目錄

• 階段目標(biāo)
• 設(shè)計(jì)描述
• • 1、幀結(jié)構(gòu)
  • 2、按目的轉(zhuǎn)發(fā)
  • 3、反向地址學(xué)習(xí)
  • 4、未知廣播
• 測(cè)試情況
• 其他想說的話

階段目標(biāo)

本階段主要完成鏈路層交換機(jī)的功能實(shí)現(xiàn)：單播目的地址判收、支持廣播、有端口地址表、反向地址學(xué)習(xí)，并在含交換機(jī)的多網(wǎng)元情況下完成測(cè)試。

設(shè)計(jì)描述

1、幀結(jié)構(gòu)

原理：

在階段二基礎(chǔ)的幀格式下，在幀頭增加了源、目的MAC地址，其中MAC地址采用3位二進(jìn)制碼編碼（考慮到配置文件設(shè)備數(shù)不超過8，也算是視情況偷了個(gè)懶），并且對(duì)本來為6字節(jié)的MAC地址簡(jiǎn)單處理，設(shè)備號(hào)即為MAC地址（如設(shè)備號(hào)為3則MAC地址為（int）3，然后轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制目的和源MAC地址），幀格式其他部分同階段二。
此處的源MAC地址可以直接利用配置文件所讀取到的參數(shù)直接賦值，而目的MAC地址則需要手動(dòng)進(jìn)行輸入，或在APP層進(jìn)行鍵入傳遞參數(shù)，或直接利用LNK層封裝時(shí)進(jìn)行手動(dòng)鍵盤鍵入。

01111110010001000000011001…011001111110

幀頭定界符	Dst_MAC	Src_MAC	ACK標(biāo)志位	幀序號(hào)	數(shù)據(jù)位	CRC校驗(yàn)位	幀尾定界符

涉及函數(shù)：

發(fā)送方： int add_src_mac(U8* s, int len); //插入源MAC地址 int add_dst_mac(U8* s, int len, int dst_mac); //插入目的MAC地址接收方： int get_src_mac(U8* s); //提取源MAC地址 int get_dst_mac(U8* s); //提取目的MAC地址

要點(diǎn)：

需要注意int類型的MAC地址到U8類型的二進(jìn)制MAC數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

為了避免在頭部添加數(shù)據(jù)所帶來的頭部指針移動(dòng)的麻煩，因此一種較好的辦法就是預(yù)先分配足夠的內(nèi)存再往其中填數(shù)據(jù)，有點(diǎn)類似一些協(xié)議中幀長(zhǎng)固定。

2、按目的轉(zhuǎn)發(fā)

原理：

本例中，通過lowerNumber的數(shù)量是否大于1來初步判斷是否為交換機(jī)，以區(qū)別交換機(jī)和一般主機(jī)的LNK層。
每接收一幀，查看其目的MAC地址，判斷是否為自身，如果是自身則向上層遞交，不是則按端口號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)，若無此地址則廣播到其他端口。其中轉(zhuǎn)發(fā)和廣播均通過Timeout（）函數(shù)定時(shí)發(fā)送實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到交換機(jī)先“存儲(chǔ)”再轉(zhuǎn)發(fā)的效果。
對(duì)于交換機(jī)，在所收到的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，需要進(jìn)行拆包，與自己的MAC地址表進(jìn)行比對(duì)，然后利用find_port()函數(shù)找到MAC表映射的轉(zhuǎn)發(fā)端口，進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

涉及函數(shù)：

-----全局MAC地址表----- struct Switch_table {int addr;int port; };//建立交換機(jī)MAC表//全局MAC表，個(gè)數(shù)最大為PORTNUM struct Switch_table* st; int table_len; //MAC表端口數(shù)-----查表和表輸出函數(shù)----- void print_switch_table(); //打印MAC表 int find_port(int addr); //根據(jù)目的地址查詢并返回端口號(hào)----Timeout（）函數(shù)中存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)所需要的循環(huán)隊(duì)列---- #define MAX_QUE 60 struct queue_t {int front;int rear;U8* data[MAX_QUE]; //數(shù)據(jù)數(shù)組int len[MAX_QUE]; //每個(gè)幀的幀長(zhǎng)數(shù)組int next_port[MAX_QUE]; //待轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)出口int src_port[MAX_QUE]; //接收數(shù)據(jù)的源端口，記錄下來便于后面的反向地址學(xué)習(xí)以及未知廣播 }; //全局循環(huán)隊(duì)列緩沖區(qū) struct queue_t my_buffer_pool;int enqueue(struct queue_t* que, U8* buf, int len, int nextPort, int srcPort); U8* dequeue(struct queue_t* que, int* len, int* nextPort, int* srcPort); void initqueue(struct queue_t* que); //初始化隊(duì)列，建議在程序開始運(yùn)行時(shí)的initialFunction（）中使用 void freequeue(struct queue_t* que); //清空緩存區(qū)

