(shù)據(jù)；2、在延時情況下，發(fā)現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳送完成后sender方會繼續(xù)發(fā)送一個字符； 通過分析發(fā)現(xiàn)，以上問題主要原因的程序的開始截止控制不佳，即流量控制發(fā)生錯誤而導致的。 問題一由于sender方面流量控制錯誤而導致的，涉及到的流量控制變量有：1、bSending（bSending=1標識用于表示Sender方正在發(fā)生數(shù)據(jù)幀，并等待接收應答信息，接受應答信息后應將bSending重新置0）；2、iSendno（已正確發(fā)送的幀數(shù)）；3、 msglen（待發(fā)送信息的總長度）；通過iSendno和 msglen的大小比較控制程序的發(fā)送截止，而由于程序內(nèi)部重發(fā)機制，需要對bSending標志進行設置以保證在延時以及信息丟失下可以進行重發(fā)。 問題二由于receiver方面流量控制錯誤而導致的打印錯誤，我解決的辦法是將if(iRevnostr_send4)流量控制語句作用于整個ReceiverMsg(str_send)接收數(shù)據(jù)后的整個函數(shù)，并將打印語句控制在只有偶校驗通過以及在流量可流通的條件下進行打印，這樣就可以成功的進行流量控制。六、實驗總結(jié)通過這次實驗，我熟悉了數(shù)據(jù)鏈路層傳輸協(xié)議，深刻體會了網(wǎng)絡體系分層原理。這種功能區(qū)分明晰的分層使得在功能實現(xiàn)上相互獨立，便