協(xié)議仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是幫助學(xué)生理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的重要手段,。目前的協(xié)議仿真實(shí)驗(yàn)是離散的,、靜態(tài)的，即單獨(dú)模擬某個(gè)協(xié)議,，不能與其它協(xié)議合作,，且協(xié)議中的數(shù)據(jù)表示是靜態(tài)的，不能隨著輸入的數(shù)據(jù)的變化而動(dòng)態(tài)變化,，實(shí)驗(yàn)效果單調(diào),、生硬,。具有代表性的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件有：國(guó)外的NS2，BosON Netsim,，國(guó)內(nèi)的 “網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng)”,，“Psender”系統(tǒng)等。NS2 能夠演示協(xié)議的工作過(guò)程,，但是,，無(wú)數(shù)據(jù)內(nèi)容的動(dòng)態(tài)變化和協(xié)議之間的合作。Boson Netsim 主要用于仿真網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn),，幫助學(xué)生熟悉網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和協(xié)議的使用,，不能演示協(xié)議的工作流程，以及協(xié)議之間的相互協(xié)作過(guò)程,，其效果僅類似于一個(gè)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn),。“網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)了跨機(jī)器之間通信，但是數(shù)據(jù)的傳遞全部由人工操作,，實(shí)驗(yàn)環(huán)境復(fù)雜,，為了更好地模擬協(xié)議，忽略了實(shí)驗(yàn)環(huán)境與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的一致性,。“Psender”系統(tǒng)借用了著作《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：自頂向下方法與Internet 特色》作者提供的一些在線實(shí)驗(yàn)案例,，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)發(fā)送方和接收方之間的自動(dòng)通信和速度匹配，但是,，忽略了數(shù)據(jù)通信的中間過(guò)程,，如，不能演示交換機(jī)的工作流程,，也是離散的,。因此，已有的仿真實(shí)驗(yàn)是離散的,、靜態(tài)的,。而網(wǎng)絡(luò)通信是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，需要協(xié)議之間相互協(xié)作,，且數(shù)據(jù)也需要?jiǎng)討B(tài)變化,。
ARP 協(xié)議功能是把IP 地址映射為MAC 地址，核心機(jī)制是ARP 緩存表,，實(shí)現(xiàn)IP 地址和MAC 地址之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,。研究ARP 協(xié)議動(dòng)態(tài)交互仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的目的是便于大家在學(xué)習(xí)ARP 協(xié)議的時(shí)候更好地理解協(xié)議理論，能夠體會(huì)到ARP 請(qǐng)求報(bào)文和響應(yīng)報(bào)文封裝和發(fā)送的整個(gè)過(guò)程,，真實(shí)地演示交換機(jī)對(duì)于ARP 請(qǐng)求報(bào)文和響應(yīng)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的機(jī)制及PC 機(jī)上緩存表的修改過(guò)程,，有助于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
ARP 協(xié)議動(dòng)態(tài)交互仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是由三臺(tái)計(jì)算機(jī)（PC-A,，PC-B,，PC-C）模擬的局域網(wǎng),，數(shù)據(jù)在其內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)的分布式仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),。三臺(tái)機(jī)器分別模擬ARP 報(bào)文發(fā)送端,、交換機(jī)、ARP 報(bào)文接收端,，通過(guò)三臺(tái)機(jī)器交互操作,，在以太網(wǎng)環(huán)境中動(dòng)態(tài)模擬出ARP 協(xié)議的整個(gè)工作流程，包括ARP 高速緩存表的查詢和修改,，ARP 報(bào)文封裝,，交換機(jī)端口轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。
ARP 協(xié)議動(dòng)態(tài)交互仿真系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1 所示,。
圖1 ARP 協(xié)議動(dòng)態(tài)交互仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
1.1 系統(tǒng)分析
該系統(tǒng)的目的是為了在學(xué)生學(xué)習(xí)ARP 協(xié)議時(shí),，通過(guò)動(dòng)態(tài)、逼真的實(shí)驗(yàn)過(guò)程幫助學(xué)生深入理解ARP 協(xié)議,，提高學(xué)習(xí)效果,。為了能夠快捷、順利地完成實(shí)驗(yàn),，實(shí)驗(yàn)環(huán)境對(duì)該系統(tǒng)有如下要求：部署方便,，使用簡(jiǎn)單，效果逼真,，移植性和可擴(kuò)展性強(qiáng),。
