数据链路层滑动窗口协议的设计和实现样本
滑动窗口
滑动窗口协议是用来改善吞吐量的一种技术，即容许发送方在接收任何应答之前传送附加的包。接收方告诉 发送方在某一时刻能送多少包（称窗口尺寸）。
TCP中采用滑动窗口来进行传输控制，滑动窗口的大小意味着接收方还有多大的缓冲区可以用于接收数据。 发送方可以通过滑动窗口的大小来确定应该发送多少字节的数据。当滑动窗口为0时，发送方一般不能再发送数据 包，但有两种情况除外，一种情况是可以发送紧急数据，例如，允许用户终止在远端机上的运行进程。另一种情 况是发送方可以发送一个1字节的数据报来通知接收方重新声明它希望接收的下一字节及发送方的滑动窗口大小。
应用场景
滑动窗口协议以基于分组的数据传输协议为特征。因此该协议适用于对按顺序传送分组的可靠性要求较高的 环境，例如在数据链路层（OSI模型）以及传输控制协议（TCP）中。
增强应答的链路层重传，在长线传输中，因软故障造成的消息传输错误占据了绝大部分，对于这些问题的解 决可以是系统的可靠性大大提高。这种机制，向通过实现简单、检突发错误能力高的CRC码的校验进行错误检查， 再由相应的滑动窗口协议实现重传恢复 。
在后退n协议中，接收方若发现错误帧就不再接收后续的帧，即使是正确到达的帧，这显然是一种浪费。另一 种效率更高的策略是当接收方发现某帧出错后，其后继续送来的正确的帧虽然不能立即递交给接收方的高层，但 接收方仍可收下来，存放在一个缓冲区中，同时要求发送方重新传送出错的那一帧。一旦收到重新传来的帧后， 就可以原已存于缓冲区中的其余帧一并按正确的顺序递交高层。这种方法称为选择重发（SELECTICE REPEAT）， 其工作过程如图所示。显然，选择重发减少了浪费，但要求接收方有足够大的缓冲区空间。
滑动窗口协议
滑动窗口协议协议名称：滑动窗口协议一、引言滑动窗口协议是一种用于数据传输的协议，其主要目的是在发送方和接收方之间建立可靠的数据传输通道。
该协议通过使用滑动窗口的概念来实现数据的流控制和错误恢复。
二、协议背景随着网络通信的发展，数据传输的可靠性和效率成为了重要的问题。
传统的数据传输方式存在着丢包、重传等问题，因此需要一种更可靠、高效的协议来解决这些问题。
滑动窗口协议应运而生。
三、协议原理1. 数据分段：发送方将要传输的数据按照一定的大小进行分段，并为每个数据段分配一个序号。
2. 窗口大小：发送方和接收方都维护一个滑动窗口，窗口大小表示当前可以发送或接收的数据段的数量。
3. 发送方操作：a. 发送窗口：发送方将窗口内的数据段发送给接收方，并等待接收方的确认。
b. 接收确认：接收到接收方的确认后，发送方将窗口滑动，并发送下一个窗口内的数据段。
c. 超时重传：如果发送方在一定时间内未收到接收方的确认，将会重传窗口内的数据段。
4. 接收方操作：a. 接收窗口：接收方接收到发送方发送的数据段后，将其存储在接收窗口中，并发送确认给发送方。
b. 确认重复：如果接收方收到重复的数据段，将会发送上一次确认的序号给发送方。
c. 有序交付：接收方将有序交付给上层应用的数据段，即按照序号顺序将数据段交付给应用层。
四、协议流程1. 发送方将要传输的数据按照一定的大小进行分段，并为每个数据段分配一个序号。
2. 发送方维护一个发送窗口，将窗口内的数据段发送给接收方，并等待接收方的确认。
3. 接收方接收到发送方发送的数据段后，将其存储在接收窗口中，并发送确认给发送方。
4. 发送方收到接收方的确认后，将窗口滑动，并发送下一个窗口内的数据段。
5. 如果发送方在一定时间内未收到接收方的确认，将会重传窗口内的数据段。
6. 接收方如果收到重复的数据段，将会发送上一次确认的序号给发送方。
7. 接收方将有序交付给上层应用的数据段，即按照序号顺序将数据段交付给应用层。
计算机网络--滑动窗口实验报告
计算机网络--滑动窗口实验报告计算机网络滑动窗口协议实验报告目录一、实验内容和实验环境描述（2）1.实验内容（2）2.实验目的（2）3.实验环境（2）二、协议设计（3）三、软件设计（4）Part A 选择重传协议1.数据结构（4）2.模块结构（6）3.算法流程（7）Part B gobackn协议 1.数据结构（8）2.模块结构（9）3.算法流程（10）四、实验结果分析（11）五、探究问题（13）六、实验总结与心得体会（14）一、实验内容和实验环境描述1.实验内容利用所学数据链路层原理，自己设计一个滑动窗口协议，在仿真环境下编程实现有噪音信道环境下两站点之间无差错双工通信。
信道模型为8000bps全双工卫星信道，信道传播时延270毫秒，信道误码率为10?5，信道提供字节流传输服务，网络层分组长度固定为 256 字节。
