計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)---模擬交換機(jī)查表功能

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言...........................................................................3</p><p>　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)......

2、.......................................................4</p><p>　　1.1設(shè)計(jì)課題及目的..........................................................4</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)原理和流程圖......................................

3、..................4</p><p>　　1.3交換機(jī)的基本操作........................................................6</p><p>　　1.3.1學(xué)習(xí)...............................................................6</p><

4、p>　　1.3.2過期...............................................................6</p><p>　　1.3.3防洪...............................................................6</p><p>　　1.3.4選擇性轉(zhuǎn)發(fā)...............

5、..........................................7</p><p>　　1.3.5更新...............................................................7</p><p>　　1.4程序界面設(shè)計(jì)及運(yùn)行過程..............................................

6、....8</p><p>　　1.4.1界面設(shè)計(jì)...........................................................8</p><p>　　1.4.2運(yùn)行程序...........................................................8</p><p>　　1.5程序主要代

7、碼及分析..................................................... 11</p><p>　　1.6設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)和感想.....................................................17</p><p>　　參考文獻(xiàn)...........................................

8、...........................18</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　本學(xué)期學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，一直就聽說計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一門非常重要的專業(yè)課，特別是現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展非常迅猛，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方面的專業(yè)人才非常缺乏。在學(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)前，我并不清楚什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，只是簡單的知道互聯(lián)網(wǎng)就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一種。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)這么課程從微觀和

9、宏觀上全面的介紹了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，讓我對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有了一個(gè)大概的了解，從中我也學(xué)到了許多知識(shí)。在以前，我一直把編程當(dāng)做我最喜歡也是最重要的部分，對網(wǎng)絡(luò)并不感冒。直到開始學(xué)習(xí)后，我才發(fā)現(xiàn)原來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也是一門很有意思的課程，與編程也是密切相關(guān)的。</p><p>　　通過這學(xué)期的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，我對網(wǎng)絡(luò)有了更深入的認(rèn)識(shí)。通過老師的講解，我從底層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議到高層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。明白了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本配置和功能。在

10、學(xué)習(xí)過程中我對底層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議最為喜歡，因?yàn)閰f(xié)議是通過編程來實(shí)現(xiàn)的。我很好奇科學(xué)家們是怎么通過協(xié)議把電信號(hào)轉(zhuǎn)化為信息的。由于，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的課程設(shè)計(jì)包括了此方面的內(nèi)容。于是，我選擇了交換機(jī)模擬作為自己的設(shè)計(jì)課題。借此機(jī)會(huì)，鍛煉自己的編程能力，同時(shí)加深對交換機(jī)查表功能的理解。</p><p>　　總之，很高興能有這次實(shí)踐機(jī)會(huì)，希望自己的作品能讓老師滿意。</p><p><b>　　計(jì)

11、算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.1設(shè)計(jì)課題及目的</p><p>　　課題名稱：模擬交換機(jī)查表功能</p><p>　　設(shè)計(jì)目的：通過此課程設(shè)計(jì)提高自己對交換機(jī)查表功能的理解，深入理解交換機(jī)的原理。同時(shí)通過課程設(shè)計(jì)還能提高自己的編程能力，提高自己解決實(shí)際問題的能力。為將來自己進(jìn)入社會(huì)工作打好基礎(chǔ)。</p><p>

12、;　　1.2設(shè)計(jì)原理和流程圖</p><p><b>　　設(shè)計(jì)原理：</b></p><p><b>　　程序基本流程：</b></p><p>　　接收幀，在mac里查找源mac地址。</p><p>　　如果找到判斷是否是進(jìn)入端口，如不是則轉(zhuǎn)發(fā)至該端口，轉(zhuǎn)到4。</p><p

13、>　　如果不存在，則將該mac地址添加到mac表，轉(zhuǎn)到4。</p><p>　　判斷目的mac地址是否在mac表。</p><p>　　如果找到則從對應(yīng)端口轉(zhuǎn)發(fā)，如果不存在則轉(zhuǎn)發(fā)至出本端口外的其他所有端口。</p><p>　　更新mac表里mac地址的計(jì)時(shí)器。</p><p>　　7.等待接收新的數(shù)據(jù)幀，轉(zhuǎn)到1。</p>

14、<p><b>　　圖1：程序流程圖</b></p><p>　　1.3交換機(jī)的基本操作</p><p>　　交換機(jī)采用5種基本操作來實(shí)現(xiàn)其用途：</p><p><b>　　■學(xué)習(xí)</b></p><p><b>　　■過期</b></p><

