C++写一个IP协议包含分片、重组、路由选择、地址解析

实现一个完整的IP协议可能需要大量的代码和深入的网络知识，下面是一个简单的IP协议的示例代码，仅供参考。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <unordered_map>

using namespace std;

// IP地址结构体
struct IPAddress {
    unsigned char addr[4];

    // 打印IP地址
    void print() {
        cout << (int)addr[0] << "." << (int)addr[1] << "." << (int)addr[2] << "." << (int)addr[3] << endl;
    }
};

// IP数据包结构体
struct IPData {
    unsigned short version;     // 版本号
    unsigned short header_len;  // 头部长度
    unsigned short total_len;   // 总长度
    unsigned short id;          // 数据包ID
    unsigned short flags;       // 标志位
    unsigned short offset;      // 片偏移
    unsigned char ttl;          // 生存时间
    unsigned char protocol;     // 协议类型
    unsigned short checksum;    // 校验和
    IPAddress src_addr;         // 源IP地址
    IPAddress dest_addr;        // 目标IP地址
    string data;                // 数据

    // 打印IP数据包信息
    void print() {
        cout << "Version: " << version << endl;
        cout << "Header Length: " << header_len << endl;
        cout << "Total Length: " << total_len << endl;
        cout << "ID: " << id << endl;
        cout << "Flags: " << flags << endl;
        cout << "Offset: " << offset << endl;
        cout << "TTL: " << (int)ttl << endl;
        cout << "Protocol: " << (int)protocol << endl;
        cout << "Checksum: " << checksum << endl;
        cout << "Source Address: ";
        src_addr.print();
        cout << "Destination Address: ";
        dest_addr.print();
        cout << "Data: " << data << endl;
    }
};

// 分片函数
vector<IPData> fragment(IPData ip_data, unsigned short mtu) {
    vector<IPData> fragments;

    // 判断是否需要分片
    if (ip_data.total_len <= mtu) {
        fragments.push_back(ip_data);
        return fragments;
    }

    // 计算分片数
    int num_fragments = (int)(ip_data.total_len / mtu);
    if (ip_data.total_len % mtu != 0) {
        num_fragments++;
    }

    // 分片
    for (int i = 0; i < num_fragments; i++) {
        IPData fragment = ip_data;
        fragment.total_len = mtu;
        fragment.offset = i * mtu / 8;
        fragment.flags = (i == num_fragments - 1) ? 0 : 1;
        fragments.push_back(fragment);
    }

    return fragments;
}

// 重组函数
IPData reassemble(vector<IPData> fragments) {
    IPData ip_data = fragments[0];

    // 检查标志位
    bool is_last_fragment = false;
    for (int i = 0; i < fragments.size(); i++) {
        if (fragments[i].flags == 0) {
            is_last_fragment = true;
            break;
        }
    }

    // 拼接数据
    for (int i = 0; i < fragments.size(); i++) {
        ip_data.data += fragments[i].data;
    }

    // 更新IP数据包信息
    ip_data.total_len = ip_data.data.size() + sizeof(IPData);
    ip_data.flags = is_last_fragment ? 0 : 1;

    return ip_data;
}

// 路由选择函数
IPAddress route_select(IPAddress src_addr, IPAddress dest_addr) {
    // 简单的路由选择，根据目标地址的第一个字节选择网络
    int network = dest_addr.addr[0];
    if (network == 192) {
        return IPAddress{{192, 168, 0, 1}};
    } else if (network == 10) {
        return IPAddress{{10, 0, 0, 1}};
    } else {
        return IPAddress{{127, 0, 0, 1}};
    }
}

// 地址解析函数
unordered_map<IPAddress, string> arp_cache;

string address_resolution(IPAddress ip_addr) {
    if (arp_cache.find(ip_addr) != arp_cache.end()) {
        return arp_cache[ip_addr];
    } else {
        return "unknown";
    }
}

int main() {
    // 测试分片函数
    IPData ip_data;
    ip_data.total_len = 1500;
    vector<IPData> fragments = fragment(ip_data, 1000);
    cout << "Number of fragments: " << fragments.size() << endl;
    for (int i = 0; i < fragments.size(); i++) {
        fragments[i].print();
    }

    // 测试重组函数
    IPData reassembled = reassemble(fragments);
    reassembled.print();

    // 测试路由选择函数
    IPAddress src_addr{{192, 168, 0, 2}};
    IPAddress dest_addr{{10, 0, 0, 1}};
    IPAddress next_hop = route_select(src_addr, dest_addr);
    cout << "Next hop: ";
    next_hop.print();

    // 测试地址解析函数
    arp_cache[IPAddress{{192, 168, 0, 1}}] = "00:11:22:33:44:55";
    string mac_addr = address_resolution(IPAddress{{192, 168, 0, 1}});
    cout << "MAC Address: " << mac_addr << endl;

    return 0;
}

该代码实现了IP协议中的分片、重组、路由选择和地址解析功能，其中：

- 分片函数 `fragment` 接收一个 IP 数据包和 MTU 值，根据 MTU 值计算需要分成多少片，然后将 IP 数据包分成多个片段，并设置片偏移、标志位等信息。
- 重组函数 `reassemble` 接收多个 IP 数据包片段，检查标志位，组合数据，并更新 IP 数据包的信息。
- 路由选择函数 `route_select` 接收源 IP 地址和目标 IP 地址，在本例中根据目标 IP 地址的第一个字节选择网络，并返回下一跳的 IP 地址。
- 地址解析函数 `address_resolution` 接收一个 IP 地址，根据 ARP 缓存返回对应的 MAC 地址。

请注意，该代码仅供参考，实际实现可能需要更多的代码和深入的网络知识，如需用于实际应用，请根据实际情况进行修改。