2.实验目的通过该实验，进一步巩固和深刻理解数据链路层误码检测的CRC校验技术，以及滑动窗口的工作机理。
滑动窗口机制的两个主要目的：（1）实现有噪音信道环境下的无差错传输；（2）充分利用传输信道的带宽。
在程序能够稳定运行并成功实现第一个目标之后，运行程序并检查在信道没有误码和存在误码两种情况下的信道利用率。
为实现第二个目标，提高滑动窗口协议信道利用率，需要根据信道实际情况合理地为协议配置工作参数，包括滑动窗口的大小和重传定时器时限以及 ACK 搭载定时器的时限。
3.实验环境Windows10环境PC机Microsoft Visual Studio 2017集成开发环境二、协议设计本次试验主要设计数据链路层,实验中分别设计了gobackn协议与选择重传协议。
主要涉及到的层次结构是物理层、数据链路层、网络层。
物理层：为数据链路层提供的服务为8000bps，270ms传播延时，10?5误码率的字节流传输通道。
数据链路层利用接口函数send_frame()和 recv_frame()从物理层发送和接收一帧。
实验一：数据链路层滑动窗口协议的设计与实现
目录实验一：数据链路层滑动窗口协议的设计与实现 (3)1实验类别 (3)2实验内容和实验目的 (3)3实验学时 (3)4实验组人数 (3)5实验设备环境 (3)6教学要点与学习难点 (3)7实验步骤 (4)7.1 熟悉编程环境 (4)7.2 协议设计和程序总体设计 (4)7.3 编码和调试 (4)7.4 软件测试和性能评价 (4)7.5 实验报告及程序验收 (4)8编程环境 (5)8.1 程序的总体结构 (5)8.2 实验环境所提供的文件和编译运行方法 (6)8.3 日志 (7)8.4 协议运行环境的初始化 (8)8.5 与网络层模块的接口函数 (9)8.6 事件驱动函数及程序流程 (9)8.7 与物理层模块的接口函数 (11)8.8 CRC校验和的产生与验证 (11)8.9 定时器管理 (12)8.10 协议工作过程的跟踪和调试 (12)8.11 命令行选项 (13)8.12 错误信息 (14)9 正确性测试及性能测试 (15)10可研究与探索的问题 (15)10.1 CRC校验和的计算 (15)10.2 CRC校验能力 (16)10.3 协议软件的设计与测试 (16)10.4 协议改进 (16)10.5 对等协议实体之间的流量控制 (16)10.6 与标准协议的对比 (16)11实验报告要求 (17)11.1 实验内容和实验环境描述 (17)11.2 协议设计 (17)11.3 软件设计 (17)11.4 实验结果分析 (17)11.5 研究和探索的问题 (18)11.6 实验总结和心得体会 (18)11.7 源程序清单 (18)附录一源程序书写格式 (19)实验一：数据链路层滑动窗口协议的设计与实现1实验类别程序设计型2实验内容和实验目的利用所学数据链路层原理，自己设计一个滑动窗口协议并在仿真环境下编程实现有噪音信道环境下的可靠的双工通信。
信道模型为8000bps全双工卫星信道，信道传播时延270毫秒，信道误码率为10-5，信道提供字节流传输服务，网络层分组长度在240~256字节范围。
滑动窗口协议的模拟
计算机网络课程设计报告滑动窗口协议的模拟姓名：学号：专业：信息工程指导教师：2010年11月17日目录一．实验目的 (3)二．实验原理 (3)三．实验代码以及代码说明 (5)四．总结 (10)五．参考文献 (10)滑动窗口协议的模拟一．实验目的：《计算机网络》是一项实践教学内容。
通过本课程的学习使学生掌握计算机网络的的理论知识，然后通过实际动手实现课程设计的要求，使课堂所学能应用到实际应用当中，以此来巩固理论知识，提高解决问题，完成工程的能力。
二．实验原理：（1）.窗口机制滑动窗口协议的基本原理就是在任意时刻，发送方都维持了一个连续的允许发送的帧的序号，称为发送窗口；同时，接收方也维持了一个连续的允许接收的帧的序号，称为接收窗口。
发送窗口和接收窗口的序号的上下界不一定要一样，甚至大小也可以不同。
不同的滑动窗口协议窗口大小一般不同。
发送方窗口内的序列号代表了那些已经被发送，但是还没有被确认的帧，或者是那些可以被发送的帧。
下面举一个例子（假设发送窗口尺寸为2，接收窗口尺寸为1）：分析：①初始态，发送方没有帧发出，发送窗口前后沿相重合。
接收方0号窗口打开，等待接收0号帧；②发送方打开0号窗口，表示已发出0帧但尚确认返回信息。
此时接收窗口状态不变；③发送方打开0、1号窗口，表示0、1号帧均在等待确认之列。
至此，发送方打开的窗口数已达规定限度，在未收到新的确认返回帧之前，发送方将暂停发送新的数据帧。
接收窗口此时状态仍未变；④接收方已收到0号帧，0号窗口关闭，1号窗口打开，表示准备接收1号帧。
