dalbodeule/hop-gate
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[feat](server, protocol): add sender and receiver ARQ for reliable HTTP stream delivery

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- Implemented application-level ARQ with selective retransmission for server-to-client streams, leveraging `StreamAck` logic.
- Added sender-side ARQ state in `streamSender` for tracking and resending unacknowledged frames.
- Introduced receiver-side ARQ with `AckSeq` and `LostSeqs` for handling out-of-order and lost frames.
- Enhanced `dtlsSessionWrapper` to support ARQ management and seamless stream-based DTLS tunneling.
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2025-12-10 01:12:58 +09:00
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272
cmd/server/main.go
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@@ -12,6 +12,7 @@ import (
"net/http"
"os"
"path/filepath"
"sort"
"strconv"
"strings"
"sync"
@@ -41,6 +42,72 @@ type pendingRequest struct {
doneCh chan struct{}
}
// streamSender 는 특정 스트림에 대해 전송한 StreamData 프레임의 payload 를
// 시퀀스 번호별로 보관하여, peer 로부터의 StreamAck 를 기반으로 선택적 재전송을
// 수행하기 위한 송신 측 ARQ 상태를 나타냅니다. (ko)
// streamSender keeps outstanding StreamData payloads per sequence number so that
// they can be selectively retransmitted based on StreamAck from the peer. (en)
type streamSender struct {
mu sync.Mutex
outstanding map[uint64][]byte
}
func newStreamSender() *streamSender {
return &streamSender{
outstanding: make(map[uint64][]byte),
}
}
func (s *streamSender) register(seq uint64, data []byte) {
s.mu.Lock()
defer s.mu.Unlock()
if s.outstanding == nil {
s.outstanding = make(map[uint64][]byte)
}
buf := make([]byte, len(data))
copy(buf, data)
s.outstanding[seq] = buf
}
// handleAck 는 주어진 StreamAck 를 적용하여 AckSeq 이하의 프레임을 정리하고,
// LostSeqs 중 아직 outstanding 에 남아 있는 시퀀스의 payload 를 복사하여
// 재전송 대상 목록으로 반환합니다. (ko)
// handleAck applies the given StreamAck, removes frames up to AckSeq, and
// returns copies of payloads for LostSeqs that are still outstanding so that
// they can be retransmitted. (en)
func (s *streamSender) handleAck(ack *protocol.StreamAck) map[uint64][]byte {
s.mu.Lock()
defer s.mu.Unlock()
if s.outstanding == nil {
return nil
}
// 연속 수신 완료 구간(seq <= AckSeq)은 outstanding 에서 제거합니다.
for seq := range s.outstanding {
if seq <= ack.AckSeq {
delete(s.outstanding, seq)
}
}
// LostSeqs 가 비어 있으면 재전송할 것이 없습니다.
if len(ack.LostSeqs) == 0 {
return nil
}
// LostSeqs 중 아직 outstanding 에 남아 있는 것만 재전송 대상으로 선택합니다.
lost := make(map[uint64][]byte, len(ack.LostSeqs))
for _, seq := range ack.LostSeqs {
if data, ok := s.outstanding[seq]; ok {
buf := make([]byte, len(data))
copy(buf, data)
lost[seq] = buf
}
}
return lost
}
type dtlsSessionWrapper struct {
sess dtls.Session
bufferedReader *bufio.Reader
@@ -51,6 +118,48 @@ type dtlsSessionWrapper struct {
nextStreamID uint64
pending map[protocol.StreamID]*pendingRequest
readerDone chan struct{}
// streamSenders 는 서버 → 클라이언트 방향 HTTP 요청 바디 전송에 대한
// 송신 측 ARQ 상태를 보관합니다. (ko)
// streamSenders keeps ARQ sender state for HTTP request bodies sent
// from server to client. (en)
streamSenders map[protocol.StreamID]*streamSender
}
// registerStreamSender 는 주어진 스트림 ID 에 대한 송신 측 ARQ 상태를 등록합니다. (ko)
// registerStreamSender registers the sender-side ARQ state for a given stream ID. (en)
func (w *dtlsSessionWrapper) registerStreamSender(id protocol.StreamID, sender *streamSender) {
w.mu.Lock()
defer w.mu.Unlock()
if w.streamSenders == nil {
w.streamSenders = make(map[protocol.StreamID]*streamSender)
}
w.streamSenders[id] = sender
}
// unregisterStreamSender 는 더 이상 사용하지 않는 스트림 ID 에 대한 송신 측 ARQ 상태를 제거합니다. (ko)
// unregisterStreamSender removes the sender-side ARQ state for a stream ID that is no longer used. (en)
func (w *dtlsSessionWrapper) unregisterStreamSender(id protocol.StreamID) {
w.mu.Lock()
defer w.mu.Unlock()
if w.streamSenders == nil {
return
}
delete(w.streamSenders, id)
}
// getStreamSender 는 주어진 스트림 ID 에 대한 송신 측 ARQ 상태를 반환합니다. (ko)
// getStreamSender returns the sender-side ARQ state for the given stream ID, if any. (en)
func (w *dtlsSessionWrapper) getStreamSender(id protocol.StreamID) *streamSender {
w.mu.Lock()
defer w.mu.Unlock()
if w.streamSenders == nil {
return nil
}
return w.streamSenders[id]
}
func getEnvOrPanic(logger logging.Logger, key string) string {
@@ -189,7 +298,8 @@ func parseExpectedIPsFromEnv(logger logging.Logger, envKey string) []net.IP {
// ForwardHTTP 는 HTTP 요청을 DTLS 세션 위의 StreamOpen/StreamData/StreamClose 프레임으로 전송하고,
// 역방향 스트림 응답을 수신해 protocol.Response 로 반환합니다. (ko)
// readLoop continuously reads from the DTLS session and dispatches incoming frames
// to the appropriate pending request based on stream ID
// to the appropriate pending request based on stream ID. It also handles
// application-level ARQ (StreamAck) for request bodies sent from server to client. (en)
func (w *dtlsSessionWrapper) readLoop() {
defer close(w.readerDone)
@@ -203,8 +313,8 @@ func (w *dtlsSessionWrapper) readLoop() {
"error": err.Error(),
})
}
// Notify all pending requests of the error by closing their response channels
// The doneCh will be closed by each ForwardHTTP's defer
// Notify all pending requests of the error by closing their response channels.
