SPF算法.docx

1、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Short Path First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

2、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=u3. for所有结点v4. if v是u的邻居5. then D（v）=c（u，v）；6. else D（v）=无穷大；7. Loop 8. 找到不在N中的w使D（w）为

3、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. Until N=N；OSPF协议原理OSPF是open shortest path first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（Link State Advertisement）

4、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（Link State DataBase，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（Short Path First，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

5、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area 0;将虚接口放在area 1R1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area 0中R2的配置：1）、串口和虚接口

6、的配置2）、OSPF的配置：串口放在area 0；虚接口放在area 2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，ROUTE ID

7、（始发路由器的路由ID） 是192.168.4.1，AREA ID（始发路由的接口的区域地址）是0等，NETWORK MASK（始发路由的接口地址掩码）是255.255.255.0，HELLO INTERVAL（始发路由的hello时间间隔）为10 s以及ROUTE DEAD INTERVAL（始发路由的无效路由的时间间隔）为40 s，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

8、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，Route ID为192.168.4.1；I Initial，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；M More，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；MS Master/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；DD Sequence Number DBD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

9、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LSA Header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：LSA AGE其实是LSA的老化时间默认为3600s；LS TYPE为LSA的类型；LINK STATE ID其实就是LSA所描述的内容；ADVERTISING RIUTER就是始发LSA路由器的ROUTE ID；LS SEQUENCE NUM是LSA的序列号，识别是否为最新；LS CHECKSUM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

10、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LINKS COUNT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，area 0、area 1和area 2。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Route I

11、D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。