2025 cs144 Lab Checkpoint 2 小白超详细版

1 环形索引的实现

范围是0~2^32-1
需要有SYN（逻辑开头）、FIN（逻辑结尾）

#pragma once#include <cstdint>/** The Wrap32 type represents a 32-bit unsigned integer that:*    - starts at an arbitrary "zero point" (initial value), and*    - wraps back to zero when it reaches 2^32 - 1.*/class Wrap32
{
public:explicit Wrap32( uint32_t raw_value ) : raw_value_( raw_value ) {}/* Construct a Wrap32 given an absolute sequence number n and the zero point. */static Wrap32 wrap( uint64_t n, Wrap32 zero_point );/** The unwrap method returns an absolute sequence number that wraps to this Wrap32, given the zero point* and a "checkpoint": another absolute sequence number near the desired answer.** There are many possible absolute sequence numbers that all wrap to the same Wrap32.* The unwrap method should return the one that is closest to the checkpoint.*/uint64_t unwrap( Wrap32 zero_point, uint64_t checkpoint ) const;Wrap32 operator+( uint32_t n ) const { return Wrap32 { raw_value_ + n }; }bool operator==( const Wrap32& other ) const { return raw_value_ == other.raw_value_; }protected:uint32_t raw_value_ {};
};

1.1 wrap类

表示一个32位无符号整数
需要实现wrap函数、unwrap函数

wrap

• 静态方法
• 将一个 64 位的绝对序列号 n 包装成一个 Wrap32 对象，以zero_point 作为起始点

static Wrap32 wrap( uint64_t n, Wrap32 zero_point );

unwrap

uint64_t unwrap( Wrap32 zero_point, uint64_t checkpoint ) const;

功能：该方法用于将当前的 Wrap32 对象解包成一个 64 位的绝对序列号。由于一个 Wrap32 对象可能对应多个 64 位的绝对序列号，因此需要一个 checkpoint 作为参考，返回最接近 checkpoint 的绝对序列号。

2 实现tcp_receiver

2.1 tcp_receiver的功能

receive方法用于接收消息，设置初始序列号并将数据推送至 Reassembler；
send方法用于生成并发送包含确认号和窗口大小的消息，整体预计约 15 行代码

2.2 传输的报文格式

TCPSenderMessage

struct TCPSenderMessage
{Wrap32 seqno { 0 };bool SYN {};std::string payload {};bool FIN {};bool RST {};// How many sequence numbers does this segment use?size_t sequence_length() const { return SYN + payload.size() + FIN; }
};

• seqno：序列的编号，就是索引的编号，
• SYN: 字节流的开始
• payload ：传输的字符串
• FIN：字节流的结束
• RST： 是否reset
• sequence_length：总共有多少个seq

TCPReceiverMessage

struct TCPReceiverMessage
{std::optional<Wrap32> ackno {};uint16_t window_size {};bool RST {};
};

• ackno: 接收器需要的下一个seq编号
• window_size: 窗口大小，seq的大小限制？
• RST: reset

2.3 如何实现函数

照例，我们先来看头文件里函数的声明

  void receive( TCPSenderMessage message );TCPReceiverMessage send() const;

receive（）

照例，我们先来看头文件里函数的声明

  void receive( TCPSenderMessage message );

receive是服务器端的接收，负责接收发送端传来的消息，再把消息传给重组器（insert）
以终为始，先看一下如果要往reassembler里插入消息的话需要哪些参数，就根据需求来从函数的参数里提取出来即可

void Reassembler::insert( uint64_t first_index, string data, bool is_last_substring )

data、is_last_substring可以直接提取，first_index是绝对索引，需要传来的Wrap格式的索引转换一下
因此就有了：

void TCPReceiver::receive( TCPSenderMessage message )
{//reset为啥要set_error？//const_cast: 去除对象的常量性，也就是说把const writer&转变为writer&if(message.RST == true){const_cast<Writer&>(reassembler_.writer()).set_error();}uint64_t stream_index;if(message.SYN){is_syn = true;_isn = message.seqno;stream_index = 0;}else{//checkpoint(参考点的设置）：reassembler_.writer().bytes_pushed()表示当前写入输出流的字数//                       新接收到的序列号通常会接近这个位置 stream_index = message.seqno.unwrap(message.seqno, reassembler_.writer().bytes_pushed());}reassembler_.insert(stream_index, message.payload, message.FIN);
}

send（）

照例，我们先来看头文件里函数的声明

  TCPReceiverMessage send() const;

主要任务就是返回一组【ackno（相对）、window_size、rst_flag】，重点就是如何计算相对索引（确认号）

确认号表示接收方 期望接收的下一个字节的 32 位相对序列号，计算步骤如下：
获取已接收并写入字节流的总字节数（bytes_pushed）。
处理 SYN 和 FIN 标志占用的序列号（各占一个字节）。
将绝对序列号转换为相对序列号（基于初始序列号 ISN）。

窗口大小表示 接收方当前还能接收的字节数，即 字节流缓冲区的剩余容量，在代码中，对应 ByteStream 的 available_capacity() 方法，此外，TCP 协议规定窗口大小字段为 16 位无符号整数（范围：0 ~ 65535），因此必须确保计算结果不超过 UINT16_MAX（65535），故

uint16_t window_size = static_cast<uint16_t>(min(reassembler_.writer().available_capacity(), static_cast<uint64_t>(UINT16_MAX))
);

因此，函数代码如下

TCPReceiverMessage TCPReceiver::send() const
{bool rst_flag = reassembler_.writer().has_error();//处理确认号(希望接受的字节的绝对序列号),流关闭的话需要加上FINuint64_t abs_ackno = reassembler_.writer().bytes_pushed() + 1;if(reassembler_.writer().is_closed()){abs_ackno += 1;}Wrap32 ackno = _isn + abs_ackno;// 计算窗口大小uint16_t window_size = static_cast<uint16_t>(min(reassembler_.writer().available_capacity(), static_cast<uint64_t>(UINT16_MAX)));if (!is_syn) {return {.ackno = std::optional<Wrap32>{},.window_size = window_size,.RST = rst_flag};}return {.ackno = ackno,.window_size = window_size,.RST = rst_flag};
}