课程设计5---滑动窗口协议模拟程序的设计与实现姓名: 学号:目标任务了解网络协议编程的基本知识;了解滑动窗口协议的工作机制;使用编程语言编写一个滑动窗口协议的模拟程序,按要求实现程序。编程语言 C语言滑动窗口协议介绍3.1 滑动窗口协议工作原理TCP协议在工作时,如果发送端的TCP协议 HYPERLINK "/view/37.htm" \t "_blank" 软件每传输一个数据分组后,必须等待接收端的确认才能够发送下一个分组,由于 HYPERLINK "/view/1542295.htm" \t "_blank" 网络传输的时延,将有大量时间被用于等待确认,导致传输效率低下。为此TCP在进行数据传输时使用了 HYPERLINK "/view/2433906.htm" \t "_blank" 滑动窗口机制。TCP滑动窗口用来暂存两台计算机间要传送的数据分组。每台运行TCP协议的计算机有两个滑动窗口:一个用于数据发送,另一个用于数据接收。发送端待发数据分组在 HYPERLINK "/view/266782.htm" \t "_blank" 缓冲区排队等待送出。被滑动窗口框入的分组,是可以在未收到接收确认的情况下最多送出的部分。滑动窗口左端标志X的分组,是已经被接收端确认收到的分组。随着新的确认到来,窗口不断向右滑动。TCP协议软件依靠滑动窗口机制解决传输效率和 HYPERLINK "/view/190232.htm" \t "_blank" 流量控制问题。它可以在收到确认信息之前发送多个数据分组。这种机制使得网络通信处于忙碌状态,提高了整个网络的吞吐率,它还解决了端到端的通信流量控制问题,允许接收端在拥有容纳足够数据的缓冲之前对传输进行限制。在实际运行中,TCP滑动窗口的大小是可以随时调整的。收发端TCP协议软件在进行分组确认通信时,还交换滑动窗口控制信息,使得双方滑动窗口大小可以根据需要动态变化,达到在提高 HYPERLINK "/view/4308257.htm" \t "_blank" 数据传输效率的同时,防止拥塞的发生。称窗口左边沿向右边沿靠近为窗口合拢,这种现象发生在数据被发送和确认时。当窗口右边沿向右移动时将允许发送更多的数据,称之为窗口张开。这种现象发生在另一端的接收进程读取已经确认的数据并释放了TCP的接收缓存时。当右边沿向左移动时,称为窗口收缩。Host Requirements RFC强烈建议不要使用这种方式。但TCP必须能够在某一端产生这种情况时进行处理。如果左边沿到达右边沿,则称其为一个零窗口。3.2 滑动窗口算法滑动窗口算法工作过程如下:首先,发送方为每1帧赋一个序号(sequence number),记作SeqNum。现在,我们忽略SeqNum是由有限大小的头部字段实现的事实,而假设它能无限增大。发送方维护3个变量:发送窗口大小(send window size),记作SWS,给出发送方能够发?送但未确认的帧数的上界;?LAR表示最近收到的确认帧(last acknowledgement received)的序号;LFS表示最近发送的帧(last frame sent)的序号,发送方还维持如下的不变式:LAR-LFS≤SWS?。
图3-1 滑动窗口算法的时间线当一个确认到达时,发送方向右移动LAR,从而允许发送方发送另一帧。同时,发送方为所发的每个帧设置一个定时器,如果定时器在ACK到达之前超时,则重发此帧。注意:发送方必须存储最多SWS个帧,因为在它们得到确认之前必须准备重发。接收方维护下面3个变量:接收窗口大小(receive window size),记为RWS,给出接收方所能接收的无序帧数目的上界;LAF表示可接收帧(largest acceptable frame)的序号;LFR表示最近收到的帧(last frame rece ived)的序号。接收方也维持如下不变式:LFS-LAR≤SWS?图3-2 接收方的滑动窗口当一个具有顺序号SeqNum的帧到达时,接收方采取如下行动:如果SeqNum≤LFR或SeqNum> LAF,那么帧不在接收窗口内,于是被丢弃;如果LFR<SeqNum≤LAF,那么帧在接收窗口内,于是被接收。现在接收方需要决定是否发送一个ACK。设SeqNum To ACK表示未被确认帧的最大序号,则序号小于或等于SeqNum To ACK的帧都已收到。即使已经收到更高序号的分组,接收方仍确认SeqNum To ACK的接收。这种确认被称为是累积的(cumulative)。然后它设置LFA = SeqNum To ACK,并调整LFA = LFR + RWS。LFRLFR
图3-