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网络协议设计实验 设计文档 基于click自定义协议软件路由器的 设计与实现 二〇一四年十二月 目 录 一、实验概要及实验设计 1 （一）实验概要 1 （二）实验目的 1 （三）实验分析 1 1、协议分析 1 2、协议设计 2 二、实验设计 4 （一）实验流程 4 （二）click路由器总体设计 5 1. 路由器报文分类概要设计 5 2. 路由器报文转发概要设计 6 3. Label标签信息库结构 9 4. 优先级调度概要设计 9 5. 基于优先级的限速功能的概要设计 10 （三）click路由器转发流程设计 11 1. PSP路由转发流程详细设计 11 2. Label报文转发详细设计 12 （四）主要组件设计 14 1. Fastpspsource组件 14 2. LableRouteTable 15 3. LableLookup 15 4. RateLimit 16 三、实验演示 17 （一）PSP路由转发测试 17 1. 实验拓扑图 17 2. 实验测试方法 17 3. 配置文件 17 4. 测试结果 18 5. 结果总结 20 （二）基于Label的路由转发测试 21 1. 实验拓扑图 21 2. 配置文件 21 3. 测试结果 21 4. 结果总结 21 （三）优先级队列调度功能测试 21 1. 实验拓扑图 21 2. 实验测试方法 21 3. 配置文件 22 4. 测试结果 23 5. 结果总结 24 （四）标签流按优先级分别进行限速功能测试 24 1. 实验拓扑图 24 2. 配置文件 25 3. 测试结果 26 4. 结果总结 27 四、实验分工 27 一、实验概要及实验设计 （一）实验概要 本实验目的为基于已有的click开源软件实现一个自定义协议的软件路由器完整转发流程，具体包含五个核心任务：报文分类处理；PSP报文分组转发流程（包含PSP头检查、TTL减一、转发表）；定长标签交换流程（包含标签头解封装、标签表、标签头封装）；标签流8个优先级队列调度；标签流按照优先级分别进行限速。 （二）实验目的 通过实验设计 （三）实验分析 1、协议分析 一个完整的路由协议需要完成的功能包含以下内容：制定指导数据报文分组从一个网络到另一个网络的规定和标准；创建路由表，并维护网络拓扑结构；运行路由协议，执行路由选择和分组转发功能。这对我们接下来的协议设计提出了基本的要求，即对于网络中的每一层都需要定义报文的格式，然后对于报文在网络中的发送、接收和转发都有稳定的拓扑结构。 2、协议设计 一个自定义的协议簇（ABC），包括地址编址结构网络互连与路由转发等多个简单协议对其进行详细说明如下 地址编制结构（64位），其中前16位为网络标识，后48为接口标识。实际操作中，接口标识为该接口的MAC地址，与前16位拼接为64位地址。 链路层协议，规定了以太网的封装格式如下： 其中，IP报文类型定义为0x6000，标签报文类型定义为6001。 2.5层标签交换协议，规定了标签交换头的封装格式，并约定标签交换头后默认为PSP格式的报文。 网络层协议，定义了网络层报文头格式。 其中TOS为0-15，表示报文的传输优先级标识符标注报文的序号载荷长度为不包括报文头的报文内容长度下一报头类型为 基本实验拓扑 如图所示以太网报文头中包含的以太网的目的地址源地址和报文类型 ABC协议就能实现一个简单的报文收发过程 包含转发过程的实验拓扑 一个简单的转发过程包含以下的步骤：从发送方接收报文；更改报文的源地址以及目的地址；通过端口发出报文。示意图如下： 二、实验设计 （一）实验流程 准备工作路由器报文分类概要设计 其中，根据以太网头部类型信息进行分类，如下所示： ARP Query PSP Label ARP Response 类型码 0x6000 0x6001 0x0806 路由器报文转发概要设计 路由器报文转发的概要设计图如下所示，其中包含两条主线：一是基于PSP协议的路由转发，二是基于Label标签的路由转发。 两条主线的公用组件的作用如下表所示： 组件/流程名称 组件/流程作用 FromDevice 从指定端口获取数据包，转发给下一个组件 Classifier 数据包类型分类器，根据以太网头部类型信息把数据分为四类：ARP Query 、ARP Response 、PSP 报文、Label 报文 TTL - 1 将报文的TTL 进行减一操作，当TTL为时，不再转发报文 ARP Query 查询目的IP对应的Mac地址 Modify Ether Header 修改以太网头部 ToDevice 将数据包发送到指定端口 对于PSP报文的路由转发，其中的两个组件功能如下： 组件/流程名称 组件/流程作用 Get D