此时发送窗口状态不变；⑤发送方收到接收方发来的0号帧确认返回信息，关闭0号窗口，表示从重发表中删除0号帧。
此时接收窗口状态仍不变；⑥发送方继续发送2号帧，2号窗口打开，表示2号帧也纳入待确认之列。
至此，发送方打开的窗口又已达规定限度，在未收到新的确认返回帧之前，发送方将暂停发送新的数据帧，此时接收窗口状态仍不变；⑦接收方已收到1号帧，1号窗口关闭，2号窗口打开，表示准备接收2号帧。
滑动窗口协议
滑动窗口协议协议名称：滑动窗口协议一、引言滑动窗口协议是一种用于数据传输的协议，它通过分割数据流并设置窗口大小，实现了可靠的数据传输和流量控制。
本协议旨在确保数据的可靠传输，提高网络传输效率。
二、协议定义1. 数据分割：发送方将待传输的数据流分割为多个数据包，每个数据包的大小由发送方自行定义。
2. 窗口设置：发送方和接收方都设置一个滑动窗口，用于控制数据传输的流量。
3. 序列号：每个数据包都有一个唯一的序列号，用于标识数据包的顺序。
4. 确认应答：接收方收到数据包后，发送确认应答给发送方，以确认数据包的接收情况。
5. 超时重传：如果发送方在规定时间内未收到确认应答，则会将该数据包重新发送。
三、协议过程1. 发送方：a) 初始化：发送方设置窗口的大小、超时时间，并将待发送的数据流分割为多个数据包。
b) 发送数据：发送方将窗口内的数据包发送给接收方，并开始计时。
c) 等待确认：发送方等待接收方的确认应答，如果在超时时间内未收到应答，则进行超时重传。
d) 窗口滑动：当接收方发送确认应答时，发送方将窗口向前滑动，并发送窗口内的下一个数据包。
e) 数据重传：如果发送方在超时时间内未收到确认应答，则会将窗口内的所有数据包进行重传。
2. 接收方：a) 初始化：接收方设置窗口的大小，并准备接收数据。
b) 接收数据：接收方接收发送方发送的数据包，并发送确认应答给发送方。
c) 确认应答：接收方发送确认应答给发送方，以告知发送方数据包的接收情况。
d) 窗口滑动：当接收方接收到连续的数据包时，窗口向前滑动，并将接收到的数据传递给上层应用。
e) 数据重复：如果接收方收到重复的数据包，则丢弃该数据包，并重新发送上次确认应答。
四、协议特点1. 可靠性：滑动窗口协议通过确认应答和超时重传机制，确保数据的可靠传输。
2. 流量控制：发送方和接收方通过设置窗口大小，实现了对数据传输的流量控制，避免了网络拥塞。
3. 效率：滑动窗口协议通过窗口滑动和数据分割，提高了网络传输的效率，减少了传输延迟。
滑动窗口协议
实验目的
实现滑动窗口协议中的1bit滑动窗口协议，提供系统调用接口函 数
实验原理
滑动窗口协议（Sliding Window Protocol），属于TCP协议 的一种应用，用于网络数据传输时的流量控制，以避免拥塞 的发生。该协议允许发送方在停止并等待确认前发送多个数 据分组。由于发送方不必每发一个分组就停下来等待确认， 因此该协议可以加速数据的传输，提高网络吞吐量。
帧丢失测试
帧丢失测试—发送端
帧丢失测试—接收端
发送及接收过程
同帧校验和错误类似，帧丢失错误同样会引发接收端回送 nak否定应答消息。不同的是，nak否定应答帧是在丢失帧 的下一帧收到后发出的。如图5所示，由于传输过程中2号帧 丢失，接收端在收到1号帧后，接下来收到了3号帧，这时， 接收端知道由于某种原因2号帧丢失了，于是立即发送了2号 帧的否定应答帧。在发送端收到该nak2帧后，也马上重传了 该帧，nak机制同样加快了对丢失帧的重传操作。
程序没有模拟信道发生随机错误的情况，如果需要读者可以使用伪随机 函数自己添加这部分模拟代码。
帧校验错测试
在做新的测试前，首先将发送端和接收端进行重置，即两端 都先停止再重新开始，然后再做后续测试（如果需要，停止 后可以修改相关参数）。
帧校验错测试—发送端
帧校验错测试—接收端
发送及接收过程
通过手工设置2号帧的校验和错误来模拟信道传输中的误码 情况。可以看到接收方在收到2号错误帧后马上向发送方回 送了一个nak2的否定应答帧，发送方在收到nak2后也立即 重传了该帧，因此nak机制加速了错误帧的重传过程（否则 如果接收方直接丢弃的话，就只能等到发送方2号帧的重发 定时器超时后进行重传）
发送程序界面，同样有4个功能区
滑动窗口协议
网络课第一次上机实验报告------滑动窗口协议实验内容在一个数据链路层的模拟实现环境中，用C（C++）语言实现下面三个数据链路层协议。
