广播网络实验

实验内容：

1、实现节点广播的broadcast_packet函数

2、验证广播网络能够正常运行：从一个端节点ping另一个端节点

3、验证广播网络的效率：在three_nodes_bw.py进行iperf测量。 两种场景： H1: iperf client; H2, H3: servers H1: iperf server; H2, H3: clients

4、验证环形拓扑下节点广播会产生数据包环路。

本人的实验环境：

在Windows10物理机上装VirtualBox虚拟机，Ubuntu系统是22.04.3 LTS，python版本是2.7.18。

实验过程：

1、实现节点广播的broadcast_packet函数：
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void broadcast_packet(iface_info_t *iface, const char *packet, int len)
{
	// TODO: broadcast packet 
	fprintf(stdout, "TODO: broadcast packet.\n");
	// 新增
	iface_info_t *ifa;
    list_for_each_entry(ifa, &instance->iface_list, list) {
        if (ifa != iface) {
            iface_send_packet(ifa, packet, len);
        }
    }
}

这里使用了 list_for_each_entry 函数来遍历接口链表，对于每个接口，如果它不是接收接口iface，则调用iface_send_packet函数将数据包发送到该接口。

2、验证广播网络能够正常运行：从一个端节点ping另一个端节点

首先安装安装mininet，使用第二个命令（python版本是2.7.18）：

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sudo apt install mininet

但是显示未找到mininet.topo，这里再使用命令：sudo python -m pip install mininet来安装mininet相关模块及其所有依赖项。

然后安装cmake和xterm：

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sudo apt-get install xterm
sudo apt-get install cmake

在项目的根目录下运行make命令，生成一个hub执行文件：

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接着运行three_nodes_bw.py文件，这里的python版本是2.7.18， 然后用命令xterm b1打开b1节点的终端：

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在b1的终端输入./hub命令来执行hub文件：

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然后回到Mininet终端，输入ping相关命令来测试三个主机之间是否能ping通，结果是ping通的：

h1 ping h2：

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h2 ping h1：

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h2 ping h3：

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h3 ping h2：

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h3 ping h1：

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h1 ping h3：

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3、验证广播网络的效率：在three_nodes_bw.py进行iperf测量。

两种场景： H1: iperf client; H2, H3: servers H1: iperf server; H2, H3: clients

先用xterm打开h1、h2、h3节点的终端。同时也要打开b1节点的终端，同样在b1节点上运行hub文件。然后在h1，h2，h3的终端上进行下面操作。

场景1：将h1作为客户端，h2和h3作为server端，测试带宽利用率

在h2和h3终端上输入iperf -s命令，这将在 h2 和 h3 节点上启动 iperf 服务器，等待客户端的连接。

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然后在h1终端上分别输入：iperf -c 10.0.0.2 -t 60 和iperf -c 10.0.0.3 -t 60

表示在 h1 节点上运行 iperf 客户端，分别连接到 IP 地址为 10.0.0.2（也就是h2）的 iperf 服务器和 IP 地址为 10.0.0.3（也就是h3）的 iperf 服务器并进行为期一分钟的性能测试。在测试结束后，iperf 将输出带宽、延迟等性能信息。

连接h2服务器：

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由图可知，带宽利用率大概为8.21/10*100% = 82.1%

连接h3服务器：

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由图可知，带宽利用率大概为8.13/10*100% = 81.3%

场景2：将h1作为server端，h2和h3作为客户端，测试带宽利用率

在h1节点的终端输入命令：iperf -s，来启动 iperf 服务器，等待客户端的连接。

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然后分别在h2和h3节点的终端输入命令iperf -c 10.0.0.1 -t 60，用于与h1的server端进行连接。

h2客户端连接h1 server端：

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由图可知，带宽利用率大概为7.36/10*100% = 73.6%

h3客户端连接h1 server端：

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由图可知，带宽利用率大概为7.55/10*100% = 75.5%

