CS144-计算机网络学习笔记

复盘一下CS144(2020Fall)的8个Lab

Lab主要内容

lab 0

• 使用telnet & netcat发送和接受应用层的数据
• 使用自带套接字写一个webget，了解套接字编程

• 实现ByteStream作为TCP连接的最底器的容器

  • FIFO模型
  • 有限容量
  • 支持write,peak,pop,read,remaining_capacity,end_input操作

lab 1

• 在ByteStream的基础上实现StreamReassembler

  • 负责把收到的包根据序号重组，按序写入ByteStream
  • 抛弃过去的包和超出容量的包
  • 储存容量容许范围内，但失序的包

lab 2 & 3

• TCP receiver

  • 基于收到包的连续性的假设，正确转换32位的seq到64位的index
  • 将收到的包传给StreamReassembler
  • 计算出正确的ackno
  • 计算出正确的window_size，以告知发送方实现流量控制(flow-control)

• TCP sender

  • TCP可靠数据传输机制的实现

    • 定时器(单一的重传定时器)
    • 序号和确认(确认是被捎带在数据报文段中的)
  • TCP连接管理:SYN和FIN
  • 流量控制的另一部分，发送方根据接收方的窗口大小调整流量

lab 4

• TCP connection

  • 整合sender和receiver实现TCP过程
  • TCP状态机：三次握手，正常通信，四次挥手

lab 5

• 实现一个network interface，也就是网卡以及arp协议
• 网卡中有一个arp表，实现ip地址和mac地址的转换，它通过arp协议自动生成，每个表项都会过期
• arp协议是一个链路层和网络层中间的协议，它在层次关系上和ip（网络层）很像，我们需要把arp包封装为一个以太网包（或其他链路层帧）发送出去，因而在体系结构上位于链路层之上，但是一个arp分组具有包含链路层地址的字段，因而也可认为是链路层协议。
• 借由链路层的广播帧，可以将arp分组发送给所有人，从而得到预期的回复

lab 6

• 实现一个路由器，对应网络层的数据平面，根据输入的规则，按照最长前缀匹配规则转发
• 基于lab 5的network interface：一个路由器有多个interface

lab 7

• 不知道为什么，client发送的arp REQUEST没有收到回复，按道理说，server端应当这个REQUEST并回复REPLY，但是没有发生，原因可能是cs144关了这个中继服务，或者是我的代码错了，有待进一步研究

性能优化

TCP

• https://zhuanlan.zhihu.com/p/...
• 优化的主要部分，都在于避免直接复制string
• 使用右值引用、共享指针、Buffer中的offset实现

network interface

• 通过map+heap + lazy deletion 实现O(lgN)的查找，插入，检查，更新

router

• 通过vector，实现O(N)的查找，但应当有更优的算法，没有深入调查

未来的计划

• 看一看这个lab是如何使用TUN和TAP，绕过了linux的内核的TCP/IP栈，从而使用我们自己写的TCPsocket的
• 看一看如何从TCPconnection到TCPsocket的
• 看一下/apps/里的代码，包括再看看lab7是什么原理
• 其实LAB4还有挺大优化空间，这是因为我又发现有两个地方我复制了string，可以改成智能指针，不过这又涉及到对象的生命周期的问题，需要再研究
• 整理我的lab仓库，把这门课变成一个小项目