計算機網(wǎng)絡課程設計---模擬ethernet幀的發(fā)送過程

1、<p><b>　　課 程 設 計</b></p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　題目二: 模擬Ethernet幀的發(fā)送過程 </p><p><b>　　初始條件：</b></p&

2、gt;<p><b>　?。?）學習相關知識</b></p><p>　　（2）C/C++/VC/VB/JAVA語言</p><p><b>　?。?）PC機一臺</b></p><p>　　要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）</p><p&

3、gt;　　編寫程序模擬Ethernet節(jié)點的數(shù)據(jù)發(fā)送流程。具體要求：</p><p>　　1）用兩個線程a和b來模擬Ethernet上的兩臺主機。</p><p>　　2）用一個雙字類型變量Bus來模擬總線（將其初始化為“\0”，并且總線等于“\0”時表示總線空閑）。</p><p>　　3）兩個子線程向總線發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)用該線程的線程號進行模擬，發(fā)送數(shù)據(jù)用線

4、程號和Bus的“或”操作進行模擬（即Bus＝Bus|ID，ID為該線程的線程號）。</p><p>　　4）每臺主機需向總線上成功發(fā)送10次數(shù)據(jù)，如果其中某次數(shù)據(jù)發(fā)送失敗，則該線程結束。</p><p>　　5）發(fā)送流程必須遵循CSMA/CD。隨即延遲算法中的沖突窗口取0.005。在數(shù)據(jù)發(fā)送成功（即Bus＝＝ID）后，報告“ID send success”，產(chǎn)生沖突（即Bus?。絀D）后報

5、告“ID send conllision”，發(fā)送失敗（即沖突計數(shù)值為0）后報告“ID send failure”。隨著主機發(fā)送成功次數(shù)增加，報告其已發(fā)送成功的次數(shù)，如“主機A發(fā)送成功數(shù)＝3”。</p><p><b>　　時間安排：</b></p><p>　　第一、二天：查閱資料，學習算法</p><p>　　第三、四天：編程調(diào)試</p

6、><p><b>　　第五天：書寫報告</b></p><p>　　指導教師簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p&g

7、t;<p>　　1.課程設計概述1</p><p>　　2.以太網(wǎng)的CSMA/CD協(xié)議1</p><p>　　2.1 Ethernet幀的發(fā)送流程1</p><p>　　2.2 Ethernet幀的接收流程2</p><p>　　2.3截斷二進制指數(shù)退避算法2</p><p>　　2.4 Eth

8、ernet幀的發(fā)送流程圖3</p><p>　　3系統(tǒng)平臺、語言和工具3</p><p><b>　　4.設計思想4</b></p><p><b>　　5.完整代碼4</b></p><p><b>　　6.結果截圖9</b></p><p>

9、;　　7.課程設計總結10</p><p>　　本科生課程設計成績評定表11</p><p><b>　　1.課程設計概述</b></p><p>　　局域網(wǎng)技術的發(fā)展非常迅速，在企業(yè)、機關、學校的信息管理與服務領域得到廣泛的應用。在早期，人們將局域網(wǎng)歸為一種數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡。隨著局域網(wǎng)體系結構和協(xié)議標準研究的進展、操作系統(tǒng)的發(fā)展以及光纖技術的

10、引入，局域網(wǎng)技術得到了快速發(fā)展。</p><p>　　目前，應用最廣泛的局域網(wǎng)是總線型局域網(wǎng)，即以太網(wǎng)（Ethernet）?？偩€型局域網(wǎng)的核心技術是隨機爭用型介質訪問控制方法，即帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD,Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）方法。</p><p>　　CSMA/CD方法用來解決多

11、個結點共享公用總線的問題。在Ethernet中，任何結點都沒有可預約的發(fā)送時間，這種介質訪問控制屬于隨機爭用型方法。</p><p>　　學習Ethernet技術對深入掌握局域網(wǎng)知識是非常重要的。本課程設計的目的是模擬Ethernet幀的發(fā)送過程，熟悉Ethernet幀的數(shù)據(jù)發(fā)送流程，即CSMA/CD工作流程。</p><p>　　2.以太網(wǎng)的CSMA/CD協(xié)議</p>&l

