CS 144: Introduction to Computer Networking, Fall 2020
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工作
本节实现 TCPConnection 类，实例化这个类将作为一个残缺的 TCP 连贯中的一个 peer（能够充当任意一方，Server 或 Client）。后面两个试验别离实现的 TCPSender 和 TCPReceiver 并不能作为一个独立的 Server 或 Client，这两个类的实例是用作 TCPConnection 实例的外部成员，即下图。
Sender 和 Receiver 的作用
收到报文段时
- 告诉 _receiver：依据报文段的 seqno、SYN、FIN 和 payload，以及以后状态，更新 ackno；收集数据
- 告诉 \_sender：依据报文段的 ackno 以及以后状态，更新 next_seqno；更新 window_size
发送报文段时
- \_sender 负责填充 payload、seqno、SYN、FIN，留神有可能既没有 payload 也没有 S、F 标识（empty segment），这和 Lab3 实现的 \_sender 的 ack_received() 逻辑不同
- \_receiver 负责填充 ackno、window size
FSM
联合 Lab2、Lab3 讲义中的 TCPSender 和 TCPReceiver 的状态转换图，tcp_state.cc 中 TCPConnection 的各状态与 sender、receiver 状态的对应关系，以及上面的 TCPConnection 的状态转换图，了解整个 TCP 连贯。
Edge case
在实现过程中，须要额定关注收到报文段时 TCPSender 和 TCPConnection 的逻辑的不同之处。这些细节来源于
- Lab2 中的 receiver 只关怀收到数据和数据无关的标识；Lab3 中 sender 只关怀收到的 ackno 和 win，不解决也不晓得收到的数据和其余信息，在 \_stream_in() 没有数据时可能不会做任何动作（我的 Lab3 实现是这样的），而在 Lab4 中可能还须要发一个空的 ACK 报文段
连贯建设和开释过程中的各种非凡状况
- 发完 SYN 后马上收到 RST
- 发完 SYN 后马上收到 FIN
- Simultaneous open
- Simultaneous shutdown
- ...
试验给出的测试套十分齐备，笼罩了各种非凡状况，Simultaneous open 和 Simultaneous shutdown 的状况见下图。依照讲义所说，如果你的 Lab2 和 Lab3 实现十分 robust，Lab4 的大部分工作是 wire up 后面两个类的接口，但也有可能你须要批改前两个试验的实现。
下图出处：TCP State Transitions
实现
我的试验四的函数框架参考了 这篇博客，但实现不同。我在网上浏览过的几个实现，均改变了 Lab2、Lab3 的函数签名，让 Lab2、Lab3 的实现变得不太洁净。我的最终实现没有入侵 Lab3 和 Lab2 的代码，细节逻辑全副在 TCPConnection 类中实现。
留神如果 tests 文件夹中的测试全副通过然而 txrx.sh 中的测试不通过，并且不通过的起因是后果的哈希值不同，去掉所有的本人增加的打印语句，再进行测试。
试验四刚开始时一度想要放弃，但最终破费的工夫竟然比试验三要少（试验三零零碎碎花了六天左右，试验四大略破费了集中的两天半工夫）。通过全副测试的时候，还感觉有点懵逼，怎么就通过了，我真的把细节都解决完了？第一次意识到，简单的我的项目中，齐备的测试比“充斥自信”的实现代码牢靠多了，也不得不感叹课程品质之高以及讲师和助教付出的心血。
代码
增加的成员变量
class TCPConnection { private: size_t _time_since_last_segment_received{0}; bool _active{true}; void send_sender_segments(); void clean_shutdown(); void unclean_shutdown();实现代码
#include "tcp_connection.hh"#include <iostream>using namespace std;size_t TCPConnection::remaining_outbound_capacity() const { return _sender.stream_in().remaining_capacity(); }size_t TCPConnection::bytes_in_flight() const { return _sender.bytes_in_flight(); }size_t TCPConnection::unassembled_bytes() const { return _receiver.unassembled_bytes(); }size_t TCPConnection::time_since_last_segment_received() const { return _time_since_last_segment_received; }bool TCPConnection::active() const { return _active; }void TCPConnection::segment_received(const TCPSegment &seg) { if (!_active) return; _time_since_last_segment_received = 0; // State: closed if (!_receiver.ackno().has_value() && _sender.next_seqno_absolute() == 0) { if (!seg.header().syn) return; _receiver.segment_received(seg); connect(); return; } // State: syn sent if (_sender.next_seqno_absolute() > 0 && _sender.bytes_in_flight() == _sender.next_seqno_absolute() && !_receiver.ackno().has_value()) { if (seg.payload().size()) return; if (!seg.header().ack) { if (seg.header().syn) { // simultaneous open _receiver.segment_received(seg); _sender.send_empty_segment(); } return; } if (seg.header().rst) { _receiver.stream_out().set_error(); _sender.stream_in().set_error(); _active = false; return; } } _receiver.segment_received(seg); _sender.ack_received(seg.header().ackno, seg.header().win); // Lab3 behavior: fill_window() will directly return without sending any segment. // See tcp_sender.cc line 42 if (_sender.stream_in().buffer_empty() && seg.length_in_sequence_space()) _sender.send_empty_segment(); if (seg.header().rst) { _sender.send_empty_segment(); unclean_shutdown(); return; } send_sender_segments();}size_t TCPConnection::write(const string &data) { if (!data.size()) return 0; size_t write_size = _sender.stream_in().write(data); _sender.fill_window(); send_sender_segments(); return write_size;}//! \param[in] ms_since_last_tick number of milliseconds since the last call to this methodvoid TCPConnection::tick(const size_t ms_since_last_tick) { if (!