15、p><b>　　■泛洪</b></p><p><b>　　■選擇性轉(zhuǎn)發(fā)</b></p><p><b>　　■過濾</b></p><p><b>　　1.3.1學(xué)習(xí)</b></p><p>　　MAC表中必須填入MAC地址以及其對應(yīng)的端口，學(xué)習(xí)過

16、程是交換機(jī)在正常運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)獲取這些映射。</p><p>　　當(dāng)每個(gè)幀進(jìn)入交換機(jī)時(shí)，交換機(jī)會(huì)檢查源MAC地址。通過查詢過程，交換機(jī)將確定表中是否已經(jīng)包含該MAC地址的條目。如果未包含，交換機(jī)將使用源MAC地址在MAC表中新建一個(gè)條目，然后將此條目與達(dá)到的端口進(jìn)行配對。現(xiàn)在，交換機(jī)可以使用該映射將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到該節(jié)點(diǎn)。</p><p><b>　　1.3.2過期</b>&

17、lt;/p><p>　　通過學(xué)習(xí)過程獲取的MAC表?xiàng)l目具有時(shí)間戳。時(shí)間戳用于從MAC表中刪除舊條目。當(dāng)</p><p>　　某個(gè)條目在MAC表中創(chuàng)建之后，就會(huì)使用其時(shí)間戳作為起始值開始遞減計(jì)數(shù)。值計(jì)數(shù)到0后，表此條目過期，并從MAC表中刪除。當(dāng)交換機(jī)下一次在相同端口又從該節(jié)點(diǎn)接收幀是，此計(jì)時(shí)器重置。重置計(jì)數(shù)器會(huì)阻止MAC條目的刪除。如，計(jì)時(shí)器設(shè)置為300秒。如果300秒內(nèi)沒有從節(jié)點(diǎn)收到幀，此條

18、目從MAC表中刪除。</p><p><b>　　1.3.3泛洪</b></p><p>　　如果交換機(jī)的MAC地址表中沒有與收到幀的目的MAC地址的匹配項(xiàng)，將會(huì)泛洪此幀。</p><p>　　泛洪值將幀發(fā)送到除此幀進(jìn)入端口之外的所有接口。交換機(jī)之所以不將幀轉(zhuǎn)發(fā)到接收該幀的端口，是因?yàn)樵摼W(wǎng)段的所有目的都已經(jīng)收到了幀。泛洪還用于發(fā)送到廣播MAC

19、地址的幀。</p><p>　　1.3.4選擇性轉(zhuǎn)發(fā)</p><p>　　選擇性轉(zhuǎn)發(fā)是檢查幀的目的MAC地址后將幀從適當(dāng)?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去的過程。這是交換機(jī)的核心功能。當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送幀到交換機(jī)時(shí)，如果交換機(jī)知道該節(jié)點(diǎn)的MAC地址，交換機(jī)會(huì)將此地址與MAC地址表中的條目比對，然后將幀轉(zhuǎn)發(fā)到對應(yīng)端口。此時(shí)交換機(jī)不是將幀泛洪到所有端口，而是通過將其制定端口發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)。此操作稱為轉(zhuǎn)發(fā)。</p&g

20、t;<p><b>　　1.3.5過濾</b></p><p>　　在某些情況下，幀不會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)。此過程稱為幀過濾。前面已經(jīng)描述了過濾的一次使用：</p><p>　　交換機(jī)不會(huì)將幀轉(zhuǎn)發(fā)到接受幀的端口。另外，交換機(jī)還會(huì)丟棄損壞的真。如果真沒有通過CRC檢查被丟棄。對幀進(jìn)行過濾的另一個(gè)原因是安全。交換機(jī)具有安全設(shè)置，用于阻擋法網(wǎng)和或來自選定MAC地址或特定端

21、口的幀。</p><p>　　1.4程序界面設(shè)計(jì)及運(yùn)行過程</p><p><b>　　1.4.1界面設(shè)計(jì)</b></p><p>　　為了簡化程序復(fù)雜度同時(shí)又要易于用戶操作和理解交換機(jī)的查表功能，界面上我盡量簡單易于操作和觀察。我限制了交換機(jī)的端口數(shù)量，采用了6端口的交換機(jī)。用按鈕來代替交換機(jī)端口，每個(gè)按鈕代表一個(gè)端口，同時(shí)簡化了mac表，每

