基于C语言实现的网络传输机制-支持 TCP 可靠数据传输

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：

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。