數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的設(shè)計(jì)

1、課程名稱：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議系 別：計(jì)算機(jī)科學(xué)系年級(jí)專業(yè)：學(xué) 號(hào)：姓名：任課教師：成績(jī)：2015年11月11日 前言數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型中的第二層，介乎于物理層和網(wǎng)絡(luò)層之間。數(shù)據(jù)鏈路層在物理層提供的服務(wù)的基礎(chǔ)上向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，其最基本的服務(wù)是將源自網(wǎng)絡(luò)層來(lái)的數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)较噜徆?jié)點(diǎn)的目標(biāo)機(jī)網(wǎng)絡(luò)層。為達(dá)到這一目的，數(shù)據(jù)鏈路必須具備一系列相應(yīng)的功能，主要有：如何將數(shù)據(jù)組合成數(shù)據(jù)塊，在數(shù)據(jù)鏈路層中稱這種數(shù)據(jù)塊為幀（frame），幀是數(shù)據(jù)鏈路層的傳送單位；如何控制幀在物理信道上的傳輸，包括如何處理傳輸差錯(cuò)，如何調(diào)節(jié)發(fā)送速率以使與接收方相匹配；以及在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間提供數(shù)據(jù)鏈路通路的建立、

2、維持和釋放的管理。數(shù)據(jù)鏈路層的最基本的功能是向該層用戶提供透明的和可靠的數(shù)據(jù)傳送基本服務(wù)。透明性是指該層上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的內(nèi)容、格式及編碼沒有限制，也沒有必要解釋信息結(jié)構(gòu)的意義；可靠的傳輸使用戶免去對(duì)丟失信息、干擾信息及順序不正確等的擔(dān)心。在物理層中這些情況都可能發(fā)生，在數(shù)據(jù)鏈路層中必須用糾錯(cuò)碼來(lái)檢錯(cuò)與糾錯(cuò)。數(shù)據(jù)鏈路層是對(duì)物理層傳輸原始比特流的功能的加強(qiáng)，將物理層提供的可能出錯(cuò)的物理連接改造成為邏輯上無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路，使之對(duì)網(wǎng)絡(luò)層表現(xiàn)為一無(wú)差錯(cuò)的線路。如果您想用盡量少的詞來(lái)記住數(shù)據(jù)鏈路層，那就是：“幀和介質(zhì)訪問(wèn)控制”。 數(shù)據(jù)鏈路層一、實(shí)習(xí)目的 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議保證通信雙方在有差錯(cuò)的通信線

3、路上進(jìn)行無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議中通信控制功能最典型的一種協(xié)議。 本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的數(shù)據(jù)傳送部分，目的在于更好地理解基本數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的基本工作原理，掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)。二、實(shí)習(xí)時(shí)間 （第 12 周到 13周）三、 實(shí)習(xí)地點(diǎn) 福建農(nóng)林大學(xué)東方學(xué)院網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室四、實(shí)習(xí)單位和部門 福建農(nóng)林大學(xué)東方學(xué)院 五、 實(shí)習(xí)內(nèi)容5.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容使用C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)下面數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議：1. 分析和實(shí)現(xiàn)一個(gè)理想的鏈路層協(xié)議  2. 對(duì)于前面實(shí)現(xiàn)的協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)它的第一次改進(jìn)，如何防止發(fā)方過(guò)快淹沒收方。  3. 

4、;對(duì)上一步再假設(shè)在不可靠的的鏈路上進(jìn)行通信。 5.2實(shí)驗(yàn)步驟 1. 熟悉數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的功能； 2. 編寫數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的實(shí)現(xiàn)程序； 3. 調(diào)試并運(yùn)行自己編寫的協(xié)議實(shí)現(xiàn)程序； 4. 了解協(xié)議的工作軌跡，如出現(xiàn)異常情況，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中寫出原因分析；  5. 保留你實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，以備教師檢查。    5.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程  5.3.1程序功能及設(shè)計(jì)思路  功能概述： 用客戶端/服務(wù)器模式代表A站、B站。先由客戶端輸入服務(wù)器IP地址

5、，發(fā)送SYN同步幀，告訴服務(wù)器準(zhǔn)備接受。客戶端輸入數(shù)據(jù)后，會(huì)進(jìn)行CRC編碼，再發(fā)送數(shù)據(jù)幀；服務(wù)器收到后，先進(jìn)行校驗(yàn)，數(shù)據(jù)正確則發(fā)送ACK幀，客戶端則發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)；否則服務(wù)器發(fā)送NAK幀，客戶端重新發(fā)送該數(shù)據(jù)。 CRC校驗(yàn)： 1) 將收到的字符轉(zhuǎn)為int型（32位），并將其二進(jìn)制碼左移16位，存于data； 2) 進(jìn)行C(D)=Remainder(S(D)DL)/g(D) ，即CRC校驗(yàn)，得到校驗(yàn)位。  3) 將校驗(yàn)位加在信息元后，組成24位的碼字，存于要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀dframe。  停等式ARQ協(xié)議：&

