簡(jiǎn)介這份西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告面向正在學(xué)習(xí)計(jì)網(wǎng)課程、需要完成實(shí)驗(yàn)或整理報(bào)告的學(xué)生也可供復(fù)習(xí)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)配置的讀者參考。內(nèi)容圍繞六個(gè)實(shí)驗(yàn)展開(kāi)雙絞線制作與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備訪問(wèn)配置、交換機(jī)VLAN劃分、Windows下DNS與DHCP服務(wù)器配置、WEB與FTP服務(wù)搭建、路由器基礎(chǔ)配置以及靜態(tài)路由和三層交換機(jī)配置每部分包含實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃O(shè)備環(huán)境、拓?fù)渑c配置截圖、要點(diǎn)和心得體會(huì)。壓縮包內(nèi)共1個(gè)doc文件大小約3.67MB匯總成一份可直接查閱的文檔便于按實(shí)驗(yàn)?zāi)K對(duì)照操作與查漏補(bǔ)缺。已有1197人學(xué)習(xí)適合作為課程實(shí)驗(yàn)的過(guò)程記錄和配置思路參考幫助讀者理解星型以太網(wǎng)、IP與子網(wǎng)掩碼、VLAN隔離、域名解析、動(dòng)態(tài)地址分配、IIS與FTP服務(wù)、路由表及三層交換等知識(shí)點(diǎn)。1. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告不是指導(dǎo)書的復(fù)印件一份能被別人照著復(fù)現(xiàn)的記錄長(zhǎng)什么樣期末前一周某高校的實(shí)驗(yàn)室里最常見(jiàn)的場(chǎng)景是有人把實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的截圖拼成三十頁(yè) PDF交上去被打回來(lái)重寫。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)這門課的實(shí)驗(yàn)報(bào)告真正被審的從來(lái)不是排版和頁(yè)數(shù)而是證據(jù)鏈別人拿著你寫的命令、過(guò)濾表達(dá)式和字段表能不能在他自己的機(jī)器上把同一個(gè)現(xiàn)象再抓一遍、再對(duì)一次數(shù)。這篇筆記講的就是這件事——抓包取證怎么留痕Socket 編程怎么把并發(fā)和異常寫成可核對(duì)的記錄可靠傳輸?shù)臓顟B(tài)機(jī)怎么用可觀察的量說(shuō)話以及那些讓報(bào)告看起來(lái)完整、其實(shí)被追問(wèn)一句就露餡的地方。適合正在做計(jì)網(wǎng)課程實(shí)驗(yàn)、或者要把網(wǎng)絡(luò)行為寫成可復(fù)核文檔的讀者。2. 抓包取證Wireshark 顯示過(guò)濾與 tshark 字段導(dǎo)出的證據(jù)鏈寫法抓包實(shí)驗(yàn)是計(jì)網(wǎng)課程里最容易拿分也最容易丟分的一塊。拿分是因?yàn)楝F(xiàn)象直觀丟分是因?yàn)榇蟛糠秩酥唤涣艘粡埥貓D圖上沒(méi)有任何上下文不知道是在哪個(gè)接口抓的、抓的時(shí)候跑了什么命令、過(guò)濾條件是什么、時(shí)間基準(zhǔn)從哪一刻算起。換個(gè)同學(xué)拿著這張圖根本沒(méi)法復(fù)現(xiàn)。我在整理這類材料時(shí)給自己定了一條硬規(guī)矩任何一張抓包截圖旁邊必須配一行能直接粘貼執(zhí)行的命令否則這張圖就等于沒(méi)做。2.1 一條合格的證據(jù)鏈得湊齊四樣?xùn)|西先說(shuō)清楚“證據(jù)鏈”具體指什么。它不是一個(gè)抽象概念而是四件可以逐項(xiàng)核對(duì)的東西時(shí)間基準(zhǔn)、過(guò)濾表達(dá)式原文、關(guān)鍵字段表、結(jié)論句。時(shí)間基準(zhǔn)指frame.time_relative這類相對(duì)時(shí)間而不是絕對(duì)時(shí)間戳絕對(duì)時(shí)間戳受抓包機(jī)時(shí)鐘和時(shí)區(qū)影響讀者沒(méi)法對(duì)齊過(guò)濾表達(dá)式原文指的是你用了哪條顯示過(guò)濾器把無(wú)關(guān)流量篩掉比如tcp.port8080 tcp.flags.syn1這條必須原樣寫進(jìn)報(bào)告關(guān)鍵字段表是把同一批包里你要論證的那幾個(gè)字段抽出來(lái)排成表格讓讀者一眼看出序號(hào)、標(biāo)志位和確認(rèn)號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系結(jié)論句則要落到具體數(shù)字上比如“SYN 到 SYN-ACK 之間耗時(shí) 0.42 ms”而不是“握手成功”。很多報(bào)告翻車是因?yàn)榘选癢ireshark 里看到了三次握手”當(dāng)成結(jié)論。這句話既不可證偽也不可復(fù)現(xiàn)。