# CS144-Introduction to Computer Networking

**Repository Path**: fragile_xia/cs144-introduction-to-computer-networking

## Basic Information

- **Project Name**: CS144-Introduction to Computer Networking
- **Description**: 一个基于RFC793的简易实用TCP套接字的实现
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 1
- **Forks**: 0
- **Created**: 2023-03-27
- **Last Updated**: 2023-04-07

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

### 0.介绍

- 文件说明

```
apps 						# 应用层函数
CMakeLists.txt         		# 构建脚本
doctests  		            # 内置函数测试脚本
libsponge                   # 应用层函数
tests                       # lab测试脚本
build                       # 构建文件
compile_commands.json       # 编译命令
etc                         # 配置文件
README.md                   # 使用文档
writeups                    # lab0-4的文档极详细文档
```

- 使用说明

  - 创建build文件夹

    ```shell
    mkdir build
    ```

  - 自动生成makefile

    ```shell
    cmake ..
    ```

  - 构建

    ```
    make
    ```

  - 运行可执行文件

    ```shell
    make check		   			# 测试实现结果
    ./apps/tcp_benchmark   		# 测试带宽
    ./apps/wegebt				# 获取网页
    ```

### 1.前言

- 同样的项目曾经在21年做过一次，当时由于时间有限加上能力不够，磕磕绊绊写完了lab0-3。但做到lab4的时候由于概念理解不清加上官网文档过于复杂实在做不下去了。
- 最近时间比较宽裕，于是又花了一周的时间重写了一遍整个lab0-4，详细的记录了整个实验过程，做完之后不禁感叹整个实验设计的精妙，通过一步一步的完善代码，难度逐渐递进，实现了一个简单但又实用的基于TCP的套接字，可用于获取网页，也可用于socket双方的通信。
- 如果你有以下疑问，那么通过完成整个lab可以解决你的疑问。
  - TCP的**MAX_PAYLOAD_SIZE**只有1536字节，为什么可向socket一次性写入**1M**的数据？
  - 对socket一次写入n字节的数据，而对另一端一次性读取socket得到m字节的数据，n和m一定相等吗？为什么n和m有时候是不相等的？
  - TCP是如何进行流量控制的？
  - 为什么TCP需要三次握手？四次挥手？
  - 什么是time-wait状态？为什么time-wait状态后还需要等待2个MSL？
  - client和server应用程序如何判断对方已经关闭连接？为什么要这样判断？

### 2.实验简介

#### 2.1 lab0 networking warmup

- 熟悉整个lab实验环境

- 用操作系统socket接口编写网络程序
- 实现一个可读可写的缓冲区

#### 2.2 Lab1 stitching substrings into a byte stream

- 实现一个字节重组器
- 将字节重组器与缓冲区相联系起来

#### 2.3 Lab2 the TCP receiver

- 32bit数-64bit数之间的转换与舍入
- 根据收到的报文段返回相应的ackno和win窗口字段值

#### 2.4 Lab3 the TCP sender

- 将上层(ByteStream)发来的数据切片(写seqno,SYN,FIN,payload)
- 维护一个计时器工具类
- 基于计时器类维护已发送的报文段
- 在适当时机重发上述报文段

#### 2.5 Lab4 the TCP Connection

- 将网络层收到的报文传递给TCP sender和receiver
- 在合适的时机将报文发出
- 将TCP sender待发送的报文添加字段发送出去
- 在合适的时机结束连接

### 3.实验须知

- 实验前需要对c++11面向对象编程有一定的了解。
- 整个lab绝大部分不懂的地方都可以从https://cs144.github.io/官方文档上获取，现在所有的代码和文档都已经开放，均可clone到本地。
- 整个实验ip层仍然基于linux的实现，ip层通过暴露两个接口与tcp_connection进行交互。
- 文档上会有少数一些摸棱两可和重复的描述，这时可以通过看到官方RFC文档来解决疑问，也可以有一些自己的尝试。
- 如果读完官方文档后，仍然一头雾水的话，可以提前查看少数对应该lab的测试用例。
- 在前面几个lab中尽可能完备的设计，为最后的lab4作铺垫，防止lab4中还要修改前面出现的bug。
- 在lab1中，需要尽可能设计高效的数据结构，不然可能在lab4中无法通过测试。
- libsponge/util中可能会有一些实验中能够用到的类，用于提高效率。
- 整个lab中调试语句用cerr代替cout打印中间变量，在lab4测试中需要删除打印语句，否则可能出现一些奇奇怪怪的错误。

### 4.实验结果

#### 4.1 基于tcp_connection的客户端服务端交互过程抓包

- 三次握手

  ![](https://gitee.com/fragile_xia/git_test/raw/master/3.27/1.png)

- 数据传输

  ![](https://gitee.com/fragile_xia/git_test/raw/master/3.27/2.png)

- 四次挥手

  ![](https://gitee.com/fragile_xia/git_test/raw/master/3.27/3.png)

#### 4.2 基于benchmark的测试

![](https://gitee.com/fragile_xia/git_test/raw/master/3.27/4.png)

- 已经超过讲义中要求的0.1Gbit/s, 考虑到仍有一些libsponge/util中的工具类没有使用，还有很大的优化空间，后续会对此继续进行优化。

#### 4.3 基于自己实现的socket获取网页

- webget.c

```c++
void get_URL(const string &host, const string &path) {
    // 基于自己实现的socket
    CS144TCPSocket sock;
    sock.connect(Address(host, "http"));
    string url = "GET " + path +  " " + "HTTP/1.1" + "\r\n";
           url += "Host: " + host + "\r\n";
           url += "Connection: close\r\n";
           url += "\r\n";
    sock.write(url);
    constexpr size_t BUFFER_SIZE = 1024;
    string buf;
    while (!sock.eof()) { 
        sock.read(buf, BUFFER_SIZE);
        cout << buf;
    }
    sock.wait_until_closed();
}
```

- 运行结果   又回到最初的起点lab0

![](https://gitee.com/fragile_xia/git_test/raw/master/3.27/5.png)