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指定了当前数据分片中分配给第一字节数据的序列号。在TCP传输流中每一个字节为一个序号。如果TCP报文中flags标志位为SYN,该序列号表示初始化序列号(ISN
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基于UDP服务实现可靠传输
基于UDP服务实现可靠传输
0 作业要求
1 实现思路
1.1 TCP实现可靠传输的机制
1.1.1 报文分析
1.1.2 连接管理
1.1.3 确认应答
1.1.4 超时重传
1.1.5 滑动窗口
1.1.6 GBN&SR
1.1.7 拥塞控制
1.1.8 累积确认
1.1.9 差错检测
1.2 基于UDP服务实现可靠传输协议设计
1.2.1 对UDP报文进行封装
1.2.2 面向连接
1.2.3 确认应答
1.2.4 滑动窗口
1.2.5 超时重传
1.2.6 差错检测
1.2.7 拥塞控制
2、C++实现(关键代码)
2.1数据包格式
2.2 socket基本函数
2.3 建立连接
2.4 超时重传
2.4.1GBN
2.4.2 SR
2.5快速重传
2.6差错检测
2.7 拥塞控制
3性能对比
3.1停等机制与滑动窗口机制性能对比
3.2滑动窗口机制中不同窗口大小对性能的影响;
3.3有拥塞控制和无拥塞控制的性能比较
4测试
5 总结
0 作业要求
任务3-1:利用数据报套接字在用户空间实现面向连接的可靠数据传输,功能包括:建立连接、差
错检测、确认重传。流量控制采用停等机制,完成给定测试文件的传输。
任务3-2:在任务3-1的基础上,将停等机制改成基于滑动窗口的流量控制机制,采用固定窗口大
小,支持累积确认,完成给定测试文件的传输。
任务3-3:在任务3-2的基础上,选择实现一种拥塞控制算法,也可以是改进的算法,完成给定测试
文件的传输。
任务3-4:基于给定的实验测试环境,通过改变延迟时间和丢包率,完成下面3组性能对比实验:
(1)停等机制与滑动窗口机制性能对比;(2)滑动窗口机制中不同窗口大小对性能的影响;
(3)有拥塞控制和无拥塞控制的性能比较。
实验要求:
(1) 实现单向传输。
(2) 对于每一个任务要求给出详细的协议设计。
(3) 给出实现的拥塞控制算法的原理说明。
(4) 完成给定测试文件的传输,显示传输时间和平均吞吐率。
(5) 性能测试指标包括吞吐率和时延,给出图形结果并进行分析。
(6) 完成详细的实验报告(每个任务完成一份)。
(7) 编写的程序应结构清晰,具有较好的可读性。
(8) 提交程序源码和实验报告。
1 实现思路
参考TCP在不可靠的网络层服务之上实现可靠传输的各种机制,在应用层添加这些机制,以实现在
传输层中不可靠的UDP服务之上提供可靠传输
1.1 TCP实现可靠传输的机制
1.1.1 报文分析
源端口(Source Port):长度为16 bits(2个字节)。源端口。
目的端口(Destination Port):长度为16 bits(2个字节)。目的端口。
序列号(Sequence Number):长度为32 bits(4个字节)。指定了当前数据分片中分配给第一字节数
据的序列号。在TCP传输流中每一个字节为一个序号。如果TCP报文中flags标志位为SYN,该序列号表示
初始化序列号(ISN),此时第一个数据应该是从序列号ISN+1开始。
确认序列号(Acknowledgment Number):长度为32bits(4个字节)。表示TCP发送者期望接受下一
个数据分片的序列号。该序号在TCP分片中Flags标志位为ACK时生效。序列号分片的方向和流的方向同
方向,而确认序列号分片方向和流方向反方向。
数据偏移或首部长度(Data Offset/Header Length): 长度为4bits。数据偏移也叫首部长度。因为首部
长度实际也说明了数据区在分片中的起始偏移值。它表示TCP头包含了多少个32-bit的words。因为4bits
在十进制中能表示的最大值为15,32bits表示4个字节,那么Data Offset的最大可表示15*4=60个字
节。所以TCP报头长度最大为60字节。如果options fields为0的话,报文头长度为20个字节。
预留字段(Reserved field):长度为6bits。值全为零。预留给以后使用。
标志位(Flags): 长度为6bits。表示TCP包特定的连接状态。一个标签位占一个bit,从低位到高位值依次
为FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG。新定义的TCP头还扩展了ECE,CWR,NS.