12、t;p>　　以太網(wǎng)總線上只要有一臺計算機在發(fā)生數(shù)據(jù)，總線傳輸資源就被占用，因此，在同一時間只能允許一臺計算機在發(fā)生數(shù)據(jù)。Ethernet的核心技術是隨機爭用型介質訪問方法，即帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）方法。</p><p>　　2.1 Ethernet幀的發(fā)送流程</p><p>　　1）載波偵聽過程。Ethernet中每個結點利用總線發(fā)送數(shù)據(jù)，總線是每個結點共

13、享的公共傳輸介質。所以結點在發(fā)送一個幀前，必須偵聽總線是否空閑。由于Ethernet的數(shù)據(jù)采用曼徹斯特編碼方式，所以可以通過判斷總線電平是否跳變來確定總線是否空閑。若總線空閑，就可以啟動發(fā)送，否則繼續(xù)偵聽。</p><p>　　2）沖突檢測。在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，可能會產(chǎn)生沖突（沖突是指總線上同時出現(xiàn)兩個或兩個以上的發(fā)送信號，他們疊加后的信號波形與任何發(fā)送結點的輸出波形都不相同）。因為可能有多個主機都在偵聽總線，當它

14、們偵聽到總線空閑時，就會往總線上發(fā)送數(shù)據(jù)。所以在發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中，也應該進行沖突檢測，只要發(fā)現(xiàn)沖突就應該立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　發(fā)生碰撞</b></p><p>　　3）隨即延遲后重發(fā)。在檢測到?jīng)_突、停止發(fā)送后，結點進行隨機延遲后重發(fā)。若發(fā)16次后還沒成功，則宣告發(fā)送失敗，取消該幀的發(fā)送。隨機延遲的算法一般采用截斷二進制指數(shù)退避算法。</

15、p><p>　　2.2 Ethernet幀的接收流程</p><p>　　幀的接收流程大致可以分為以下三個步驟：</p><p>　　1）檢查是否發(fā)生沖突，若發(fā)生沖突，則丟棄該幀；若沒有沖突，進入下一步。</p><p>　　2）檢查該幀的目的地址看是否可以接收該幀，若可以接收，則進入下一步。</p><p>　　檢查CR

16、C檢驗和LLC數(shù)據(jù)長度。若都正確，接受該幀，否則丟棄。</p><p>　　2.3截斷二進制指數(shù)退避算法</p><p>　　當出現(xiàn)線路沖突時，如果沖突的各站點都采用同樣的退避間隔時間，則很容易產(chǎn)生二次、三次的碰撞。因此，要求各個站點的退避間隔時間具有差異性。這要求通過退避算法來實現(xiàn)。該算法讓發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，不是等待信道變?yōu)榭臻e后就立即發(fā)生數(shù)據(jù)，而是推遲（即退避）一個隨機的時

17、間T，才開始監(jiān)聽總線，等總線空閑再重傳。令k=Min【重傳次數(shù)，10】，然后從整數(shù)集合{0,1,……,2^k-1}中隨機取出一個數(shù)，記為R，則重傳等待時間T=R*A，A為沖突窗口值（沖突窗口為總線最大長度和電磁波在介質中傳播速度比值的2倍），也叫爭用期，因此T為R倍的爭用期。這樣做的好處是當連續(xù)發(fā)生多次沖突，就表明可能有較多的站參與爭用信道，使用該算法可以使推遲的平均時間隨重傳次數(shù)增大而增大（動態(tài)退避），因而減小發(fā)生碰撞的概率，有利于整

18、個系統(tǒng)的穩(wěn)定。</p><p>　　2.4 Ethernet幀的發(fā)送流程圖</p><p>　　3系統(tǒng)平臺、語言和工具</p><p>　　系統(tǒng)：Windows</p><p><b>　　語言：C++</b></p><p><b>　　工具：VC 6.0</b></

19、p><p><b>　　4.設計思想</b></p><p>　　從主程序啟動2個線程（A和B）來模擬兩臺主機發(fā)送數(shù)據(jù)（線程本身的ID號）。使用一個線程計數(shù)器Count=0，啟動一個線程時加1，某個線程退出時減1，主線程啟動2個線程后循環(huán)等待，直到Count==0時（即2個線程都退出）主線程結束，退出程序。</p><p><b>　　主