換成“在 lo 接口上以tcp port 8080為捕獲過(guò)濾器抓包客戶端端口 51234、服務(wù)端端口 8080第 1 幀 SYN 帶 seq0第 2 幀 SYN-ACK 帶 seq0 ack1第 3 幀 ACK 帶 seq1 ack1相對(duì)時(shí)間分別為 0.000、0.042、0.048 秒”性質(zhì)就完全不一樣了任何一個(gè)裝了同版本工具的人都能對(duì)著跑一遍。下面這張表是我在每份抓包報(bào)告開(kāi)頭都會(huì)附的字段說(shuō)明把“圖里那條橫線到底是什么意思”一次講清楚字段抓包里的含義報(bào)告里為什么必須寫frame.number幀在整個(gè) pcap 里的絕對(duì)序號(hào)結(jié)論句引用幀號(hào)才不會(huì)指錯(cuò)frame.time_relative相對(duì)第一幀的時(shí)間單位秒唯一可跨機(jī)器對(duì)齊的時(shí)間基準(zhǔn)tcp.seq/tcp.ack相對(duì)序號(hào)與相對(duì)確認(rèn)號(hào)判斷重傳、亂序、丟包的依據(jù)tcp.flags.str標(biāo)志位組合的字符串形式比單獨(dú)看 SYN/ACK 位更不容易誤判tcp.analysis.retransmission工具推斷的重傳標(biāo)記報(bào)告里要注明“工具推斷”不是原始字段tcp.len本幀承載的 TCP 載荷長(zhǎng)度算吞吐、判斷是否純 ACK 的依據(jù)表格最后一行值得單獨(dú)強(qiáng)調(diào)tcp.analysis.*這一族是 Wireshark 根據(jù)序列號(hào)推出來(lái)的派生字段不是協(xié)議頭里真實(shí)存在的東西。報(bào)告里引用它必須寫清楚是推斷值否則一旦讀者的抓包點(diǎn)位置不同比如抓在中間設(shè)備上同一個(gè)包可能不再被判為重傳結(jié)論就對(duì)不上了。這一點(diǎn)屬于典型的血淚經(jīng)驗(yàn)被追問(wèn)過(guò)一次就再也不會(huì)忘。2.2 先造可控流量再談抓包對(duì)著瀏覽器亂點(diǎn)然后抓一堆包是效率最低的做法。比較穩(wěn)的方式是自己起一個(gè)行為完全確定的被測(cè)服務(wù)讓流量的數(shù)量、順序、大小都在你的掌控之內(nèi)。下面這段代碼起了一個(gè)本地 HTTP 服務(wù)每次 GET 返回固定長(zhǎng)度的純文本方便你在抓包結(jié)果里精確數(shù)出請(qǐng)求和響應(yīng)的字節(jié)數(shù)from http.server import BaseHTTPRequestHandler, ThreadingHTTPServer class Handler(BaseHTTPRequestHandler): # HTTP/1.1 才會(huì)復(fù)用連接默認(rèn)的 1.0 每條請(qǐng)求后關(guān)閉 protocol_version HTTP/1.1 def do_GET(self): body bhello-cn-lab\n # 固定 13 字節(jié)便于核對(duì) tcp.len self.send_response(200) self.send_header(Content-Type, text/plain) self.send_header(Content-Length, str(len(body))) # 必須給否則靠 FIN 分幀 self.end_headers() self.wfile.write(body) def log_message(self, fmt, *args): pass # 關(guān)掉默認(rèn)日志避免干擾終端輸出 if __name__ __main__: srv ThreadingHTTPServer((127.0.0.1, 8080), Handler) srv.serve_forever()邏輯上沒(méi)幾行但每行都有講究。protocol_version HTTP/1.1決定了連接能不能復(fù)用如果你要觀察的是“一個(gè) TCP 連接上跑多條 HTTP 請(qǐng)求”就必須設(shè)這一行否則每條請(qǐng)求結(jié)束都會(huì)看到一次 FIN抓出來(lái)的圖會(huì)讓你誤以為服務(wù)端在頻繁斷連。Content-Length是響應(yīng)分幀的唯一依據(jù)少了這個(gè)頭客戶端只能靠連接關(guān)閉來(lái)判斷響應(yīng)結(jié)束那你在抓包里看到的結(jié)束標(biāo)志就不是長(zhǎng)度而是四次揮手結(jié)論會(huì)整個(gè)偏掉。ThreadingHTTPServer而不是普通的HTTPServer是因?yàn)榍罢呙縼?lái)一個(gè)連接起一個(gè)線程你能同時(shí)壓多個(gè)并發(fā)連接而不會(huì)互相阻塞。參數(shù)方面端口選 8080 是為了避開(kāi)需要特權(quán)的低位端口在非 root 環(huán)境下也能直接綁定綁定127.0.0.1而不是0.0.0.0是為了讓流量只走回環(huán)不經(jīng)過(guò)任何外部網(wǎng)絡(luò)抓出來(lái)的包干凈且沒(méi)有隱私顧慮。這兩點(diǎn)看起來(lái)是小事但在多人共用一臺(tái)實(shí)驗(yàn)機(jī)的時(shí)候綁定范圍選錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致端口沖突和抓包串流兩個(gè)問(wèn)題同時(shí)出現(xiàn)。