① 1 比特滑动窗口协议②回退N 帧滑动窗口协议③选择性重传协议实验过程对于MSG_TYPE_TIMEOUT 消息，pBuffer 指向数据的前四个字节为超时帧的序列号，以UINT32 类型存储；对于MSG_TYPE_SEND 和MSG_TYPE_RECEIVE 类型消息，pBuffer指向的数据的结构如以下代码中frame 结构的定义：其中，保存在发送队列和等待确认队列的bufferItem结构定义如下：● 1 比特滑动窗口协议通过switch语句对参数messageType进行判断，如果是MSG_TYPE_SEND，表示发送端需要发送帧，将要发送的帧通过结构体bufferItem（pframe指针）存入发送队列（myQueue）中，若发送窗口未满（即full为false），则打开一个窗口，并将调用SendFRAMEPacket函数将myQueue队首的帧发送并在myQueue中弹出，加入到waitToAck 队列中，否则，不做任何处理；若参数messageType是MSG_TYPE_RECEIVE，检查ACK 值后，将该ACK 对应的窗口关闭。
此时，如果发送队列不为空，则取出myQueue队首的帧，并调用SendFRAMEPacket 函数将帧发送并在myQueue中弹出，加入到waitToAck队列中，否则，置full为false，表示窗口未满；若参数messageType是MSG_TYPE_TIMEOUT，即告知某帧超时，在等待确认队列（waitToAck）中找出对应帧，并通过调用SendFRAMEPacket函数将该帧重发。
●回退N 帧滑动窗口协议基本过程同1 比特滑动窗口协议，通过switch语句对参数messageType进行判断，如果是MSG_TYPE_SEND，表示发送端需要发送帧，将要发送的帧通过结构体bufferItem （pframe指针）存入发送队列（myQueue）中，若发送窗口未满（即waitToAck的大小没有达到WINDOW_SIZE_BACK_N_FRAME），则打开一个窗口，并将调用SendFRAMEPacket 函数将myQueue队首的帧发送并在myQueue中弹出，同时加入到waitToAck队列的队首，即vector的begin位置，否则，不做任何处理；若参数messageType是MSG_TYPE_RECEIVE，通过循环在waitToAck中找到确认帧对应的发送帧序列号。
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数据链路层滑动窗口协议的设计与实现实验报告一、实验任务及内容利用所学数据链路层原理，设计一个滑动窗口协议并在仿真环境下编程实现有噪音信道环境下的可靠的双工通信。
信道模型为8000bps全双工卫星信道，信道传播时延270毫秒，信道误码率为10--55，信道提供字节流传输服务，网络层分组长度在240~256字节范围。
(1)实现有噪音信道环境下的无差错传输。
(2)运行程序并检查在信道没有误码和存在误码两种情况下的信道利用率。
(3)提高滑动窗口协议信道利用率，根据信道实际情况合理地为协议配置工作参数，包括滑动窗口的大小和重传定时器时限以及ACK搭载定时器的时限。
实验环境Windows7环境PC，机，Microsoft VisualC++集成化开发环境二、协议设计协议的分层结构及层服务::包括物理层，数据链路层和网络层三层。
该实验主要设计数据链路层协议，为实现有噪声环境下高信道利用率传输，我们采用回本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。
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退n n帧（go backn）技术的协议。
发送方窗口大小为31；通过捎带确认来完成可靠的数据通信；出现信道误码导致收帧出错时，接受方丢弃所有后续帧，待定时器超时后发送方重发。
该层提供服务::从网络层接受要发送的数据包，将之分拆成数据帧；按一定的成帧方案完成分帧，加校验码，加ack等操作；进行适当的流量判断和拥塞控制；启动定时器将之传递给物理层。
数据帧经信道传送给接受方，接受方数据链路层执行与成帧相逆的操作；处理ack信息，终止定时器（或启动ack定时器，ack成帧传送）；判断是否为欲接受数据，数据是否出错，提交给网络层。
退回N N步工作原理示意图::本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。