6、#160;Client:  1) 置SN=0； 2) 收到數(shù)據(jù)，將SN分配給該數(shù)據(jù)，如果沒有收到，則等待； 3) 存于要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀中，發(fā)送給server； 4) 如果從server收到確認(rèn)幀，且RN>SN，則SN加1（模2），返回2；如果收到NAK或RN=SN，則返回3，重傳數(shù)據(jù)。  Server： 1) 置RN=0； 2) 從client收到一個(gè)SN=RN的幀，進(jìn)行CRC校驗(yàn)檢查，無(wú)錯(cuò)后輸出，并置RN加1、發(fā)送ACK幀；否則發(fā)送NAK幀

7、，請(qǐng)求重發(fā)。5.4 C語(yǔ)言程序代碼：其客戶端主要部分代碼：Client: /* client.c * #include<winsock.h> /WINSOCK API的頭文件，需要包含在項(xiàng)目中#pragma comment(lib,"ws2_32.lib") /WINSOCK API連接庫(kù)文件#include<stdio.h> #include<string.h> int err; SOCKET sock; /用于服務(wù)器監(jiān)聽的Socket SOCKADDR_IN addrSrv; /服務(wù)端地址unsigned char sendBuf10

8、0; /發(fā)送緩存char serverIp20; /客戶端ip地址int socklen=sizeof(SOCKADDR_IN); /Socket的地址值的長(zhǎng)度int cf_len=sizeof(struct sockaddr); struct dataFrame /數(shù)據(jù)幀 int seq; /分段消息的序號(hào)int SN; /發(fā)送序號(hào)unsigned int data100; int msglen; /字符長(zhǎng)度，采用長(zhǎng)度計(jì)數(shù)的組幀技術(shù); struct conFrame /控制幀 int RN; /接收序號(hào)char type3; /表明幀的類型:SYN同步、EOT送畢、ACK確認(rèn)應(yīng)答、NCK否定

9、應(yīng)答; struct dataFrame dframe; struct conFrame cframe; /* 初始化* void initialization() WORD wVersionRequested; WSADATA wsaData; wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); /WinSocket1.1版本err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData ); /wsaData用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)傳回的關(guān)于WinSocket的資料if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 |

10、HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 )WSACleanup( ); return; /* 計(jì)算CRC-16* /基于32位系統(tǒng)，int型長(zhǎng)度為4字節(jié),CRC-16的生成多項(xiàng)式為g(D)=D16+D15+D2+1 void caculate_crc16(unsigned char*msg,int lenth,unsigned int *crc) unsigned int data=0; int i,j; / char s32; /用于測(cè)試時(shí)顯示二進(jìn)制碼for(i=0;i<lenth;i+,crc+,msg+) data=(int)*msg; / itoa(dat

11、a,s,2); /把整數(shù)轉(zhuǎn)為二進(jìn)制碼/ printf("第%d字的二進(jìn)制碼：%sn",i+1,s); /test *crc=data<<16; for(j=0;j<16;j+) if(data&0x8000) data=(data<<1)&0xffff; data=data0x8005; else data=(data<<1)&0xffff; *crc=*crc|data; /把校驗(yàn)位放在信息元后面，存在一個(gè)int變量中/ itoa(*crc,s,2); / printf("加上CRC校驗(yàn)位后的二進(jìn)

12、制碼%sn",s);/test 6、 代碼功能的相關(guān)結(jié)果6.1測(cè)試1：在沒有傳輸錯(cuò)誤情況下，在dos界面顯示的傳遞內(nèi)容的二進(jìn)制碼和CRC校驗(yàn)碼Client: 222.25.162.196，發(fā)送數(shù)據(jù)“yl”，顯示“message is delivered successfully”后關(guān)閉連接。Server: 222.25.162.196，收到數(shù)據(jù)“yl”，與上圖對(duì)比，碼字正確，則正確輸出數(shù)據(jù)。6.2測(cè)試2：在傳輸出錯(cuò)情況下，在dos界面顯示傳遞內(nèi)容的二進(jìn)制碼和CRC校驗(yàn)碼Client：222.25.162.196，發(fā)送數(shù)據(jù)“yl”，傳輸出錯(cuò)收到NAK后重傳數(shù)據(jù)。Server： 222.

13、25.162.196，與上圖的二進(jìn)制碼對(duì)比發(fā)現(xiàn)，第2個(gè)碼字最后1一位出錯(cuò)，程序顯示“message is wrong”，然后等待客戶端重傳。6.3通信測(cè)試：在dos界面進(jìn)行通信，但隱藏了二進(jìn)制碼、校驗(yàn)碼，實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的透明傳輸。Client：222.25.162.5Server：222.25.162.196分析：從上面兩圖可以看出，服務(wù)端和客戶端可以實(shí)現(xiàn)通暢且準(zhǔn)確無(wú)誤的通信，基本能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能。七、 實(shí)習(xí)總結(jié) 通過(guò)本次實(shí)習(xí)，對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層中數(shù)據(jù)幀的傳輸和CRC校驗(yàn)有了更深的了解，不僅僅是停留在書本的理論上了，而且自己對(duì)網(wǎng)絡(luò)編程也有了更大的興趣，通過(guò)自己動(dòng)手收集資料，一步步的設(shè)計(jì)，對(duì)于以后邏輯分析能力有很大的幫助。然后讓我知道了鏈路管理的