socket编程UDP-实现停等机制（接收确认、超时重传）
在下面博客中，我介绍了利用UDP模拟TCP连接、按数据包发送文件的过程，并附上完整源码。
socket编程UDP-文件传输&模拟TCP建立连接脱离连接（进阶篇）_udp socket发送-CSDN博客
下面博客实现的是滑动窗口机制：
socket编程UDP-实现滑动窗口机制与累积确认GBN-CSDN博客
本篇博客，我将在此基础上实现停等机制，完成客户端发送的接收确认、超时重传。
目录
一、停等机制的协议设计
二、停等机制的代码实现
1.实现思路
2.核心源码
3.可运行完整源码
三、运行演示
1.建立与断开连接
2.接收确认（无丢包）
3.丢包处理&超时重传
一、停等机制的协议设计
在设计中，客户端为文件发送方、服务器端为文件接收方。
每次客户端发送的数据包有唯一的序列号seq（随着数据包的发送不断递增）， 如果服务器端收到新的数据包会发送对应的ack.(比如收到seq1就会发送ack1,收到seq2就会发送ack2).
所谓停等机制，就是发送方每轮只发送一个数据包，直到收到期待的ack(即与序列号对应的ack)，才会发送下一个数据包。
如果发送方在定时器时间内没有收到期待的ack,将会重传这一数据包。（正如图中发送端重传seq2)
二、停等机制的代码实现
1.实现思路
接收确认和超时重传机制主要通过 ‘waitForAck‘、‘receiveAck‘和 ‘sendFile‘函数来完成。以下是实现过程的描述：
-
在 ‘receiveAck‘方法中，服务器会不断监听 ACK 消息。收到任何数据包后，首先验证其校
验和和 ACK 序列号是否匹配。如果验证成功，会将 ‘ackReceived‘设置为 ‘true‘，并通过条件变量通知 ‘waitForAck‘，使其能够退出等待状态。
-
‘sendFile‘方法负责逐个发送数据包，并在每次发送后调用‘waitForAck‘，等待接收 ACK 确认。每个数据包都包含一个序列号（‘seqNum‘），用于标识数据的顺序和确认接收的正确性。发送数据包后， ‘ackReceived‘标志被设置为 ‘false‘，并记录期望的 ACK 序列号。
-
‘waitForAck‘方法使用条件变量和超时机制，如果在设定的超时时间内未收到正确的 ACK 确认，便会返回 ‘false‘，触发重传逻辑；如果收到了正确ack,则会返回true.
2.核心源码
bool Sender::waitForAck(int seqNum) {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
return cv.wait_for(lock, std::chrono::milliseconds(TIMEOUT), [this, seqNum]() { return ackReceived && expectedAck == seqNum; });
}void Sender::receiveAck() {
Datagram ackPacket(SERVER_PORT,ROUTER_PORT);
socklen_t len = sizeof(routerAddr);
while (true) {
if (recvfrom(sock, reinterpret_cast<char*>(&ackPacket), sizeof(ackPacket), 0, (struct sockaddr*)&routerAddr, &len) > 0) {
if (ackPacket.validateChecksum(clientAddr.sin_addr.S_un.S_addr, routerAddr.sin_addr.S_un.S_addr) && ackPacket.ack == expectedAck) {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
std::cout<<"收到ACK，ack="<<ackPacket.ack<<std::endl;
ackReceived = true;
cv.notify_one();
}
}
}
}void Sender::sendFile(const std::string& filename) {
//......
int seqNum = 0;
while (!file.eof()) {
Datagram packet(CLIENT_PORT,ROUTER_PORT);
packet.seq = seqNum;
file.read(packet.data, BUFFER_SIZE);
packet.dataSize = static_cast<int>(file.gcount());
packet.flag = 0; // 数据包
ackReceived = false;
expectedAck = seqNum;
//1.创建接收线程，避免第三次握手时ACK的丢包
Datagram AckPacket(SERVER_PORT,ROUTER_PORT);
if(seqNum<3)
{
std::thread ackThread1(&Sender::receivePacket,this, std::ref(AckPacket));
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(TIMEOUT)); //休眠等一会儿
ackThread1.detach();//修改
}
while (true) {
if(AckPacket.flag == 2&&seqNum<3&&AckPacket.validateChecksum(clientAddr.sin_addr.S_un.S_addr, routerAddr.sin_addr.S_un.S_addr))//2.如果此时又收到了SYN-ACK
{
std::cout << "重新收到SYN-ACK包\n";
Datagram ackPacket(CLIENT_PORT,ROUTER_PORT);
ackPacket.flag = 3; // ACK
sendPacket(ackPacket);
std::cout << "重新发送ACK包，连接建立成功\n";
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(TIMEOUT)); //休眠等一会儿
AckPacket.flag=1;
}
sendPacket(packet);
std::cout << "发送数据包.SEQ=" << packet.seq <<"，校验码="<< packet.checksum<<std::endl;
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(5*TIMEOUT)); //休眠等一会儿
if (waitForAck(seqNum)) {
break; // 收到ACK，跳出重传循环
}
std::cout << "ACK超时,重传数据包,SEQ=" << packet.seq << std::endl;
}
seqNum++;
}
//......
}3.可运行完整源码
已上传github:
https://github.com/yeyeyeyeye-zhang/Computer-Network/tree/main/lab3-1/codes
三、运行演示
在src目录下输入：
g++ -o cs main.cpp Datagram.cpp Sender.cpp Receiver.cpp -lws2_321.建立与断开连接
客户端建立连接
服务器端建立连接
客户端断开连接
服务器端断开连接
2.接收确认（无丢包）
客户端正常发送与接收
服务器端正常接收与发送
3.丢包处理&超时重传
出现丢包后，超时，客户端重传数据包