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实验所形成帧((成帧方案))::DATAFramen+=========+========+========+===============+======== +|KIND(1)|ACK(1)|SEQ(1)|DATA(240~256)|CRC(4)||+=========+========+========+===============+========+ ACK Frame+=========+========+========+|KIND(1)|ACK(1)|CRC(4)|+=========+========+========+NAKFrame+=========+========+========+|KIND(1)|ACK(1)|CRC(4)|+=========+========+========+本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。
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CRC校验和的多项式定义::本次实验采用的CRC校验方案为CRC--32，以太网校验和生成多项式相同。
生成多项式为::x x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10++xx88+x77+x55+x44+x22+x11+1校验和附加在数据帧，尾部，接受方用带校验和的数据来逻辑除以生成多项式，余数为零则数据无误码，反之有误码等待发送方重传。
可靠通信和误码控制方案::通过捎带确认来完成可靠的数据通信；出现信道误码导致收帧出错时，接受方丢弃所有后续帧，此时发送方长久接受不到确认信息，引发定时器超时后发送方重发；接受方无数据传送导致发送方无法收到捎带确认时，接受方确认定时器超时，构造一确认帧单独传送。
三、软件设计给出程序的数据结构，模块之间的调用关系和功能，程序流程。
本次实验我们对go--back--N N协议进行了编写，描述如下::本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。
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11．．数据结构::typedefenum{false,true}boolean;//bloolean typetypedef unsigned char seq_nr;//sequence orack numberstypedef unsigned char packet[PKT_LEN];//用数组存放数据/*FRAME kind*/#define Data1#define Ack2#define Nak3static intphl_ready:://物理层状态next_frame_to_send;//M MAAX X__S SEEQ Q本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。
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>>11;u usse edd f fo orr oou uttb boou unnd d本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。
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n neex xtt ffr raam mee ggo oiin ngg oou utt本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。
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ack_expected;//oldest frameas yetunacknowledged,and initianni izene本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。
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xt ackexpected inboundframe_expected;//next frame expected on本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。
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inbound stream,and initializenumber offrameex本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。
