計算機網(wǎng)絡課設,計算校驗與

.../目錄摘要1課程設計目的12課程設計要求13相關(guān)知識14課程設計分析15程序代碼16運行結(jié)果與分析17參考文獻11課程設計目的校驗和是用于驗證數(shù)據(jù)傳輸正確性的一種方法。在網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的各層協(xié)議中,很多網(wǎng)絡協(xié)議都利用校驗和來實現(xiàn)差錯控制功能。本課程設計主要目的是通過完成一個簡單例子,了解網(wǎng)絡協(xié)議中的校驗和計算過程。2課程設計要求根據(jù)校驗和的算法,編寫程序為給定數(shù)據(jù)計算校驗和以命令行形式運行：Checksuminput_file其中Checksum為程序名,input_file為輸入數(shù)據(jù)文件名2>輸出內(nèi)容：數(shù)據(jù)文件的校驗和相關(guān)知識1校驗和的概念網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)最終都是通過物理傳輸線路進行傳輸?shù)?如果高層沒有采用差錯控制,那么物理層傳輸?shù)木€路可能有差錯。為了保證傳輸數(shù)據(jù)的正確性,在物理層的基礎上設計了數(shù)據(jù)鏈路層。設計數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的就是在原始的,有差錯的物理傳輸線路的基礎上,采用差錯檢測,差錯控制和流量控制等方法。目前,進行差錯檢測和控制的主要方法是：發(fā)送方在需要發(fā)送的數(shù)據(jù)后面增加一定的冗余信息,這些冗余信息通常是通過對發(fā)送的數(shù)據(jù)進行某種算法計算而得到的。接收方對接收數(shù)據(jù)進行同樣的計算,然后與數(shù)據(jù)后面附加的冗余信息進行比較,如果比較結(jié)果不同就說明在傳輸中出現(xiàn)了差錯,并要求發(fā)送方重新傳送該數(shù)據(jù),以此達到確保數(shù)據(jù)準確性的目的。在普遍使用的網(wǎng)絡協(xié)議中,通常都設置了校驗和字段以保存這些冗余信息,計算這些校驗和的算法,就是將被校驗的數(shù)據(jù)按16位進行累加,然后取反碼,如果數(shù)據(jù)字節(jié)長度為奇數(shù),則數(shù)據(jù)尾部補一個字節(jié)的0以湊成偶數(shù)。關(guān)于計算校驗和算法的詳細信息請參考RFC1071.2計算校驗和有很多數(shù)學方法可以提高校驗和的速度。交換性和結(jié)合性因為校驗和主要考慮被校驗數(shù)據(jù)中所包含字節(jié)的數(shù)量是奇數(shù)還是偶數(shù),所以校驗和的計算可以以任意順序進行,甚至可以把數(shù)據(jù)進行分組后再計算。例如,用A,B,C,D,……,Y,Z分別表示一系列八位組,用[a,b]這樣的字節(jié)來表示a*256+b的整數(shù),那么16位校驗和就可以通過以下形式給出：[A,B]+’[C,D]+’……+’[Y,Z][1][A,B]+’[C,D]+’……+’[Z,0][2]在這里+’代表1補數(shù)加法,即將前面的16位校驗和和按位取反。[1]可以以[A,B]+’[C,D]+’……+’[J,0]+’<[0,K]+’……+’[Y,Z]>[3]的形式進行計算。字節(jié)順序的自主性打破被校驗數(shù)據(jù)中的字節(jié)順序仍可以計算正確的16位校驗和。例如,我們交換字節(jié)組中兩字節(jié)的順序,得到[B,A]+’[D,C]+’……+’[Z,Y]所得到的結(jié)構(gòu)與[1]式是相同的〔當然結(jié)果也是要進行一次反轉(zhuǎn)的。為什么會是這樣呢？我們發(fā)現(xiàn)兩種順序獲得的進位是相同的,都是從第15位到第0位進位以及從第7位到第8位進位。這也就是說,交換字節(jié)位置只是改變高低位字節(jié)的排列順序但并沒有改變他們的內(nèi)在聯(lián)系。因此無論底層的硬件設置中對字節(jié)的接收順序如何,校驗和都可以被準確地校驗出來。例如,假設校驗和是以主機序〔高位字節(jié)在前低位字節(jié)在后計算的數(shù)據(jù)幀,節(jié)在后存放在內(nèi)存中。