// The doneCh will be closed by each ForwardHTTP's defer.
w.mu.Lock()
for _, pending := range w.pending {
close(pending.respCh)
@@ -214,7 +324,53 @@ func (w *dtlsSessionWrapper) readLoop() {
return
}
// Determine the stream ID from the envelope
// 1) StreamAck 처리: 서버 → 클라이언트 방향 요청 바디 전송에 대한 ARQ. (ko)
// 1) Handle StreamAck: application-level ARQ for request bodies
// sent from server to client. (en)
if env.Type == protocol.MessageTypeStreamAck {
sa := env.StreamAck
if sa == nil {
w.logger.Warn("received stream_ack envelope with nil payload", logging.Fields{})
continue
}
streamID := sa.ID
sender := w.getStreamSender(streamID)
if sender == nil {
w.logger.Warn("received stream_ack for unknown stream ID", logging.Fields{
"stream_id": streamID,
})
continue
}
lost := sender.handleAck(sa)
for seq, data := range lost {
retryEnv := protocol.Envelope{
Type: protocol.MessageTypeStreamData,
StreamData: &protocol.StreamData{
ID: streamID,
Seq: seq,
Data: data,
},
}
if err := w.codec.Encode(w.sess, &retryEnv); err != nil {
w.logger.Error("failed to retransmit stream_data after stream_ack", logging.Fields{
"stream_id": streamID,
"seq": seq,
"error": err.Error(),
})
// 세션 쓰기 오류가 발생하면 루프를 종료하여 상위에서 세션 종료를 유도합니다. (ko)
// On write error, stop the loop so that the caller can tear down the session. (en)
return
}
}
// StreamAck 는 애플리케이션 페이로드를 포함하지 않으므로 pending 에 전달하지 않습니다. (ko)
// StreamAck carries no application payload, so it is not forwarded to pending requests. (en)
continue
}
// 2) StreamOpen / StreamData / StreamClose 에 대해 stream ID 를 산출하고,
// 해당 pending 요청으로 전달합니다. (ko)
// 2) For StreamOpen / StreamData / StreamClose, determine the stream ID
// and forward to the corresponding pending request. (en)
var streamID protocol.StreamID
switch env.Type {
case protocol.MessageTypeStreamOpen:
@@ -301,12 +457,18 @@ func (w *dtlsSessionWrapper) ForwardHTTP(ctx context.Context, logger logging.Log
w.pending[streamID] = pending
w.mu.Unlock()
// 서버 → 클라이언트 방향 요청 바디 전송에 대한 송신 측 ARQ 상태를 준비합니다. (ko)
// Prepare ARQ sender state for the request body sent from server to client. (en)
sender := newStreamSender()
w.registerStreamSender(streamID, sender)
// Ensure cleanup on exit
defer func() {
w.mu.Lock()
delete(w.pending, streamID)
w.mu.Unlock()
close(pending.doneCh)
w.unregisterStreamSender(streamID)
}()
log := logger.With(logging.Fields{
@@ -366,6 +528,10 @@ func (w *dtlsSessionWrapper) ForwardHTTP(ctx context.Context, logger logging.Log
n, err := req.Body.Read(buf)
if n > 0 {
dataCopy := append([]byte(nil), buf[:n]...)