_active) return; _time_since_last_segment_received += ms_since_last_tick; _sender.tick(ms_since_last_tick); if (_sender.consecutive_retransmissions() > TCPConfig::MAX_RETX_ATTEMPTS) unclean_shutdown(); send_sender_segments();}void TCPConnection::end_input_stream() { _sender.stream_in().end_input(); _sender.fill_window(); send_sender_segments();}void TCPConnection::connect() { _sender.fill_window(); send_sender_segments();}TCPConnection::~TCPConnection() { try { if (active()) { cerr << "Warning: Unclean shutdown of TCPConnection\n"; _sender.send_empty_segment(); unclean_shutdown(); } } catch (const exception &e) { std::cerr << "Exception destructing TCP FSM: " << e.what() << std::endl; }}void TCPConnection::send_sender_segments() { TCPSegment seg; while (!_sender.segments_out().empty()) { seg = _sender.segments_out().front(); _sender.segments_out().pop(); if (_receiver.ackno().has_value()) { seg.header().ack = true; seg.header().ackno = _receiver.ackno().value(); seg.header().win = _receiver.window_size(); } _segments_out.push(seg); } clean_shutdown();}void TCPConnection::unclean_shutdown() { // When this being called, _sender.stream_out() should not be empty. _receiver.stream_out().set_error(); _sender.stream_in().set_error(); _active = false; TCPSegment seg = _sender.segments_out().front(); _sender.segments_out().pop(); seg.header().ack = true; if (_receiver.ackno().has_value()) seg.header().ackno = _receiver.ackno().value(); seg.header().win = _receiver.window_size(); seg.header().rst = true; _segments_out.push(seg);}void TCPConnection::clean_shutdown() { if (_receiver.stream_out().input_ended()) { if (!_sender.stream_in().eof()) _linger_after_streams_finish = false; else if (_sender.bytes_in_flight() == 0) { if (!_linger_after_streams_finish || time_since_last_segment_received() >= 10 * _cfg.rt_timeout) { _active = false; } } }}性能优化
剖析
因为没有做过 profiling，性能剖析的工作抄了下面提到的博客的作业。
批改
sponge/etc/cflags.cmake中的编译参数，将-g改为-Og -pg，使生成的程序具备分析程序可用的链接信息。make -j8./apps/tcp_benchmarkgprof ./apps/tcp_benchmark > prof.txt
如讲义中所说，很可能须要改变 ByteStream 或 StreamReassembler。调优办法是利用 buffer.h 中提供的 BufferList。实际上测试代码中就有用到 BufferList，简而言之它是一个 deque\<Buffer\>，而 Buffer 则在整个实现与测试代码中被大量应用，例如 payload() 就是一个 Buffer 实例。
改变
把 ByteStream 类中字节流的容器由 Lab0 最后的 std::list<char> _stream{}; 改为 BufferList _stream{};。
byte_stream.cc 改变的函数：
size_t ByteStream::write(const string &data) { size_t write_count = data.size(); if (write_count > _capacity - _buffer_size) write_count = _capacity - _buffer_size; _stream.append(BufferList(move(string().assign(data.begin(), data.begin() + write_count)))); _buffer_size += write_count; _bytes_written += write_count; return write_count;}//! \param[in] len bytes will be copied from the output side of the bufferstring ByteStream::peek_output(const size_t len) const { const size_t peek_length = len > _buffer_size ? _buffer_size : len; string str = _stream.concatenate(); return string().assign(str.begin(), str.begin() + peek_length);}//! \param[in] len bytes will be removed from the output side of the buffervoid ByteStream::pop_output(const size_t len) { size_t pop_length = len > _buffer_size ? _buffer_size : len; _stream.remove_prefix(pop_length); _bytes_read += pop_length; _buffer_size -= pop_length;}改变后的 benchmark
webget revisited
间接依照讲义中的步骤，把 Linux 自带的 TCPSocket，换成咱们本人的实现。
void get_URL(const string &host, const string &path) { CS144TCPSocket sock1{}; sock1.connect(Address(host, "http")); sock1.write("GET " + path + " HTTP/1.1\r\n" + "Host: " + host + "\r\n" + "Connection: close\r\n\r\n"); while (!sock1.eof()) { cout << sock1.read(); } sock1.shutdown(SHUT_WR); sock1.wait_until_closed();}替换后 webget 仍然 work（不晓得为什么 WSL 替换后连贯建设不起来，但在云主机上测试后没有问题），至此，手写 TCP 正式实现。