cs144Lab总结

CS144Lab总结

之所以要做这个课程，主要原因是自己对于网络知之甚少，之前为了找实习背诵过一些面试题，三次握手、四次挥手balabala…… 为了日后搞开发不至于对网络抓瞎，我做了一个违背祖宗 的决定，咳咳，一个艰难的决定，我说一镜到(bi)

准备工作

依赖

根据lab0的文档以及https://stanford.edu/class/cs144/vm_howto/vm-howto-byo.html要求，安装好需要用到的库。

并且根据要求修改networkmanager的config文件：

并且 sudo systemctl reload NetworkManager重启服务。

Debug

cs144推荐的debug方式是使用gdb调试，但是在这个系列lab的测试过程中，segment fault之类错误反而难以出发，因为我们整个实验都不会用到指针。

我的debug策略是打log，在实际lab的debug过程中，通过读log的方式判断自己实现那里有问题。

通过cpp的包扩展，可以写一个传入可变参数数量的模版函数，并且由一个宏来控制是否输出。

#define DEBUGPRINT false
template <typename T>
void DebugPrint(T &&t) {
    if (!DEBUGPRINT) {
        return;
    }
    std::cerr << t << std::endl;
}

template <typename T, typename... Targs>
void DebugPrint(T &&t, Targs &&...args) {
    if (!DEBUGPRINT) {
        return;
    }
    std::cerr << t << " ";
    DebugPrint(std::forward<Targs>(args)...);
}

Lab1 StreamReassembler

由于TCP报文到达的顺序可以是无序的，但是最后返回给application调用者的结果一定是正常排序好了的数据，因此我们需要Reassembler对tcp报文进行收集，重排。并且缓存那些已经收到但是还没法确认的报文（因为如果前面的报文没有受到，只能对当前报文进行暂存）

lab的文档中对这个 reassembler的描述图可谓是相当准确，但是同时它也有一个没有讲清楚的点。first unacceptable index - first unassembled index也是受制于 给定的capacity，也就是说不能超过 capacity。这个点如果忽略了后续在 lab4就会触发bug。

capacity 很重要，很重要，很重要！

1. fisrt unassembled index - first unread index <= capacity ，已经收集好但是未被application读取的字节数（因为这段数据是连续的）不能超过capacity。
2. first unacceptable index - first unassembled index <= capacity, 注意我这里是直接用 index相减，意味着我们reassambler 能收集的最大index是有限制的。
3. unassembled的数据量，也就是暂存的数据字节数不能超过 capacity - （first unacceptable index - first unassembled index）

如果有测试点没有过，请仔细检查这三点条件是否满足！

收集合并的策略有很多，我的实现不算高效。因为我刚刚写了 LeetCode的 57 插入区间这道题目，我发现它是如此地和这道题目相吻合。

给你一个 无重叠的 ，按照区间起始端点排序的区间列表。

在列表中插入一个新的区间，你需要确保列表中的区间仍然有序且不重叠（如果有必要的话，可以合并区间）

这简直完美符合……

Lab2 TCP Receiver

Receiver的实现，我感觉到时没有什么坑点，主要还是在 segment receive这个函数的逻辑里面：

1. 如果receiver处于listen 状态，那么需要拒绝所有非 syn的tcp 报文。
2. 如果是过时的报文 payload_abs_seqno + payload.size() + header.fin <= _next_abs_seqno 也就是当前报文已经带来不了新的消息，直接拒收。

如果 reassembler实现的好，那么实际上这个lab没什么太多工作，我们能做的也只是把payload传给 reassembler。

Lab3 TCP Sender

做lab之前一定要好好看明白这个图片，不然后续又在debug。

因为sender每一个报文的发送，都需要一个ack，如果没有收到ack，那么就会涉及重传报文。cs144要求我们自己维护一个数据结构来保存这些需要重传的报文。

注意！我自己的定义 std::list<TCPSegment> _store{}; ，直到_store 为空，我才会从 _stream中再一次读取数据。

fill_window：从 _stream中读取数据并制作报文，syn和fin也是由此函数完成。只有 seg.length_in_sequence_space() > 0 也就是做好的tcp报文非空，才会发送。对于每个发送但未被 ack的报文都会进行记录，以保证重传，即使该报文payload为0。

ack_received：接受ack信息，及时更新重传列表，以及重传次数信息，并重置定时器。

tick: 如果超时，那么重传一个报文并且记录重传次数。

踩过的坑：

1. 关于重传，文档其实有一点误导性。文档中说如果报文没有 payload，那么我们不需要暂存以便重传，因为如果没有payload相当于这个报文可以随时重新制作。看上去有点道理，但是实际上，如果你不将 syn或者 fin报文纳入 _store重传列表，那么在实现起来会给带来很多麻烦，维护任何已经发送但是没有ack的报文，包括syn报文，将已发送但是没有ack的报文放到重传列表，重传列表为空后才去读取数据制作报文。

