day5 - udp模拟tcp

2023-11-21 08:58:45

udp模仿tcp类似于socket实现tcp的功能（单方向），比如三次握手，四次挥手，超时重传快速重传等等。

模拟TCP的功能
三次握手
四次挥手
发送端要带有计时器，要实现RTT估计和RTO（重传计时器）估计。RTT如下

SampleRTT某报文段被发出到对该报文段的确认被收到之间的时间量
EstimatedRTT=(1-α)* EstimatedRTT+α*SampleRTT（α=0.125?)
DevRTT=(1-β)DevRTT+β|SampleRTT-EstimatedRTT| (β=0.25?)
TimeoutInterval = EstimatedRTT + 4 *DevRTT（初始值：EstimatedRTT = 500 milliseconds， DevRTT = 250 milliseconds）
TimeoutInterval = EstimatedRTT + gamma * DevRTT

可靠数据传输：发送端维护最早未被确认的字节序号（sendbase), 下一个要发送的字节的序号(nextSeqNum), 通过单一计时器来实现超时重传，通过冗余ACK来实现快速重传。
流量控制：有一个在任何时刻能保持的最大的未确认的《字节数》（最大窗口数），包能够有的最多字节数。
因为是在环回网络上测试，所以要模拟数据包出现TCP中的意外–丢失，延迟，损坏，乱序
接收端收到后立刻返回ACK。不对ACK包进行操作
设计参考《计算机网络自顶向下方法》

设计思路之包头设计
三次握手需要syn，ack两个标志位，四次挥手需要fin的标志位，校验错误需要crc码，传输数据需要ackNo码跟seqNo码。因为java中datagramSocket.receive收到的packet大小是固定的。比如

byte[] receBuf = new byte[1024];
DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(receBuf, receBuf.length);

则无论实际数据是多少datagramPacket.getData().length()都会是1024, 所以java还需要一个len来记录一个包中数据的长度（udp不会粘包）。tcp粘包，udp不会原因
而python没发现这种情况，所以不需要也可以。
所以包头设计为

//fin:四次挥手用，表示要断开连接
//syn:三次握手用，表示要连接接收端
//ack:数据传输用，表示收到包了
//crc_code: 校验用
//len:包体长度
//seqNo:序号（具体意思百度一下TCP, seq_num就有）
//ackNo：确认号（同上）
private int fin, syn, ack, seqNo, ackNo, crc_code, len;

因为发送时是发送字节数组。所以包头需要一个将Header转换为byte[] 的方法。通过位操作将3个标志位放在1个字节中。其他各为4个字节python使用pack，java使用ByteBuffer

public static byte[] getIntBytes(int data) {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(4);
    buffer.order(ByteOrder.BIG_ENDIAN);
    buffer.putInt(data);
    byte[] bytes = buffer.array();
    return bytes;
}

public static int getInt(byte[] bytes) {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(bytes.length);
    buffer.order(ByteOrder.BIG_ENDIAN);
    buffer.put(bytes);
    int result = buffer.getInt(0);
    return result;
}

设计思路之状态
两边都需要使用状态值来记录当前处于哪种状态。因为收到ack=1的的确认包，那是处于接收数据状态还是四次挥手状态。所以有如下状态：
class States(Enum):
CLOSE = 0
LAST_ACK = 1
SYN_RCVD = 2
SYN_SENT = 3
CLOSE_WAIT = 4
ESTABLISHED = 5
FIN_WAIT = 6

发送端发送第一次握手后进入SYN_SENT, 接收端接收后进入SYN_RCVD, 回复第二次握手，发送端接收后回复第三次握手，进入ESTABLISHED, 准备发送数据。接收端接收后进入ESTABLISHED等待数据。

快速重传
收到乱序包时，回复等待接收的正确顺序的那个ACK包。发送端收到3个同样的冗余ACK后就可以重传了。因此发送端需要维护一个缓冲区。里面存着已发送但还未确认的包。该缓冲区大小小于最大窗口数。

接受端
接收数据，要区分一下情况：

包丢失，即包的seq_num比last_ack_num大（last_ack_num:最后一个收到并确认的数据包的seq_num）
包重复，丢弃即可
包损坏，丢弃，当作没收到
包延时：先存后面的包，使用快速重传，回复冗余ACK
包乱序：同包延时处理

码农公寓

相关文章