SPF算法.docx

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SPF算法

南华大学

计算机科学与技术学院

实验报告

（2016春季学年度）

课程名称网络设备

实验名称OSPF协议原理

姓名：

谢华巧学号：

20134360201

专业：

网络工程班级：

02班

地点：

8教教师：

夏石莹

一、实验目的：

通过实验对SPF算法原理、OSPF协议原理进行深刻的理解。

二、实验内容

SPF算法原理

SPF是ShortPathFirst的缩写即最短路径优先，也称为Dijkstra算法，可以计算从某结点（如源结点u）到网络中其他所有结点的最低费用路径树。

Dijkstra算法是迭代算法，其性质是经过算法的第k次迭代后，可知道所有目的结点的最低费用路径，这些路径形成了一棵生成树。

算法原理：

定义下列记号。

D（v）：

根据算法进行本次迭代，从源结点u到目的结点v的最低费用路径的费用。

p（v）:

沿着当前最低费用路径从源结点到目的结点v的前一结点（v的邻居）的路径。

N’:

结点子集；如果从源结点到目的结点v的最低费用路径已知，则v在N’中。

该全局路由选择由一个初始化步骤和其后的循环组成。

循环执行的次数与网络中结点的个数相同。

在算法结束时，该算法会计算从源结点u到网络中其他所有结点的最短路径。

1.初始化

2.N’={u}

3.for所有结点v

4.ifv是u的邻居

5.thenD（v）=c（u，v）；

6.elseD（v）=无穷大；

7.Loop

8.找到不在N’中的w使D（w）为最小；

9.将w加进N’中；

10.对于每个不在N’中的邻居v更新D（v）；

11.D（v）=min（D（v）），D（w）+c（w，v））；

12./*v的新的费用，或者是过去的费用，或者是到w的已知最低路径费用加上从w到v的费用*/

13.UntilN’=N；

OSPF协议原理

OSPF是openshortestpathfirst的缩写，即开放式最短路径优先，它是一种广泛应用于因特网AS内部的路由选择协议。

作为一种路由选择协议，OSPF用于将路由选择信息传递给组织网络中的所有路由器。

作为一种链路状态的路由协议，OSPF将链路状态广播包，LSA（LinkStateAdvertisement）传送给在某一区域内的路由器，这一点与距离矢量路由协议不同。

链路状态路由协议只在网络拓扑图发生变化以后产生路由更新。

当链路状态发生变化以后，检测到变化的设备创建LSA，更新它自己的LSDB（LinkStateDataBase，链路状态数据库），接着再转发LSA给其他路由设备。

这种LSA的洪泛保证了所有路由设备更新自己的路由表之前更新它自己的LSDB。

LSDB通过使用Dijkstra算法（ShortPathFirst，SPF）来计算到达目标网络的最佳路径，建立一条SPF树，最佳路径从SPF树里选出来，被放进路由表里。

