计算机网络——实现Go-Back-N

实验目的

运用各种编程语言实现基于 Go-Back-N 的可靠数据传输软件。

实验环境

系统：Mac OS X 10.13.1
语言：Java
开发平台：eclipse
内部库：java.net，java.util

实验过程

代码设计

为了完成本次试验的要求，我编写了两个Java代码文件，分别实现server端功能和client端功能：

server端代码流程
主要算法流程如下所示，server端实现在一定丢包率范围内接收数据包并且回传ACK：
client端代码流程
主要的算法流程如下，client端主要实现数据包的传送以及延迟处理：

主机ip获取

在启用Go-Back-N之前，我们首先需要获得个人电脑的IP。在Mac OS X系统，使用终端命令ifconfig即可直接查看主机IP，具体如下：
Alt text

丢包率为0下的测试

为了验证代码的正确性，我首先先把丢包率设置为0查看了具体的传输流程，代码执行结果如下：

窗口长度 windowSize = 4；
数据包总数 num = 10；
超时限制 Timer = 1000ms

执行结果如下：
Alt text

丢包率为10%下的测试

为了继续验证代码的正确性，而后我把丢包率设置为10%查看了具体的传输流程，代码执行结果如下：
Alt text

小结

本次实验中，我们完成了java的网络编程，模拟了GBN算法的运行，对GBN协议有了进一步的了解。
在GBN协议中，接收方会丢弃所有失序的分组，尽管丢弃一个正确接收但是失序的分组有点浪费。但是根据GBN的原理。假定当前期望的编号是n，但是n+1提前达到。因为数据必须是有序交付，接收方可能缓存分组n+1，然后在他收到并交付分组n后，再将该分组交付到上层。但是如果n丢失，则n和n+1的分组都会被重发，因此，接收方只需要丢弃分组n+1即可。
这种方法的优点是接收方缓存简单，即接收方不需要缓存任何失序分组。对于发送方来说，他只需要维护窗口的下边界和和nextseqnum在窗口中的位置。对于接收方来说，只需要维护下一个按序接收的分组的序号。

代码附录

/************************发送方************************/
public class Client {
    //定义流量窗格长度，起始和终止数据包号，计时器
    public static int windowSize;
    public static int start=0, end, num;
    public static long timerTime = 0;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
            //建立连接
        InetAddress serverAddress = InetAddress.getByName("192.168.1.106");
        DatagramSocket clientSocket = new DatagramSocket(9999);
        byte[] sendData;
        Timer timer = new Timer();
        timer.schedule(new DelayActionListener(clientSocket), 0L, 500L);
        
        //通过输入初始化参数
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("Please enter number of packets: ");
        num = scanner.nextInt();
        System.out.println("Please enter slide window size: ");
        windowSize = scanner.nextInt();
        System.out.println();
        end = start + windowSize;
        
        //启动计时
        Timer[] timers = new Timer[num];
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        
        //首先发送第一个流量窗内的数据包
        System.out.println("<--Client send packets " + start + " - " + (start+windowSize-1));
        for (int i=start;i<end;i++){
            sendData = (i + "seq").getBytes();
            DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendData, sendData.length, serverAddress, 8888);
            clientSocket.send(sendPacket);
        }
        
        //循环发送剩余的数据包
        while (true){
            byte[] recvData = new byte[100];
            DatagramPacket recvPacket = new DatagramPacket(recvData, recvData.length);
            clientSocket.receive(recvPacket);
            String in = new String(recvPacket.getData()).trim();
            int ack_seq = Integer.parseInt(in.substring(3, in.length()));
            System.out.println("-->Client received ACK: " + (ack_seq-1));
            //正常情况
            if (ack_seq >= start && ack_seq < end){
                int oldEnd = end;
                start = ack_seq;
                end = ack_seq + windowSize;
                if (end > num) end = num;
                //发送数据包
                for (int i = oldEnd; i < end; i++) {         
                    sendData = (i + "seq").getBytes();
                    DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendData, sendData.length, serverAddress, 8888);
                    clientSocket.send(sendPacket);
                    System.out.println("<--Client sent packet "+i);
                }
                timerTime = System.currentTimeMillis();
            }
            //传到流量窗的右界限
            if (ack_seq == end) timerTime = 0;
            //传输结束
            if (ack_seq == num){
                timer.cancel();
                System.out.println("Success sent all packets");
                System.out.println("Time to send " + num + " packets successfully was " + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
                return;
            }
        }
    }
}

/************************接收方************************/
public class Server {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
            //创建套接字，初始化参数
        DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(8888);
        int endReceive = 0;
        int missedCtr = 0;
        System.out.println("\n\n\nServer started.\n");

        while (true){
            byte[] data = new byte[100];
            //接收数据包
            DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(data, data.length);
            serverSocket.receive(receivePacket);
            //截取seq
            String in = new String(receivePacket.getData()).trim();
            int seq = Integer.parseInt(in.substring(0, in.length() - 3));
            System.out.println("Received packet " + seq+"<--");
            //在一定丢包率的范围内操作
            if (seq == 0 || Math.random()<=0.9){
                    //接收数据包并发送ACK
                if (seq == endReceive){
                    endReceive++;
                    byte[] ackData = new String("ack"+endReceive).getBytes();
                    InetAddress clientAddress = receivePacket.getAddress();
                    int clientPort = receivePacket.getPort();
                    DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(ackData, ackData.length, clientAddress, clientPort);
                    serverSocket.send(sendPacket);
                    System.out.println("Server sent ACK: " + seq+"-->");
                }
                //有数据包超前到达
                else if (endReceive != 0){
                    if (seq == endReceive + 1) {
                        System.out.println("Packet lost or disordered on way to server: " + endReceive);
                        missedCtr++;
                        System.out.println("Missed: " + missedCtr);
                    }
                    byte[] ackData = new String("ack"+(endReceive)).getBytes();
                    InetAddress clientAddress = receivePacket.getAddress();
                    int clientPort = receivePacket.getPort();
                    DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(ackData, ackData.length, clientAddress, clientPort);
                    serverSocket.send(sendPacket);
                    System.out.println("Server sent ACK: " + (endReceive-1)+"-->");
                }
            } 
            //有数据包丢失
            else {
                System.out.println("Drop packet " + seq);
            }
        }
    }}