每一個16位的字中的字節(jié)在傳送過程中都交換了順序,在計算校驗和之后仍會先交換位置再存入內(nèi)存,這樣就與接受到的原本以網(wǎng)絡序存儲的數(shù)據(jù)幀中的校驗和項保持一致了。并行計算某些機器的字處理長度是16位的倍數(shù),這樣可以提高他的計算速度。由于加法所具有的結(jié)合性,我們沒有必要按照順序?qū)γ總€字節(jié)進行累加。相反,我們可以利用這一特點對他們進行并行累加。并行地計算校驗和只是增加了每次累加信息的長度,例如,在一個32位的機器上,我們可以一次增加4個字節(jié),即[A,B,C,D]+...。計算結(jié)束后再把累加和"折疊"起來,把一個32位的數(shù)值變成16位,這樣產(chǎn)生的新的進位也要循環(huán)累加起來。此外,在此仍不需要考慮字節(jié)順序問題,通過交換16位校驗和中的字節(jié)序來得到正確的值。這些改變順序的方法都是為了所有的偶數(shù)字節(jié)進入一個校驗和字節(jié),所有的奇數(shù)字節(jié)進入一個校驗和字節(jié)。3一些編碼技術(shù)可以提高校驗和的計算速度延遲進位法這種方法在主要的累加循環(huán)結(jié)束之后再把進位累加進和值。其實現(xiàn)方式就是用32位的累加器獲得16位校驗和,這樣溢出就產(chǎn)生在高16位上。這種方法避免了累加器中進位傳感器機構(gòu)的設置,但是它要求的容量是原來的累加器容量的兩倍,因此它更多地依賴于硬件條件。反向循環(huán)法這種方法可以減少由循環(huán)而產(chǎn)生的負荷,有效地展開內(nèi)部的累加循環(huán),把循環(huán)過程中的一系列加法命令復制下來。這種技術(shù)通?？梢怨?jié)省大量的時間,但是程序的邏輯設計會比較復雜。合并數(shù)據(jù)拷貝法計算校驗和以及讀入數(shù)據(jù)都需要將數(shù)據(jù)從內(nèi)存的一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置,這樣會占用內(nèi)存總線的帶寬,而內(nèi)存總線的傳輸效率是提高校驗和計算速度的瓶頸,尤其是對于某些機器〔如一些簡單的慢速的微型機來說,這一問題尤為嚴重。為了解決這個問題,可以把數(shù)據(jù)讀入的過程與校驗的過程合二為一,也就是在讀入數(shù)據(jù)的同時計算校驗和,這樣就可以省去一次數(shù)據(jù)移動的過程,從而提高校驗和的計算速度。課程設計分析校驗和的計算過程主要分為三個步驟：數(shù)據(jù)文件的輸入、校驗和的計算和校驗結(jié)果的輸出。其中,主要的是輸入和校驗和的計算。=1\*GB1⒈數(shù)據(jù)輸入的方式輸入數(shù)據(jù)可能是由字符型式存儲的,而校驗和的計算則要采取數(shù)據(jù)形式,所以在文件讀取數(shù)據(jù)時,都要進行字符到數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換。=1\*GB2⑴將讀入的ASCII碼轉(zhuǎn)化為相應的整型變量。if<ch>=’0’&&ch<=’9’>ch-=’0’;else{If<ch>=’a’&&ch<=’f’>ch=ch-‘a(chǎn)’+10;elseif<ch>=’A’&&ch<=’F’>ch=ch-‘A’+10;}=2\*GB2⑵在使用C++編程時直接使用16進制的方式打開輸入文件。ifstreamin<argv[1],ios::nocreate>;in.setf<iso::hex>;=2\*GB1⒉校驗和的計算校驗和算法是本程序的核心部分,應用最普遍的是端循環(huán)進位法。端循環(huán)進位法的算法如下：將數(shù)據(jù)按一定位數(shù)進行累加,最高位的進位則循環(huán)加入最低位。待校驗的數(shù)據(jù)按16位為一個單位相加,采用端循環(huán)進位,最后對所得16位的數(shù)據(jù)取反碼。因為待校驗的數(shù)據(jù)是以字節(jié)方式分隔的,所以為了方便,將16位的數(shù)據(jù)分成高8位和低8位分別處理。