计算机网络课程设计(模拟Ethernet结点的数据发送流程).doc

计算机网络课程设计报告系 别： 信息科学与技术系 专业班级： 学生姓名： 指导教师： （课程设计时间：2009年6月22日2009年6月26日）前言局域网技术的发展非常迅速，在企业、机关、学校的信息管理与服务领域得到广泛的应用。在早期，人们将局域网归为一种数据通信网络。随着局域网体系结构和协议标准研究的进展、操作系统的发展以及光纤技术的引入，局域网技术得到了快速发展。目前，应用最广泛的局域网是总线型局域网，即以太网（Ethernet）。总线型局域网的核心技术是随机争用型介质访问控制方法，即带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD,Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）方法。CSMA/CD方法用来解决多个结点共享公用总线的问题。在Ethernet中，任何结点都没有可预约的发送时间，这种介质访问控制属于随机争用型方法。学习Ethernet技术对深入掌握局域网知识是非常重要的。本课程设计的目的是模拟Ethernet帧的发送过程，熟悉Ethernet帧的数据发送流程，即CSMA/CD工作流程。 目 录一、课程设计目的和意义4二、课程设计题目描述和要求4三、实验报告内容5（一）相关知识5（二）课程设计分析61.设计中的重点及难点62.核心代码63.程序流程7四、总结12一、课程设计目的和意义局域网技术发展十分迅速，目前已在企业、机关、学校的信息管理与信息服务领域中得到了广泛的应用。在早期，人们将局域网归为一种数据通信网络。随着局域网体系结构和协议标准研究的进展、操作系统的发展以及光纤技术的引入，局域网技术得到了快速发展。目前Ethernet是应用最广泛的局域网。因此，学习Ethernet技术对深入掌握局域网知识是非常重要的。本课程设计的目的是模拟Ethernet帧的发送过程，熟悉Ethernet帧的数据发送流程，即CSMA/CD工作流程。二、课程设计题目描述和要求题目：编写程序模拟Ethernet结点的数据发送流程设计要求：（1）用两个线程a，b来模拟Ethernet上的两台主机。（2）用一个双字类型变量Bus来模拟总线（将其初始化为“/0”，并且总线等于“/0”时表示总线空闲）。（3）两个子线程向总线发送自己的数据。数据用该线程的线程信号进行模拟，发送数据用线程号和Bus的“或”操作进行模拟（即Bus=Bus|ID，ID为该线程的线程号）。（4）每台主机须向总线成功发送10次数据，如果其中某次数据发送失败，则该线程结束。（5）发送流程须遵循CSMA/CD。随机延迟算法中的冲突窗口取0.005。在数据发送成功（即Bus=ID）后，报告“ID send success”，产生冲突（即Bus！=ID）后，报告“ID send collision”，发送失败（即冲突计数器值为0）后报告“ID send failure”。随着主机发送成功次数的增加，报告其已发送成功的次数，如“主机A发送成功次数=3”。 三、实验报告内容（一）相关知识Ethernet的核心技术是随机争用型介质访问方法，即带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法。1. Ethernet帧的发送流程1）载波侦听过程。Ethernet中每个结点利用总线发送数据，总线是每个结点共享的公共传输介质。所以结点在发送一个帧前，必须侦听总线是否空闲。由于Ethernet的数据采用曼彻斯特编码方式，所以可以通过判断总线电平是否跳变来确定总线是否空闲。若总线空闲，就可以启动发送，否则继续侦听。2）冲突检测。在数据发送过程中，可能会产生冲突（冲突是指总线上同时出现两个或两个以上的发送信号，他们叠加后的信号波形与任何发送结点的输出波形都不相同）。因为可能有多个主机都在侦听总线，当它们侦听到总线空闲时，就会往总线上发送数据。所以在发送数据的过程中，也应该进行冲突检测，只要发现冲突就应该立即停止发送数据。3）随即延迟后重发。在检测到冲突、停止发送后，结点进行随机延迟后重发。若发16次后还没成功，则宣告发送失败，取消该帧的发送。随机延迟的算法一般采用截断的二进制指数退避算法。当出现线路冲突时，如果冲突的各站点都采用同样的退避间隔时间，则很容易产生二次、三次的碰撞。因此，要求各个站点的退避间隔时间具有差异性。这要求通过退避算法来实现。当一个站点发现线路忙时，要等待一个延时时间M，然后再进行侦听工作。延时时间M由以下算法决定：M=2k*R*a。其中a为冲突窗口值（冲突窗口为总线最大长度和电磁波在介质中传播速度比值的2倍），R为随机数，k的取值为k=min（n,16）,n为该帧已被发送的次数。图1给出了Ethernet帧的发送流程。2 Ethernet帧的接收流程帧的接收流程大致可以分为以下三个步骤：1）检查是否发生冲突，若发生冲突，则丢弃该帧；若没有冲突，进入下一步。2）检查该帧的目的地址看是否可以接收该帧，若可以接收，则进入下一步。3）检查CRC检验和LLC数据长度。若都正确，接受该帧，否则丢弃。 图1 Ethernet帧的发送流程YNYY发送帧装配帧总线忙启动发送冲突？发送完成？发送成功冲突加强冲突次数加1等待后退延迟时间计算后退延迟发送失败冲突次数16?YNNN（二）课程设计分析1.设计中的重点及难点1）模拟冲突过程，在这个程序中不要使用任何线程同步机制。2）若程序中不能模拟出冲突，可以在某些地方加入延时。2.