# network-principle-labs

**Repository Path**: fool-bird/network-principle-labs

## Basic Information

- **Project Name**: network-principle-labs
- **Description**: Labs for Network Principle course, Fall 2018, Tsinghua University
- **Primary Language**: C
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2019-03-30
- **Last Updated**: 2021-11-03

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 计算机网络原理实验

## 路由表

### 说明

路由表的实现位于 `routing_table` 文件夹，为转发引擎和 RIP Daemon 共用的组件。其基于 Rust 语言编写的 [treebitmap](https://github.com/hroi/treebitmap) 项目实现。算法基本思想为带状态压缩的 Trie 树，路由表中每 4 位（称为一个 Nibble）构成树的一层，只要路由表不是过于密集，这样的实现在减少树的体积同时也能大幅增加查找速度。树的每个内部节点可以有至多 16 个子节点，每一个叶节点可以保存 32 个路由表项。查找过程充分利用了节点编号的二进制表示，以不浪费空间。

这一算法性能表现优越，全部 IPv4 BGP 表完全插入后占用空间不超过 5MB，并且在此表上的查找时间量级约为 `100ns`。具体思想与描述还可参考下列文献：

> Eatherton W, Varghese G, Dittia Z. Tree bitmap: hardware/software IP lookups with incremental updates[J]. ACM SIGCOMM Computer Communication Review, 2004, 34(2): 97-122.

实现的 C 接口提供路由表的插入、删除、最长匹配、完全匹配以及遍历，可见 `rt.h` 中的函数声明，以及 `main.c` 中的使用示例。

### 编译

依赖为 `Rust 1.31.1` 与 `Cargo 0.31.1` 以及 `GCC`。安装完成后，在 `routing_table` 文件夹下运行 `make`，即在 `target/{debug,release}/` 文件下生成对应的静态链接库。

### 运行

路由表不能单独运行，但能通过 `make test` 来运行测试程序。此外，提供编译出的 `.a` 文件，以供没有 Rust 开发环境时直接链接使用。

## 转发引擎

### 说明

转发引擎的实现位于 `forwarder` 文件夹内。此引擎运行后监听 TCP 800 端口监听路由信息变化，动态更新自身的转发表。除此之外，在初始启动时，可选将直连路由插入转发引擎中。

### 编译

直接在 `forwarder` 文件夹中运行 `make` 即可，该项目自动依赖上述的路由表。编译完成后，在 `obj` 文件夹下将得到 `forwarder.release` 与 `forwarder.debug`。前者完全静态编译并打开优化选项，后者保留了调试符号。

### 运行

上述的两个可执行文件均能运行，支持的命令行参数为：

```text
-l：将本机地址和直连网络加入路由表，使引擎能处理目标为这些地址的数据包
-v：调试模式，打印更多信息
-s：加速模式，打印更少信息，跳过一些不必要的步骤
-h：打印版本与帮助信息
```

推荐的运行参数为 `./forwarder.release -s`，测试时务必不要加入 `-v`，否则大量打印会严重影响引擎性能。

默认情况下，引擎会打印所有的路由表变化信息，并在屏幕底部打印当前统计消息（速度、累计包数量等），并且也会打印遇到的错误。

__注意：转发引擎本身不会主动发出 ARP 请求，因此如果下一跳的 MAC 地址不在系统的 ARP 缓存中，引擎将不会进行转发。因此，在插入路由表进行测试前，请务必保证系统 ARP 表中有下一跳的表项。__

在插入 10000 条路由表项后，进行性能测试。首先使用 1300 字节的大包测试，命令为 `iperf3 -c server_ip -u -l 1300 -b 500M -n 20G`，此时有轻微丢包，可以判断转发性能峰值在 470 Mbps 左右。如果采用 64 字节的小包，峰值性能在 7 Mbps 左右。

## RIP Daemon

### 说明

RIP Daemon 的实现位于 `ripd` 文件夹内。实现了简单的 RIP 路由协议，启动时组播 REQUEST 报文，每隔五秒组播 REPLY 报文，并处理其他机器发送的 REPLY 报文。这一实现支持水平分裂算法与对接口状态变化的监测。RIP Daemon 会将本机路由表的变化通过 TCP 800 端口发送给转发引擎。

### 编译

直接在 `ripd` 文件夹中运行 `make` 即可，该项目自动依赖上述的路由表。编译完成后，在 `obj` 文件夹下将得到 `ripd.release` 与 `ripd.debug`。前者完全静态编译并打开优化选项，后者保留了调试符号。

### 执行

直接执行上述的两个可执行文件之一即可。该程序没有命令行参数。