系統(tǒng)針對(duì)上述需求采取如下策略：該系統(tǒng)全部在Windows XP 下開(kāi)發(fā)，采用部署較為簡(jiǎn)單的Mysql 數(shù)據(jù)庫(kù)和Tomcat 服務(wù)器（PC-C）,，將整個(gè)ARP 協(xié)議工作過(guò)程抽象出來(lái)放在網(wǎng)頁(yè)上直觀地展現(xiàn),，學(xué)習(xí)者可以像瀏覽網(wǎng)頁(yè)一樣使用該系統(tǒng)。
客戶端：要求簡(jiǎn)單,、明了地展現(xiàn)相應(yīng)信息,；有動(dòng)態(tài)效果，逐步封裝,；能與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,。因此，系統(tǒng)用dreamweaver8 設(shè)計(jì)頁(yè)面,，采用表格布局封裝相關(guān)信息,；用javascript. 控制動(dòng)態(tài)效果和實(shí)現(xiàn)逐步封裝；采用Ajax 技術(shù)實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的交互,。
服務(wù)器：開(kāi)發(fā)語(yǔ)言相對(duì)簡(jiǎn)單易學(xué),，業(yè)務(wù)邏輯集中控制，采用分層的思想,，在基本不動(dòng)現(xiàn)有代碼的情況下實(shí)現(xiàn)功能的拓展,。系統(tǒng)用java 完成服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn),，以一個(gè)邏輯控制類控制整個(gè)業(yè)務(wù)邏輯；封裝一個(gè)持久層框架byesql 操作mysql數(shù)據(jù)庫(kù),，能在不寫(xiě)任何SQL 語(yǔ)句的情況下針對(duì)MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)完成基本的增,、刪、改,、查,。
1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.2.1 系統(tǒng)用例圖
實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生甲操作PC-A,，模擬數(shù)據(jù)發(fā)送端,；學(xué)生乙操作PC-C，模擬交換機(jī),；學(xué)生丙操作PC-B,，模擬數(shù)據(jù)接收端。
發(fā)送端（PC-A）：獲取本機(jī)真實(shí)IP 和MAC 地址后,，用一個(gè)JSP 頁(yè)面模擬ARP 報(bào)文的逐步封裝過(guò)程,，使用者可以看到ARP 請(qǐng)求報(bào)文逐步封裝的效果。然后自動(dòng)向“交換機(jī)”
發(fā)送ARP 請(qǐng)求報(bào)文,，再自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到“ARP 高速緩存表”模擬頁(yè)面,，等待“交換機(jī)”轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)ARP 響應(yīng)報(bào)文，最后修改“ARP 高速緩存表”,。
交換機(jī)（PC-C）：用一個(gè)JSP 頁(yè)面模擬“端口——MAC映射表”,，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)ARP 報(bào)文。初始為等待狀態(tài),，當(dāng)發(fā)送端（PC-A）發(fā)送完ARP 請(qǐng)求報(bào)文之后,，自動(dòng)向除發(fā)送端外的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)該請(qǐng)求報(bào)文，完畢后自動(dòng)跳到初始狀態(tài)等待轉(zhuǎn)發(fā)ARP 響應(yīng)報(bào)文,，當(dāng)響應(yīng)報(bào)文到達(dá)后就針對(duì)發(fā)送端（PC-A）單播該報(bào)文分組,。
接收端（PC-B）：獲取本機(jī)真實(shí)IP 和MAC 地址后，自動(dòng)跳到“ARP 高速緩存表”模擬頁(yè)面,，等待“交換機(jī)”將ARP請(qǐng)求報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)來(lái)后修改ARP 高速緩存表,，再自己跳轉(zhuǎn)到ARP 響應(yīng)報(bào)文頁(yè)面，逐步封裝,。封裝完畢則自動(dòng)向“交換機(jī)”發(fā)送ARP 響應(yīng)報(bào)文,。
圖2 為ARP 協(xié)議仿真系統(tǒng)動(dòng)態(tài)交互用例圖。
圖2 ARP 協(xié)議動(dòng)態(tài)交互仿真系統(tǒng)用例
1.2.2 系統(tǒng)類圖
ARP 協(xié)議動(dòng)態(tài)交互仿真系統(tǒng)定義了四個(gè)類：
?、貯RP 報(bào)文類ArpMessage：定義ARP 報(bào)文屬性和類型,；②ARP 緩存表類ArpTable：定義ARP 表字段和屬性；③端口MAC 映射表類MacTable：定義交換機(jī)端口和機(jī)器MAC 地址的映射關(guān)系,；④計(jì)算機(jī)類PC：定義各機(jī)器的IP 地址,、MAC 地址和計(jì)算機(jī)名,。
計(jì)算機(jī)類PC 為ARP 報(bào)文類ArpMessage 和ARP 緩存表類ArpTable 提供本機(jī)的MAC 地址和IP 地址，分別用于幀封裝和MAC 地址查詢,。端口MAC 映射表類MacTable 為計(jì)算機(jī)類PC 提供MAC 地址和端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系,，用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
圖3 為ARP 協(xié)議動(dòng)態(tài)交互仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)類圖,。