22、個(gè)端口代表該端口的所有mac地址。通過點(diǎn)擊按鈕完成數(shù)據(jù)幀的輸入，第一次點(diǎn)擊的按鈕代表該數(shù)據(jù)幀的源mac地址，第二次點(diǎn)擊的按鈕代表該數(shù)據(jù)幀的目的端口。輸入數(shù)據(jù)幀完成后，出現(xiàn)一條線段，代表該數(shù)據(jù)幀的路徑。</p><p>　　同時(shí)，程序還添加了提示信息編輯框和mac表。信息編輯框里包含了數(shù)據(jù)幀從進(jìn)入交換機(jī)到輸出交換機(jī)的路徑信息。Mac表包含了各端口的源mac地址，時(shí)間戳和端口。Mac表以秒為周期自動(dòng)更新，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)

23、幀源端口不再mac表時(shí)，程序會(huì)將該mac地址信息加入mac表。當(dāng)mac地址的時(shí)間戳到期時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)將該mac地址信息刪除出mac表。通過該mac表，用戶可隨時(shí)了解mac表的信息，可以相應(yīng)的改變輸入操作，來獲取自己想要的信息。</p><p>　　這是界面的概述，具體界面如下。</p><p>　　1.4.2程序運(yùn)行過程</p><p>　　圖2：應(yīng)用程序初始化界面

24、</p><p>　　這是應(yīng)用程序的初始化界面，信息框和mac表都是空的。</p><p>　　圖3：首次進(jìn)入數(shù)據(jù)幀的情況</p><p>　　這是交換機(jī)首次進(jìn)入數(shù)據(jù)幀的情況，由于mac表是空的，該幀從端口1進(jìn)入交換機(jī)，查表為發(fā)現(xiàn)目的mac時(shí)從除1外的其他端口泛洪出交換機(jī)。信息框顯示了相應(yīng)的信息，mac表添加了mac1的信息。</p><p>

25、;　　圖4：交換機(jī)選擇性轉(zhuǎn)發(fā)</p><p>　　這是交換機(jī)選擇性轉(zhuǎn)發(fā)的運(yùn)行情況，從信息框可以看出該交換機(jī)已經(jīng)進(jìn)入了3個(gè)數(shù)據(jù)幀，前3個(gè)數(shù)據(jù)幀進(jìn)入交換機(jī)時(shí)由于不存在幀的源端口，對應(yīng)的端口都已經(jīng)被程序添加到mac表里，第三個(gè)數(shù)據(jù)幀進(jìn)入交換機(jī)時(shí)，程序查找對應(yīng)目的端口，找到該目的mac存在1端口后，交換機(jī)將該幀從1端口轉(zhuǎn)發(fā)出去，從紅的的路徑線可以看出。</p><p>　　圖5：交換機(jī)mac表的更

26、新</p><p>　　從圖中可以看到mac表更新了mac1的時(shí)間戳，應(yīng)為mac1最后一次進(jìn)入交換機(jī)，所以它對應(yīng)的剩余生存時(shí)間最長。</p><p>　　圖6：mac表過期信息被刪除</p><p>　　從信息框可以看出mac表應(yīng)該包含mac1、mac2、mac3、mac4的信息。而此時(shí)mac表里只有mac3和mac4的信息，這是應(yīng)為mac1和mac2已經(jīng)過期被程序

27、從mac表里刪除。</p><p><b>　　圖7：程序運(yùn)行結(jié)束</b></p><p>　　這是程序運(yùn)行結(jié)束后的界面，由于所有mac信息都已經(jīng)過期，所以mac表為空。從信息框可以看出交換機(jī)之前是有幀進(jìn)入過的。</p><p>　　1.5程序主要代碼及分析</p><p>　　程序使用mfc開發(fā)，使用對話框模式，具體代

28、碼如下：</p><p><b>　　程序的主要變量有：</b></p><p>　　int LifeTime;//生存時(shí)間</p><p>　　CEdit *add;//編輯框指針</p><p>　　int flag0;//標(biāo)記0</p><p>　

29、　int flag1;//標(biāo)記1</p><p>　　typedef struct Mac//幀結(jié)構(gòu)體</p><p><b>　　{</b></p><p>　　CString address;//mac地址</p><p>　　short port;//端口號(hào)<