窗口(Window):长度16bits(2个字节)。表示滑动窗口的大小,用来告诉发送端接收端的buffer
space的大小。接收端buffer大小用来控制发送端的发送数据数率,从而达到流量控制。最大值为
65535.
校验和(Checksum):长度16bits(2个字节)。用来检查TCP头在传输中是否被修改。
紧急指针(Urgent pointer):长度为16bits(2个字节)。表示TCP片中第一个紧急数据字节的指针。
只有当URG标志置1时紧急指针才有效。
选项和填充(Option和pading):可变长度。表示TCP可选选项以及填充位。当选项不足32bits时,填
充字段加入额外的0填充。
数据(Data):长度可变。用来存储上层协议的数据信息。可以为空。比如在连接建立和连接中止时。
接下来具体分析TCP是如何依靠上述TCP报文实现可靠传输的:
TCP为每个客户数据配上一个TCP首部,从而形成多个TCP报文段,这些报文段被下传给网络层,
网络层将其分别封装在网络层IP数据报中,然后这些IP数据包被发送到网络中,当TCP在另一端收
到一个报文段后,该报文段的数据就被放入该TCP连接的接收缓存中,应用程序从此缓存中读取数
据流。
1.1.2 连接管理
TCP通过三次握手建立连接
第一次握手
客户端将TCP报文标志位SYN置为1,随机产生一个序号值seq=J,保存在TCP首部的序列号(Sequence
Number)字段里,指明客户端打算连接的服务器的端口,并将该数据包发送给服务器端,发送完毕后,
客户端进入 SYN_SENT 状态,等待服务器端确认。
第二次握手
服务器端收到数据包后由标志位SYN=1知道客户端请求建立连接,服务器端将TCP报文标志位SYN和
ACK都置为1,ack=J+1,随机产生一个序号值seq=K,并将该数据包发送给客户端以确认连接请求,服
务器端进入 SYN_RCVD 状态。
第三次握手
客户端收到确认后,检查ack是否为J+1,ACK是否为1,如果正确则将标志位ACK置为1,ack=K+1,并
将该数据包发送给服务器端,服务器端检查ack是否为K+1,ACK是否为1,如果正确则连接建立成功,
客户端和服务器端进入 ESTABLISHED 状态,完成三次握手,随后客户端与服务器端之间可以开始传输数
据了。
1.1.3 确认应答
TCP将数据看成是一个无结构的、有序的字节流。
传送的字节流之上,一个报文段的序号是该报文段首字节的字节流编号。
TCP发送报文时,会携带Seq,接收到该报文段的另一端发送确认报文回去,报文中包含确认号
(ack=seq+1),为期待接收的下一字节的序号
1.1.4 超时重传
TCP发送一个报文时,会启动一个计时器,当超出某一时间还未收到该报文的应答时,TCP认为该报文丢
失(当然也不一定是该报文丢失,也可能是确认报文丢失,或者是由于网络状况该确认报文还未传输过
来),并重传该报文。
1.1.5 滑动窗口
为了提高性能,TCP中还引入了流水线机制,TCP发送端可以一次性发送多个报文段,滑动窗口用于描述
接收方的TCP数据报缓冲区大小的数据,发送方根据这个数据来计算自己最多能发送多长的数据,如果
发送方收到接收方的窗口大小为0的TCP数据报,那么发送方将停止发送数据,等到接收方发送窗口大小
不为0的数据报的到来。这也是TCP实现流量控制的机制。
1.1.6 GBN&SR
GBN(Go back N)回退N
采用累积确认的方式,接收方只确认连续接收分组的最大序列号,其余的全部丢弃。
发送端设置定时器,定时器超时时,重传所有未确认的分组
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东方捕
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