CS144-Lab0-networking warmup

lab 地址 ：lab0-doc
代码实现：lab0-code
0. ByteStream
1. StreamReassembler
2. TCPReceiver
3. TCPSender
4. TCPConnection
5. ARP
6. IP-Router

1. 目标

1.1 获取网页内容

实现 webget。一个使用操作系统的TCP支持和 Socket 抽象通过 Internet 获取网页的程序。步骤大致如下：
1.从构建目录中，打开文件/文本编辑器或IDE中的 apps/webget.cc。
2.在getURL函数中，找到以 “//Your code here” 开头的注释
3.使用前面使用的HTTP（Web）请求格式实现本文件中描述的简单Web客户端。使用 TCPSocket 和 Address 类。

1. HTTP中，每行必须以 “\r\n” 结尾
2. 请求中需要包含“Connection：Close”一行。这告诉服务器，在这一次之后，它不应该等待您的客户端再发送任何请求。相反，服务器将发送一个回复，然后立即结束其输出字节流（从服务器套接字到套接字的字节流）。您将发现传入的字节流已经结束，因为当您读取来自服务器的整个字节流时，套接字将到达“EOF”（文件结尾）。这就是您的客户机如何知道服务器已完成其回复。
3. 确保读取并打印服务器的所有输出，直到套接字到达“EOF”（文件结尾）-仅调用一次读取是不够的。

1.2 可靠字节流

为了完成本周的实验，您将在一台计算机的内存中实现一个提供这种抽象的对象：ByteStream。

1. 字节写在“输入”端，可以从“输出”端以相同的顺序读取。
2. ByteStream 是有限的：写入器可以结束输入，然后再也不能写入字节。
3. 当读取器读取到流的末尾时，它将到达“EOF”（文件末尾），无法读取更多字节。
4. ByteStream 被初始化为具有特定的“容量”：在任何给定时间点，它愿意存储在自己的内存中的最大字节数。ByteStream 将限制写入器在任何给定时刻的写入量，以确保流不会超过其存储容量。
5. 当读取器读取字节并将其从流中排出时，写入器可以写入更多字节。
6. ByteStream 用于单个线程，您不必担心并发写入器/读取器、锁定或竞争条件。

2. 实现

2.1 webget

实现上比较简单，主要就是：

• 创建 socket
• 连接目标 host，port 为默认的 http 端口
• write 写入 http header
• read socket 并打印到终端

// should use TCPClient
void get_URL(const string &host, const string &path) {
	// Your code here.
	// 1. init socket
	TCPSocket socket;
	
	// 2. connect to host
	socket.connect(Address(host, "http"));
	
	// 3. send request path
	socket.write("GET " + path + " HTTP/1.1\r\n");
	socket.write("HOST: " + host + "\r\n");
	socket.write("Connection: close\r\n");
	socket.write("\r\n");
	
	// 4. read response data
	while(!socket.eof())
		cout << socket.read();

// You will need to connect to the "http" service on
// the computer whose name is in the "host" string,
// then request the URL path given in the "path" string.
// Then you'll need to print out everything the server sends back,
// (not just one call to read() -- everything) until you reach
// the "eof" (end of file).
}

2.2 ByteSteam

实现一个可靠的字节流类，支持 写入 & 读出，有固定的 capacity，从功能上来说，ByteStream 与 队列的特性非常相似，先进先出，写入的时候顺序排列在字节流后面，读取的时候从头部开始读取并且 pop 出来。
这里选择使用 vector 作为字节流容器（感觉用 queue 就太简单了其次感觉效率没有 vector 高），初始化时直接 reserve 分配好空间，防止 push_back 时 copy 数据造成额外消耗。
读取和写入的接口如下：

// Write a string of bytes into the stream. Write as many // as will fit, and return the number of bytes written.
size_t write(const std::string &data);
// Returns the number of additional bytes that the stream has space for

std::string read(const size_t len);

写入和读取的思路如下，添加 begin 和 end 两个变量用来维护区间，写入时正常 push_back 字符，读取时只需要移动 end 即可，使用 begin 和 end 的时候再对 capacity 取 mod 即可：

核心代码如下（完整参考 lab0-code）

//! Read (i.e., copy and then pop) the next "len" bytes of the stream
//! \param[in] len bytes will be popped and returned
//! \returns a string
std::string ByteStream::read(const size_t len) {
	string read_result;
	int read_size = min(buffer_size(), len);
	for (int i = _end; i < _end + read_size; i++) {
		int real_index = i % _capacity;
		read_result += _data[real_index];
	}
	_total_read += read_size;
	_end += read_size;
	return read_result;
}

size_t ByteStream::write(const string &data) {
	int write_size = min(data.size(), remaining_capacity());
	for (int i = _begin, j = 0; i < _begin + write_size; i++, j++) {
		int real_index = i % _capacity;
		_data[real_index] = data[j];
	}
	_begin += write_size;
	_total_written += write_size;
	return write_size;
}

其次有一点需要注意的是，ByteStream 的 eof 判断条件是需要 不会再有写入（调用了 end_input），且缓存都被读取完毕，才会返回 true。

3. 测试