实验1通信协议原理实验.doc

实验1：通信协议原理实验【实验目的】要求实验者依靠通信模拟实验软件提供的传输服务，在其模拟的全双工bit流信道上设计一个通信协议，实现一段文本信息的传输过程。通过该实验体会并掌握通信过程中的一些设计问题和设计方法。【预备知识】1、网络体系结构及各层设计问题2、OSI参考模型【实验环境】1、分组实验，每组46人。2、拓扑：B方A方Ethernet3、设备：计算机2台。4、软件：通信模拟实验软件（）【实验原理】通信模拟软件在两台通过以太网连接的计算机之间模拟实现了一条二进制比特流的全双工传输信道，并为实验者提供二进制数据的收发窗口。1、通信模拟实验软件的功能（图1-1）l 在局域网内根据实验小组名建立全双工通信传输信道。l 传输二进制比特流，用“0101”比特流模拟信道空闲状态。l 软件默认设置2%的发送误码率和2%的接收误码率，相当于信道的误码情况。发送误码率和接收误码率均可以调整。l 软件的发送窗口一次只能填入250比特数据，相当于信道发送机的发送能力l 接收时如果提取数据速度太慢，会造成接收缓冲区溢出，相当于信道接收机的缓冲能力。l 软件的接收窗口一次只能显示250比特，相当于信道接收机的处理能力。l 软件执行窗口的底部提供本软件的执行状态信息，可辅助实验者了解信道和实验完成情况。图1-1 通信模拟软件的主界面2、通信模拟实验软件的使用方法1） 将一个小组分为两个半组，每半组使用一台计算机完成数据发送和接收实验。2） 同一小组的两个半组之间建立“信道”“信道”的建立可以通过组名方式建立：通信模拟实验软件在局域网上定时广播小组名称，并根据收到的其它站点的组名广播，判断是否找到了同一组的另一台计算机。具体过程如下：a）设置小组名称，同一小组的两个半组填入相同的组名，然后点击“组名确定”按钮。（图1-2）图1-2 通过组名建立连接过程：设置组名b）点击“组名确定”按钮后，“小组名”文本框和“组名确定”按钮失效；“重新取名”按钮生效，此时可以选择重新取名。（图1-3）图1-3 通过组名建立连接过程：组名确定c）如果实验者此时选择点击“重新取名”按钮，通信模拟实验软件会停止广播组名，并停止接收广播的判断；同时“小组名”文本框和“组名确定”按钮生效，让实验者重新输入组名，重新尝试建立小组。重新建立小组往往是因为在实验环境中出现多个小组取相同的名字，导致半组之间的通信关系不能正确建立。实验软件在发现有多个小组取相同的组名时会提示用户，并自动进入重新取名的状态。根据收到的组名广播，实验软件判断并记录同组成员的IP地址。获得同组实验成员的IP地址后，“开始实验”按钮生效。d）当实验软件通过检查组名广播，找到另外半组的计算机时，软件界面上的“开始实验”按钮将从失效状态转为有效状态，并在主界面的状态栏显示“小组已建立，可以开始实验”的信息。（图1-4）图1-4 通过组名建立连接过程：小组建立成功实验者可点击开始实验按钮，与对方建立连接。e）实验软件如果与对方成功建立连接，会弹出一个“Link Management”窗口，显示“Link set up”。表示两个半组之间的信道已经建立，可以尝试在这个信道上发送和接收数据了。（图1-5）图1-5 通过组名建立连接过程：信道建立成功点击该弹出窗口中的“确定”按钮后，实验软件主界面上的“开始实验”按钮失效，“重新取名”按钮改名为“停止实验”按钮，“发送数据”按钮和“提取数据”按钮生效，实验者可以开始发送和接收数据。3） 进行通信实验软件仅提供了一个二进制比特流的收/发信道，模拟物理层的功能，实验者需要在这个信道的基础上尝试传输一些数据。在传输过程中，他们将遇到数据出错后的差错处理问题、发送方发送过快而淹没接收方的问题等，实验者需要设计并使用差错处理机制和流量控制机制解决这些问题。学以致用，本实验和实验软件的魅力得以充分体现。a）发送数据实验者发送数据时，在发送窗口里填好发送数据bit流后，点击“发送数据”按钮发送。数据发送后自动从发送窗口消失。（图1-6）图1-6 发送数据窗口如果实验者在发送窗口内填入了额外的字符，实验软件将不予发送，并提示出错。（图1-7）图1-7 发送数据错误b）接收数据实验者每次点击“提取数据”按钮时，接收窗口中会出现接收到的二进制比特流。如果对方没有发送数据，接收窗口内是有规律的0101串，模拟信道收到的时钟信号。（图1-8）图1-8 接收数据窗口：没有收到数据收方收到数据时会在状态栏提示实验者，而对方发送的数据会夹在0101串中得到，接收方必须用事先商量好的帧同步方式从二进制比特流中识别出正确的一帧数据。（图1-9）图1-9 接收数据窗口：收到数据c）关于信道差错实验者可以通过实验软件主界面右下脚的“配置”按钮调整实验软件模拟的信道差错率，从0（无错）到100（一定有错），默认值为10。发送方的差错率是发送方发送这一帧时的出错概率；接收方的差错率是提取一个窗口数据时的出错概率。（图1-10）图1-10 信道差错率配置为简单起见，实验软件只模拟了单比特错，即如果一次发送出错，则在这一次发送的数据中某个比特出错。d）关于接收方被淹没接收方的接收缓冲区有限，大概相当于两个接收窗口左右的大小。实验者每点击一次“提取数据”按钮，会显示一个接收窗口的比特流，同时这些数据从接收缓冲区内被清除。所以当接收方点击“提取数据”按钮的速率较慢时（即模拟接收机处理速度较慢），发送方多次发送就很容易造成接收方缓冲溢出，实验软件并不提示缓冲区溢出，实验者需通过事先商量的流量控制机制发现并进行流量控制。4） 实验日志实验软件将实验者所有的动作，以及发送和接收的数据都记录在日志里。实验者完成实验后可以调取实验日志，重新复制实验过程，并从中找出实验失败的原因。实验日志文件名：。3、实验者在实验中的设计内容：l 小组成员之间需要协调各自的分工，如一个操作软件，一个编码，一个解码。l 小组讨论制定成帧方式，以便接收方正确解码。l 小组讨论制定帧校验方式和差错处理协议。l 小组讨论制定流量控制方法和流量控制协议。4、关于传输文字的编解码文字编码方式不是本实验的重点，增加这个环节主要是为了提升实验的趣味性，如果总是在传输一串不知所云的0、1比特流，这个实验就显得非常枯燥和乏味了。所以编码的方式由实验者自行选取或制定，尽量简单、有效。使用鼠标右键，可以得到两个便于编码和解码的工具软件，编码（）是将不断输入的十进制或十六进制数变成连续的二进制流，而解码（）则将连续二进制流还原成一个个十进制或十六进制数，实验者可以根据需要选择使用。【实验步骤】（2学时）1、组织实验小组成员进行实验分工。将小组成员及其分工记录在“实验报告”中。2、根据通信模拟软件提供的传输服务，设计一个通信协议，并在“实验报告”中简要描述该协议内容，包括数据的表示方法、传送格式和通信的时序交互图。3、使用通信模拟软件实现一次通信过程：采用所设计的通信协议，发送方将一段文字发送给接收方。在“实验记录”中记录本次通信过程：l 发送方：将实验文字表示成在发送窗口要发送的文字内容；点击“发送数据”的次数；点击发