路由分组转发算法的模拟C.doc

计算机网络作业
教材P128所述的分组转发算法如下：
（1） 从数据报的首部提取目的主机的 IP 地址 D, 得出目的网络地址为 N。
（2） 若网络 N 与此路由器直接相连，则把数据报直接交付目的主机 D；否则是间接交付，执行(3)。
（3） 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。
（4） 若路由表中有到达网络 N 的路由，则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。
（5） 若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。
（6） 报告转发分组出错。
将该算法加以修改便可用于如下图所示（P130）划分子网的B类网络。

该B类网络被划分为三个子网，它们分别为145.13.3.0，145.13.7.0和145.13.21.0。可知它们的子网掩码均为255.255.255.0。
修改后的算法如下：
（1） 从收到的分组的首部提取目的 IP 地址 D。
（2） 先用各网络的子网掩码和D逐比特相“与”，看是否和相应的网络地址匹配。若匹配，则将分组直接交付。否则就是间接交付，执行(3)。
（3） 若路由表中有目的地址为 D的特定主机路由，则将分组传送给指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。
（4） 对路由表中的每一行的子网掩码和 D逐比特相“与”，若其结果与该行的目的网络地址匹配，则将分组传送给该行指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。
（5） 若路由表中有一个默认路由，则将分组传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。
（6） 报告转发分组出错。

用流程图表示上述算法如下：
否
否
是
是
开始
提取目的IP地址D
用子网掩码与D逐位相“与”
直接交付
与相应网络地址匹配？
传送给指明的下一路由器
路由表中第行子网掩码与D逐位相“与”
传送给该行指明的路由器
路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由?
结束
结果与该行目的地址匹配?
路由表中有 默认路由？
传送给指明的默认路由器
报告分组发送出错
是
是
否
否

用C++实现该算法，考虑传送到路由器R2处的IP数据报分组，经过路由选择决定如何投递，编制程序模拟IP数据报分组转发过程。在程序中，以手动方式输入数据分组的目的IP地址D来模拟上述算法中的步骤（1）（D以点分十进制形式输入，在程序中分四部分输入，每部分以回车结尾）。
设R2的路由表中，目的IP地址145.13.3.10有对应的特定主机路由，该特定路由指明发送到145.13.3.10的数据分组传送到路由器R3。同时又设R2的路由表有默认路由，默认路由的下一跳也是R3。而对于发送到网络145.13.0.0的数据分组均被直接传送到路由器R1。
即路由器R2的路由表如下图所示：
目的主机所在的网络
子网掩码
下一跳地址
0.0.0.0（默认）
255.255.0.0
R3
145.13.3.10（特定主机）
255.255.255.255
R3
145.13.0.0
255.255.0.0
R1
……
……
……
具体程序代码如下：
#include <iostream>
using namespace std;

class A //定义一个基类A
{
public:
int part1;
int part2;
int part3;
int part4;
};
A subnet_ID; //用于存储子网号

class B:public A //定义B类用于存储输入的点分十进制IP地址
{
public:
void display();
void input();
}D; //D用于存储输入的目的主机IP地址

void B::input() //定义input函数，用于输入参数，分四部分输入，每部分以回国结束
{
cin>>part1;
cin>>part2;
cin>>part3;
cin>>part4;
}

void B::display() //以点分十进制形式显示IP地址，子网掩码
{
cout<<part1<<".";
cout<<part2<<".";
cout<<part3<<".";
cout<<part4<<endl;
}

class C //定义C类用于设定路由表中和项
{
public:
void setDEST(int p1,int p2,int p3,int p4);
void setSUBNET_MASK(int a1,int a2,int a3,int a4);
A DEST; //DEST为目的主机地址，类型为A
A SUBNET_MASK; //子网掩码，类型为A
};

void C::setDEST(int p1,int p2,int p3,int p4)
{
DEST.part1=p1;
DEST.part2=p2;
DEST.part3=p3;
DEST.part4=p4;
}

void C::setSUBNET_MASK(int a1,int a2,int a3,int a4)
{
SUBNET_MASK.part1=a1;
SUBNET_MASK.part2=a2;
SUBNET_MASK.part3=a3;
SUBNET_MASK.part4=a4;
}

void AND(B IP,C subnet_mask) //AND函数用于将IP地址和子网掩码遂位相“与”等到相应的子网号
{
A SUB=subnet_mask.SUBNET_MASK;
subnet_ID.part1=IP.part1&SUB.part1;
subnet_ID.part2=IP.part2&SUB.part2;
subnet_ID.part3=IP.part3&SUB.part3;
subnet_ID.part4=IP.part4&SUB.part4;
}

int main()
{
C c[3];
c[0].setDEST(0,0,0,0); //为相应的路由表项赋值
c[0].setSUBNET_MASK(255,255,0,0);

c[1].setDEST(145,13,3,10);
c[1].setSUBNET_MASK(255,255,255,255);

c[2].setDEST(145,13,0,0);
c[2].setSUBNET_MASK(255,255,0,0);

cout<<"输入目的主机IP地址D："<<endl;
D.input();
cout<<"开始路由选择！"<<endl;
cout<<"目的主机IP地址D为：";
D.display();
int flag=1; //定义一个标志，用于差别是否已经找到了相应的路由表项
for(int i=0;i<3;i++)
{
AND(D,c[i]);
if(subnet_ID.part1==c[i].DEST.part1&&subnet_ID.part2==c[i].DEST.part2&&subnet_ID.part3==c[i].DEST.part3&&subnet_ID.part4==c[i].DEST.part4)
{
if(i==1) //若对应于特定主机路由表项
{
cout<<"有相应的特定主机路由表项，数据分组发送到路由器R3!"<<endl;
flag=0;
break;
}
if(i==2) //若对应于普通路由表项
{
cout<<"找到相应路由表项，数据分组发送到路由器R1!"<<endl;
flag=0;
break;
}
}
}
if(flag) //未找到完全相符的路由表项则使用默认路由
{
cout<<"使用默认路由，数据分组发送到路由器R3!"<<endl;
}
return 0;
}

运行程序：
1、 输入目的主机地址为145.13.3.10（表中有对就的特定主机路由表项），结果如下图：

2、 输入目的主机地址为145.13.21.23，该主机是图中划分了子网的B类网络中的一台主机，据算法可知数据分组应传送到路由器R1，结果如下图，可见与预计结果相符。

3、 输入其它不是图中B类网络中的任一主机地址时由算法知应该使用默认路由，演示时输入122.204.196.218，运行结果如下，可见与预计结果相符。

若路由表中没有配置默认路由，则前面所列的路由表中就删去第一行，并将上述程序代码加粗下划线部分修改成如下内容：
if(flag) //未找到完全相符的路由表项，而又没有默认路由则报告出错
{
cout<<"出错！未找到完全相符的路由表项或默认路由!"<<endl;
}

此时若再输入步骤（3）中的主机IP地址时则会报告出错，与算法中第六步相对应。实际运行如果见下图：

对于发送到路由器R1处的数据分组，其算法与前面所述的相似，现在只将R1的路由表列出如下：
目的主机所在的网络
子网掩码
下一跳地址
145.13.3.0
255.255.255.0
RA
145.13.7.0
255.255.255.0
RB
145.13.21.0
255.255.255.0
RC
……
……
……
说明：设RA与子网145.13.3.0直接相连，设RB与子网145.13.7.0直接相连，设RC与子网145.13.21.0直接相连。若有主机直接与路由器R1相连，刚其对应的下一跳地址将是直接投递。
另外，对于特定主机路由，其对应的子网掩码为全1码，即255.255.255.255。