流量造好之后抓包這一步用命令行工具比圖形界面更適合留證據(jù)因?yàn)槊畋旧砭褪菆?bào)告內(nèi)容的一部分# 終端 1后臺(tái)抓包只抓 8080 端口的 TCP20 秒后自動(dòng)停 tshark -i lo -f tcp port 8080 -w handshake.pcap -a duration:20 # 終端 2起服務(wù)并制造三條請(qǐng)求 python3 http_echo.py sleep 1 for i in 1 2 3; do curl -s -o /dev/null http://127.0.0.1:8080/item$i; done-i lo指定回環(huán)接口這一步是最常出錯(cuò)的地方Linux 上回環(huán)叫l(wèi)o部分系統(tǒng)上需要在下拉框里單獨(dú)選中回環(huán)適配器選成物理網(wǎng)卡的話一個(gè)包也抓不到然后你會(huì)以為是服務(wù)沒(méi)起來(lái)。-f是捕獲過(guò)濾器用 BPF 語(yǔ)法在抓取階段就丟包能顯著減小文件體積它和 Wireshark 里那個(gè)顯示過(guò)濾器不是一回事別混用。-a duration:20表示抓滿 20 秒自動(dòng)停止并落盤比手動(dòng) Ctrl-C 更可控尤其是在寫腳本自動(dòng)跑的時(shí)候。2.3 tshark 一行命令把 pcap 變成表格圖形界面適合看不適合貼。報(bào)告里真正有價(jià)值的是把關(guān)鍵字段導(dǎo)成 CSV 或?qū)R文本讓讀者能逐行核對(duì)。下面這條命令是我每次都會(huì)跑一遍的tshark -r handshake.pcap \ -Y tcp.port 8080 tcp.flags.syn 1 \ -T fields \ -e frame.number -e frame.time_relative \ -e ip.src -e tcp.srcport -e tcp.dstport \ -e tcp.flags.str -e tcp.seq -e tcp.ack -e tcp.len \ -E headery -E separator, -E quoted \ handshake_syn.csv逐段解釋-r讀已有文件-Y是顯示過(guò)濾器語(yǔ)法和 Wireshark 界面里那個(gè)輸入框完全一致所以報(bào)告里寫一次過(guò)濾表達(dá)式界面和命令行都能復(fù)用。-T fields表示按字段輸出而不是按包輸出這是把抓包變成表格的關(guān)鍵開(kāi)關(guān)。每個(gè)-e跟一個(gè)字段名字段名可以在 Wireshark 狀態(tài)欄里直接看到不用背。-E headery輸出表頭-E separator,用逗號(hào)分隔-E quoted給字符串字段加雙引號(hào)防止標(biāo)志位那種帶逗號(hào)的值把列沖散。常見(jiàn)做法是先跑一個(gè)不帶-Y的版本看看有多少條再逐步收窄過(guò)濾條件。如果導(dǎo)出的表是空的九成是顯示過(guò)濾器寫錯(cuò)了tcp.port只匹配 TCP如果你抓的是 UDP 的 DNS 查詢就得換成udp.port 53想同時(shí)匹配兩個(gè)端口要用tcp.port 8080 || tcp.port 8081寫成逗號(hào)是不行的。另外tcp.flags.syn 1會(huì)把 SYN-ACK 也算進(jìn)來(lái)因?yàn)?SYN-ACK 的 SYN 位同樣是 1。如果你要的只是純 SYN得寫成tcp.flags.syn 1 tcp.flags.ack 0。這個(gè)坑我在第一次交報(bào)告時(shí)就踩過(guò)導(dǎo)出的表里混進(jìn)了 SYN-ACK導(dǎo)致“客戶端發(fā)起連接數(shù)”多算了一倍。導(dǎo)出之后表格不會(huì)自己變成結(jié)論還需要一步人工對(duì)照。我的習(xí)慣是把客戶端端口、服務(wù)端端口、三個(gè)包的 seq/ack 關(guān)系寫成一句話再附上 CSV 的前三行。這樣讀者既能看結(jié)論也能驗(yàn)證結(jié)論是不是從數(shù)據(jù)里來(lái)的。抓包實(shí)驗(yàn)的評(píng)分點(diǎn)基本都落在這個(gè)“數(shù)據(jù)到結(jié)論”的推導(dǎo)上而不是你抓了多少個(gè)包。3. Socket 編程實(shí)驗(yàn)從阻塞回顯到 select 多路復(fù)用的三個(gè)必調(diào)參數(shù)Socket 編程這一塊大部分人卡住不是因?yàn)椴粫?huì)寫socket()而是因?yàn)閷懗鰜?lái)的東西只能在自己機(jī)器上、只連一個(gè)客戶端、只發(fā)一條短消息的時(shí)候正常工作。課程實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)收往往會(huì)加兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)連多個(gè)客戶端、發(fā)一條超過(guò)緩沖區(qū)大小的長(zhǎng)消息。這兩個(gè)動(dòng)作一加阻塞式寫法立刻原形畢露。