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pected inboundbuffer[MAX_SEQ+1];//bu ffersfor theoutbound streamnbuffered;//output bufferscurrently inuse,and initt iallyno packetsare bufferedbufferLen[MAX_SEQ+1]//bufferLen存储每个r buffer中数据的有效长度typedefstruc t{//帧结构unsigned charkind;seq_nrack;seq_nrseq;packetinfo;本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。
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unsigned charcrc[4];}frame;;22．．模块结构::给出程序中所设计的子程序。
完成的功能，子程序每个参数的意义。
A)static booleanbetween(seq_nra,seq_nrb,seq_nr c)//判断b b是否是在aa、c c之间的帧B)staticvoidput_frame(unsignedchar*frame,intlen)//c crc编码并向物理层发送C)send_data(unsignedcharkind,seq_nrframe_nr,seq_nrframe_exp ected,packet buffer[],intdlen[])//生成帧D)int main()//主函数，分为五个事件(1)NETWORK_LAYER_READY，事件发生后从网络层读数据，成帧；若当前物理层可用，发送。
(2)PHYSICAL_LAYER_READY，事件发生后，若。
有未发送的帧，发送，否则置物理层状态为可用。
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(3)DATA_INING，事件发生后，来了arg个字节的数据，每接受一个数据，判断是否为帧尾；若为帧尾，提取一帧，去掉填充，进行校验；若校验结果正确，处理ack，然后处理数据。
接受完arg个字节，跳出。
(4)ACK_TIMEOUT，事件发生后，产生一个不含数据的ack帧，等待直到物理层有效，发送。
(5)DATA_TIMEOUT，事件发生后，重发ack_expected和next_frame_to_send。
之间的帧。
33．．算法流程::画出流程图，描述算法的主要流程。
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四、实验结果分析(1)描述你所实现的协议软件是否实现了误码信道环境中无差错传输功能此协议软件实现了误码信道环境中无差错传输功能本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。
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(2)程序的健壮性在较低误码率的信道条件下，该程序运行平稳，未出现任何差错，健壮性良好，在高误码率的信道条件下，程序运行有时会出现中断，但大多数时候均运行超过二十分钟以上，故本程序健壮性良好，但仍有值得改进之处。
(3)协议参数的选取::滑动窗口的大小为77，重传定时器的时限，ACK搭载定时器的时限为300。
在在n go_back_n协议中（假设接受方一直有数据发送，即无k ack 定时器超时现象），滑动窗口的大小M,信道传输时延a,发送速率c c，帧大小ff在满足如下关系时信道利用率（M*(f/c)/[2a+2(f/c)]）接近100%:M>=[2a+2*(f/c)]/（f/c）;;由于实际数据传送很可能在某段时间类接受方无数据反送，涉及及k ack帧单独传送问题，故一般信道利用率不可能达到100%，但M M的选择至少要满足公式。
至于防止M M过大的问题，可通过实际测试的结果分析来得到合适的M M。
值。
滑动窗口大小的选择直接本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。
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涉及到信道利用率和数据拥塞的问题；若太小，会导致信道空闲，利用率很低；若太大，数据发送过快，会造成接受方数据链路层来不及处理，数据物理层及信道发生拥塞现象导致数据丢失，出错率增大，重传率高。