# 计算机网络实验：TCP 与 QUIC 协议对比 (Linux 指南)

本指南根据 Windows 版本的实验手册，针对 Linux 环境进行了适配。

## 1. 预备工作

确保已安装以下工具和库：
- `gcc` (编译器)
- `quiche` 库 (已安装头文件和共享库/静态库)
- `openssl` (用于生成证书)
- `tcpdump` 或 `wireshark` (用于抓包)
- `iproute2` (用于 `tc` 流量控制)

## 2. 编译

使用提供的 Makefile 编译所有程序：

```bash
make
```

这将生成以下可执行文件：
- `tcp_server`, `tcp_client` (任务一：基础 TCP)
- `quic_server`, `quic_client` (任务二：基础 QUIC)
- `tcp_perf_server`, `tcp_perf_client` (任务三：TCP 性能测试)
- `quic_perf_server`, `quic_perf_client` (任务三：QUIC 性能测试)

*注意：如果编译报错提示找不到 `quiche.h` 或库文件，请修改 `Makefile` 中的路径，指向您本地 `quiche` 安装的 `include` 和 `lib` 目录。*

## 3. 任务一：基础 TCP 客户端-服务器

1. **启动服务器：**
   ```bash
   ./tcp_server
   ```
2. **运行客户端 (在新的终端窗口)：**
   ```bash
   ./tcp_client
   ```
   
   **预期输出：** 客户端发送消息，服务器接收并回复。

## 4. 任务二：基础 QUIC 客户端-服务器

1. **启动服务器：**
   ```bash
   ./quic_server
   ```
2. **运行客户端 (在新的终端窗口)：**
   ```bash
   ./quic_client
   ```

   **预期输出：** 完成 QUIC 握手，客户端发送流数据，服务器回显数据。

## 5. 任务三：性能分析

### 3.1 连接建立时间

1. 在回环接口 (`lo`) 上开始抓包：
   ```bash
   sudo tcpdump -i lo -w handshake.pcap
   ```
   *(或者使用 Wireshark 监听 `lo` 接口)*

2. 再次运行 TCP 或 QUIC 的客户端/服务器程序。
3. 使用 Wireshark 打开 `handshake.pcap`，分析从第一个包 (TCP 的 SYN 或 QUIC 的 Initial) 到握手完成的时间差。

### 3.2 吞吐量测试 (100MB 传输)

**基准测试 (正常网络)：**

1. 运行 TCP 性能服务器：`./tcp_perf_server`
2. 运行 TCP 性能客户端：`./tcp_perf_client`
3. 记录输出的 MB/s 吞吐量。
4. 重复上述步骤测试 QUIC (`./quic_perf_server`, `./quic_perf_client`)。

**模拟网络环境 (丢包 / 延迟)：**

在 Linux 下我们使用 `tc` (Traffic Control) 的 `netem` 模块，替代 Windows 下的 `clumsy` 工具。

**场景 A: 5% 丢包率**

1. 设置回环接口 5% 丢包：
   ```bash
   sudo tc qdisc add dev lo root netem loss 5%
   ```
2. 再次运行性能测试程序。
3. **重要：** 测试结束后删除规则！
   ```bash
   sudo tc qdisc del dev lo root
   ```

**场景 B: 100ms 延迟**

1. 设置 100ms 延迟：
   ```bash
   sudo tc qdisc add dev lo root netem delay 100ms
   ```
2. 再次运行性能测试程序。
3. 删除规则：
   ```bash
   sudo tc qdisc del dev lo root
   ```

### 3.3 进阶测试：多路复用与多连接对比

本实验任务要求对比 TCP 多连接与 QUIC 多流复用的性能。

**场景 1: TCP 多连接并发**
同时建立 5 个 TCP 连接，每个连接传输 20MB 数据 (总计 100MB)。

1. 启动 TCP 多连接服务器：
   ```bash
   ./tcp_multi_server
   ```
2. 启动 TCP 多连接客户端：
   ```bash
   ./tcp_multi_client
   ```
3. 记录服务器输出的总时间与吞吐量。

**场景 2: QUIC 单连接多流复用**
建立 1 个 QUIC 连接，在其中同时开启 5 个流 (Stream)，每个流传输 20MB 数据 (总计 100MB)。

1. 启动 QUIC 多流服务器：
   ```bash
   ./quic_multi_server
   ```
2. 启动 QUIC 多流客户端：
   ```bash
   ./quic_multi_client
   ```
3. 记录服务器输出的统计数据。

**分析重点：**
- 在正常网络下，两者的总耗时差异。
- 使用 `tc` 模拟丢包 (如 5%) 后，对比两者性能下降的幅度。QUIC 的多流复用应能避免 TCP 的“队头阻塞”问题 (即一个包丢失不影响其他流的传输)，从而在丢包环境下表现更优。

### 3.4 网络恢复测试