1. 實驗目的

lab2 的目的是實現tcp的接收端。

主要包括兩方面

（1） 從發送端接收消息，使用Reassembler聚合字節流（Bytestream）

（2）將確認號（ackno）和window size發回對端

確認號，也就是first_unassembler byte; 而Bytestream可寫入的大小，

也就是window size!

ackno和window size兩個共同描述了發送方能發送的數據范圍。有時我們也叫

$$\begin{gathered} ackno?leftedge \\ ackno+windowsize?rightedge \end{gathered}$$

這個實驗中最困難的部分在于TCP如何在流中表示每一個字節，也就是序列號（sequence number）。

2 實驗內容

2.1 序列空間的轉換

個人感覺是這個實驗比較難的一部分。

我們在Reassebler中的索引是64位的，它足夠大幾乎不會重疊。

（假如傳輸速度為100Gbps, 幾乎要花50年才能到達$2^{64}$, 而只需要1/3秒就能到達$2^{32}$）。

但在TCP中的序列空間是寶貴的，只有32位。這就帶來了一些額外的問題：

• wrap arround回滾，32位的序列空間只有4GB，0~$2^{32}?1$, 超過了這個范圍就又會從0開始
• TCP seq numberTCP序列號為了安全，是從一個隨機數開始的，它并不從0開始。開始的數我們叫它ISN(Initial Sequance Number, 初始隨機數)。
• SYN FIN各自占據一個序列號空間

我們這里就涉及到三種序列號索引空間了。

• TCP 序列號索引
• 絕對序列號
• 流索引

文檔中也給了差別比較的表格


序列號索引就是在TCP中的數字；而絕對序列號就是以0開始的，它不會發生回滾。面流索引就是收到的數據的標號了，就不包括SYN FIN。

流索引和絕對序列索引就只差一個1。

而序列號與絕對序列號的轉換就需要我們實現了。

從絕對序列號轉換為序列號，比較簡單。

只需要zero_point + n就可以了。返回值就會自動回滾。

而讓我感覺到最困難的就是$32$位的序列號轉換成$64$位的絕對序列號了。

事實上文檔中給出了解決的方法了，它的提示說不管如何轉換。在32位的

序列號中的差值和64位絕對序列號中的差值肯定是一樣的。

而它函數中的checkpoint則是離當前64位序列號最近的一個， 用first unassembler idx來充當。

為什么需要這個checkpoint呢？因為一個32位的seq number可以對應很多個64位的絕對序列號！！！

比如seqno=7 ，就可能對應7 7+2^{32} 7 + 2^{33} ... ， 因此需要一個checkpoint來確定到底是哪一個，我們要的是離checkpoint最近的，比如說seqno = 7, checkpoint =6 + 2^{32}，我們一下就能確定abs seqno=7 +2^{32}。

這里還有個難點就是理解這個最近，由于32位置的空間它是回滾的，因此

距離也是有兩個的！！！

還是看代碼吧！

*wrapping_integers.cc

#include "wrapping_integers.hh"
#include "debug.hh"using namespace std;Wrap32 Wrap32::wrap( uint64_t n, Wrap32 zero_point )
{// Your code here.// debug( "unimplemented wrap( {}, {} ) called", n, zero_point.raw_value_ );return zero_point + static_cast<uint32_t>( n & 0xFFFFFFFF );
}uint64_t Wrap32::unwrap( Wrap32 zero_point, uint64_t checkpoint ) const
{// Your code here.// debug( "unimplemented unwrap( {}, {} ) called", zero_point.raw_value_, checkpoint );auto check_seq = wrap( checkpoint, zero_point).raw_value_;static constexpr uint64_t _2pow32 = static_cast<uint64_t> (1) << 32;uint64_t df1 = static_cast<uint64_t>( raw_value_ ) + _2pow32 - check_seq;if ( df1 >= _2pow32)df1 -= _2pow32;auto df2 = _2pow32 - df1;if ( df2 < df1 && checkpoint >= df2)return checkpoint - df2;elsereturn checkpoint + df1;}

2.2 實現tcp_receiver

實現這個tcp_receiver倒是沒有實現序列號花的時間多。

狀態管理也沒有用狀態機的那一套，用if-else過完樣例。。。

主要遇到問題是，由于SYN它是需要占據一個序列號, 也就是ISN，而

之后數據中的zero_point應該是ISN + 1了。還有些小問題后面遇到測試

樣例排查一下也能過。

最終還是看代碼吧！

#include "tcp_receiver.hh"
#include "debug.hh"using namespace std;void TCPReceiver::receive( TCPSenderMessage message )
{// Your code here.// debug( "unimplemented receive() called" );// (void)message;if ( message.RST ) {this->reassembler_.reader().set_error();return ;}if ( message.SYN  && (not is_con)) {ISN = message.seqno ;is_con = true;}if ( is_con ) {Wrap32 cur{message.seqno};if (message.SYN)cur = cur + 1;uint64_t first_idx_ = cur.unwrap( ISN.value() + 1 , this->reassembler_.get_first_unassembler_idx());debug("payload: {}, size: {}, FIN: {}", message.payload, message.payload.size(), message.FIN ? "true": "false");this->reassembler_.insert( first_idx_, message.payload, message.FIN);}// first_idx
}TCPReceiverMessage TCPReceiver::send() const
{// Your code here.// debug( "unimplemented send() called" );// return {};TCPReceiverMessage msg{};if ( is_con ) {auto ackno = reassembler_.get_first_unassembler_idx();if (reassembler_.writer().is_closed())ackno++;msg.ackno = Wrap32::wrap(  ackno, ISN.value() + 1);}auto wnd_sz = reassembler_.writer().available_capacity() ;msg.window_size = wnd_sz > UINT16_MAX ? UINT16_MAX : wnd_sz ;msg.RST = reassembler_.writer().has_error();return msg;
}

3. 遇到的問題

• 序列號轉絕對序列號
• FIN SYN需要占據一個序列號空間，這影響到了unwrap中的zero_point，同時在最后關閉時，ackno也需要多加1
• bytestream中的available_capacity是uint64_t， 而序列號空間最大UINT16_MAX，需要進行限制
• RST標志位，需要根據RST來設置bytestream.set_error()