第二次寒假作业
| 这个作业属于哪个课程 | https://edu.cnblogs.com/campus/fzu/2022OOP |
|---|---|
| 这个作业要求在哪里 | https://edu.cnblogs.com/campus/fzu/2022OOP/homework/12442 |
| 这个作业的目标 | 略 |
| 作业正文 | 如下 |
| 其他参考文献 | 请教高人 查阅csdnc++基础语法 fstream 字典树 vector |
问题分析
题目给定了一个规则集以及数据，规则级有5项组成：
源IP地址 目的IP地址 源端口范围 目的端口范围 协议范围
其中源IP地址给定子网掩码，目的IP地址给定子网掩码。
待匹配的五元组如下：
源IP地址 目的IP地址 源端口号 目的端口号 协议号
题目的要求就是将待匹配的五元组在规则集中找到与之匹配的规则。
匹配成功：
五元组的源IP地址网络号与目的IP地址网络号和规则集中的一样。
并且端口号范围和协议号范围一致。
默认顺序下来最先匹配到的。
暴力做法
对于每个待匹配的5元组，从第一行开始逐个扫描规则集中的元素，若匹配成功则返回，若在规则集中找不到可以匹配的规则，则返回-1。若规则集个数为n，待匹配的5元组个数为m，则时间复杂度为O（nm），如果n = 10000， m = 100000，则最坏的时间将达到1000000000.。
字典树做法：
考虑什么情况能够匹配成功：
192.168.0.1/24
192.168.0.129/24
上述两个IP地址能够匹配成功，这是因为将他们转化成二进制之后能够保证前24位一致。
在朴素做法中，暴力对每个规则逐个判断，时间复杂度和规则集的规则个数成正比。
我们可以发现不管规则集个数如何变化，IP地址总是32位的，现在假定规则集有四个IP地址分别为：00/2， 01/2， 10/2， 11/2；
待匹配的IP地址为：11
暴力做法是逐个扫描，上面的例子在4次扫描之后能够得到答案。
优化做法：
利用字典树的思想，对规则集建立字典树，可知只要经过2次比较就可以知道答案。
题目中规则集给定了5项，其中端口是给定了范围的，对规则集建立字典树较为麻烦，考虑到待匹配五元组个数多，而规则集相对少。我们可以反着对待匹配的5元组建立字典树。
假设待匹配的五元组个数为n，而规则集元素为m
建立字典树复杂度O(n * 64)；
规则集查询时间复杂度少于n * 64 *m；
利用字典树可以快速找到该条规则可以匹配的五元组。
一个五元组可以匹配多个多个规则，由于我们是反着匹配，即通过规则来搜索五元组，所以会有多个规则匹配到同一个五元组，这时候就可以在匹配成功后比较该五元组之前被匹配到的规则，通过比较该规则与之前的规则的优先级来决定选择哪个。我们可以将五元组的源IP地址和目的IP地址合在一起，先对源IP地址建立字典树，然后再从上一个结点开始建立目的IP地址字典树，该字典树的深度为64位（因为两个IP地址二进制加在一起位64位），在叶子节点记录端口号等信息。
程序模块：
程序由下面几个模块组成：
Main.cpp：用于执行输出结果
Ipmatch.h:字典树建立以及查找封装
Test.cpp：用于比较输出答案与标准答案是否一致。
使用Makefile进行项目管理。
solve.exe rule.txt packet.txt//通过rule规则匹配packet.txt的结果，并将结果放在同目录下的ans.txt中
debug.exe// 用于调试
test.exe ans1.txt ans2.txt//用于判断两个答案是否一致，不一致返回第一个错误答案信息。
make main:生成主文件
make debug：生成调试文件
make test：生成答案判断文件
基本类型：
struct _node{
int proto;//协议号
int s_port;//源端口
int t_port;//目的端口
int index;//该字典树节点对应原答案数组的下标
};
//字典树核心数据结构
typedef struct _UpdateTrieNode{
_UpdateTrieNode* left;//表示左边是0
_UpdateTrieNode* right;//表示右边是1
std::vector<_node> res;//相同的源地址和目的地址，可能存在多个不同的源端口号和目的端口号以及不同的协议号。
}UpdateTrieNode;
//匹配规则
typedef struct _IPRULE{
//源IP地址
std::string s_ip;
//目的IP地址
std::string t_ip;
//源端口号范围
int spoint_left;
int spoint_right;
//目的端口号范围
int tpoint_left;
int tpoint_right;
//协议范围
std::string proto;
//优先级
int level;
}IPRULE;
//查找路由
typedef struct _IPIMP{
ull s_ip;
ull t_ip;
//协议号
int proto;
//源端口号
int s_point;
//目的端口号
int t_point;
}IPIMP;
IPMatch类
它用于生成字典树，并通过规则进行匹配。
Insert_Query:插入一条五元组
Search(rule, line);对于一条rule，查找与之匹配的五元组
Insert_Query(IMP imp):
用于插入一个五元组
Search：
给定一个规则在字典树当中匹配五元组。
反思总结
本次作业第一眼就是不会，也不知道从何下手，只能去请教别人，有的功能是拜托高手给我讲解，其间，我学习了c++的有关语法，了解了fstream，字典树，vector等等，收获很大，但是还有一部分的代码如何实现不是很懂
