🛠 nju_network_project

이 프로젝트는 Switchyard를 활용하여 네트워크에서 동작하는 이더넷 러닝 스위치와 ARP 요청을 처리하는 라우터를 구현하는 것을 목표로 합니다.
러닝 스위치 프로젝트에서는 MAC 주소 학습과 다양한 관리 기법을 적용하고, 라우터 프로젝트에서는 ARP 요청을 처리하는 메커니즘을 구현합니다.

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📌 프로젝트 개요

프로젝트 명	설명
Project #1 - Learning Switch Implementation	네트워크 패킷을 목적지로 효율적으로 전달하는 이더넷 러닝 스위치를 구현
Project #2 - ARP 요청 처리 라우터	ARP 요청을 처리하고, 라우터의 ARP 캐시를 관리하는 기능을 구현

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🛠 프로젝트 상세

📍 Project #1 - Learning Switch Implementation (이더넷 러닝 스위치 구현)

이 프로젝트는 MAC 주소 학습 기반의 러닝 스위치를 구현하는 것으로, 패킷을 목적지 MAC 주소에 따라 전달하며, 알 수 없는 목적지의 경우 브로드캐스트(플러딩)합니다.
다양한 패킷 전달 알고리즘을 적용하여 최적화된 러닝 스위치를 개발합니다.

✔ 구현된 러닝 스위치 종류

1. 기본 러닝 스위치 (myswitch-1-BasicSwitch.py)

   • 출발지 MAC 주소를 학습하여 포트를 기록하고, 목적지 MAC 주소를 확인하여 패킷 전달 수행
   • 목적지 MAC 주소를 모를 경우 플러딩

2. 타임아웃 적용 러닝 스위치 (myswitch-2-TimeOut.py)

   • MAC 주소 학습 정보에 **타임아웃(10초)**을 적용하여 오래된 정보를 자동 삭제
   • 불필요한 MAC 주소가 남아있지 않도록 관리

3. LRU 알고리즘 적용 러닝 스위치 (myswitch-3-LRU.py)

   • MAC 주소 테이블 크기를 2개로 제한하고, 오래된 MAC 주소를 삭제하는 방식 적용
   • 자주 사용하는 MAC 주소를 유지하여 네트워크 성능 개선

4. LTV 알고리즘 적용 러닝 스위치 (myswitch-4-LTV.py)

   • MAC 주소별 트래픽 발생량을 저장하고, 가장 적은 트래픽을 발생시킨 MAC 주소를 삭제
   • 자주 사용되는 MAC 주소를 우선적으로 유지하여 최적의 성능 제공

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📍 Project #2 - ARP 요청 처리 라우터

이 프로젝트는 라우터가 ARP 요청을 처리하는 방식을 구현하는 것으로, ARP 요청을 처리하고 캐시를 관리하는 기능을 포함합니다.
라우터는 자신의 IP 주소에 대한 ARP 요청을 처리하거나, 기존의 ARP 테이블을 참조하여 응답을 보낼 수 있습니다.

✔ 구현된 라우터 기능

1. ARP 요청 캐시 기반 처리 (myrouter_handle_arp_req_cache.py)

   • 기존 ARP 캐시에 있는 IP 주소에 대해 ARP 응답을 보냄
   • ARP 요청이 들어올 경우 송신자의 IP/MAC 정보를 학습하여 캐시에 저장

2. 라우터의 로컬 ARP 요청 처리 (myrouter_handle_arp_req_local.py)

   • 라우터의 인터페이스 IP 주소에 대한 ARP 요청이 들어올 경우 응답을 보냄
   • 불필요한 패킷 처리를 방지하기 위해 요청을 선별하여 처리

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🚀 실행 방법

Switchyard 환경에서 각 스크립트를 실행하여 테스트할 수 있습니다.

# Project #1 - Learning Switch 실행
$ python3 myswitch-1-BasicSwitch.py
$ python3 myswitch-2-TimeOut.py
$ python3 myswitch-3-LRU.py
$ python3 myswitch-4-LTV.py

# Project #2 - ARP 요청 처리 라우터 실행
$ python3 myrouter_handle_arp_req_cache.py
$ python3 myrouter_handle_arp_req_local.py

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📚 배운 점

• 네트워크 패킷 처리 원리: 러닝 스위치와 라우터의 동작 방식 및 패킷의 흐름을 이해함.
• MAC 주소 학습 및 관리: 패킷의 출발지 MAC 주소를 학습하고, 이를 기반으로 네트워크 트래픽을 효율적으로 처리하는 방법을 익힘.
• 라우터의 ARP 요청 처리: 라우터가 ARP 요청을 처리하는 방식과, 캐시를 활용한 최적화 기법을 학습함.
• Switchyard 활용 경험: 네트워크 시뮬레이션 환경에서 직접 패킷을 송수신하고, 네트워크 장비의 동작을 구현하는 경험을 쌓음.

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📢 참고 자료

• Switchyard 공식 문서: https://github.com/usi-systems/switchyard
• Computer Networking: Principles, Protocols, and Practice - Olivier Bonaventure
• RFC 826 - Address Resolution Protocol (ARP)
• TCP/IP Illustrated, Volume 1 - W. Richard Stevens