該算法的代碼如下：endaroundcarry<int&highbyte,int&lowbyte>{while<highbyte>0xff||lowbyte>0xff>//高8位或低8位中的任何一方產(chǎn)生溢出〔進位{Lowbyte+=<highbyte>>8>;//低字節(jié)加上高字節(jié)超過8位的進位Hhighbyte+=<lowbyte>>8>;//高字節(jié)加上來自低字節(jié)的進位lowbyte=lowbyte&0xff;//清除低字節(jié)的進位}開始將文件中數(shù)據(jù)取出數(shù)據(jù)有誤,丟棄輸出數(shù)據(jù)檢驗校驗和是否為零結(jié)束=3\*GB1開始將文件中數(shù)據(jù)取出數(shù)據(jù)有誤,丟棄輸出數(shù)據(jù)檢驗校驗和是否為零結(jié)束開始開始請輸入數(shù)據(jù)計算校驗和,取反碼將數(shù)據(jù)存入文件結(jié)束 是否 圖4-1 圖4-2程序代碼/**************發(fā)送端*******************/#include<iostream>#include<string>#include<iomanip>#include<fstream>//打開文件操作usingstd::string;usingstd::cin;usingstd::cout;usingstd::endl;usingstd::fstream;intsum<int&ans,int&p,stringstr>;//聲明計算校驗和函數(shù)voidmain<>{ cout<<"請輸入數(shù)據(jù)"<<endl;stringin,out; cin>>in;intans=0,p=0; sum<ans,p,in>; ans=65535-ans;//計算校驗和,取反碼 cout<<"校驗和為"<<ans<<endl;//將數(shù)據(jù)輸出到文件fstreamfile<"g://file.txt",std::ios::binary|std::ios::out>;if<!file> { cout<<"打開文件失敗"<<endl;return; } file<<in<<endl<<ans; file.close<>; cout<<"數(shù)據(jù)已存入文件中！"<<endl;}intsum<int&ans,int&p,stringstr>//定義計算校驗和函數(shù){intdeal;//記錄單次計算結(jié)果intt1,t2;if<p==str.size<>> {returnans; } t1=str[++p]; t1=t1<<7;if<p==str.size<>> {ans+=t1;returnans; } t2=str[++p]; deal=t1+t2;ans+=deal;if<ans>65536>ans-=65536;returnsum<ans,p,str>;}/*****************接收端*************************/#include<iostream>#include<string>#include<iomanip>#include<fstream>usingstd::string;usingstd::cin;usingstd::cout;usingstd::endl;usingstd::fstream;intcal<int&ans,int&p,stringstr>;voidmain<>{stringin;intcheck;fstreamfile<"g://file.txt",std::ios::binary|std::ios::in>;if<!file> { cout<<"打開文件失敗"<<endl;return; } file>>in>>check; file.close<>;intans=0,p=0; cal<ans,p,in>; ans+=check; ans=65535-ans;//校驗和為0,則沒有錯誤；反之,則有if<ans> { cout<<"數(shù)據(jù)有誤,丟棄！"<<endl;return; }else { cout<<"數(shù)據(jù)為："<<endl; cout<<in<<endl; }}intcal<int&ans,int&p,stringstr>{intdeal;inttemp1,temp2;if<p==str.size<>>//如果該次遞歸沒有字符 {returnans; } temp1=str[++p]; temp1=temp1<<7;if<p==str.size<>>//如果該次遞歸只有一個字符 {ans+=temp1;returnans; } temp2=str[++p]; deal=temp1+temp2;ans+=deal;if<ans>65536>//如果發(fā)生進位,則溢位ans-=6553