30、/p><p>　　int time;//剩余生存時(shí)間</p><p><b>　　}Mac;</b></p><p>　　vector<Mac> m_table;//Mac地址數(shù)組</p><p>　　程序主要包含六個(gè)模塊函數(shù)：</p><p>　　增加mac地址到m

31、ac表函數(shù)AddToTable()</p><p>　　查看mac表函數(shù)LookUp(CString str)</p><p>　　顯示路徑信息函數(shù)ShowRoad(int m)</p><p>　　畫途徑線函數(shù)Paint()</p><p>　　顯示mac表函數(shù)ShowTable()</p><p>　　更新mac表

32、函數(shù)RefreshTable()</p><p>　　AddToTable()</p><p>　　void CNetwork3Dlg::AddToTable()//增加源mac地址到mac表</p><p><b>　　{</b></p><p>　　CString str;</p><

33、;p>　　str.Format("%s%d", "mac", flag0);</p><p><b>　　Mac temp;</b></p><p>　　temp.address = str;</p><p>　　temp.port = flag0;</p><p>　　te

34、mp.time = LifeTime;</p><p>　　m_table.push_back(temp);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　LookUp(CString str)</p><p>　　bool CNetwork3Dlg::LookUp(CString str)/查看Mac

35、表,存在返回true，否則返回false</p><p><b>　　{</b></p><p>　　CString temp;</p><p>　　temp.Format("%s%d", "mac", flag0);</p><p>　　vector<Mac>::it

36、erator iter = m_table.begin();</p><p>　　for (; iter != m_table.end(); iter++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (iter->address == str)</p><p><b>　　{<

37、;/b></p><p>　　if (str == temp)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　iter->time = LifeTime;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　return TRUE;</

38、p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　return FALSE;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　ShowRoad(int m)</p><p>

39、　　void CNetwork3Dlg::ShowRoad(int m)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　CString str1, str2;</p><p>　　str1.Format("%s%d", "mac", flag0);</p><p>　

40、　str2.Format("%s%d", "mac", flag1);</p><p>　　if(m == 1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　str1.Format("%s%d%s%d%s\r\n", "mac", flag0, &q

41、uot;從mac", flag1, "離開交換機(jī)。");</p><p>　　add->ReplaceSel(str1);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b&

42、gt;</p><p>　　str2.Format("%s%d%s\r\n", "mac", flag0, "泛洪出交換機(jī)。");</p><p>　　add->ReplaceSel(str2);</p><p><b>　　}</b></p><p>&

43、lt;b>　　}</b></p><p><b>　　Paint()</b></p><p>　　void CNetwork3Dlg::Paint()//畫圖函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int sx, sy, dx, dy;

44、</p><p>　　sx = 70 + (flag0 - 1) * 65;</p><p><b>　　sy = 63;</b></p><p>　　dx = 70 + (flag1 - 1) * 65;</p><p><b>　　dy = 63;</b></p><p>

45、;<b>　　Back();</b></p><p>　　CString str;</p><p>　　str.Format("%s%d", "mac", flag0);</p><p>　　if (!LookUp(str))//判斷源端口是否存在mac表</p><

46、;p><b>　　{</b></p><p>　　AddToTable();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　str.Format("%s%d", "mac", flag1);</p><p>　　if (LookUp(str

47、))//選擇性轉(zhuǎn)發(fā)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ShowRoad(1);</p><p>　　CClientDC dc(this);</p><p>　　CPen MyPen;//定義一只筆</p><p>　　MyPen.

48、CreatePen(PS_DASH, 2, RGB(255, 0, 0));//定義筆的參數(shù)</p><p>　　CPen *OldPen;</p><p>　　OldPen = dc.SelectObject(&MyPen);//選中新筆</p><p><b>　　if (1)</b></p>

49、<p><b>　　{</b></p><p>　　dc.MoveTo(sx, sy);</p><p>　　dc.LineTo(sx, 30);</p><p>　　dc.LineTo(dx, 30);</p><p>　　dc.LineTo(dx, dy);</p><p>　　dc

50、.LineTo(dx + 10, 50);</p><p>　　dc.LineTo(dx, dy);</p><p>　　dc.LineTo(dx - 10, 50);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　dc.SelectObject(OldPen);//還原默認(rèn)筆</p&

51、gt;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{//泛洪</b></p><p>　　ShowRoad(2);</p><p>　　CClientDC dc(this);</p>&