4、验证环形拓扑下节点广播会产生数据包环路。

创建如下环形网络拓扑：

三个Hub节点，b1, b2, b3，两两互联

两个主机节点，h1连接到b1，h2连接到b2

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创建ring_topo.py文件，核心代码如下：

这里一开始注释写的中文，但由于这里我的ubuntu没有配ASCII相关环境，运行不了，所以这里没写中文注释。

ring_topo.py如下：

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#!/usr/bin/python

from __future__ import print_function

import os
import sys
import glob

from mininet.topo import Topo
from mininet.net import Mininet
from mininet.link import TCLink
from mininet.cli import CLI

script_deps = [ 'ethtool' ]

def check_scripts():
    dir = os.path.abspath(os.path.dirname(sys.argv[0]))
    
    for fname in glob.glob(dir + '/' + 'scripts/*.sh'):
        if not os.access(fname, os.X_OK):
            print('%s should be set executable by using `chmod +x $script_name`' % (fname))
            sys.exit(1)

    for program in script_deps:
        found = False
        for path in os.environ['PATH'].split(os.pathsep):
            exe_file = os.path.join(path, program)
            if os.path.isfile(exe_file) and os.access(exe_file, os.X_OK):
                found = True
                break
        if not found:
            print('`%s` is required but missing. which could be installed via `apt` or `aptitude`' % (program))
            sys.exit(2)

# Mininet will assign an IP address for each interface of a node 
# automatically, but hub or switch does not need IP address.
def clearIP(n):
    for iface in n.intfList():
        n.cmd('ifconfig %s 0.0.0.0' % (iface))

class BroadcastTopo(Topo):
    def build(self):
        # add three hubs (b1, b2, b3)
        b1 = self.addHost('b1')
        b2 = self.addHost('b2')
        b3 = self.addHost('b3')

        # add two hosts (h1, h2)
        h1 = self.addHost('h1')
        h2 = self.addHost('h2')

        # create a circular link
        self.addLink(b1, b2, bw=10)
        self.addLink(b2, b3, bw=10)
        self.addLink(b3, b1, bw=10)

        # link hosts to switches
        self.addLink(h1, b1, bw=10)
        self.addLink(h2, b2, bw=10)

if __name__ == '__main__':
    check_scripts()

    topo = BroadcastTopo()
    net = Mininet(topo = topo, link = TCLink, controller = None)

    h1, h2, b1, b2, b3 = net.get('h1', 'h2', 'b1', 'b2', 'b3')
    h1.cmd('ifconfig h1-eth0 10.0.0.1/8')
    h2.cmd('ifconfig h2-eth0 10.0.0.2/8')
    clearIP(b1)
    clearIP(b2)
    clearIP(b3)

    for h in [h1, h2, b1, b2, b3]:
        h.cmd('./scripts/disable_offloading.sh')
        h.cmd('./scripts/disable_ipv6.sh')

    net.start()
    CLI(net)
    net.stop()

运行xterm h1 h2 b1 b2 b3命令打开它们的终端。

然后在b1，b2，b3上运行./hub文件，也就是将其设置为集线器。

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然后在h1的终端上ping h2，命令为：ping 10.0.0.2 -c 4（或者ping -c 4 10.0.0.2），则b1 b2 b3的终端下面会不断地出现brodacast packet的提示。说明b1、b2、b3已经形成了一个环路并且环路已经打通。 （-c 4：这个选项表示发送4个ICMP请求消息。ping命令将发送4个请求到10.0.0.2，然后等待响应。）

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h1显示结果：

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另外：

可以用Wireshark工具来进行抓包，在商店安装Wireshark之后，需要在终端输入命令：sudo dpkg-reconfigure wireshark-common这是允许普通用户使用 Wireshark 使用和捕获数据包。

同样的操作，在h1终端输入命令：sudo wireshark 会打开Wireshark操作页面，在 Wireshark 界面的过滤器框中输入以下过滤器，以仅显示 ICMP 流量，然后回车，此时Wireshark就等待抓包了。

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但是在终端中使用 sudo wireshark 启动 Wireshark 时，Wireshark 将在前台运行，并终端将被锁定，直到手动终止 Wireshark 或者按下 ctrl+c 中断。因此，一旦你启动 Wireshark，终端将被占用，也就是不能接着在这个h1终端输入ping命令了，需要另外打开一个终端窗口来执行其他命令。这时回到mininet终端再输入xterm h1，再打开另一个h1终端，用来输入ping 10.0.0.2 -c 4，这时Wireshark就会显示抓到的包了。可以看到⼀个ICMP数据包不断被转发。

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