使用CRC实现的Python – Stop & Wait机制

“停止并等待”协议是一种错误控制协议。在这种协议中，发送方会依次发送数据包，并等待接收方的确认回复。如果收到确认回复，那么发送方会继续发送下一个数据包；如果没有收到确认回复，那么发送方会重新发送之前的数据包，直到收到确认回复为止。

注意：如需了解更多关于“停止并等待协议”的信息，请参考《Stop and Wait ARQ》这篇文章。

CRC，也就是……循环冗余校验这是一种错误检测机制，其运作流程如下：

发送方

• 请选择由发送方和接收方共同确定的生成多项式。设 k 为该多项式所生成的密钥中的比特数。
• 在实际的二进制数据之后，添加 k-1 个 0。
• 将步骤2中得到的数值除以该密钥，然后保留余数。
• 将剩余的位数附加到实际的二进制数据中，然后发送该数据包。

接收端

• 将接收到的数据位除以密钥的值。
• 如果余数不为零，那么数据就已被损坏了。

在本文中，我们将实现“停止并等待”算法，以便…发送方使用CRC算法来计算错误检测码。并且将其发送出去。通过套接字将数据以及错误检测代码一起发送给接收方。在确认帧无误之后，接收方会保存这些数据。

程序的具体步骤如下：

在发送方

• 从文件中读取数据，每次读取 n 个字符。
• 将其转换为二进制形式
• 生成其CRC值。
• 将数据以及CRC比特发送给接收方。但在发送之前，需要随机引入一些错误。

在接收端：

• 接收数据包。
• 确认该文件是否没有错误。如果不存在错误，则提取数据位，将其转换为字符形式，然后将其保存到输出文件中。最后发送确认消息。OK如果不需要的话，请发送。NAK.

在发送方

• 如果收到了“OK”信号，那么继续处理接下来的n个字符。否则，如果收到了“NAK”信号，那么需要再次将数据加上CRC校验位后发送给接收方，同时随机引入一些错误。

最终结果：输入文件和输出文件应该保持一致。日志文件中应显示有多少帧出现了错误，以及针对每一帧进行了多少次重试操作。

错误生成

错误产生的过程如下：

• 生成一个随机数字，假设这个数字是 r1。然后执行 r1 % 2 的操作。如果结果为 0，则不需要引入任何错误，直接发送原始的二进制位。如果结果为 1，那么就需要引入一个错误。
• 为了确定哪一位出现了错误，再生成一个随机数字，比如 r2。计算 r2 % (接收到的帧的大小)。假设你得到的答案是 i。那么，将该位翻转即可。 i-TH位。现在将其发送给接收方吧。

请将此文件保存为……error_gen.py。

进口 随机的类/类别 err_gen() :    def 引发错误/导致问题(自我, in_str) :        chk = (整数)(随机的.随机的() * 1000) % 2                if 不 chk :            返回 in_str        索引号 = (整数)(随机的.随机的() * 1000) % 长度(in_str)        f_bit = '*'        if in_str[索引号] == ‘0’:            f_bit = 1        否则 :            f_bit = ‘0’        out_str = in_str[ : 索引号] + f_bit + in_str[索引号 + 1 : ]        返回 out_strif __name__ == __main__:    数据 = 1001010    打印(初始状态：, 数据)    打印(决赛：, err_gen().引发错误/导致失败(数据))

输出结果：

Initial :  1001010Final :  0001010

除以2的余数

为了计算CRC值，需要使用“模2除法”的方法。不过，详细解释这种算法的原理超出了本文的范围。有兴趣了解的人可以参考相关文献或资料来了解“模2除法”的原理。

请将此文件保存为……calc.py

def 异或(a, b):    结果 = []    为了 i in 范围/幅度(1, 长度(b)):        if a[i] == b[i]:            结果.添加/附加(‘0’)        否则:            结果/成果.附加(1)    返回 ''.加入(结果/成果)def mod2div(股息, 除数):    选择/挑选 = 长度(除数)    临时文件 = 股息[0: 选择]    当…的时候 选择/挑选 < 长度(股息):        if 临时文件[0] == 1:            临时文件 = 异或(除数, 临时文件) + 股息[选择]        否则:            临时文件 = 异或(‘0’*选择, 临时文件) + 股息[选择/挑选]        选择 += 1    if 临时文件[0] == 1:        临时文件 = 异或(除数, 临时文件)    否则:        临时文件 = 异或(‘0’*选择, 临时文件)    返回 临时文件if __name__ == __main__:    股息 = 10010101    除数 = 011010    打印(股息 + “%” + 除数 + = “ + mod2div(股息, 除数))