所以這部分我一般按“能跑通的最小骨架 → 參數(shù)怎么調(diào) → 并發(fā)怎么改 → 壓測(cè)數(shù)據(jù)怎么留”四步走每一步都在報(bào)告里留一條對(duì)應(yīng)的記錄。3.1 阻塞式 TCP 回顯二十行代碼與四個(gè)必調(diào)參數(shù)先看能跑通的最小版本所有參數(shù)都顯式寫出來(lái)不用默認(rèn)值import socket HOST, PORT 127.0.0.1, 9000 BACKLOG 128 # 已完成三次握手但還沒(méi)被 accept 的連接隊(duì)列長(zhǎng)度 BUF 4096 # 單次 recv 的上限不是“一條消息”的長(zhǎng)度 def serve(): srv socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 允許綁定處于 TIME_WAIT 的地址避免重啟時(shí) Address already in use srv.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1) srv.bind((HOST, PORT)) srv.listen(BACKLOG) print(flistening on {HOST}:{PORT}) while True: conn, addr srv.accept() # 阻塞點(diǎn) 1沒(méi)有新連接就停在這 with conn: conn.settimeout(30) # 防止某個(gè)客戶端掛住不放 while True: data conn.recv(BUF) # 阻塞點(diǎn) 2沒(méi)有數(shù)據(jù)就停在這 if not data: # 對(duì)端關(guān)閉recv 返回空字節(jié) break conn.sendall(data) # sendall 內(nèi)部循環(huán)保證全部寫出 if __name__ __main__: serve()四個(gè)參數(shù)值得在報(bào)告里各寫一句話。SO_REUSEADDR解決的是服務(wù)端主動(dòng)關(guān)閉后端口進(jìn)入 TIME_WAIT、立刻重啟綁不上端口的問(wèn)題這個(gè)在反復(fù)調(diào)試階段幾乎每天都會(huì)遇到加上它之后不用再等兩分鐘。BACKLOG不是“最大連接數(shù)”而是內(nèi)核里已完成握手等待應(yīng)用層accept的隊(duì)列長(zhǎng)度隊(duì)列滿了之后新來(lái)的 SYN 會(huì)被丟棄或收到 RST所以壓測(cè)時(shí)如果并發(fā)上不去先懷疑這個(gè)值太小而不是代碼寫錯(cuò)。BUF決定單次recv最多拿多少字節(jié)TCP 是字節(jié)流協(xié)議recv(4096)可能只返回 100 字節(jié)也可能一次返回 4096 字節(jié)絕不能假設(shè)“一次 recv 等于一條完整消息”。settimeout(30)是給阻塞調(diào)用加一個(gè)上限避免某個(gè)客戶端連上不發(fā)數(shù)據(jù)把整個(gè)單線程服務(wù)拖死。sendall和send的區(qū)別也要寫清楚這是新手最容易忽略的一處。send返回實(shí)際寫出的字節(jié)數(shù)可能小于你傳入的長(zhǎng)度sendall內(nèi)部循環(huán)直到全部寫出或者拋異常。報(bào)告里如果只寫send又不檢查返回值長(zhǎng)消息場(chǎng)景下就會(huì)丟數(shù)據(jù)而且丟得很隱蔽——短消息測(cè)試完全正常一上長(zhǎng)度就出問(wèn)題。3.2 用 select 改成事件驅(qū)動(dòng)順帶解釋粘包阻塞版只能順序服務(wù)第二個(gè)客戶端必須等第一個(gè)斷開(kāi)。改成多路復(fù)用之后一個(gè)線程就能盯住所有連接。下面這個(gè)版本用select邏輯直白適合寫進(jìn)報(bào)告當(dāng)對(duì)照組import select import socket srv socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) srv.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1) srv.bind((127.0.0.1, 9000)) srv.listen(128) srv.setblocking(False) # 非阻塞是 select 版本的前提 rlist [srv] pending {} # 每個(gè)連接一個(gè)應(yīng)用層緩沖區(qū) while True: readable, _, _ select.select(rlist, [], [], 1.0) # 1 秒超時(shí)便于退出 for s in readable: if s is srv: conn, _ srv.accept() conn.setblocking(False) rlist.append(conn) pending[conn] b else: chunk s.recv(4096) if not chunk: rlist.remove(s) pending.pop(s, None) s.close() else: pending[s] chunk # 先攢 s.sendall(chunk) # 再原樣回寫關(guān)鍵點(diǎn)在最后兩行。