网络程序设计2023

课程简介

本课程基础实验为必做实验（抽查），专题实验选择其一作为课程考查项目（必查）。

网络可以大致抽象为三个部分：

• Socket API是网络通信能力的抽象接口，及其底层实现；
• DNS及URI通过域名URL的方式提供了对网络资源管理的抽象表示；
• HTTP则以B/S模式提供了最典型、最成功的网络服务功能。

在浏览器中输入网址按回车后发生了什么？

1.1.概览
1.2.程序员视角
1.3.网络体系结构视角
1.3.1.DNS域名存储体系及递归查询机制
1.3.2.面向连接的、可靠的字节流协议TCP
1.3.3.路由选择和存储转发
1.3.4.ARP地址解析
1.3.5.交换机中的学习和过滤机制
1.3.6.以太网CSMA/CD和网卡接收数据帧的同步机制
1.3.7.更多
1.4.总结

Javascript网络编程

• Vue组件化响应式编程https://shimo.im/docs/tgpVdc3hvYXtV9dJ 和express（node.js）https://shimo.im/docs/chpvJHjp8cCxCWkX/ 为实验环境
• 基本实验：Web网络编程实验环境
  • 使用Vue设计一个在线群聊的前端应用，静态JSON数据包括用户列表、历史消息等
  • 使用express设计一个Restful API用于获得当前群聊的JSON数据
• 异步调用：Callback函数、Promise对象、async/await
  • Ajax：XMLHttpRequest 对象、Fetch AP、Axios等 https://shimo.im/docs/Q6krXW3QrD8jPp3C
• 基本实验：使用vuex+axios将Vue前端和express后端整合起来
  • Websocket https://shimo.im/docs/vqdGX39xWxJgK6T8
• 专题实验：使用Websocket方式能将群聊信息实时群发给所有在线用户
  • 基本实验：Session https://shimo.im/docs/KdKYGDvHdg96th3p
  • 使用session机制24小时内再次进入群聊能够自动识别用户

Socket API

• DNS域名管理体系

• TCP & UDP Socket编程

• 基本实验：编写一个简单的网络聊天程序

  • 请参考本章节的范例代码完成一个hello/hi的简单的网络聊天程序
  • 要求程序具有一定的可移植性， 如socketwrapper.h实现了一种简单的外部接口本地化实现。
  • 编程语言C/C++，编程环境：Unix-like System，推荐Ubuntu Linux。

• 网络并发处理

  • 网络并发处理概述 https://gitee.com/mengning997/net/blob/master/ppt/%E7%BD%91%E7%BB%9C%E5%B9%B6%E5%8F%91%E5%A4%84%E7%90%86%E6%A6%82%E8%BF%B0.pptx
  • 专题实验：高并发处理专题研究
    • epoll并发编程 or 多线程编程中的消息队列实现
    • Event & MsgQ https://gitee.com/mengning997/net/tree/master/src/chatsys/util

网络协议设计及RPC

• 基本实验：网络协议设计的简单范例chatsys/stack
• 基本实验：[gRPC + Protobuf的基本使用方法](https://gitee.com/mengning997/net/tree/master/src/grpc_protobuf ）
• 专题实验：gRPC + Protobuf专题研究
  • 掌握消息协议设计的艺术：释放高效通信的力量 https://mp.weixin.qq.com/s/dc74RcNyDOAJ_oNh9DKnkA
  • Protobuf通信协议详解：代码演示、详细原理介绍等https://zhuanlan.zhihu.com/p/141415216
  • gRPC可以通过protobuf来定义接口,gRPC详解https://www.jianshu.com/p/9c947d98e192
• QUIC协议,可选的QUIC实现 https://zhuanlan.zhihu.com/p/270628018
• 软总线技术项目源代码https://gitee.com/openharmony/communication_dsoftbus

Linux内核网络协议栈

• Socket API的Linux内核实现.pptx

• 深入理解系统调用.pptx

• 基本实验：构建调试Linux内核网络代码的环境

• TCPIP协议栈源代码分析.pptx

• TCP协议栈源代码分析.pptx

• How IP Networking.pptx

• ARP.ppt

• L2Switching.pptx

• 专题实验：TCP/IP协议栈源代码分析

  • inet_init是如何被调用的？从start_kernel到inet_init调用路径

  • 跟踪分析TCP/IP协议栈如何将自己与上层套接口与下层数据链路层关联起来的？

  • TCP的三次握手源代码跟踪分析，跟踪找出设置和发送SYN/ACK的位置，以及状态转换的位置

  • send在TCP/IP协议栈中的执行路径

  • recv在TCP/IP协议栈中的执行路径

  • 路由表的结构和初始化过程

  • 通过目的IP查询路由表的到下一跳的IP地址的过程

  • ARP缓存的数据结构及初始化过程，包括ARP缓存的初始化

  • 如何将IP地址解析出对应的MAC地址

  • 跟踪TCP send过程中的路由查询和ARP解析的最底层实现

课程总结

• 互联网架构设计背后的渊源.pptx

• 课程考查项目：四个专题方向选其一，深入调研分析/设计开发后，完成一篇课程学习报告，具体要求如下：

  • 题目自拟，发表一篇博客文章
  • 评价的主要标准：深入独到，全网唯一
  • 如有代码仓库请在文章中给出git仓库地址
  • 提交方式：学号后三位 + 公开可访问的博客文章URL，发布在https://gitee.com/mengning997/net/issues/I8OQAI
  • 截止日期：2024年1月1日前