要點(diǎn)：

其實(shí)沒有過多需要注意的地方，弄清楚MAC地址和端口的映射，然后再轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)存下相關(guān)數(shù)據(jù)，并且注意參數(shù)的傳遞就好了。

對(duì)于全局緩沖區(qū)struct queue_t my_buffer_pool，由于他不是一個(gè)指針，所以在函數(shù)參數(shù)傳遞中，一定是傳入的它的地址，就是要取地址傳入&my_buffer_pool。

3、反向地址學(xué)習(xí)

原理：

接收幀后，獲取其源MAC地址，如果MAC表中沒有此映射，則進(jìn)行該地址的學(xué)習(xí)，或者在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行更新（一定是要更新的，但這也可能在廣播風(fēng)暴中造成地址漂移）。
本例設(shè)計(jì)時(shí)考慮到模型的規(guī)模較小，設(shè)備不多，如果采用先進(jìn)行ARP進(jìn)行定時(shí)廣播學(xué)習(xí)，會(huì)浪費(fèi)信道資源（其實(shí)一想也不會(huì)太浪費(fèi)），故采用按需學(xué)習(xí)的方式。本例中反向?qū)W習(xí)re_addr_learn（）僅對(duì)接收幀內(nèi)的源地址進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)于沒有參與通信設(shè)備的地址不進(jìn)行學(xué)習(xí)。

涉及代碼：

void re_addr_learn(int addr, int port); //反向地址學(xué)習(xí)

4、未知廣播

交換機(jī)對(duì)于未知的目的地址將會(huì)廣播到其他所有端口，在Timeout()函數(shù)中利用for循環(huán)依次向除接收端口轉(zhuǎn)發(fā)出去即可。但在交換機(jī)組成環(huán)型拓?fù)鋾r(shí)會(huì)引起廣播風(fēng)暴占用大量帶寬。故應(yīng)設(shè)計(jì)生成樹算法進(jìn)行此問題的規(guī)避。（但由于一個(gè)人的人力問題和時(shí)間問題，生成樹沒有想到怎么較好的實(shí)現(xiàn)，可能是圖論算法沒有學(xué)的很好的緣故，DFS和BFS沒有想好咋在這個(gè)里面簡(jiǎn)單使用）

測(cè)試情況

1、含交換機(jī)的一條線拓?fù)錅y(cè)試情況

發(fā)送一次數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)幀和確認(rèn)幀的來回兩次轉(zhuǎn)發(fā)，交換機(jī)產(chǎn)生兩次MAC地址的反向?qū)W習(xí)，并打印顯示MAC表。

2、廣播風(fēng)暴所帶來的MAC表漂移情況

在以上無生成樹環(huán)型拓?fù)鋱D中，理論分析，各交換機(jī)會(huì)不斷進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，形成廣播風(fēng)暴，并伴隨MAC表漂移。以下測(cè)試從網(wǎng)元1的APP層發(fā)送一次數(shù)據(jù)，觀測(cè)各交換機(jī)LNK層情況。

可以觀測(cè)到，在網(wǎng)元1只發(fā)送了一次數(shù)據(jù)的情況下，其他各個(gè)網(wǎng)元LNK層均同上圖一樣，不停的轉(zhuǎn)發(fā)廣播數(shù)據(jù)幀，不停的更新MAC表，并且同一地址的映射發(fā)生漂移，同理論分析一樣形成廣播風(fēng)暴。

其他想說的話

雖然交換機(jī)的基本功能都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但是無奈一個(gè)人的工作量還是太大，生成樹當(dāng)時(shí)沒能來得及實(shí)現(xiàn)，也是有點(diǎn)小遺憾。而且在這個(gè)階段由于沒有牽涉進(jìn)來網(wǎng)絡(luò)層的路由，所以不太好指明數(shù)據(jù)最終的目的設(shè)備是誰(shuí)，當(dāng)時(shí)是簡(jiǎn)單通過代碼里面手動(dòng)修改。但在引入路由和IP與MAC的映射關(guān)系之后，這個(gè)問題便沒有了。
這個(gè)階段個(gè)人認(rèn)為除了完整的生成樹協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，其他功能的實(shí)現(xiàn)還是比較簡(jiǎn)單的，而且仍然主要停留在數(shù)據(jù)鏈路層，還沒有考慮與其他層交互的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致難度也沒有那么高。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机网络项目——最小网元设计（阶段三）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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