Overview

TCPReceiver 從對等的sender接收消息，使用 receive() 方法，然后調用 Reassembler() 方法，后者寫入 ByteStream 中 然后應用程序從 ByteSteam 中讀取。
同時，TCPReceiver 還會通過 send() 方法給sender發送消息，告訴sender：

1. 確認號ackno ，這是接收方需要從發送方接受的第一個字節；
2. ByteStream的可用容量，也就是窗口大小 window size。

本實驗最難的部分在于如何思考 TCP 將如何表示每個字節在流中的位置，也稱為“序列號”。

Translating between 64-bit indexes and 32-bit seqnos

TCP協議中包含三種序號分別是：seqno、absolute seqno、stream index，其轉換關系如圖所:示：


可以看到，absolute Seqno和stream index只是在開頭和結尾的SYN和FIN有差異，且都是64位，所以第一個問題是如何實現seqno和absolute seqno之間的轉換。

absolute seqno 到 seqno

首先，seqno有一個隨機數ISN，作為起始序列編碼，而absolute seqno從0開始，可以得到兩者之間的轉換關系為：
$$seqno\equiv absoluteseqno+ISN(mod{2}^{32})$$
所以wrap函數實現如下：

Wrap32 Wrap32::wrap( uint64_t n, Wrap32 zero_point )
{// Your code here.return Wrap32 { zero_point.raw_value_ + static_cast<uint32_t>(n)};
}

seqno 到 absolute seqno

和上面的類似，現在反向推倒absolute seqno
$$absoluteseqno\equiv seqno?ISN(mod{2}^{32})$$

這樣就可以得到absolute seqno的低32位，然后在函數中給出了checkpoint，現在的目標是找出離checkpoint最近的absolute seqno的高32位，這個值一定滿足：

$$checkpoint?2^{31}\le absoluteseqno\le checkpoint+2^{31}$$
之所以滿足這個條件，是因為如果不在這個范圍內，則可以通過+或者- $2^{32}$來更接近checkpoint。

所以高32位的計算方法是通過給checkpoint + 或者 - $2^{31}$再取出其中的高32位，然后找出兩個中接近checkpoint的值，即為所求。

uint64_t Wrap32::unwrap( Wrap32 zero_point, uint64_t checkpoint ) const
{// Your code here.uint32_t low32_bits = this->raw_value_ - zero_point.raw_value_; uint64_t high32_bits1 = (checkpoint + (1 << 31)) & 0xFFFFFFFF00000000;uint64_t high32_bits2 = (checkpoint - (1 << 31)) & 0xFFFFFFFF00000000;uint64_t aseqno1 = low32_bits | high32_bits1;uint64_t aseqno2 = low32_bits | high32_bits2;if(max(aseqno1,checkpoint) - min(aseqno1,checkpoint) < max(aseqno2,checkpoint) - min(aseqno2,checkpoint))return aseqno1;return aseqno2;
}

Implementing the TCP receiver

實驗的剩余部分，要求我們實現TCPReceiver，實現：

1. 從sender接收消息，并調用Reassembler對ByteStream重組；
2. 將包含確認號ackno和窗口大小發送給sender.

首先添加幾個成員變量和修改構造函數

class TCPReceiver
{
public:// Construct with given Reassemblerexplicit TCPReceiver( Reassembler&& reassembler ) : reassembler_( std::move( reassembler ) ) ,isn(-1), open(false),_capacity (std::min((size_t)reassembler_.writer().available_capacity(),(size_t)UINT16_MAX)){}/** The TCPReceiver receives TCPSenderMessages, inserting their payload into the Reassembler* at the correct stream index.*/void receive( TCPSenderMessage message );// The TCPReceiver sends TCPReceiverMessages to the peer's TCPSender.TCPReceiverMessage send() const;// Access the output (only Reader is accessible non-const)const Reassembler& reassembler() const { return reassembler_; }Reader& reader() { return reassembler_.reader(); }const Reader& reader() const { return reassembler_.reader(); }const Writer& writer() const { return reassembler_.writer(); }private:Reassembler reassembler_;Wrap32 isn;                   // zero_pointbool open;                    // ISNsize_t _capacity;             // 容量，最大為UINT16_MAX
};

然后修改成員函數，其中有三個特殊的標志位，分別是：
SYN：接收到SYN才開始傳輸報文，此前的全部丟棄
FIN：接收到FIN就結束傳輸報文
RST：接收到RST就將ByteSteam置錯，并且停止傳輸。

所以在receive函數里：

1. 先判斷RST信號，如果出現RST，就給reader()置錯；
2. 判斷是否有SYN，之前沒有就丟棄，否則就記錄ISN；
3. 根據已經push進重組器的字節數為checkpoint，以ISN和checkpoint調用前面寫的unwarp函數計算絕對序列號；
4. 如上一問所述，在stream中索引并不是完全和64位的絕對索引相同的，stream中的索引不包括SYN和FIN，所以要判斷一下。

值得注意的是，我第一次在實現這個轉換的時候以為SYN始終都不會進入stream中，實際上不是這樣的，第一個SYN的序列號作為ISN是會進入stream中，而其后的各報文的SYN端不會進入stream，FIN在后文也需要判斷，所以我們需要根據報文的SYN標志對stream index和absolute seqno之間進行轉換。

接下來在send函數，其中RST根據reader()是否出現error，而windows size則根據總大小減去重組器中已經存儲的大小，接下來主要介紹ackno的計算：

1. 如果還沒有建立連接，即還沒有SYN，就直接回復空(nullopt)；
2. 否則，就根據已經push進重組器的字節 + 1(確認號是下一個需要的序列號，所以加1)，這里又需要判斷是否是FIN，如果是，因為FIN也要占一個絕對序列號，所以還要再加1；
3. 調用wrap轉換成seqno，并返回message。

void TCPReceiver::receive( TCPSenderMessage message )
{// Your code here.if ( message.RST ) {reassembler_.reader().set_error();return;} if ( open == false ) {if ( !message.SYN )return;else {open = true;isn = message.seqno;}}Wrap32 seqno = message.seqno;uint64_t checkpoint = reassembler_.writer().bytes_pushed();uint64_t ab_seqno = seqno.unwrap( isn, checkpoint );uint64_t index = message.SYN ? ab_seqno : ab_seqno - 1;reassembler_.insert( index, message.payload, message.FIN );
}TCPReceiverMessage TCPReceiver::send() const
{// Your code here.TCPReceiverMessage message;if ( !open ) {message.ackno = nullopt;} else {uint64_t ab_seqno = reassembler_.writer().bytes_pushed() + 1 + ( reassembler_.writer().is_closed() ? 1 : 0 );message.ackno = Wrap32::wrap( ab_seqno, isn );}message.RST = reassembler_.reader().has_error();message.window_size = _capacity - reassembler_.reader().bytes_buffered();return message;
}

實驗結果