C++模拟网桥转发功能

题目：写一个程序来模拟网桥功能。

模拟实现网桥的转发功能，以从文件中读取帧模拟网桥从网络中收到一帧，即从两个文件中读入一系列帧，从第一个文件中读入一帧然后从第二个文件中再读入一帧，如此下去。对每一帧，显示网桥是否会转发，及显示转发表内容。

• 要求：Windows或Linux环境下运行，程序应在单机上运行。
• 分析：
  1. 用程序模拟网桥功能，可以假定用两个文件分别代表两个网段上的网络帧数据。而两个文件中的数据应具有帧的特征，即有目的地址，源地址和帧内数据。程序交替读入帧的数据，就相当于网桥从网段中得到帧数据。
  2. 对于网桥来说，能否转发帧在于把接收到的帧与网桥中的转发表相比较。判断目的地址后才决定是否转发。由此可见转发的关键在于构造转发表。这里转发表可通过动态生成。

本地数据样式

注意文档中不要有多余的空格，换行。每个字符串中间是一个tab键不是8个空格键。
第一次运行时，转发表可以什么内容都没有

• 网段一
  

• 网段二
  

• 转发表
  

分析

1. 理解好网桥的功能，代码实现并不困难（当然我的代码并不是完全符合网桥的逻辑的，是一个最简单的网桥功能实现）；
2. 这个实验让我们实现网桥的自学习和转发帧
   • 自学习：查找转发表中与收到帧的源地址有无相匹配的项目。
     -如果有，更新原有项目（简单的代码实现就更新一下时间）；
     -如果没有，新增一个项目。
   • 转发帧：查找转发表中与收到帧的目的地址有无相匹配的项目。
     - 如果有，按转发表给出接口进行转发；
     - 如果没有，通过所有接口进行转发；
     - 若转发表给出的接口就是该帧进入网桥的接口，丢弃该帧。

程序流程图

代码

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <vector>
#include <map>
#include <Windows.h>
#include <cstdio>
 #include <time.h>
using namespace std;

//获取string类型的本地时间
string GetSystemTimeStr()
{
	struct tm t;   //tm结构指针
	time_t now;  //声明time_t类型变量
	time(&now);      //获取系统日期和时间
	localtime_s(&t, &now);   //获取当地日期和时间
	string time;
	time.append(to_string(t.tm_year+1900));
	time.append(".");
	time.append(to_string(t.tm_mon+1));
	time.append(".");
	time.append(to_string(t.tm_mday));
	time.append("  ");
	time.append(to_string(t.tm_hour));
	time.append(":");
	time.append(to_string(t.tm_min));
	time.append(":");
	time.append(to_string(t.tm_sec));
	return time;
}

//查表，自学习并进行转发
bool forword(map<string, pair<string, string>>& forwordingTable, string frame, int flag) {
	//如果是读到文件中的第一行，返回
	if (frame == "source\tdestn\tdata") return false;
	cout << "网桥接口" << flag << "接收到帧数据" << endl;
	//网桥解析帧数据
	int firstTabIndex = frame.find_first_of("\t");
	int lastTabIndex = frame.find_last_of("\t");
	//源地址
	string source = frame.substr(0, firstTabIndex);
	//目的地址
	string destination = frame.substr(firstTabIndex + 1, lastTabIndex - firstTabIndex - 1);
	//帧内数据
	string data = frame.substr(lastTabIndex + 1, frame.size() - lastTabIndex);

	//帧离开源地址，到达网桥（按道理这语句应该在最上面，但是要用到几个变量只能放在这里）
	cout << "PC" << source << " send data to " << "PC" << destination << ": " << data << endl;
	//查转发表
	//自学习，先用源地址更新转发表
	map<string, pair<string, string>>::iterator iter = forwordingTable.find(source);
	//表中没有匹配，新增项目
	if (iter == forwordingTable.end()) {
		pair<string, string> save(to_string(flag), GetSystemTimeStr());
		forwordingTable.insert(pair<string, pair<string, string>>(source, save));
	}
	//表中有匹配，更新项目
	else forwordingTable[source].second = GetSystemTimeStr();
	//转发帧，判断转发表中是否有目的地址
	iter = forwordingTable.find(destination);
	//没有有目的地址，通过所有接口进行转发；有目的地址，按给定接口进行转发
	if (iter == forwordingTable.end()) cout << "转发表中无PC" << destination << "的信息，网桥通过所有接口进行转发" << endl;
	else if (forwordingTable[destination].first == to_string(flag)) cout << "PC" << source << "和PC" << destination << "在同一网段下，丢弃该帧数据" << endl;
	else cout << "从接口" << flag << "处进行转发" << endl;
	//帧离开网桥网桥，到达目的地址
	cout << "PC" << destination << " receive data from " << source << ": " << data << endl << endl;
	return true;
}

int main() {
	//读取两网段和转发表文件
	ifstream segment1File("segment1.txt");
	if (!segment1File.is_open()) {
		cout << "segmeng1文件打开失败！" << endl;
		return 1;
	}
	ifstream segment2File("segment2.txt");
	if (!segment2File.is_open()) {
		cout << "segmeng2文件打开失败！" << endl;
		return 1;
	}
	ifstream forwordingTableFileRead("forwordingTable.txt");
	if (!forwordingTableFileRead.is_open()) {
		cout << "forwordingTable文件打开失败！" << endl;
		return 1;
	}

	//用地图存起来转发表
	map<string, pair<string,string>> forwordingTable;
	string row;
	while (getline(forwordingTableFileRead, row))
	{
		//忽略第一行标题
		if (row == "PC\tsegment\ttime") continue;
		//找到制表符位置
		int firstTabIndex = row.find_first_of('\t');
		int lastTabIndex = row.find_last_of("\t");
		//获取map的key和value，插入map
		string key = row.substr(0, firstTabIndex);
		string value = row.substr(firstTabIndex +1, lastTabIndex - firstTabIndex - 1);
		string time = row.substr(lastTabIndex + 1, row.size() - lastTabIndex);
		pair <string, string> save(value, time);
		forwordingTable.insert(pair<string, pair<string,string>>(key, save));
	}

	//帧数据
	string frame;
	//交替读入标志
	int flag = 1;
	//网桥开始工作
	while (!segment1File.eof() || !segment2File.eof()) {
		if (flag == 1) {
			if (!segment1File.eof()) {
				//读网段一中的一行
				getline(segment1File, frame);
				if(!forword(forwordingTable, frame, flag)) continue;
			}
			//交替
			flag = 2;
		}
		if (flag == 2) {
			if (!segment2File.eof()) {
				//读网段二中的一行
				getline(segment2File, frame);
				if (!forword(forwordingTable, frame, flag)) continue;
			}
			//交替
			flag = 1;
		}
	}

	//更新转发表到本地
	ofstream forwordingTableFileWrite("forwordingTable.txt");
	if (!forwordingTableFileWrite.is_open()) {
		cout << "forwordingTable文件打开失败！" << endl;
		return 1;
	}
	forwordingTableFileWrite << "PC\tsegment\ttime" << endl;
	for (auto mapIndex : forwordingTable) {
		forwordingTableFileWrite << mapIndex.first << "\t" << mapIndex.second.first << "\t" << mapIndex.second.second<<endl;
	}

	//完成工作，关闭文件
	segment1File.close();
	segment2File.close();
	forwordingTableFileRead.close();
	forwordingTableFileWrite.close();
	return 0;
}

结果截图

• 第一次转发表中没有任何信息
  

• 第二次转发表中已经有了全部信息