20、線程流程圖：</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y </b></p><p>　　2個線程函數(shù)ThreadFunc_A()和ThreadFunc_B()的函數(shù)體很相似，2個線程同時循環(huán)監(jiān)聽總線Bus，Bus=0時開始發(fā)送數(shù)據(jù)，若經(jīng)過一個爭用期（0.005s）未發(fā)

21、現(xiàn)沖突，則表明發(fā)送數(shù)據(jù)成功，若檢測到?jīng)_突，則停止發(fā)送，隨機退避一個時間重新監(jiān)聽總線并發(fā)送數(shù)據(jù)（截斷二進制指數(shù)退避算法）。相關代碼：Sleep(rand()%(int)pow(2,m)*CMPED)。若16次都發(fā)送不成功，則報告發(fā)送失敗并中止線程，線程計數(shù)器減1。若10次數(shù)據(jù)發(fā)送成功，則線程正常結束，線程計數(shù)器減1。</p><p><b>　　5.完整代碼</b></p>&l

22、t;p>　　#include <iostream.h></p><p>　　#include<Windows.h></p><p>　　#include<time.h></p><p>　　#include<math.h></p><p>　　#define CMPED 5//爭用期<

23、;/p><p>　　DWORD ThreadID_A,ThreadID_B; //線程ID，線程向總線發(fā)送的數(shù)據(jù)</p><p>　　HANDLE hThreadID_A,hThreadID_B;</p><p>　　DWORD Count=2; //線程計數(shù)器</p><p>　　DWORD Bus=0; //總線</p><

24、;p><b>　　//線程A</b></p><p>　　DWORD WINAPI ThreadFunc_A()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i=1;</b></p><p>　　DWORD t1,t2,k,m;</p

25、><p>　　while(i<=10)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　k=0;//重傳次數(shù)</p><p><b>　　do </b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　w

26、hile(Bus);</p><p>　　Bus=Bus|ThreadID_A;</p><p>　　t1=GetTickCount();</p><p>　　while((t2=GetTickCount())-t1<=CMPED)</p><p><b>　　{</b></p><p>　

27、　if(Bus!=ThreadID_A)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　SuspendThread(hThreadID_B);</p><p>　　cout<<"ID send collision!"<<endl;</p><p>　　Resume

28、Thread(hThreadID_B);</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(t2-t1>CMPED)</p><p><

29、;b>　　{</b></p><p>　　cout<<"ID send success 主機A發(fā)送成功次數(shù)="<<i<<endl;</p><p><b>　　Bus=0;</b></p><p><b>　　break;</b></p>

30、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　Bus=0;</b></p><p><b>　　k++;</b><

31、/p><p><b>　　if(k==16)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　SuspendThread(hThreadID_B);</p><p>　　cout<<"ID send failure! 主機A停止發(fā)送數(shù)據(jù)。"<&l

32、t;endl;</p><p>　　ResumeThread(hThreadID_B);</p><p><b>　　Count--;</b></p><p>　　ExitThread(0);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　m=k>10?1

33、0:k;</p><p>　　//截斷二進制指數(shù)退避算法</p><p>　　Sleep(rand()%(int)pow(2,m)*CMPED);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　}while(1);</p><p><b>　　i++;</b&g

34、t;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　Count--;</b></p><p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　

35、　//線程B</b></p><p>　　DWORD WINAPI ThreadFunc_B()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i=1;</b></p><p>　　DWORD t1,t2,k,m;</p><p>　

36、　while(i<=10)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　k=0; //重傳次數(shù)</p><p><b>　　do </b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(Bus);</

37、p><p>　　Bus=Bus|ThreadID_B;</p><p>　　t1=GetTickCount();</p><p>　　while((t2=GetTickCount())-t1<=CMPED)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(Bus!=Thread

38、ID_B)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　SuspendThread(hThreadID_A);</p><p>　　cout<<"ID send collision!"<<endl;</p><p>　　ResumeThread(hThreadI

39、D_A);</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(t2-t1>CMPED)</p><p><b>　　{</b