核心代码int i=0; /发送成功次数int CollisionCounter=16; /冲突计数器初始值为16double CollisionWindow=0.005; /冲突窗口值取值0.005int randNum=rand()%3; /随机数loop: if(Bus=0) /总线空闲 Bus=Bus|ID1; /模拟发送包 Sleep(12); if (Bus=ID1) /无冲突 printf(%d Send Successnn,ID1); /发送成功 Bus=0; /内存清零 CollisionCounter=16; /复原冲突计数器 Sleep(rand()%10); /随即延时 i+; printf(主机a发送成功次数=%dnn,i); if(i0) /随即延迟重发，延迟算法用截断的二进制指数退避算法 Sleep(randNum*(int)pow(2,(CollisionCounter10)?10: CollisionCounter)*CollisionWindow); goto loop; /下一次尝试发送 else printf(%d Send Failurenn, ID1 ); else /总线忙 goto loop; /继续载波侦听 return 0;3.程序流程图2 主程序流程图开始启动线程A启动线程B结束（三）完整程序/注意：编译时需设置工程属性（菜单中工程设置使用MFC作为静态链接库）#include cmath /#include afxwin.h /#include /#include /CWinThread * thread1, * thread2; /定义2个线程对象，分别代表a，bDWORD ID1, ID2, Bus = 0; /2线程ID，总线标志UINT aThread(LPVOID pParam); /线程a，代表主机aUINT bThread(LPVOID pParam); /线程b，代表主机busing namespace std;int main(int argc, char* argv, char * envp)int nRetCode = 0;thread1 = :AfxBeginThread(aThread, NULL); /启动线程aID1 = thread1-m_nThreadID;thread2 = :AfxBeginThread(bThread, NULL); /启动线程bID2 = thread2-m_nThreadID;getch(); /主线程等待，按任意键退出程序return nRetCode;UINT aThread(LPVOID pParam)int i=0; /发送成功次数int CollisionCounter=2; /冲突计数器初始值为16double CollisionWindow=0.000001; /冲突窗口值取值0.005int randNum=rand()%3; /随机数while(1)if(Bus=0) /总线空闲Bus=Bus|ID1; /模拟发送包Sleep(12); if (Bus=ID1) /无冲突 printf(%d Send Successnn,ID1); /发送成功 Bus=0; /内存清零 CollisionCounter=2; /复原冲突计数器 Sleep(rand()%10); /随即延时 i+; printf(主机a发送成功次数=%dnn,i); if(i=10) break;/发送次数不够10次，开始下一次发送 elseprintf(%d Send Collisionnn,ID1); /发生冲突 CollisionCounter-; /冲突次数加1 Bus=0; /冲突加强 停止发送数据 等待下面延时if(CollisionCounter0) /随即延迟重发，延迟算法用截断的二进制指数退避算法Sleep(randNum*(int)pow(2,(CollisionCounter10)?10: CollisionCounter)*CollisionWindow); continue; /下一次尝试发送elseprintf(%d Send Failurenn,ID1); Return 0;UINT bThread(LPVOID pParam)int i=0; /发送成功次数int CollisionCounter=16; /冲突计数器初始值为16double CollisionWindow=0.005; /冲突窗口值取值0.005int randNum=rand()%3; /随机数while(1)if(Bus=0) /总线空闲 Bus=Bus|ID2; /模拟发送包Sleep(12); if (Bus=ID2) /无冲突Sleep(rand()%10); printf(%d Send Successnn,ID2); /发送成功 Bus=0; /内存清零 CollisionCounter=16; /复原冲突计数器 Sleep(rand()%10); /随即延时 i+; printf(主机b发送成功次数=%dnn,i); if(i=10) break;/发送次数不够10次，开始下一次发送 elseprintf(%d Send Collisionnn,ID2); /发生冲突 CollisionCounter-; /冲突次数加1 Bus=0; /冲突加强 停止发送数据 等待下面延时if(CollisionCounter0) /随即延迟重发，延迟算法用截断的二进制指数退避算法Sleep(randNum*(int)pow(2,(CollisionCounter10)?10: CollisionCounter)*CollisionWindow); continue; /下一次尝试发送elseprintf