select告訴你“這個(gè) socket 可讀”但沒(méi)告訴你“讀到的是一條完整消息”。如果客戶端連續(xù)發(fā)了兩條短消息兩次recv可能一次拿到兩條拼接的內(nèi)容也可能第一條被切成兩半分兩次拿到這就是粘包和拆包。解決辦法只有一個(gè)應(yīng)用層自己定邊界要么用長(zhǎng)度前綴要么用分隔符然后在緩沖區(qū)里判斷“夠不夠一條”。報(bào)告里如果能寫出這一段并且給出一次“連續(xù)發(fā)三條 5 字節(jié)消息、服務(wù)端分兩次讀到 12 字節(jié)”的實(shí)測(cè)記錄說(shuō)服力比貼十張截圖都強(qiáng)。非阻塞模式還有一個(gè)必須處理的返回值recv在沒(méi)有數(shù)據(jù)可讀時(shí)會(huì)拋BlockingIOErrorsendall在發(fā)送緩沖區(qū)滿時(shí)也可能阻塞。select保證的是“可讀”而不是“一定讀得到完整數(shù)據(jù)”所以真實(shí)的非阻塞服務(wù)端通常還要維護(hù)一個(gè)寫緩沖隊(duì)列把沒(méi)發(fā)完的部分掛起來(lái)等下一次可寫事件。課程實(shí)驗(yàn)做到select這一層已經(jīng)夠用但報(bào)告里提一句這個(gè)邊界能明顯看出你知道自己在做什么。3.3 并發(fā)壓測(cè)怎么留數(shù)據(jù)而不是只說(shuō)“能同時(shí)連多個(gè)”“能同時(shí)連多個(gè)客戶端”是一句沒(méi)法驗(yàn)證的話。可驗(yàn)證的寫法是給出并發(fā)數(shù)、每連接消息數(shù)、成功率和耗時(shí)。下面這段壓測(cè)腳本會(huì)啟動(dòng) 200 個(gè)線程每個(gè)線程建一條連接、往返 20 次最后統(tǒng)計(jì)成功連接數(shù)import socket import threading import time N, MSG, ROUNDS 200, bping * 64, 20 ok 0 lock threading.Lock() def worker(): global ok try: with socket.create_connection((127.0.0.1, 9000), timeout5) as s: for _ in range(ROUNDS): s.sendall(MSG) got b # TCP 是字節(jié)流必須循環(huán)讀到長(zhǎng)度夠不能只 recv 一次 while len(got) len(MSG): chunk s.recv(4096) if not chunk: return got chunk with lock: ok 1 except (ConnectionError, OSError): pass t0 time.time() threads [threading.Thread(targetworker) for _ in range(N)] for t in threads: t.start() for t in threads: t.join() print(fsuccess{ok}/{N} elapsed{time.time() - t0:.2f}s)MSG取 256 字節(jié)、ROUNDS取 20這兩個(gè)數(shù)字不是隨手寫的消息短到能塞進(jìn)一個(gè) MSS往返次數(shù)多到足以暴露緩沖區(qū)處理不當(dāng)?shù)膯?wèn)題同時(shí)又不會(huì)讓測(cè)試跑太久。timeout5是為了在服務(wù)端卡死時(shí)不至于永遠(yuǎn)等下去。那段while len(got) len(MSG)的循環(huán)是整個(gè)腳本的核心少了它你就會(huì)遇到“明明服務(wù)端回寫了客戶端卻偶爾讀不全”的詭異現(xiàn)象而這類現(xiàn)象往往會(huì)被誤判成服務(wù)端 bug。壓測(cè)結(jié)果寫進(jìn)報(bào)告時(shí)至少要帶三樣并發(fā)數(shù)、成功率和耗時(shí)再加一句環(huán)境說(shuō)明同機(jī)回環(huán)、單線程select服務(wù)端。同機(jī)回環(huán)的時(shí)延極低測(cè)出來(lái)的數(shù)字不能拿去和真實(shí)網(wǎng)絡(luò)比這一點(diǎn)要在報(bào)告里主動(dòng)聲明反而顯得嚴(yán)謹(jǐn)。如果兩個(gè)版本的對(duì)比數(shù)據(jù)都有——阻塞版在 200 并發(fā)下的成功率和select版的成功率——那這張對(duì)比表基本就是這一章最有分量的內(nèi)容。4. 可靠傳輸實(shí)驗(yàn)停等、GBN 的窗口參數(shù)與丟包注入怎么在報(bào)告里說(shuō)清楚可靠傳輸這部分是計(jì)網(wǎng)課程里理論味最重的一塊也是最容易寫成“抄一遍協(xié)議流程”的地方。把它拉回可復(fù)現(xiàn)的關(guān)鍵是把“協(xié)議”變成“狀態(tài)機(jī) 參數(shù) 可觀測(cè)指標(biāo)”。狀態(tài)機(jī)決定有哪些狀態(tài)和遷移條件參數(shù)決定它在什么條件下會(huì)退化指標(biāo)決定你怎么證明它按預(yù)期退化。三者缺一個(gè)報(bào)告就還是描述性文字。