模拟网桥工作原理

实验要求

模拟实现网桥的转发功能，以从文件中读取帧模拟网桥从网络中收到一帧，即从两个文件中读入一系列帧，从第一个文件中读入一帧然后从第二个文件中再读入一帧，如此下去。对每一帧，显示网桥是否会转发，及显示转发表内容。

要求：Windows或Linux环境下运行，程序应在单机上运行。

分析：用程序模拟网桥功能，可以假定用两个文件分别代表两个网段上的网络帧数据。而两个文件中的数据应具有帧的特征，即有目的地址，源地址和帧内数据。程序交替读入帧的数据，就相当于网桥从网段中得到帧数据。

对于网桥来说，能否转发帧在于把接收到的帧与网桥中的转发表相比较。判断目的地址后才决定是否转发。由此可见转发的关键在于构造转发表。这里转发表可通过动态生成。

原理

如果主机A向主机B发送数据，模拟网桥会出现的几种情况。

（1）学习：网桥通过查看帧的源地址了解到A在端口1，转发表中加入<A,1>。

（2）扩散：网桥并不知道B在何处，因此把帧向所有其它端口（除了本端口1）进行广播。

（3）转发：网桥通过查看帧的目的地址发现转发表中存在B的项<B,2>，因此该数据通过端口2转发出去。

（4）过滤：现在站点C向A发送数据，A、C在网桥同一个网段上。网桥也会收到该帧，查看源地址C，了解到C在端口1，加入表项<C,1>，同时目的地址A在转发表已经存在<A,1>，发现源和目的的端口号相同，说明在同个网段，因此不进行转发。

（5）老化：转发表的TTL每秒都增加，超过某个值则从数据库中清除，一般缺省的TTL设置为300秒。老化主要是考虑到网桥的内存有限、节点移动的情况。定期清除，像计时器一样。

本实验主要模拟了学习、扩散、转发和过滤这四种情况。网桥是工作在数据链路层，并能隔绝冲突域。

代码

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;

#define path1 "test1.txt"
#define path2 "test2.txt"

int main() {
	string src, dst, data;
	map<string, int> mp;
	map<string, int>::iterator  it;
	ifstream inf1(path1, ios::in);
	ifstream inf2(path2, ios::in);

	while (!inf1.eof() || !inf2.eof()) {
		if (!inf1.eof()) {
			it = mp.begin();
			cout << "转发表：" << endl;
			while (it != mp.end()) {
				cout << it->first << " " << it->second << endl;
				it++;
			}
			inf1 >> dst >> src >> data;
			cout << "网段1：" << endl;
			cout << "帧目的MAC地址：" << dst << " 源MAC地址：" << src << " 数据：" << data << endl;
			if (mp.count(src) == 0) {  // 该数据帧对应接口1（学习）
				mp[src] = 1;
			}
			if (mp.count(dst) == 1 && mp[src] == mp[dst]) {  // 同一端口，不转发（过滤）
				cout << "在同个网段，不转发！" << endl;
			}
			else if (mp.count(dst) == 1) {  // （转发）
				cout << "可以转发！转发接口为" << mp[dst] << "！" << endl;
			}
			else {  // （扩散）
				cout << "可以转发！广播除了接口" << mp[src] << "外的所有接口！" << endl;
			}
			cout << "----------------------------------------------------------------" << endl;
		}

		if (!inf2.eof()) {
			it = mp.begin();
			cout << "转发表：" << endl;
			while (it != mp.end()) {
				cout << it->first << " " << it->second << endl;
				it++;
			}
			inf2 >> dst >> src >> data;
			cout << "网段2：" << endl;
			cout << "帧目的MAC地址：" << dst << " 源MAC地址：" << src << " 数据：" << data << endl;
			if (mp.count(src) == 0) {  // 该数据帧对应接口2（学习）
				mp[src] = 2;
			}
			if (mp.count(dst) == 1 && mp[src] == mp[dst]) {  // 同一端口，不转发（过滤）
				cout << "在同个网段，不转发！" << endl;
			}
			else if (mp.count(dst) == 1) {  // （转发）
				cout << "可以转发！转发接口为" << mp[dst] << "！" << endl;
			}
			else {  // （扩散）
				cout << "可以转发！广播除了接口" << mp[src] << "外的所有接口！" << endl;
			}
			cout << "----------------------------------------------------------------" << endl;
		}
	}

	return 0;
}

/* 
注意：被读取文件中的帧格式是目的MAC地址在前，源MAC地址在后

test1:
22 11 000011101101010101010101010000
23 12 00001110110101010101010101
12 13 010101

test2:
11 22 000011101101010101010101010000
12 23 00001110110101010101010101
*/