40、></p><p>　　cout<<"ID send success 主機B發(fā)送成功次數(shù)="<<i<<endl;</p><p><b>　　Bus=0;</b></p><p><b>　　break;</b></p><p><

41、b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　Bus=0;</b></p><p><b>　　k++;</b></p><p&g

42、t;<b>　　if(k==16)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　SuspendThread(hThreadID_A);</p><p>　　cout<<"ID send failure! 主機B停止發(fā)送數(shù)據(jù)。"<<endl;</p&g

43、t;<p>　　ResumeThread(hThreadID_A);</p><p><b>　　Count--;</b></p><p>　　ExitThread(0);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　m=k>10?10:k;</p>

44、<p>　　//截斷二進制指數(shù)退避算法</p><p>　　Sleep(rand()%(int)pow(2,m)*CMPED);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　}while(1);</p><p><b>　　i++;</b></p>

45、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　Count--;</b></p><p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　int main()</p>

46、<p><b>　　{</b></p><p>　　srand((unsigned)time(NULL));//初始化隨機數(shù)種子</p><p><b>　　do </b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　hThreadID_A=Creat

47、eThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc_A,</p><p>　　NULL,0,&ThreadID_A);</p><p>　　}while(hThreadID_A==NULL);</p><p><b>　　do </b></p><p><b&

48、gt;　　{</b></p><p>　　hThreadID_B=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc_B,</p><p>　　NULL,0,&ThreadID_B);</p><p>　　}while(hThreadID_B==NULL);</p><

49、p>　　while(Count);</p><p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　6.結果截圖</b></p><p>　　運行結果1 運行結果

50、2</p><p><b>　　分析：</b></p><p>　　由于采用的是隨機退避算法，因此每次運行的結果顯然是不同的。當發(fā)生沖突時，使用隨機動態(tài)退避可以使推遲的平均時間隨重傳次數(shù)增大而增大，并由于隨機數(shù)的作用使得每個站點推遲的時間不一樣，因而減小發(fā)生碰撞的概率，有利于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定。</p><p><b>　　7.課程設計

51、總結</b></p><p>　　經(jīng)過一個星期對計算機網(wǎng)絡課程設計的學習和上機實際操作，我熟悉了Ethernet幀的發(fā)送過程及數(shù)據(jù)發(fā)送流程。對CSMA/CD協(xié)議理解更加透徹，明白了以太網(wǎng)幀的發(fā)送原理。在網(wǎng)絡體系結構中每一層都發(fā)揮著重要的作用，各司其職，每一層所用的協(xié)議都是以后網(wǎng)絡學習深入研究的對象。這次的課程設計幫我深刻理解了數(shù)據(jù)鏈路層中以太網(wǎng)幀的發(fā)送過程，為我以后的網(wǎng)絡學習打下了基礎，感覺提高了許多

52、，受益匪淺。</p><p>　　在這個星期的學習實踐中，有過成功的欣喜，也有出現(xiàn)問題的焦躁，然而當一個個問題通過看書查找，詢問老師、同學，慢慢解決后，也有了從未有過的自豪與驕傲。困難固然可怕，但冷靜下來，撇開焦躁的情緒，各個擊破，會出現(xiàn)柳暗花明那一刻。</p><p>　　另外，我深知任何一門知識的掌握，僅靠學習理論知識是遠遠不夠的，要與實際動手操作相結合才能達到功效，實踐是檢驗真理的標

53、準，也是檢驗學習的標準，學以致用，才是真正的學到了家。課程設計順利的完成了，不但對專業(yè)知識有了更深的理解，更使自己認識到實踐的重要性，理論、實踐相結合才能達到很好的學習效果，多寫代碼多熟練和鞏固學到的語言和編程技巧，能達到事半功倍的效果。</p><p>　　本科生課程設計成績評定表</p><p>　　班級：軟件0901　 姓名：唐詩瑋 學號：0120910680107</p&g

54、t;<p>　　注：最終成績以五級分制記。優(yōu)（90-100分）、良（80-89分）、中（70-79分）、</p><p>　　及格（60-69分）、60分以下為不及格</p><p><b>　　指導教師簽名：</b></p><p><b>　　201 年　月　日</b></p><p&