4.1 狀態(tài)機(jī)該怎么畫進(jìn)報(bào)告而不是貼一張流程圖很多報(bào)告里的狀態(tài)機(jī)圖只有發(fā)送方而且只有“發(fā)送—等待—收到確認(rèn)—繼續(xù)”這條主干。真正能看出理解的是異常路徑超時(shí)重傳、收到重復(fù)確認(rèn)、收到失序幀、收到否定確認(rèn)。這四條邊如果不畫讀者沒(méi)法判斷你的實(shí)現(xiàn)到底有沒(méi)有處理這些情況。我一般用表格代替流程圖因?yàn)楸砀衲馨选笆录?/ 當(dāng)前狀態(tài) / 動(dòng)作 / 下一狀態(tài)”四列一次擺清楚比圖形更容易核對(duì)。發(fā)送方大致是這幾個(gè)狀態(tài)空閑、等待確認(rèn)、重傳中、窗口滿阻塞。接收方簡(jiǎn)化成兩個(gè)期望序號(hào)匹配、期望序號(hào)不匹配。把“收到序號(hào)等于期望值的幀”和“收到序號(hào)不等于期望值的幀”分別寫一行那么 GBN 和 SR 的差別就自然地落在了“不匹配時(shí)丟棄還是緩存”這一格上。表格還有一個(gè)好處是能和代碼對(duì)得上。如果你在報(bào)告里寫了“收到失序幀時(shí)回送最后一個(gè)正確接收幀的確認(rèn)號(hào)”那么代碼里就必須能找到這句邏輯對(duì)應(yīng)的那一行否則評(píng)審一句“你這里實(shí)際是怎么處理的”就問(wèn)住了。4.2 停等、GBN、SR 的窗口與序列號(hào)空間約束這三者的對(duì)比如果只寫“窗口大小不同”基本等于沒(méi)寫。真正要寫的是約束條件和它背后的原因。下面這張表可以直接用協(xié)議發(fā)送窗口序列號(hào)空間 k 位下的約束接收端緩存重傳粒度停等1序列號(hào) 1 位即可無(wú)單幀GBNWW ≤ 2^k ? 1無(wú)失序即丟窗口內(nèi)全部未確認(rèn)幀SRWW ≤ 2^(k?1)有逐幀緩存僅丟失那一幀GBN 的W ≤ 2^k ? 1和 SR 的W ≤ 2^(k?1)這兩個(gè)約束是報(bào)告里最值錢的兩行因?yàn)樗鼈兪恰盀槭裁葱蛄刑?hào)位數(shù)不能隨便定”的直接答案。拿 3 位序列號(hào)0~7舉例GBN 的窗口最多取 7取到 8 就會(huì)出現(xiàn)“新幀和老幀的序號(hào)完全重合、接收方分不清是重傳還是新數(shù)據(jù)”的死局。這個(gè)推導(dǎo)過(guò)程可以寫一小段配上一次故意把窗口設(shè)成 8 的失敗實(shí)驗(yàn)說(shuō)服力會(huì)非常強(qiáng)。超時(shí)時(shí)間 RTO 也別用固定值糊過(guò)去。教科書上的 Jacobson/Karels 估算可以直接實(shí)現(xiàn)報(bào)告里附上公式和一段樣本數(shù)據(jù)就能把“RTO 為什么要自適應(yīng)”講明白# RFC 6298 風(fēng)格的 RTO 估算alpha1/8, beta1/4 alpha, beta 0.125, 0.25 srtt, rttvar, rto None, None, 1.0 for sample in rtt_samples: # 每次測(cè)得的往返時(shí)延 if srtt is None: srtt, rttvar sample, sample / 2.0 else: rttvar (1 - beta) * rttvar beta * abs(srtt - sample) srtt (1 - alpha) * srtt alpha * sample rto srtt max(0.2, 4 * rttvar) # 下限 0.2s防止過(guò)度重傳 print(fsrtt{srtt:.4f}s rttvar{rttvar:.4f}s rto{rto:.4f}s)alpha小意味著平滑后的 RTT 更穩(wěn)、對(duì)突發(fā)抖動(dòng)不敏感beta大一點(diǎn)意味著方差估計(jì)跟得更快。4 * rttvar這個(gè)系數(shù)是讓 RTO 覆蓋大部分正常波動(dòng)max(0.2, ...)的下限是為了防止 RTT 極小的回環(huán)環(huán)境里 RTO 被算到毫秒級(jí)、導(dǎo)致大量無(wú)謂重傳。在回環(huán)上跑這段代碼你會(huì)發(fā)現(xiàn) RTO 很容易被壓到 0.2 秒的下限這正好可以寫進(jìn)報(bào)告當(dāng)一個(gè)觀察結(jié)論低時(shí)延環(huán)境下固定下限起主導(dǎo)作用自適應(yīng)部分體現(xiàn)不出來(lái)。4.3 丟包注入與可觀測(cè)指標(biāo)實(shí)驗(yàn)要在“沒(méi)有真實(shí)丟包”的環(huán)境里驗(yàn)證重傳邏輯只能自己造丟包。