li-jinsong/gbn-sr-protocol

基于 UDP 的 GBN + SR 可靠文件传输协议，支持双向传输和所有文件类型

GBN-SR-Protocol

参照 XJTU计网实验 要求完成

基于 UDP 的 GBN + SR 可靠文件传输协议：

• 支持公网上双向传输（客户端可以上传文件到服务端，也可以从服务端下载文件）；
• 支持所有文件类型任（文本，图片，pdf，视频等）；
• 支持通过命令行参数来调整窗口长度N和超时时间TO；
• 支持丢包率，传输速率等参数统计。

1 协议设计

本报文的协议头主要由六部分组成：

1. 报文序号（seqnum）：8位整型，代表该报文的序号
2. 确认序号（acknum）：8位整型，代表要确认的报文的序号。
3. 窗口大小（win）：3位整型，代表最多可以发送的未确认的报文的数量。
4. 标志位：SR为1代表使用选择重传机制；GBN为1代表使用退回N帧协议；ACK为1代表该报文的应答报文序号（acknum）有效；FIN为1代表该报文为文件传输结束报文。
5. 数据长度（Len）: 4位整型，代表数据的长度。
6. 重传时间（TO）：4位整型，单位毫秒。
7. 数据部分（data）: 协议头之后位数据部分，即要传输的文件的内容（以比特形式存储）。

该协议是UDP的上层协议，因此外层用UDP报文封装。

2 代码说明

当前ip均为localhost，需要自行更改来绑定自己的ip。 更改传输的文件时，需要相应的改变程序中的文件列表的初始值。

2.1 GBN设计

2.1.1 发送端

1. 初始化发送窗口和确认窗口。发送窗口和确认窗口的大小为N，N为窗口的大小。
2. 发送方等待上层应用程序传来待发送的数据，将待发送的数据放入发送窗口，并将发送窗口内的数据依次发送出去。
3. 发送方同时开启一个定时器，等待确认。
4. 接收到对应的确认消息后，发送方将对应的确认消息标记为已确认，将发送窗口向前移动一位，然后将新的一位添加到发送窗口的末尾，重复步骤2。
5. 如果超时未收到对应的确认消息，则发送方重发发送窗口内的所有未确认的消息，重复步骤3。

2.1.2 接收端

1. 初始化接收窗口和期望收到的序号。接收窗口和期望收到的序号的大小为N，N为窗口的大小。
2. 接收方不断等待接收到数据。当接收到数据时，将其与期望收到的序号比较，如果相同则将数据发送到上层应用程序，并向发送方发送确认消息；如果不同则向发送方发送期望收到的序号，等待发送方重发。
3. 接收方等待确认消息。如果接收到了对应的确认消息，则将期望收到的序号加1，重复步骤2；如果未接收到确认消息，则等待超时并重复步骤2。

2.2 SR设计

2.2.1 发送端

1. 初始化：窗口大小 N，初始为 1，初始序号 base = 0，下一待发送序号 next_seqnum = 0。对于每个分组，添加一个计时器，超时时间为定值，用于重传从上层获取数据，放入发送缓冲区，等待发送 将窗口内的第一个分组发送，计时器启动。
2. 发送：发送窗口内的所有未确认分组，等待 ACK 应答，等待 ACK 应答的过程中，如果出现超时，则重传窗口内所有未确认分组，并重新计时
3. 接收 ACK 应答：当收到一个 ACK 应答时，检查它的序号。如果序号小于 base，则丢弃 ACK 应答；如果序号在窗口内，则更新计时器，将分组标记为已确认；如果序号等于 base，则滑动窗口，更新 base 和下一待发送序号 next_seqnum，并启动新的计时器；如果序号大于 base，则说明窗口之外的分组已经被确认，直接更新缓存。

2.2.2 接收端

1. 初始化：窗口大小 N，初始为 1，初始期望收到的序号为 0 初始化接收缓冲区和发送 ACK 序号。
2. 接收数据：当收到一个数据包时，检查它的序号，如果序号小于期望收到的序号，则丢弃数据包；如果序号等于期望收到的序号，则将数据包保存到接收缓冲区，将期望收到的序号增加1；如果序号大于期望收到的序号，则保存到缓存，发送 ACK 应答。
3. 发送 ACK 应答：发送缓存中未发送的 ACK 应答，如果缓存中的 ACK 应答数量达到窗口大小 N 或者达到序号上限，则发送一次 ACK 应答。

2.3 文件读取并封装成包

使用python中的open函数以比特的格式读取文件，再根据设置的数据长度将其封装成一个类的实例，该类的成员包括上述协议的协议头部分和data。再将这些实例依此加入packets列表。列表中的每一个元组即为要发送的报文的数据结构，在发送时再将它们转为字符后编码为比特。

2.4 下载和上传文件

用户输入所用协议类型（GBN或SR），窗口大小等参数，然后选择模式（上传文件或下载文件），再选择要上传或下载文件的文件名。上传和下载的过程类似，下面以客户端下载文件为例介绍。 服务器接收到用户的请求后，读取文件并将文件数据打包成多个packets。随后，服务端开始传输，同时接收客户端发送的ACK报文。根据不同的协议选择，服务端依此发送packets列表中的报文，并依据客户端的应答报文的ACK序号更新窗口。完成传输后，服务端会发送一个FIN=1的报文，客户端接收到后会结束文件写入。然后客户端可以继续选择模式（上传或下载）并重复上述的收发过程。