52、lt;p>　　CPen MyPen;//定義一只筆</p><p>　　MyPen.CreatePen(PS_DASH, 2, RGB(255, 0, 0));//定義筆的參數(shù)</p><p>　　CPen *OldPen;</p><p>　　OldPen = dc.SelectObject(&MyPen);

53、//選中新筆</p><p>　　for (int i = 1; i <= 6; i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　dx = 70 + (i - 1) * 65;</p><p><b>　　dy = 63;</b></p><p&g

54、t;　　if (sx != dx)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　dc.MoveTo(sx, sy);</p><p>　　dc.LineTo(sx, 30);</p><p>　　dc.LineTo(dx, 30);</p><p>　　dc.LineTo(dx,

55、dy);</p><p>　　dc.LineTo(dx + 10, 50);</p><p>　　dc.LineTo(dx, dy);</p><p>　　dc.LineTo(dx - 10, 50);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b&

56、gt;</p><p>　　dc.SelectObject(OldPen);//還原默認(rèn)筆</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　ShowTable()</p><p>　　void CNetwor

57、k3Dlg::ShowTable()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　CString str;</p><p>　　m_ctrlTable.DeleteAllItems();//刪除所有記錄</p><p>　　vector<Mac>::const_iterator it

58、er = m_table.begin();</p><p>　　for(; iter != m_table.end(); iter++)//寫入所有記錄</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int index = m_ctrlTable.GetItemCount();</p><p>　　

59、m_ctrlTable.InsertItem(index, iter->address);</p><p>　　str.Format("%d", iter->port);</p><p>　　m_ctrlTable.SetItemText(index, 1, str);</p><p>　　str.Format("%d&qu

60、ot;, iter->time);</p><p>　　m_ctrlTable.SetItemText(index, 2, str);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　RefreshTable()</p><

61、;p>　　void CNetwork3Dlg::RefreshTable()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　vector<Mac>::iterator iter = m_table.begin();</p><p>　　if (flag0 && flag1)</p>

62、<p><b>　　{</b></p><p>　　for (; iter != m_table.end(); iter++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (iter->time == 0)//時(shí)間到期即刪除</p><p><

63、;b>　　{</b></p><p>　　m_table.erase(iter);</p><p>　　iter = m_table.begin();</p><p>　　if (iter == m_table.end())</p><p><b>　　{</b></p><p>

64、;<b>　　return;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else//否則減1</p><p>　　iter->time--;</p><p>&

65、lt;b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　此外還需要一個(gè)定時(shí)器函數(shù)來定期刷新mac表和顯示mac表。這就是系統(tǒng)的OnTimer() 函數(shù)。</p><p>　　void CNetwork3Dlg::

66、OnTimer(UINT nIDEvent) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　// TODO: Add your message handler code here and/or call default</p><p>　　RefreshTable();</p><p>　　ShowTab

67、le();</p><p>　　CDialog::OnTimer(nIDEvent);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　1.5設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)和感想</p><p>　　以上就是我這次課程設(shè)計(jì)的全部內(nèi)容，從這次課程設(shè)計(jì)中我學(xué)到了許多東西。我做的第一個(gè)程序跟現(xiàn)在這個(gè)不一樣，它采用自己輸入mac地址

68、。交給趙老師看時(shí)，趙老師立刻指出了它的不足，雖然它能實(shí)現(xiàn)交換機(jī)的查表功能，但軟件是拿給用戶使用的，是為了讓不懂軟件的用戶來明白它的基本原理。采用自己輸入會(huì)讓用戶很難理解和使用。因此，趙老師要求我把界面做成簡單易懂，易于用戶操作。從這里面我學(xué)到了，軟件的好壞不在于它的算法是否先進(jìn)，而在于用戶使用它是否滿意。用戶關(guān)心的是操作是否方便，而算法什么的是程序員的事情。</p><p>　　為此，我在界面上做了改變，采用了按

69、鈕代替文本輸入，簡化了交換機(jī)的端口。這樣易于用戶學(xué)習(xí)和操作，或許這能算優(yōu)點(diǎn)之一吧。</p><p>　　至于缺點(diǎn)，我認(rèn)為太多了。首先，我只是做了交換機(jī)的很小一部分功能，程序很簡單。</p><p>　　其次，程序的結(jié)構(gòu)尚不清晰，小程序還好，一旦你做大了，程序結(jié)構(gòu)就很重要了。</p><p>　　總之，這次我順利的完成了課程設(shè)計(jì)。雖然做的很簡單，但感覺還是蠻有成就感的