reliable file transfer udp

UDP موثوق

يتضمن بروتوكولا النقل المستخدمان لنقل الملفات: TCP وUDP. UDP هو بروتوكول غير موثوق به بينما يوفر TCP الموثوقية والتحكم في التدفق والتحكم في الازدحام، ولكنه يحتوي على مرحلة إنشاء اتصال واضحة، والتي قد لا تجدها بعض التطبيقات مرغوبة. الهدف من هذا المشروع هو تصميم وتنفيذ تطبيق نقل الملفات الذي يحتوي على جميع الميزات الجيدة لـ TCP دون مرحلة إنشاء الاتصال.

سمات

تصميم تنسيق الرأس

يستخدم خادم UDP والعميل تنسيق الرأس التالي:

• رقم التسلسل: هذا هو الرقم التسلسلي المكون من 32 بت للمقطع الذي سيتم إرساله.
• رقم الإقرار: هذا هو رقم الإقرار المكون من 32 بت للمقطع الذي تم استلامه بشكل صحيح.
• علامة Ack: هذه هي علامة Ack ذات 8 بت والتي يتم تعيينها على 1 عند إرسال إقرار وتعيينها على 0 عند إرسال البيانات.
• البيانات: هذا حقل بيانات بحجم 1450 بايت يُستخدم لتخزين بيانات الملف. لا يُستخدم هذا الحقل في حالة إرسال إقرار بالاستلام.

خوارزمية النافذة المنزلقة

يتلقى الخادم طلب الملف من العميل. فهو يستخرج اسم الملف من الطلب ويحصل على محتوى الملف في المخزن المؤقت. ثم يقوم بتقسيم الملف إلى أجزاء بحجم 1450 بايت كما يدعمها الرأس.

هناك نوعان من أحجام النوافذ التي يجب أخذها في الاعتبار:

1. نافذة الازدحام: عدد البايتات التي يمكن للخادم إرسالها دون ازدحام أجهزة التوجيه في منتصف مسار الشبكة.
2. النافذة المعلن عنها: عدد البايتات التي يمكن للعميل تلقيها دون الحاجة إلى إرسال إقرار. يتم تحديده دون اتصال بين الخادم والعميل ويتم قبوله كوسيطة سطر الأوامر في هذا المشروع.

يبدأ الخادم في إرسال مقاطع الملف حتى الحد الأدنى لحجم نافذة الازدحام وحجم النافذة المعلن عنها. بعد إرسال جميع المقاطع في نافذة، ينتظر تلقي إقرار. عند تلقي إقرار لرقم تسلسل أقل من رقم التسلسل التالي الذي سيتم إرساله، فهذا يعني أنه لم يتم استلام بعض المقاطع السابقة بشكل صحيح ويقبل الخادم الإقرارات الثلاثة المكررة من العميل. ثم يقوم بعد ذلك بتعيين رقم التسلسل التالي بناءً على الإقرار المستلم. بعد تلقي الإقرار التراكمي، يستمر في إرسال المقاطع في النافذة التالية. عند تلقي إقرارات مكررة، سيبدأ الخادم في إرسال المقاطع من الحزمة التي لم يتم استلامها بشكل صحيح.

إعادة الإرسال التكيفي

تم تنفيذ خوارزمية جاكوبسون/كاريل لتقدير وقت الرحلة ذهابًا وإيابًا (RTT) للحزم التي سيتم استلامها من قبل العميل والإشعار الذي يتلقاه الخادم. إذا لم يحصل الخادم على إقرار خلال RTT، فسوف يعيد إرسال تلك الحزم مرة أخرى.

الكود الزائف:

 Estimated_RTT = (1-α) Estimated RTT + (α) Sample_RTT
In the original TCP Specification, α=.0125

Jacobson/Karels included a variation component to the calculation for the Estimated_RTT
Estimated_RTT = Estimated_RTT + δ (Sample_RTT-Estimated_RTT) 
Deviation = Deviation + δ (|Sample_RTT- Estimated_RTT|- Deviation) 
Timeout = μ * Estimated_RTT + φ * Deviation
Typically φ=4, μ = 1, δ is between 0 and 1

السيطرة على الازدحام

يبدأ الخادم بإرسال مقطع واحد. ثم تتبع مرحلتين للتحكم في الازدحام:

1. البداية البطيئة: يتم زيادة حجم المقطع بشكل كبير حتى يتم التعرف عليه بشكل صحيح من قبل جهاز الاستقبال خلال المهلة الزمنية ويكون حجم نافذة الازدحام أقل من ssthresh الذي تم ضبطه على 64000 بايت.

2. تجنب الازدحام: عندما يصبح حجم نافذة الازدحام أكبر من أو يساوي ssthresh، يتم زيادة حجم نافذة الازدحام خطيًا بمقدار مقطع واحد.

المهلة: يتم حسابها باستخدام خوارزمية جاكوبسون/كاريل المذكورة أعلاه. عند انتهاء المهلة، يتم تعيين ssthresh على نصف قيمة نافذة الازدحام ويتم إعادة تعيين نافذة الازدحام إلى حجم مقطع واحد.

تشغيل الكود

إنشاء وتكوين الأجهزة الافتراضية

 vagrant up

سيؤدي هذا إلى تشغيل كل من أجهزة الخادم والعميل

SSH في الأجهزة الافتراضية

 vagrant ssh reliableUDPServer
vagrant ssh reliableUDPClient

ترجمة التعليمات البرمجية

 make

لتشغيل خادم UDP موثوق:

./Server port advertised_window

يقبل الخادم وسيطات سطر الأوامر التالية:

المنفذ: رقم المنفذ الذي سيتم استخدامه للاتصال

المعلن عنها: عدد وحدات البايت المسموح للخادم بإرسالها قبل انتظار الإقرار

لتشغيل عميل UDP موثوق:

./Client server_host_name port file_name advertised_window

يقبل العميل وسيطات سطر الأوامر التالية:

المنفذ والنافذة المُعلن عنها: نفس المنفذ الخاص بالخادم

server_host_name: اسم المضيف للخادم

file_name: اسم الملف الذي طلبه العميل

بمجرد تشغيل الكود بنجاح، ستجد الملف الذي طلبه العميل في مجلد ReliableUDPClient.

لقطات الشاشة

مراجع

شبكات الكمبيوتر-من الأعلى إلى الأسفل-النهج