圖3 ARP 協(xié)議動(dòng)態(tài)交互仿真系統(tǒng)類
1.2.3 系統(tǒng)流程圖
為了使用方便,，ARP 協(xié)議動(dòng)態(tài)交互仿真系統(tǒng)把三個(gè)角色功能集成在一個(gè)程序中,。程序運(yùn)行時(shí),，操作者需為機(jī)器選擇規(guī)定的角色，再根據(jù)角色功能分配,，按照定義的流程完成相應(yīng)的操作,。圖4 為ARP 協(xié)議動(dòng)態(tài)交互仿真系統(tǒng)流程圖。
圖4 ARP 協(xié)議動(dòng)態(tài)交互仿真系統(tǒng)流程
2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
2.1 ByeSQL 框架簡(jiǎn)介
Java 流行已久,，基于jdbc 封裝的持久層框架層出不窮,，像Hibernate、Ibatis 等都是功能十分強(qiáng)大的開(kāi)源框架[8],。但是這些開(kāi)源框架對(duì)于一些小系統(tǒng)的應(yīng)用顯得太復(fù)雜,，配置很麻煩，而且這些框架沒(méi)有真正屏蔽掉SQL 語(yǔ)句的書(shū)寫(xiě)：
Hibernate 需要寫(xiě)HQL 語(yǔ)句（和SQL 類似）,，Ibatis 就是一個(gè)sql-Object 映射框架,。
ARP 協(xié)議動(dòng)態(tài)交互仿真系統(tǒng)封裝了一個(gè)持久層框架byeSQL，將對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作封裝起來(lái),，利用統(tǒng)一的約定省去配置文件中的諸多麻煩,，借助java 反射機(jī)制完成表項(xiàng)和實(shí)體類的相互轉(zhuǎn)換。所有的邏輯控制都由java 代碼去處理,。該框架可以應(yīng)用于大部分小型系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),。
持久層框架byeSQL 主要針對(duì)MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)，將一些常用的增,、刪,、改、查操作封裝起來(lái),。使開(kāi)發(fā)人員在做一些小型系統(tǒng)的時(shí)候,，不要再去關(guān)心持久層的實(shí)現(xiàn)（也就是不要關(guān)心SQL 代碼），只要導(dǎo)入byeSQL.jar 和MySQL 驅(qū)動(dòng)包就可以利用java 代碼操作數(shù)據(jù)庫(kù),，而且配置文件十分簡(jiǎn)單,，只需輸入數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶名和密碼即可。不過(guò)使用框架byeSQL 必須遵守一個(gè)約定,，表名必須和實(shí)體類名一致,，字段名必須和實(shí)體類的屬性一致,，而且實(shí)體類必須符合JavaBean 規(guī)范。該框架是輕量級(jí)的,，可以單獨(dú)使用也可以和其它框架結(jié)合使用,。
2.2 主要框架函數(shù)
系統(tǒng)持久層框架封裝了10 個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)操作函數(shù)，這些操作函數(shù)內(nèi)部關(guān)聯(lián)起來(lái),，就能完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的增,、刪、改,、查操作,，不需用戶進(jìn)行干涉。部分操作函數(shù)的功能為：
?、賞ublic STatic int selectCount（String beanName）：查出表中表項(xiàng)總數(shù)（傳入該表對(duì)應(yīng)的bean 全名,，返回記錄個(gè)數(shù)）；
?、趐ublic static List selectPage（String beanName,，int start,int size）：分頁(yè)查詢（傳入該表對(duì)應(yīng)的bean 全名、開(kāi)始位置,、每頁(yè)顯示記錄條數(shù),，返回裝有所查記錄對(duì)應(yīng)的對(duì)象實(shí)例列表）；
?、踦ublic static List selectOne（String beanName,，StringpkName，String pkValue）：根據(jù)特定字段名和值選出所需記錄（傳入該表對(duì)應(yīng)的bean 全名,、特定字段名,、特定字段值，返回裝有所查記錄對(duì)應(yīng)的對(duì)象實(shí)例列表）,；
?、躳ublic static List selectAll（String beanName）：查出所有記錄（傳入該表對(duì)應(yīng)的bean 全名，返回裝有所查記錄對(duì)應(yīng)的對(duì)象實(shí)例的列表）,；
?、輕ublic static List select（String beanName，String select）：
實(shí)現(xiàn)復(fù)雜查詢,，如關(guān)聯(lián)查詢和子查詢等（傳入該表對(duì)應(yīng)的bean 全名,、SQL 語(yǔ)句，返回裝有所查記錄對(duì)應(yīng)的對(duì)象實(shí)例的列表）,。
3 結(jié)語(yǔ)
該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了ARP 協(xié)議的動(dòng)態(tài)交互仿真,，完成了ARP協(xié)議整個(gè)工作過(guò)程的模擬實(shí)現(xiàn)，通過(guò)動(dòng)態(tài)交互操作，能夠讓學(xué)習(xí)者更輕松地學(xué)習(xí)和掌握ARP 協(xié)議,。系統(tǒng)通過(guò)封裝一個(gè)持久層框架,，實(shí)現(xiàn)針對(duì)MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)的基本增刪操作，做到使用戶不需寫(xiě)SQL 語(yǔ)句,，利用java 代碼就可以操作MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù),。