// 송신 측 ARQ: Seq 별 payload 를 기록해 두었다가, 클라이언트의 StreamAck 를 기반으로 재전송합니다. (ko)
// Sender-side ARQ: record payload per Seq so it can be retransmitted based on StreamAck from the client. (en)
sender.register(seq, dataCopy)
dataEnv := &protocol.Envelope{
Type: protocol.MessageTypeStreamData,
StreamData: &protocol.StreamData{
@@ -414,7 +580,14 @@ func (w *dtlsSessionWrapper) ForwardHTTP(ctx context.Context, logger logging.Log
bodyBuf bytes.Buffer
gotOpen bool
statusCode = http.StatusOK
// 응답 바디(클라이언트 → 서버)에 대한 수신 측 ARQ 상태입니다. (ko)
// ARQ receiver state for the response body (client → server). (en)
expectedSeq uint64
received = make(map[uint64][]byte)
lost = make(map[uint64]struct{})
)
const maxLostReport = 32
resp.RequestID = string(streamID)
resp.Header = make(map[string][]string)
@@ -466,10 +639,94 @@ func (w *dtlsSessionWrapper) ForwardHTTP(ctx context.Context, logger logging.Log
if sd == nil {
return nil, fmt.Errorf("stream_data response payload is nil")
}
if len(sd.Data) > 0 {
if _, err := bodyBuf.Write(sd.Data); err != nil {
return nil, fmt.Errorf("buffer stream_data response: %w", err)
// 수신 측 ARQ: Seq 에 따라 분기하고, 연속 구간을 bodyBuf 에 순서대로 기록합니다. (ko)
// Receiver-side ARQ: handle Seq and append contiguous data to bodyBuf in order. (en)
switch {
case sd.Seq == expectedSeq:
if len(sd.Data) > 0 {
if _, err := bodyBuf.Write(sd.Data); err != nil {
return nil, fmt.Errorf("buffer stream_data response: %w", err)
}
}
expectedSeq++
for {
data, ok := received[expectedSeq]
if !ok {
break
}
if len(data) > 0 {
if _, err := bodyBuf.Write(data); err != nil {
return nil, fmt.Errorf("buffer reordered stream_data response: %w", err)
}
}
delete(received, expectedSeq)
delete(lost, expectedSeq)
expectedSeq++
}
// AckSeq 이전 구간의 lost 항목 정리
for seq := range lost {
if seq < expectedSeq {
delete(lost, seq)
}
}
case sd.Seq > expectedSeq:
// 앞선 일부 Seq 들이 누락된 상태: 현재 프레임을 버퍼링하고 missing seq 들을 lost 에 추가. (ko)
// Missing earlier Seq: buffer this frame and mark missing seqs as lost. (en)
if len(sd.Data) > 0 {
bufCopy := make([]byte, len(sd.Data))
copy(bufCopy, sd.Data)
received[sd.Seq] = bufCopy
}
for seq := expectedSeq; seq < sd.Seq && len(lost) < maxLostReport; seq++ {
if _, ok := lost[seq]; !ok {
lost[seq] = struct{}{}
}
}
default:
// sd.Seq < expectedSeq 인 경우: 이미 처리했거나 Ack 로 커버된 프레임 → 무시. (ko)
// sd.Seq < expectedSeq: already processed/acked frame → ignore. (en)
}
// 수신 측 StreamAck 전송:
// - AckSeq: 0부터 시작해 연속으로 수신 완료한 마지막 시퀀스 (expectedSeq-1)
// - LostSeqs: 현재 윈도우 내에서 누락된 시퀀스 중 상한 개수(maxLostReport)까지만 포함 (ko)
// Send receiver-side StreamAck:
// - AckSeq: last contiguously received sequence starting from 0 (expectedSeq-1)
// - LostSeqs: up to maxLostReport missing sequences in the current window. (en)
var ackSeq uint64
if expectedSeq == 0 {
ackSeq = 0
} else {
ackSeq = expectedSeq - 1
}
lostSeqs := make([]uint64, 0, len(lost))
for seq := range lost {
if seq >= expectedSeq {
lostSeqs = append(lostSeqs, seq)
}
}
if len(lostSeqs) > 0 {
sort.Slice(lostSeqs, func(i, j int) bool { return lostSeqs[i] < lostSeqs[j] })
if len(lostSeqs) > maxLostReport {
lostSeqs = lostSeqs[:maxLostReport]
}
}
ackEnv := protocol.Envelope{
Type: protocol.MessageTypeStreamAck,
StreamAck: &protocol.StreamAck{
ID: streamID,
AckSeq: ackSeq,
LostSeqs: lostSeqs,
},
}
if err := w.codec.Encode(w.sess, &ackEnv); err != nil {
return nil, fmt.Errorf("send stream ack: %w", err)
}
case protocol.MessageTypeStreamClose:
@@ -630,6 +887,7 @@ func registerSessionForDomain(domain string, sess dtls.Session, logger logging.L
logger: logger.With(logging.Fields{"component": "dtls_session_wrapper", "domain": d}),
pending: make(map[protocol.StreamID]*pendingRequest),
readerDone: make(chan struct{}),
streamSenders: make(map[protocol.StreamID]*streamSender),
}
// Start background reader goroutine to demultiplex incoming responses