【CS144】Lab4总结

Lab汇总

概述

lab4要求实现一个将$TCPReceiver$与$TCPSender$结合起来的$TCPConnection$，实现真正意义上的$TCP$实体。当收到一个$TCPSegment$时，$TCPConnection$需要将该报文分别交付给$TCPReceiver$与$TCPSender$进行解析（调用$Receiver$和$Sender$中相应的接口），进行全局的统筹协调。当经过一定的时间段，操作系统会调用$Connection$中的$tick$函数进行时间记录（方便测试），$Connection$将通知$Sender$此时经过的时间，方便$Sender$进行超时重传。

实现细节

TCP实体

$TCP$实体由三部分组成：

• 接收方：当从网络中接收到一个$TCP$报文段时，会调用$TCPConnection$中segment_received接口进行处理

  • 如果报文段头部中的RST标记被设置为1，则对该$TCP$实体执行非洁净关闭($uncleanshutdown$)操作。

  • 否则

    • 将该TCP报文段交给$Receiver$处理（通过$Receiver$的segment_received接口）
    • 且如果该$TCP$报文段设置了ACK标志，则将其中的ackno字段与window_size字段交给$Sender$进行更新（通过ack_received接口）。
    • 当收到的报文段占有字节序号时（length_in_sequence_space返回值不为零），$Connection$需要确保其至少回应一个报文段，以更新此时$Receiver$中维护的ackno和window_size。
    • 最后有一个特殊情况需要处理，对方终端可能会发送一个拥有不合法字节序号的报文用来检测你的$TCP$实体是否仍然存活，此时需要发送一个空报文进行回复（会携带ackno和window_size）。这种情况下的处理代码如下：（从给定的代码中可以看出，这种情况应该是规定好的，跟着写就是了）

    if (_receiver.ackno().has_value() && (seg.length_in_sequence_space() == 0)
        && seg.header().seqno == _receiver.ackno().value() - 1) {
        _sender.send_empty_segment();
    }
    

• 发送方：每隔一段时间将调用发送方的接口对输入缓冲区中的字节流进行打包并发送

  • 每隔一段时间（当$Connection$中的$tick$函数被调用的时候），如果$Sender$中的输入缓冲区stream_in已经被写入字节，那么需要调用$Sender$中的fill_window接口进行字节流的打包和发送
  • 在发送$TCP$报文段之前，$Connection$需要询问$Receiver$当前的ackno和window_size，并添加到每一个报文段的相关字段中（如果ackno存在，则设置ACK标记为1）

• 时间流逝：当$Connection$中的$tick$接口被调用时

  • 调用$Sender$中的tick接口告知时间流逝
  • 如果此时超时重传次数超出上限，则进行非洁净关闭
  • 如果此时满足洁净关闭的要求（见下一节），则执行洁净关闭

关闭TCP连接

• 不洁净关闭：
  当接收或发送一个带RST标记的$TCP$报文段时，将会启动不洁净关闭，即将当前$TCP$实体的输入输出字节流都设置为出错状态，并将此实体设置为未激活状态（active()接口返回false）。
• 洁净关闭：
  如果本地$TCP$想要进行洁净关闭，首先要满足三个条件：
  1、接收方的inbound stream已经拼接完全且输入停止（input ended）
  2、发送方的outbound stream已经停止输入且被完全发出（即已经eof）
  3、发送方发出的所有报文段均被确认
  当本地$TCP$满足以上三个条件，并确认对方$TCP$已经满足上述三个条件时，可以进行洁净关闭，又分为以下两种情况：
  • 本地$TCP$的inbound stream停止输入（input ended）但outbound stream还未到达eof（即还未发送完，但是已经接受完了），那么此时对方$TCP$已经满足上述的条件2；当本地$TCP$满足上述三个条件时，它能够百分百确定对方$TCP$已经满足三个条件。因为此时，对方$TCP$必然满足条件1和2，且由于对方$TCP$的数据比本地$TCP$的数据早发完，则本地$TCP$在发送剩余数据时，必然会携带对远程$TCP$所有$TCP$报文段的确认号，又因为本地$TCP$发送方的所有报文均被确认，故能够确认对方$TCP$肯定收到过自己的确认号，即已经满足条件3.
  • 本地$TCP$不能够百分百的确认对方已经收到所有的确认号，故需要等待一段时间（10*_cfg.rt_timeout），如果在时间内未收到对方$TCP$的报文，则说明对方大概率已经收到所有的确认，因为没有产生超时重传。

坑点

• 一开始不太清楚time_since_last_segment_received这个字段怎么维护，查阅了相关博客得知，由于系统是通过调用$tick$函数来跟踪时间的，于是只需要在$tick$函数被调用时累加即可，在接收到$TCP$报文时将累计的时间情况即可。
• 在$Connection$的$tick$函数被调用时，需要进行报文段的发送（即调用$Sender$的fill_window接口）。注意如果$Sender$的输入缓存区如果还未写入字节的话，则不需要调用fill_window进行报文段的发送，否则会进入到SYN_SENT状态从而出错。