CS144 Lab:Lab7
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最简单的 “Lab”

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Lab 7

Lab 7 什么代码都不需要写。Just putting it all together !

这个 Lab 将之前 7 个实验里所有实现的内容全部整合在一起,并完成一些测试,与真实网络进行通信。

下面是我们实现的最终网络技术栈的结构图,

image-20230819223421457

测试

对话通信

上图中你可能会注意到底部是 cs144.keithw.org,因为我们普通家庭用户都是位于 NAT 网络转换背后的,所以作者在 cs144.keithw.org 上搭建了服务,可以让两个 partner 之间通过 cs144.keithw.org 作为中继器(relay)进行消息传输。

❗ 注意,你可能需要在多尝试几次寻找可用的端口号,至少文档中默认的 3000 我试了是不行的。(开始我我还以为作者把服务器关了,心理一凉🥺)

image-20230819162942030

发送一个文件

dd if=/dev/urandom bs=1M count=1 of=/tmp/big.txt
./apps/lab7 server cs144.keithw.org 4090 < /tmp/big.txt
./apps/lab7 client cs144.keithw.org 4091 > /tmp/big-received.txt < /dev/null
sha256sum /tmp/big.txt
sha256sum /tmp/big-received.txt

下面可以看到成功传输了 1MB 的文件

image-20230819164259499

用自己实现的 TCP 协议与计网实验程序通信

为了测试和体现自己 TCP 协议的通用性,我尝试用自己实现的 TCP 协议,ARP 协议,路由匹配算法与学校计网实验的 socket 程序进行远程通信 😍

下面是用 CS144 实现的 TCP 协议写的 client 端的代码,server 端同学校计网实验的单进程简单回声,

#include "address.hh"
#include "tcp_sponge_socket.hh"
#include "util.hh"
#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc != 3) {
        printf("Usage: %s <ip_address> <port>\n", argv[0]);
        return EXIT_FAILURE;
    }

    FullStackSocket socket;

    socket.connect(Address(argv[1], stoi(argv[2])));

    string input;
    while (getline(cin, input)) {
        input += '\n';
        socket.write(input);
        cout << "[REPLY] " << socket.read();
    }

    socket.wait_until_closed();
    return 0;
}

经过 C++ 的封装后,比 C 语言简单而优雅了很多😋。

以下是测试成功截图,client 运行在本地,server 运行在远程服务器上

image-20230819184106669

为了更清晰的看到实际传输情况,和 TCP 数据报的具体内容,我决定安装 wireshark。

首先需要给虚拟环境装上 ubuntu-desktop

sudo apt update
sudo apt upgrade
sudo apt install ubuntu-desktop

但是发生了比较尴尬的事,Ubuntu 的主分区空间不足,于是我通过 VirtualBox 扩容到 20G,但是在 Ubuntu 中并不会生效,还需要重新调整分区大小。

cs144@vm ~> df -h
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
tmpfs           794M  9.1M  785M   2% /run
/dev/sda2       9.8G  9.8G     0 100% /
tmpfs           3.9G     0  3.9G   0% /dev/shm
tmpfs           5.0M  4.0K  5.0M   1% /run/lock
tmpfs           794M   20K  794M   1% /run/user/1000
cs144@vm:~$ sudo fdisk -l
...

Disk /dev/sda: 20 GiB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors
Disk model: VBOX HARDDISK
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: gpt
Disk identifier: 864409E8-FEDC-4E44-B57B-302B291A9A18

...

从中可以看出根分区是 /dev/sda2,下面是 Ubuntu 命令行扩容的具体步骤:

  1. 打开终端窗口。

  2. 运行以下命令来扩展分区 /dev/sda2

    sudo parted /dev/sda resizepart 2
    

    这会启动交互式模式,让你选择新的分区大小。你可以输入 Yes 来使用所有可用空间。

  3. 接下来,运行以下命令来更新文件系统以反映分区的扩展:

    sudo resize2fs /dev/sda2
    
  4. 完成后,你可以运行以下命令来查看新的磁盘空间:
    df -h
    

    现在应该将能够看到根分区已经扩展到了新的空间大小。

扩容成功😀,

image-20230819201346239

重启进入系统,

image-20230819201838803

这时候为了更高的显示分辨率和更好的 GUI 体验,你还需要安装虚拟机拓展包。最后安装成功后你就可以像下面这样变大啦,

image-20230819202443196

安装并启动 wireshark,

sudo apt install wireshark
sudo wireshark

选择虚拟网卡 tap10,这是要使用自己实现的 TCP、ARP 协议和路由匹配算法必须依赖的东西,它可以绕过 Linux kernel 的协议栈

image-20230819202952420

之后就可以愉快抓包观察,自己实现的 TCP 协议与对方真实网络世界通信的情况啦🤗

image-20230819203712124

2023.8.19 终于写完了 CS144 的所有 8 个 Lab,并成功用自己实现的 TCP 协议,ARP 协议,路由匹配算法与学校计网实验的 socket 程序进行远程通信,完结撒花!🎉🥳

不过目前对 Linux 的虚拟设备 TUN/TAP 原理也还不太了解,不得不赞叹 Lab 作者网络领域的巨擘 Keith Winstein 教授的巧妙设计,另外 ByteStream 也还可以再优化从而提高 CPU 吞吐量,等以后有缘再会吧。

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References

解决 SSH 登录 Linux 长时间不操作就会自动断开问题

CS144 计算机网络 Lab7

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