【斯坦福CS144】Lab2

一、实验目的

实现一个 TCPReceiver，用以接收传入的 TCP segment 并将其转换成用户可读的数据流。

二、实验内容

1.接收TCP segment；

2.重新组装字节流（包括EOF）；

3.确定应该发回给发送者的信号，以进行数据确认和流量控制。

三、实验过程

输入git merge origin/check2-startercode 获取Lab2

用文本编辑器打开./src/wrapping_integers.hh

修改代码，代码分析见注释

用文本编辑器打开./src/wrapping_integers.cc

修改代码，代码分析见注释

在build目录下输入make编译可执行文件

输入make check2测试程序

发现转换测试全部通过，但TCP接收测试失败，需要修改TCP接收的源码。用文本编辑器打开./src/tcp_receiver.hh

修改代码

用文本编辑器打开./src/tcp_receiver.cc

修改代码

重新在build目录下输入make编译可执行文件

再次输入make check2进行测试

发现全部通过

实验结束

四、实验体会

1.本实验中，TCPReceiver 除了将读入的数据写入至 ByteStream 中以外，它还需要告诉发送者两个属性：

第一个未组装的字节索引，称为确认号ackno，它是接收者需要的第一个字节的索引。

第一个未组装的字节索引和第一个不可接受的字节索引之间的距离，称为窗口长度window size。

ackno 和 window size 共同描述了接收者当前的接收窗口。接收窗口是发送者允许发送数据的一个范围，通常 TCP 接收方使用接收窗口来进行流量控制，限制发送方发送数据。

2.下图是CS144 对 TCP receiver 的期望执行流程：

三次握手：

3.本部分需要注意结合前一个lab流重组器进行理解，如果字节流未按序到达，那么bytes_written()返回的还是按序到达的最后一个字节的序号。

五、代码附录

wrapping_integers.hh

#pragma once#include <cstdint>/** Wrap32 类型表示一个32位无符号整数，具有以下特性：*    - 从任意“零点”（初始值）开始。*    - 当它达到 2^32 - 1 时会回到零点。*/class Wrap32
{
protected:uint32_t raw_value_ {}; // 存储32位无符号整数的值public:explicit Wrap32( uint32_t raw_value ) : raw_value_( raw_value ) {} // 构造函数，给定一个无符号32位整数作为参数/* 根据绝对序列号 n 和零点构造一个 Wrap32 对象。*/static Wrap32 wrap( uint64_t n, Wrap32 zero_point );/** unwrap 方法返回一个绝对序列号，它回到这个 Wrap32 对象，给定零点和一个“检查点”：* 一个接近期望答案的绝对序列号。** 有许多可能的绝对序列号，它们都会回到同一个 Wrap32 对象。* unwrap 方法应该返回最接近检查点的那个序列号。*/uint64_t unwrap( Wrap32 zero_point, uint64_t checkpoint ) const;// 重载加法运算符，用于增加一个无符号32位整数Wrap32 operator+( uint32_t n ) const { return Wrap32 { raw_value_ + n }; }// 重载相等运算符，用于比较两个 Wrap32 对象是否相等bool operator==( const Wrap32& other ) const { return raw_value_ == other.raw_value_; }// 获取原始值uint32_t get_raw_value() const {return raw_value_;}
};

wrapping_integers.cc

#include "wrapping_integers.hh"
//#include<algorithm>
using namespace std;Wrap32 Wrap32::wrap( uint64_t n, Wrap32 zero_point )
{// Your code here.//(void)n;//(void)zero_point;//uint32_t raw_value = zero_point + static_cast<uint32_t>n;return (zero_point + static_cast<uint32_t>(n));
}uint64_t Wrap32::unwrap( Wrap32 zero_point, uint64_t checkpoint ) const
{// Your code here.//(void)zero_point;//(void)checkpoint; //uint64_t all_1=0x 0000 0000 FFFF FFFF;//uint64_t num = checkpoint/(static<uint64_t>all_1);//Wrap32 wrap_checkpoint = wrap(checkpoint, zero_point);uint64_t num = checkpoint >> 32;//uint64_t absolute_seqno=0;//uint32_t all_1=0xFFFFFFFF;uint32_t zero2raw_distance = this->get_raw_value() - zero_point.get_raw_value() ;//zero2raw_distance = static_cast<uint64_t> (zero2raw_distance);//转换为64之后，在checkpoint附近有三个长度为2^32的段，每个段都有一个点，我把这三个点都检查一遍，看哪个点的距离最近uint64_t ans2=(num<<32) + zero2raw_distance;uint64_t distance2;if(ans2>=checkpoint)distance2 = ans2-checkpoint;else distance2 = checkpoint - ans2;//这里要判断一下num能不能减一uint64_t ans1=((num-1)<<32) + zero2raw_distance;if(num==0) ans1=ans2;uint64_t distance1 = checkpoint - ans1;uint64_t ans3=((num+1)<<32) + zero2raw_distance;uint64_t distance3 = ans3 - checkpoint;uint64_t mindis ;//= min(distance1, min(distance2, distance3));mindis = distance2>distance3? distance3:distance2;mindis = mindis>distance1? distance1:mindis;if(mindis==distance1)return ans1;else if(mindis==distance2)return ans2;else  return ans3;
}

tcp_receiver.hh

#pragma once#include "reassembler.hh"
#include "tcp_receiver_message.hh"
#include "tcp_sender_message.hh"class TCPReceiver
{private:bool receive_syn{false};Wrap32 SYN_seqno{0};
public:/** The TCPReceiver receives TCPSenderMessages, inserting their payload into the Reassembler* at the correct stream index.*/void receive( TCPSenderMessage message, Reassembler& reassembler, Writer& inbound_stream );/* The TCPReceiver sends TCPReceiverMessages back to the TCPSender. */TCPReceiverMessage send( const Writer& inbound_stream ) const;
};

tcp_receiver.cc

#include "tcp_receiver.hh"
#include<optional>
using namespace std;void TCPReceiver::receive( TCPSenderMessage message, Reassembler& reassembler, Writer& inbound_stream )
{// Your code here.//(void)message;//(void)reassembler;//(void)inbound_stream;if(receive_syn==false&&message.SYN==false)return;//没有syn直接返回if(message.SYN){SYN_seqno = message.seqno;message.seqno = message.seqno + 1;//去掉syn位receive_syn=true;}uint64_t stream_index = message.seqno.unwrap(SYN_seqno, inbound_stream.bytes_pushed()+1) - 1;reassembler.insert(stream_index, message.payload.release(), message.FIN, inbound_stream);return;
}TCPReceiverMessage TCPReceiver::send( const Writer& inbound_stream ) const
{// Your code here.//(void)inbound_stream;//uint64_t ack_stream_index = inbound_stream.bytes_pushed() + 1;//uint64_t ack_absolute_seqno = ack_stream_index + 1;TCPReceiverMessage sendmessage{};sendmessage.window_size = inbound_stream.available_capacity()>UINT16_MAX? UINT16_MAX:inbound_stream.available_capacity();//if(sendmessage.window_size>=UINT16_MAX) sendmessage.window_size=UINT16_MAX;if(receive_syn==false)return sendmessage;else{uint64_t ack_absolute_seqno = inbound_stream.bytes_pushed() + 1 + inbound_stream.is_closed();Wrap32 ackno = Wrap32::wrap(ack_absolute_seqno, SYN_seqno);sendmessage.ackno.emplace(ackno);}return sendmessage;
}