论文总字数：22745字

目 录

1 绪论 1

1.1 本课题的研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本课题主要研究内容 1

1.4 论文内容和章节安排 1

2 网络通信协议栈 2

2.1 OSI模型 2

2.2 TCP/IP协议栈 2

2.3 网关协议概述 2

2.4 路由选择协议概述 3

3 OSPF路由协议 3

3.1基于链路状态的路由协议 3

3.2链路状态通告类型（LSA,Link State Advertisement） 4

3.3 OSPF中最短通路算法 4

3.3.1 Dijkstra算法 4

3.3.2 Dijkstra算法的证明 7

3.3.3 Dijkstra算法在OSPF中的应用 7

3.4 OSPF对网络拓扑的描述 8

3.5 计算OSPF中最短通信路径 8

3.6 OSPF协议的实际应用 9

4 OSPF协议中的链路状态数据库 9

4.1 建立OSPF的链路状态数据库 9

4.2 OSPF链路状态信息（LSA）概述 9

4.3 检查OSPF链路状态数据库 10

4.4 OSPF数据库的更改 11

4.4.1 交换和同步LSDB 11

4.4.2 同步的LSDB多路存取网络 12

4.5 SPF算法选择最佳路径 13

4.5.1 配置OSPF路径选择 13

4.5.2 OSPF最佳路径计算 14

5 OSPF协议的实现与仿真 15

5.1 网络系统需求分析与拓扑图设计 15

5.2 配置实验环境 15

5.3 实现的主要过程 16

5.4 根据最短路径树选择最优路由 18

5.5 算法在拓扑图中的实现 19

5.6 实验总结 21

6 研究与展望 21

6.1 大型网络在企业中的应用 21

6.2 距离矢量路由选择协议在大型网络中的缺陷 22

6.3 链路状态选择协议的优缺点 22

6.4 未来网络技术的发展趋势 22

参考文献 23

致谢 24

基于CISCO技术OSPF链路状态数据库有权图表示研究与应用

王天育

Abstract: In recent years, the accumulation of high and new technology has been completed. Computers have entered the era of big data, and a large number of data information has been gathered and transferred between users and users, between users and servers, and between servers and servers. Due to the proliferation of Internet-enabled devices, the amount of data being forwarded between network devices is also increasing day by day. In the course of data transmission, routers play a crucial role. Between routers and routers, the amount of data transmission between routers and other network devices is increasing. At this point, it is necessary to choose the appropriate routing protocol. The conventional distance vector routing protocol is a single selection standard, and the selected path Not necessarily scientific. The link state routing protocol becomes the first choice, and OSPF protocol is the most important part. This paper mainly studies the working principle of OSPF protocol, the shortest path algorithm, how OSPF protocol constructs the route map through the database, and thus uses Dijkstra algorithm to achieve the shortest path selection. Further use of Cisco software to simulate simulation, and finally gave the development prospects and outlook of OSPF protocol.

Key words: Network Communication Protocol Stack； Routing Protocol；OSPF Routing Protocol； OSPF Link State Database;

1 绪论

1.1 本课题的研究背景和意义

在Internet的发展中，网络互联的发展与网间互联设备的发展关系越来越密切，尤其是在同种网络互联过程中，路由器是网络搭建过程中最基础也最重要的网络设备，决定路由器性能的不仅是硬件，路由协议也同等重要。

TCP /IP 协议为网络互连提供了基础，并且仍然是网络互连中最常用的路由协议，随着网络技术的飞速发展，路由的配置从静态路由配置到内部动态路由配置再到边界路由协议，发生了巨大的变化，网络设备之间的互联不在需要人工配置而是可以动态调整，当网络动态变化时根据优先级自动变化。动态路由协议不会被替换，因为全球网络需要保持操作性。