最可控的方式是在發(fā)送路徑上加一個(gè)隨機(jī)丟包過(guò)濾器按固定種子丟棄這樣每次跑出來(lái)的序列完全一樣報(bào)告里的數(shù)字才能被復(fù)現(xiàn)import random def gbn_simulate(total20, window4, drop_rate0.15, seed1): rng random.Random(seed) # 固定種子 結(jié)果可復(fù)現(xiàn) base, expected 0, 0 # 窗口左沿 / 接收方期望序號(hào) acked set() # 接收方已按序收到的序號(hào) frames_sent 0 # 含重傳的總發(fā)送次數(shù) while base total: for seq in range(base, min(base window, total)): frames_sent 1 if rng.random() drop_rate: continue # 這一幀在信道上丟了 if seq expected: # 按序到達(dá)接收方累計(jì)確認(rèn)前移 acked.add(seq) expected 1 while expected in acked: expected 1 # 失序到達(dá)GBN 接收方直接丟棄不回緩存 while base in acked: base 1 # 窗口左沿前移到第一個(gè)未確認(rèn)幀 return frames_sent for p in (0.0, 0.05, 0.15, 0.30): print(fdrop{p:.2f} frames_sent{gbn_simulate(drop_ratep)})seed固定是這份代碼能進(jìn)報(bào)告的前提否則每跑一次數(shù)字都不一樣讀者沒(méi)法核對(duì)。window和drop_rate是兩個(gè)自變量frames_sent是應(yīng)變量跑出四組數(shù)據(jù)就是一張“丟包率—發(fā)送次數(shù)”曲線。把它和停等協(xié)議window1的同口徑數(shù)據(jù)放在一起能直接看出“窗口越大單次丟包的代價(jià)越高”這個(gè)結(jié)論而不是靠嘴說(shuō)。參數(shù)怎么選也有講究。drop_rate從 0 開(kāi)始是為了拿到一個(gè)無(wú)丟包的基準(zhǔn)值任何實(shí)驗(yàn)都要有基準(zhǔn)0.30 這種高丟包率是為了把重傳邏輯逼到極限看會(huì)不會(huì)出現(xiàn)死循環(huán)或者窗口卡死。window取 4 是在 3 位序列號(hào)的約束上限 7之內(nèi)留了余量方便你另外再跑一組window8的越界實(shí)驗(yàn)做對(duì)照那一組的表現(xiàn)會(huì)明顯異常正好用來(lái)支撐前面那張約束表。可觀測(cè)指標(biāo)除了發(fā)送次數(shù)還有兩個(gè)值得寫一是“從開(kāi)始到全部確認(rèn)的輪次數(shù)”反映吞吐二是“重復(fù)收到的幀數(shù)”反映帶寬浪費(fèi)。這兩個(gè)數(shù)都能從同一份模擬里順手統(tǒng)計(jì)出來(lái)報(bào)告里三個(gè)指標(biāo)并排比單個(gè)數(shù)字更像一次正經(jīng)實(shí)驗(yàn)。5. 避坑與排查計(jì)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告被打回的 5 個(gè)高頻原因下面這五條基本覆蓋了我見(jiàn)過(guò)和踩過(guò)的絕大多數(shù)退回理由每一條都按“現(xiàn)象—原因—解決”寫方便對(duì)著自查。第一條截圖很漂亮但沒(méi)人能復(fù)現(xiàn)。現(xiàn)象是報(bào)告里每張圖都能看清三次握手但看不到抓的是哪個(gè)接口、用的什么過(guò)濾條件。原因是把“看到”當(dāng)成了“證據(jù)”忽略了抓包是受環(huán)境和過(guò)濾條件影響的。解決辦法是每張圖配一行完整命令包含接口、捕獲過(guò)濾器、顯示過(guò)濾器和時(shí)間基準(zhǔn)字段命令放在圖的上方而不是附錄里。第二條回環(huán)上抓不到任何包?，F(xiàn)象是服務(wù)明明起來(lái)了、curl也有返回抓包文件卻只有幾十字節(jié)。原因是接口選錯(cuò)了抓在了物理網(wǎng)卡上而流量走的是回環(huán)。解決是先確認(rèn)流量路徑回環(huán)流量必須在回環(huán)接口上抓Linux 上是lo部分系統(tǒng)需要顯式選擇回環(huán)適配器實(shí)在不確定就用不帶接口限制的方式先抓幾秒看看有沒(méi)有包再收窄。第三條服務(wù)端重啟時(shí)報(bào) Address already in use。現(xiàn)象是第一次跑正常Ctrl-C 之后立刻重跑就綁不上端口。原因是上一個(gè)進(jìn)程的套接字還在 TIME_WAIT 狀態(tài)占著四元組。解決辦法是給監(jiān)聽(tīng)套接字加上SO_REUSEADDR同時(shí)在調(diào)試階段用ss -lntp或lsof -i :9000確認(rèn)端口上到底還掛著哪個(gè)進(jìn)程別急著重啟機(jī)器。第四條GBN 窗口設(shè)成序列號(hào)空間大小出現(xiàn)“幽靈幀”。現(xiàn)象是全部確認(rèn)都收到了接收端卻把新數(shù)據(jù)當(dāng)成重復(fù)幀丟掉或者把重傳當(dāng)成新數(shù)據(jù)收下。原因是窗口取到了2^k新老幀的序號(hào)完全重合接收方無(wú)從區(qū)分。解決是嚴(yán)格按W ≤ 2^k ? 1取值并且在報(bào)告里把這個(gè)約束的推導(dǎo)寫出來(lái)而不是只寫一個(gè)數(shù)字。第五條吞吐量算錯(cuò)數(shù)字大得離譜。現(xiàn)象是報(bào)告里算出幾百 Mbps和實(shí)驗(yàn)環(huán)境明顯不符。原因通常有兩個(gè)把 RTT 當(dāng)成單程時(shí)延代進(jìn)公式或者把“窗口大小”直接當(dāng)成“帶寬”。