概述

• Lab0和Lab1的代码已经完成了大多数的逻辑，Lab2将使用它们，实现一个TCPReceiver，难点在于每个字节的序号
• TCPReceiver将incoming TCP segments转化为incoming byte stream
  • TCPReceiver通过segment_received()方法从网络层接收segments，调用StreamReassembler的相关方法，最终写入ByteStream
  • 应用程序从这个ByteStream中读取数据
• TCPReceiver还负责告诉发送方
  • ACK，下一个待接收的起始字节序号
  • 接收窗口大小，“first unassembled”的字节和“first unaccepted”的字节的序号之间的差值
• ACK和接收窗口大小共同描述了接收窗口，即接收方允许发送方发送的数据范围，实现了发送方的流量控制
  • ACK就是接收窗口区间的左端点（闭）
  • ACK+接收窗口大小就是接收窗口区间的右端点（开）

编写代码前的准备

你应该在Lab0和Lab1的Sponge代码库的基础上实现本实验

1. 确保在此之前已经commit了Lab1的内容，之后就不要再修改webget.cc、libsponge顶层目录下的文件可
2. 在项目目录下运行git fetch，确保代码是最新的
3. 运行git merge origin/lab2-startercode
4. cd build
5. make -j4
6. writeups/lab2.md是本实验的checkList，需要提交，请认真填写

   64位index与32位seqnos的转化

• 之前实现的StreamReassembler使用64位整数表示字节的stream index，从0开始计数
• 但是TCP头部中，这个序号是32位的，且从一个随机值开始计数（TCP sequence number）
  • Your implementation needs to plan for 32-bit integers to wrap around（循环）. 2^32字节只有4GB，一旦序列号达到了2^32-1，那么下一个字节的序列号就要从0开始
  • TCP的起始序列号（Initial Sequence Number，ISN）是一个随机值，很难被猜到或重复
    • 这是为了提高安全性，且为了防止和当前通信双方较早前的通信数据产生混淆
  • SYN和FIN代表字节流数据的开始和结束，所以也要占1个序列号
    • SYN和FIN不属于字节流数据的一部分
    • 它们本身也不是字节，它们只是在逻辑上占据了1个序列号
• 另一个概念“absolute sequence number”：从0开始计数，不循环计数

下面举一个例子，假设字节流数据为“cat”，则上述三种序号如下表所示

下表总结了这三种序号

• 在Absolute Sequence Number和Stream Index之间转换是简单的，只需要简单的+1或者-1
• 在TCP Sequence Number和Absolute Sequence Number之间转换就比较复杂，很容易写出BUG
  • 我们已经实现了TCP Sequence Number对应的类WrappingInt32，其包装了uint32_t
  • 使用uint64_t代表Absolute Sequence Number
• WrappingInt32中的转换函数需要你来实现（这一段有点看不懂）

• 你可以运行ctest -R wrap来对WrappingInt32进行单元测试

  实现TCPReceiver

  概述

• TCPReceiver要实现

  • 从对等实体（发送方）接收segments
  • 使用StreamReassembler将segments组装成ByteStream
  • 计算ACK和接收窗口长度，并将这两个数据用一个segment回传给对等实体
• 首先复习一个TCP segment的格式
  • 下图中高亮的是本实验重点关注部分，蓝色的是由发送方写入，接收方读取并做出反应
    • seqno
    • SYN、FIN
    • Payload
  • 红色的接收方需要写入的

• TCPSegment（https://cs144.github.io/doc/lab2/class_t_c_p_segment.html）代表了TCP报文信息；
• TCPHeader（https://cs144.github.io/doc/lab2/struct_t_c_p_header.html）代表了TCP报文的首部信息
• length_in_sequence_space()计算了序号空间的长度
  • SYN+FIN+payload，SYN和FIN分别占1个序号，payload占其字节数个序号
  • https://cs144.github.io/doc/lab2/class_t_c_p_segment.html#a41eb3ff25fee485849fd38eb31c990d6
• 下面关注TCPReceiver的接口

我们已经在.hh文件中提前实现了TCPReceiver的构造函数、unassembled_bytes方法和stream_out methods方法，下面列举了你需要实现的部分

segment_received()

• 这是运行过程中被调用最频繁的方法：每次接收到新的segment，这个方法就会被调用

• 这个方法的需要做

  • 设置初始序列号，如果必要的话
    • 有SYN标志的报文段带着ISN
    • 有SYN标志的报文段也可能带有数据，甚至可能有FIN标志
  • 将数据push进StreamReassembler
    • 有FIN标志的报文段的数据的最后1个字节就是这次通信的字节流数据的最后1个字节
    • 这里需要注意TCP sequence number和Stream Index的转换

      ackno()

• 返回ACK编号，optional

• 如果ISN还没有被设置，则返回1个空的optional

  window_size()

• 返回接收窗口大小

  TCPReceiver在整个连接生命周期中的演变

  在整个连接的生命周期中，TCPReceiver会在几个状态中顺序变化

1. waiting for a SYN（with empty ackno）
2. in-progress stream
3. a stream that’s finished

我们会测试你的TCPReceiver正确处理了segments，并且在这些状态中正确的演化，如下图所示（你在Lab4中才需要关注下图中的error state或者RST标志）

开发与调试建议

1. 在tcp_receiver.cc中实现TCPReceiver的公有接口，你可以在tcp_receiver.hh中添加任何需要的私有成员
2. 你可以在编译代码后运行指令make check_lab2进行测试
3. 注意git的使用

1. 注意代码的可读性
2. 使用现代化的C++语法风格
3. 如果产生一个segmentation fault

提交注意事项

• 仅修改libsponge顶级目录下的.hh和.cc文件，可以为对象添加私有成员，但不要修改公有接口
• 在提交前，请按顺序运行
  • make format
  • git status（确保commit了所有的改动）
  • make
  • make check_lab2
• 编辑writeups/lab2.md，文档中需要包含
  • 程序设计结构
  • 实现过程中遇到的挑战
  • 未解决的BUG
• 提交指南：https://cs144.github.io/submit