【斯坦福计网CS144】Lab1终结笔记
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系列专栏：《斯坦福大学CS144 | 奇遇记》
少年有梦不应止于心动，更要付诸行动。
目录结构
⛳️1. 斯坦福大学计网实验室
1.1 斯坦福大学之CS144
1.2 CS144实验室之Lab1
⛳️2. Lab1
2.1 实验目的
2.2 实验说明
2.3 实验内容
2.4 实验体会
总结
后续实验：【斯坦福计网CS144】Lab2终结笔记
官方文档：lab0-lab7官网解析pdf.zip
源码资源：斯坦福CS144-lab1解决源码（亲测有效！！！）
⛳️1. 斯坦福大学计网实验室
1.1 斯坦福大学之CS144
在斯坦福大学，CS144是网络世界的大门。这门课程不仅传授网络系统的根基原理和框架，更是探索计算机网络核心概念的摇篮。IP、TCP、路由，这些网络骨架的秘密将被揭示，而学子们将会深入了解网络构建、管理和维护的神秘奥秘，以及数据在这个网络舞台上的华丽演绎。
CS144采用炼金术般的教学模式，融合理论授课、资料阅读、编程挑战和实验探索，助力学生深度探究计算机网络的魅力。这门课程要求学生进行一系列项目和作业，可能包括网络协议的创新设计、仿真模拟和深度分析，唤醒学子们将理论知识嵌入实际的巧思。
换而言之，CS144旨在孕育学生对计算机网络的深刻理解，为他们奠定构建、管理和优化网络系统的必备基石和技能。在这个网络狂潮中，CS144为学子们描绘出一幅璀璨的网络未来图景。
1.2 CS144实验室之Lab1
斯坦福大学CS144的Lab1是网络协议的起航之旅。这个实验着眼于理解计算机网络中数据包的传输和处理过程。Lab1常常围绕着构建一个简单的互联网络来展开，学生们将学会使用虚拟机等工具和语言，手工制作一个简单的网络协议栈。
在Lab1中，学生们会开始从底层开始构建，涉及到基本的数据包创建和处理，了解数据包在网络中的传输方式。他们会探索IP和ICMP协议的基本工作原理，并尝试编写代码来实现这些协议的简单功能。这包括生成和解析数据包、实现基本的数据包路由和响应。
Lab1往往作为CS144课程中的起步，旨在让学生亲身体验网络协议的基本工作原理，为后续更复杂、更深入的实验和理论打下坚实的基础。通过这个实验，学生们可以开始理解网络协议在实际中是如何运作的，并在实践中提高他们的网络编程技能。
⛳️2. Lab1
2.1 实验目的
1 实现一个流重组器——一个将字节流的小块（称为子串，或段）按正确顺序组装成连续的字节流的模块
2 深入理解TCP协议的工作方式
2.2 实验说明
1 在lab0中，我们使用Linux的传输控制协议（TCP）的内置实现，使用互联网流套接字从一个网站获取信息并发送电子邮件。这个TCP实现设法产生了一对可靠的按顺序排列的字节流（一个从主机到服务器，一个从相反方向），尽管底层网络只提供”尽力而为”的数据报，但是我们还是在一台计算机的内存中自己实现了字节流的抽象。
2 在接下来的lab1-lab4中，我们将实现TCP，在一对被不可靠的数据报网络分开的计算机之间提供字节流的抽象概念。而lab1要求编写负责重新组装的数据结构：“StreamReassembler”。它将接收子串（由一串字节和大数据流中该串的第一个字节的索引组成），并提供一个“ByteStream”，其中所有的数据都被正确排序。
2.3 实验内容
1 将子字符串拼接成一个字节流
（1）输入”cd sponge/build”切换到实验作业的存储库中，运行”git fetch”来检索实验作业的最新版本。通过运行”git merge origin/lab1-startercode”，下载实验1的启动代码。如图2-1所示。在build目录中，输入”make”进行编译，编译结果如图2-2所示。
cd sponge/build
git fetch
git merge origin/lab1-startercode
make
图2-1 获取实验代码
图2-2 编译结果
（2）输入命令”vim ../libsponge/Stream_Reseember.hh”，将代码修改如图2-3所示。代码源码见附录。
vim ../libsponge/Stream_Reseember.hh
图2-3 代码细节
（3）输入”vim ../libsponge/Stream_reassembler.cc”，将文件编辑如图2-4-2-6所示。代码源码见附录。
vim ../libsponge/Stream_reassembler.cc
图2-4 代码细节
图2-5 代码细节
图2-6 代码细节
（4）确认文件无误后，保存退出，输入”make”对文件进行编译，编译结果如图2-7所示。
make
图2-7 编译结果
（5）输入”make check lab1”进行测试，测试结果如图2-8所示。可以看到，所有测试结果全部通过。
make check lab1
图2-8 测试结果
实现的整体框架如图2-9所示。
图2-9 整体框架
2.4 实验体会
1 lab1需要完成“stitching substrings into a byte stream”（将子字符串拼接成字节流）。此处文档写的并不透彻，这里我们对于图2-9的解读为：对于TCPConnection会接收到TCP的数据包TCPSegment(这里需要注意数据包在传输层称为TCPSegment，UDP的数据包则称为IPv4Datagram，在网络层数据包称为packet)，在TCPSender发送数据包后由TCPReceiver进行接收。这里的接收情况如下
（1）按顺序达到
（2）该数据包为old则丢弃
（3）该数据包为new则放入缓存buffer。
2 而在Lab0已经实现了双向字节流ByteStream。而在后续实验需要完成两个ByteStream：一个出向ByteStream(outbound)，一个入向ByteStream(inbound)，此时TCP会接收从远端发来的数据，然后被本地应用所读取。正是因为接收的三种情况（按顺序达到、该数据包为old则丢、该数据包为new则放入缓存buffer），针对成员函数push_substring传递的三个参数（分别是数据data，索引index，是否到达末尾eof）,此时拥有_capacity容量的buffer，对于push_substring传递的新数据，利用write（）函数将其放入字节流的缓存区内，如果调用了output_read()函数，会将其从缓存移除并且重新计算缓冲区；假如传递的index大于_wait_index则丢弃该数据；当已接受的数据再次通过push_substring传递，则将其丢弃；假如当前写指针_wait_index与_eof_index相等，则调用_output.end_input()终止后续的写操作。
总结
斯坦福大学的CS144实验从Lab0到Lab7涵盖了广泛的网络系统和计算机网络主题。Lab0往往是介绍性的，可能涉及设置实验环境和初步概念。逐步进入Lab1至Lab7，学生将涉及更深层次的网络协议、编程和系统设计。
如果你也想了解更多斯坦福大学的CS144实验，以及计算机网络技术新进展，不妨点击下方链接，加入我们社群，共同探讨更多可能性吧。鉴于今年斯坦福大学的CS144实验的火热，我们还建立了一个CS144 系列专栏：《斯坦福大学CS144 | 奇遇记》，旨在深入探讨斯坦福大学的CS144的实践和应用。