2. 另一个你可能也会和我一样犯的错误，就是 fin和 syn flag位也是需要占用size的，如果你的left window size（还留有的，未发送的空间）为 0，那么是不能发送 fin和 syn flag的。（初始的window size为1）

3. sender 可能会收到过期或者错误的ack，那么什么是过期或者错误的ack报文？

   1. 当前ackno 小于 _last_ackno，也就是这个 ackno实际上已经被确认了，因此属于过期ack。
   2. 如果当前 ackno 等于 _last_ackno，但是传递过来 windows_size 要小于当前的window_size，同样也属于过期报文。（也同样意味着，我们需要处理 ackno == last_ackno，但是 window size变大的情况）
   3. 如果ackno 甚至超过了已经发送的 seqno，那么说明这个报文是戳我的。

   这三个条件必须处理好，不然很容易挂测试。

4. 还有一个特殊的条件，window size 为 0，实际上的处理是把它当做1，这是文档中要求的，我认为这个也是有道理的。并且我们只有在 win_size 不为 0的时候出现重传，才会要求倍增 rto，并且记录重传次数。还记得我们上面说的 初始window size为1吗？ 这意味着 syn报文如果被重传，同样会被记录重传次数，当重传次数超过一定限制，那么就是直接关闭 tcp连接。

这个lab就是需要读文档细心，做实验细心，debug细心，多想多看。一定要把测试的错误信息看懂。

lab4 tcp connection

这个lab其实不难，但是这个lab是我花时间最多的，主要这个之前的lab没有做好，导致出现有些测试案例不过。

通过这个lab主要还是更好地梳理了tcp连接的过程。

1. 每个socket 对应一个tcp connection，而一个tcp connection既包含了sender也包含了receiver，所以一个tcp连接是双向的。做完了lab4 之后我觉得之前的client server划分其实不准确，因为client 和server都是一样的，都需要sender发送数据，都需要receiver接受数据。
2. sender最开始是处于一个close的状态。也就是waiting for stream begin。这里有点讲究。begin可以是 socket 主动调用 sender的 fill_window函数，这时候sender从close状态变成发送syn但是。也可以是 receiver接受 报文之后，再要求 sender发送syn报文。这或许就是 client 和server之间的差异吧。
3. TCP共识一 等待退出 。TCP的receiver和 sender如果都结束了，那么TCP连接可以正常关闭。一般在面试的八股文里面会说，tcp连接断开后续等待一段时间。那么为什么等待呢？可以确定的是，如果我的TCP连接主动断开，那么我的 receiver和 sender都 已经结束的，sender也收到的fin的ack报文，receiver也发送了对方的fin ack报文。但是问题就是出在receiver，receiver确实发送了对方fin的ack，但是我们不确定tcp的另一端的sender能不能收到这个fin ack。如果我们直接关闭tcp连接，如果这个fin ack丢失了，另一端的tcp connection的sender就会不断重传，知道超过了最多重传次数后，另一端的tcp connector以error形式关闭 tcp 连接，这无疑是一个失败的设计。所以我们需要等待一段时间，以保证fin ack丢失后能够重传，最后两端的tcp都是正常退出连接，而不是一个正常退出，一个以error状态退出（因为网络其实没有发生error）。
4. TCP共识二 直接退出 。但是有一种情况下，tcp可以不需要等待直接退出。tcp connection推出的条件是 receiver和sender都结束了。那么如果receiver已经结束了，但是sender没有结束，并且还没有发送sender的fin报文。那么因为receiver的ack是夹带在sender的报文中，如果sender需要达到fully acknowledge状态，那么这个receiver的fin ack一定会另一端的tcp connection接受。核心就是sender会保证receiver fin ack一定会被对方接受。这种情况下，如果sender和receiver到达结束状态，那么tcp连接可以不等待直接退出。

Lab5 lab6

这两个lab其实没太多好说的，就是看文档然后写，这两个lab我基本上都是编译然后测试全通过。

通关图