OSPF和IS-IS协议被归类到链路状态路由协议中。

链路状态路由协议在一个特定的区域从邻居处收集网络信息，一旦路由信息被收集后，每个路由器开始通过使用Dijkstra算法独立计算到达目标网络的最佳路径。

下面是一张OSPF链路状态算法的路由计算过程：

1、建立路由器的邻居关系；

2、进行必要的DR/BDR选举；

3、链路状态数据库的同步；

4、产生路由表；

5、维护路由信息。

网络拓扑图：

R0的配置：

1）、可以看到我设置了一个以太网口和一个串口，一定要记住设置完之后开启端口。

2）、OSPF协议配置：

将fa0/0端口放在area0;将虚接口放在area1

R1的配置：

1）、以太网口和串口的设置：

2）、OSPF协议的配置：

两个端口都放在area0中

R2的配置：

1）、串口和虚接口的配置

2）、OSPF的配置：

串口放在area0；虚接口放在area2

配置好之后查看链路是否是通了，使用ping命令，可以看到R0和R2相通

查看R0的路由表：

查看R1的路由表：

查看R2的路由表：

抓包分析OSPF协议：

先以图中这个R2发给R1的OSPF包为例看一下，

点开先查看IP包：

可以看出源IP地址是路由器R2的IP地址，然后目的地址是224.0.0.5是组播地址

然后我们先还可以看到R2的第一个hello包：

我们可以看到RP是0，表示该路由器的优先级为0，所以它是不参与DR/BDR选择过程的，因此我们可以看到它的DR和BDR都为0.0.0.0

可以看到很多内容，比如版本号是2，ROUTEID（始发路由器的路由ID）是192.168.4.1，AREAID（始发路由的接口的区域地址）是0等，NETWORKMASK（始发路由的接口地址掩码）是255.255.255.0，HELLOINTERVAL（始发路由的hello时间间隔）为10s以及ROUTEDEADINTERVAL（始发路由的无效路由的时间间隔）为40s，最后我们还可以看到R2告诉了R1它有一个邻居是192.168.2.1.

再抓一个R0的hello包观察：

可以看出它确定了自己的DR为192.168.1.1，BDR为192.168.1.2

为了便于分析，我先断开一下R2路由器的串口再重新连接，看看R2会发出一下什么样的OSPF包：

做完上面动作后抓到个第一个R2发出的OSPF包：

我们可以看到这是发给目的路由是R1

出现了数据库描述包，DBD，指出了版本号为2，RouteID为192.168.4.1；IInitial，表示发送的是第一个DBD包时，设置为1，如果是最后一个DBD包设置为0；MMore，表示发送不是最后一个DBD包时设置为1，如何是最后一个DBD包设置为0；MSMaster/Slave，如果设置为1代表是Master路由器，设置为0代表是Slave路由器；DDSequenceNumberDBD包的序列号由Master路由器设置。

做完上面动作后抓到个第二个R2发出的OSPF包：

我们可以看到除了刚刚已经出现过的IP包和DBD包外，又多了下面的包，

一系列的LSAHeader包，下面我们就对包里面的内容进行统一的解释，不一一介绍了：

LSAAGE其实是LSA的老化时间默认为3600s；LSTYPE为LSA的类型；LINKSTATEID其实就是LSA所描述的内容；ADVERTISINGRIUTER就是始发LSA路由器的ROUTEID；LSSEQUENCENUM是LSA的序列号，识别是否为最新；LSCHECKSUM除AGE字段外的其他信息的校验和；LENGTH包含LSA头部内的LSA长度；

做完上面动作后抓到个第三个R2发出的OSPF包：

出现了LSU包，这里是一个单播的LSU包，实际中还有组播的，路由器R2发出链路状态更新包，进行链路状态更新，更新的内容紧接着后面

LINKSCOUNT为2，表示LSA所描述的路由器链路数量是2

做完上面动作后抓到个第四个R2发出的OSPF包：

出现链路状态的确认包，

四、实验小结：

本实验使用了一个比较简单的拓扑图，但是它包含了虚接口，串口还有以太网口，并且简单地划分了三个区域，area0、area1和area2。

通过本次试验实现了对OSPF协议的一些简单配置。

实验中一直没有抓到LSR包所以没有办法对其进行分析。

通过本次试验对OSPF协议有了一些认识：

首先，hello包它是组播出去的，它其中包含了很多内容，比如RouteID是多少，area的ID是什么，DR（指定路由）和BDR（备份指定路由）是哪个路由器，路由器的优先级以及它的邻居是哪个路由器等等内容；数据库描述包DBD，它的作用是描述路由器的链路状态数据库的容量，并且是形成邻接的第一步；链路状态更新包LSU，当链路发生变化时主路由器会组播发送LSU包来告诉其他路由器链路的最新状态，此时是组播方式，如果某一路由器向主路由器发出链路状态请求包，那么此时主路由器会定向地向该路由器发送LSU包，这时是单播方式，可以看出LSU它是有不同发送方式的；LSA链路状态确认包，当路由器收到链路状态广播数据包时，LSA就进行应答。

实验结束，发现自己做这个试验并没有想象的那么轻松，本以为会是一个很简单的实验，但是发现其实实现起来虽然不难，但是做到对每个包都清晰的理解却很难，平时应该多动手这样才能够切身地体会到知识点。