1.2 国内外研究现状

OSPF是发布于20世纪80年代，是开放的并基于SPF型的路由协议。RFC-U31中提出了首个OSPF规范。OSPF在RFC-1247中增加了协议的稳定性和功能性，SPF版本包含许多更新文档，每次更新都进一步地改善开放性。

国内的高校校园网、大型企业网等大型网络中广泛应用OSPF路由协议.近期. OSPF只有根优点：如无环路路由协议，快速收效，支持验证。具有IETF标准，该标准支持不同网络厂商设备，解决了跳数限制，CPU，内存和带宽的耗费，解决了大型网络易产生回路的问题，因此OSPF协议将在未来有着更广泛的使用。

1.3 本课题主要研究内容

最短通路算法，OSPF路由协议，OSPF的链路拓扑图，OSPF协议的模拟仿真，大型网络系统自治系统的划分，骨干路由器的选取，链路状态通告，链路状态数据库的应用，根据链路状态数据库构造有权图以及的未来研究展望。

1.4 论文内容和章节安排

本文关于OSPF协议内的一些重要理论和实际应用展开论述。

本文中的各个章节共同介绍了OSPF协议各个方面的知识，分别在五个章节中具体论述。第一章为绪论，此章主要介绍课题背景和研究课题的意义和前景。第二章通过介绍TCP/IP协议栈的知识与应用来介绍TCP/IP协议栈的含义，原理和作用。第三章通过对OSPF路由协议概述描述OSPF协议的工作原理，实体描述，分析与研究协议中使用的重要算法。第四章是OSPF协议的实现与仿真，其中重点介绍OSPF链路状态数据库的原理，作用和实现过程。第五章为总结与展望，是对本文的总结以及对OSPF未来发展的展望。

2 网络通信协议栈

2.1 OSI模型

OSI模型是开放系统互连参考模型，为开放式的互连信息提供一种功能的框架。在网络通信过程中，为保证信息传输准确高效，就要遵守网络协议。否则传输的信息无法被识别。（国际标准化组织）组织在1985年研究的网络互联模型。该体系结构标准定义了网络互连的七层框架（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层），即ISO开放系统互连参考模型。每一层的功能也被定义，整个模型有很强的可操作性和可以移植性。

OSI模型中，应用层、表示层和会话层分别与TCP/IP协议栈中的应用层、表示层和会话层一一对应，图2-1说明了OSI模型和TCP/IP协议的层次间的映射关系。

图2-1 OSI参考模型和TCP/IP参考模型图

2.2 TCP/IP协议栈

TCP/IP协议栈是一系列网络协议的总和，是网络通信的基础，具体实现了电子设备接入因特网并解释网络通信中数据是如何传输。应用层，传输层，网络层和链路层是构成TCP /IP协议的基础。每一层都向下调用协议达到自身需求。

互联网的传输是分层的，分别由应用层，传输层，网络层，链路层构成，报文自顶向下传输，所以封装报文的过程就需要入栈操作，报文解析的过程就需要出栈操作。TCP/IP协议栈设置了报文发送和接收的标准。传输层即用户功能的最底层，主要面想通信，同时向应用层提供服务。应用程序间进行端到端的逻辑通信，各种应用进程之间通信必须由传输层以复用和分用的形式加载到网络层。

TCP/IP协议栈原理是主机的数据发送到对方的主机上所经过的过程。

路由器之间进行报文传输时，当路由器收到报文时进行出栈操作，此时就需要路由器进行路由选择和报文转发，选择和转发都需要使用路由协议，路由协议的作用是发现路由并维护路由表，生成路由表的过程。路由器中含有路由表和FIB两个表，路由表决定了报文转发的方向，而FIB表规定了报文发送的具体物理接口。

三层架构图如图2-2所示，TCP/IP与OSI层一一对应的应用层中主要提供文件传输与虚拟终端功能；传输层主要提供端对端的接口；网络层主要用于为数据包选择路由，也是OSPF协议所在的那一层，也是路由器选择最优路径，执行最短路径算法的环境。

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