解決是統(tǒng)一用“傳輸字節(jié)數(shù) / 起止時(shí)間差”來(lái)算起止時(shí)間取同一份抓包里的frame.time_relative并在報(bào)告里注明時(shí)間戳來(lái)自哪一端、是否包含握手階段。6. 把實(shí)驗(yàn)變成可復(fù)現(xiàn)的驗(yàn)收腳本一份 40 行的 run_all.sh 與判定閾值表做到前面幾章每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)單獨(dú)跑都沒(méi)問(wèn)題但交報(bào)告前還要把這些步驟重新走一遍截圖這個(gè)過(guò)程很容易漏步驟、也容易在不同時(shí)間點(diǎn)跑出不一致的結(jié)果。我后來(lái)的習(xí)慣是把所有能自動(dòng)化的部分收進(jìn)一個(gè)腳本跑一次生成全部證據(jù)文件報(bào)告里只引用文件名。這樣即使隔兩周再改報(bào)告數(shù)據(jù)也是同一批。下面這份腳本的順序是有講究的先起后臺(tái)抓包再起被測(cè)服務(wù)然后造流量最后等抓包自然結(jié)束再導(dǎo)出。順序錯(cuò)了會(huì)抓到空文件。#!/usr/bin/env bash set -euo pipefail OUTevidence mkdir -p $OUT # 1) 后臺(tái)抓包20 秒后自動(dòng)停止落盤 tshark -i lo -f tcp port 8080 -w $OUT/http.pcap -a duration:20 CAP$! # 2) 起被測(cè)服務(wù) python3 http_echo.py SRV$! trap kill $SRV $CAP 2/dev/null || true EXIT sleep 1 # 3) 造三條可數(shù)的請(qǐng)求 for i in 1 2 3; do curl -s -o /dev/null http://127.0.0.1:8080/item$i done # 4) 等抓包進(jìn)程結(jié)束再導(dǎo)出字段表 wait $CAP tshark -r $OUT/http.pcap -Y http.request -T fields \ -e frame.number -e frame.time_relative -e ip.src -e tcp.srcport -e http.request.uri \ -E headery -E separator, $OUT/http_requests.csv echo done: $OUT/http_requests.csvset -euo pipefail讓腳本在任一命令失敗時(shí)立刻退出避免“前半段失敗后半段還在跑”產(chǎn)生看起來(lái)正常實(shí)則缺數(shù)據(jù)的文件。trap保證異常退出時(shí)后臺(tái)進(jìn)程被清理否則下一次跑會(huì)撞上端口占用。wait $CAP是這份腳本里最關(guān)鍵的一行-a duration:20到點(diǎn)后抓包進(jìn)程才把緩沖區(qū)刷進(jìn)文件如果不 wait 就直接讀很可能讀到一個(gè)還沒(méi)寫完的 pcap。配合腳本我在報(bào)告里會(huì)放一張判定閾值表把“什么樣算通過(guò)”寫死避免自評(píng)時(shí)含糊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)驗(yàn)收命令期望輸出判定閾值HTTP 請(qǐng)求數(shù)wc -l evidence/http_requests.csv表頭 3 行恰好 4 行三次握手完整tshark -r evidence/http.pcap -Y tcp.flags.syn1 -T fields -e frame.number | wc -l含 SYN 與 SYN-ACK≥ 2并發(fā)回顯python3 stress.pysuccess200/200成功率 100%GBN 重傳次數(shù)python3 gbn_simulate.py隨丟包率單調(diào)上升0.15 時(shí) 0.0 時(shí)的 2 倍閾值這一列是給自己看的也是給別人復(fù)現(xiàn)時(shí)對(duì)答案的。比如“0.15 丟包率下的發(fā)送次數(shù)要超過(guò)無(wú)丟包時(shí)的兩倍”這個(gè)數(shù)不是拍腦袋是前面模擬跑出來(lái)的一旦某次重跑沒(méi)達(dá)到說(shuō)明代碼或參數(shù)被改過(guò)能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)。最后說(shuō)一個(gè)我自己的習(xí)慣。每次交報(bào)告前我會(huì)把整個(gè)目錄復(fù)制到另一個(gè)路徑刪掉所有中間文件只保留腳本和源文件然后從頭跑一遍bash run_all.sh。如果它能在一臺(tái)“干凈”的目錄里重新生成全部證據(jù)文件這份報(bào)告才算真的可復(fù)現(xiàn)跑不出來(lái)問(wèn)題一定在我自己寫的某一行命令里而不是在評(píng)審那邊。這個(gè)動(dòng)作花不了五分鐘但省下來(lái)的返工時(shí)間遠(yuǎn)不止五分鐘。希望幫到你。本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取