基于C语言实现的网络传输机制-支持 TCP 可靠数据传输

╰半夏微凉° 2024-04-06 10:24 86阅读 0赞

## 网络传输机制-支持 TCP 可靠数据传输 ##

### 实验内容 ###

支持 TCP 可靠数据传输

*  网络丢包
 *  超时重传机制
 *  有丢包场景下的连接建立和断开
 *  发送队列和接收队列
 *  超时定时器实现

### 实验步骤 ###

*  修改 tcp\_apps.c(以及 tcp\_stack.py)，使之能够收发文件
 *  执行 create\_randfile.sh，生成待传输数据文件 client-input.dat
 *  运行给定网络拓扑(tcp\_topo.py)
 *  在节点 h1 上执行 TCP 程序
    
     *  执行脚本(disable\_tcp\_rst.sh, disable\_offloading.sh)，禁止协议栈的相应功能
     *  在 h1 上运行 TCP 协议栈的服务器模式 (./tcp\_stack server 10001)
 *  在节点 h2 上执行 TCP 程序
    
     *  执行脚本(disable\_tcp\_rst.sh, disable\_offloading.sh)，禁止协议栈的相应功能
     *  在 h2 上运行 TCP 协议栈的客户端模式 (./tcp\_stack client 10.0.0.1 10001)
        
         *  Client 发送文件 client-input.dat 给 server，server 将收到的数据存储到文件 server-output.dat
 *  使用 md5sum 比较两个文件是否完全相同
 *  使用 tcp\_stack.py 替换其中任意一端，对端都能正确收发数据

### 设计思路 ###

*  每个连接维护一个超时重传定时器
 *  定时器管理
    
     *  当发送一个带数据/SYN/FIN 的包，如果定时器是关闭的，则开启并设置时间为 200ms
     *  当 ACK 确认了部分数据，重启定时器，设置时间为 200ms
     *  当 ACK 确认了所有数据/SYN/FIN，关闭定时器
 *  触发定时器后
    
     *  重传第一个没有被对方连续确认的数据/SYN/FIN
     *  定时器时间翻倍，记录该数据包的重传次数
     *  当一个数据包重传 3 次，对方都没有确认，关闭该连接(RST)

#### 超时重传实现 ####

*  在 tcp\_sock 中维护定时器 `struct tcp_timer retrans_timer`。
 *  当开启定时器时，将 retrans\_timer 放到 timer\_list 中。
 *  关闭定时器时，将 retrans\_timer 从 timer\_list 中移除。
 *  定时器扫描，每 10ms 扫描一次定时器队列，重传定时器的值为 200ms \* 2^N。

##### `tcp_set_retrans_timer`、`tcp_update_retrans_timer`、tcp\_unset\_retrans\_timer 函数 #####

分别负责定时器的设置、更新以及删除。

##### `tcp_scan_retrans_timer_list` 函数 #####

该函数负责扫描符合条件的定时器，若超时，则判断是否需要重传。

### 结果验证 ###

由于实现简单重传机制非常耗时，此实验将传输文本大小缩短到了 500KB，另外为了验证本设计的鲁棒性，丢包率增大到了 10%。

本次实验的结果如下：

![在这里插入图片描述][0f5bdb05ef7141f98e6d3ae62ea0b234.png]

上图可知，可知本次实验结果符合预期，客户端发送的文件与服务器端接受的文件一致。

[0f5bdb05ef7141f98e6d3ae62ea0b234.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/722322cea4ff4957a17bd91420eeff6e.png