基于py的网络路由实验

不念不忘少年蓝@ 2024-04-06 10:24 81阅读 0赞

## 基于 py 的网络路由实验 ##

### 实验内容 ###

#### 实验内容一 ####

基于已有代码框架，实现路由器生成和处理 mOSPF Hello/LSU 消息的相关操作，构建一致性链路状态数据库

*  运行网络拓扑(topo.py)
 *  在各个路由器节点上执行 disable\_arp.sh, disable\_icmp.sh, disable\_ip\_forward.sh)，禁止协议栈的相应功能
 *  运行./mospfd，使得各个节点生成一致的链路状态数据库

#### 实验内容二 ####

基于实验一，实现路由器计算路由表项的相关操作

*  运行实验
    
     *  运行网络拓扑(topo.py)
     *  在各个路由器节点上执行 disable\_arp.sh, disable\_icmp.sh, disable\_ip\_forward.sh)，禁止协议栈的相应功能
     *  运行./mospfd，使得各个节点生成一致的链路状态数据库
     *  等待一段时间后，每个节点生成完整的路由表项
     *  在节点 h1 上 ping/traceroute 节点 h2
     *  关掉某节点或链路，等一段时间后，再次用 h1 去 traceroute 节点 h2

#### 测试与验证 ####

*  各个节点生成一致的链路状态数据库
 *  tracerout 能获取正确结果

### 设计思路 ###

#### 生成和处理 mOSPF Hello 消息 ####

##### `void *sending_mospf_hello_thread(void *param)` 函数 #####

该函数被一个线程单独开启运行，每个节点周期性（5 秒）节点就向外界宣告自己的存在，并发送 mOSPF Hello 消息：包括 router ID, 端口的 mask 等消息。

该节点发送 IP 包的目的 IP 地址为 `224.0.0.5`，目的 MAC 地址为 `01:00:5E:00:00:05`。

##### `void handle_mospf_hello(iface_info_t *iface, const char *packet, int len)` 函数 #####

每个端口在收到一个 mOSPF HELLO 包以后，调用该函数进行处理。该函数需要从 mOSPF HELLO 包中获取 rid、IP、MASK 等信息。

若该发送该包的节点信息以及存在于 iface 中的 nbr\_list 中，则更新其到达时间。否则，将该节点的相关信息保存在 iface 中的 nbr\_list 中。

##### `void *checking_nbr_thread(void *param)` 函数 #####

该函数负责处理邻居列表中老化的节点。若一个节点超过 `3*hello_interval` 没有更新，则代表该节点老化，需要被清理掉。

#### 生成和处理 mOSPF LSU 消息 ####

##### `void sending_mospf_lsu()` 函数 #####

该函数负责组包并发送 mOSPF LSU 消息，会被线程函数 `sending_mospf_lsu_thread` 以 30 秒为周期进行调用发送。在该节点的邻居列表发生变动时，也会调用该函数发送 LSU 消息。

该函数向邻居节点发送的链路状态信息为：

*  该节点 ID (mOSPF Header)、邻居节点 ID、网络和掩码 (mOSPF LSU)
 *  当端口没有相邻路由器时，也要表达该网络，邻居节点 ID 设为为 0 （即端口连接局域网内部节点）
 *  序列号(sequence number)，每次生成链路状态信息时加 1
 *  目的 IP 地址为邻居节点相应端口的 IP 地址，目的 MAC 地址为该端口的 MAC 地址（通过调用 `ip_send_packet` 函数发包）。

##### `void handle_mospf_lsu(iface_info_t *iface, char *packet, int len)` 函数 #####

该函数在收到收到 LSU 消息后被调用进行处理数据包。如果之前未收到该节点的链路状态信息，或者该信息的序列号更大，则更新链路状态数据库，TTL 减 1，如果 TTL 值大于 0，则向除该端口以外的端口转发该消息。

##### `void *checking_database_thread(void *param)` 函数 #####

该线程函数负责周期性的检查失效节点。当数据库中一个节点的链路状态超过 40 秒未更新时，表明该节点已失效，将对应条目删除。另外，在该函数会调用 `update_rtable` 进行路由表项的更新。

##### `void update_router (int prev[], int dist[])` 函数 #####

该函数根据 Dijkstra 算法获得的节点拓扑信息来进行更新路由表。对于每个节点，会根据 Dijkstra 算法匹配到前序节点。用递归的方式前递可以找到对于本节点而言，每一个其他的节点的下一条节点是多少，并以此更新路由表，从而确定到其他网络的下一跳网关地址、源节点的转发端口。

另外，实验初始化时，会从内核中读入到本地网络的路由条目，更新路由表时需要区分这些条目和计算生成的路由条目。本设计中非默认路由表会在一开始删去。

### 结果验证 ###

本实验实验结果如下：

![在这里插入图片描述][829f6449757942488e11f732e54e49eb.png]

可以从上图中看出，不同节点之间可以通过 HELLO 和 LSU 信息，生成一致的链路状态信息。

另外 tracerout 的结果表明可以通过 Dijkstra 算法生成正确的路由表。并在网络状态改变（`link r2 r4 down`）时，自动生成新的路由表。