《计算机网络》课程设计定稿

计算机网络课程设计报告

题目：OSPF的实现

学生姓名：**

学号：200717010226

专业班级：计算机科学与技术08102班

同组姓名: **

指导教师：&*

设计时间：2011年上学期第19周

指导老师意见：

评定成绩：签名：

日期：年月日

目录

一、课程设计的目的和意义 ------------------------------------------------------------------ 3

二、课程设计的内容和要求 ------------------------------------------------------------------ 3

三、课程设计的相关技术 --------------------------------------------------------------------- 3

1.路由选择协议 ----------------------------------------------------------------------------- 3

2.OSPF协议的特点 ------------------------------------------------------------------------ 3

3.OSPF协议的执行过程 ------------------------------------------------------------------ 4

4.Dijkstra算法介绍------------------------------------------------------------------------- 5

四、课程设计过程------------------------------------------------------------------------------- 7

1.重要的数据结构 -------------------------------------------------------------------------- 7

2.计算单个顶点到其它各顶点的最短路径-------------------------------------------- 7

3.实验源代码清单 -------------------------------------------------------------------------- 8

五、程序运行结果----------------------------------------------------------------------------- 11

六、课程设计小结----------------------------------------------------------------------------- 11

七、参考文献----------------------------------------------------------------------------------- 12

一、课程设计的目的和意义

随着Internet技术在全球范围的飞速发展，OSPF已成为目前Internet 广域网和Intranet企业网采用最多、应用最广泛的路由协议之一。 OSPF（Open Shortest Path First）路由协议是由IETF（Internet Engineering Task Force）IGP工作小组提出的，是一种基于SPF算法的路由协议，目前使用的OSPF协议是其第二版，定义于RFC1247和RFC1583。

通过本课程设计，可以对路由表的建立和路由表信息的更新等有更直观和清晰的认识。

二、课程设计的内容和要求

熟悉ospf协议，按如下要求编写寻求最短路径的程序。

1）程序提示用户输入有向图的顶点个数和源点数V。程序根据用户的输入创建类，分配所需的空间。

2）程序提示用户输入有向图对应的邻接矩阵，∞用-1表示。

3）输出V到其他个点的最短路径。

三、课程设计的相关技术

1.路由选择协议

Internet将路由选择协议分为两大类：内部网关协议IGP(Interior Gateway Protocol)和外部网关协议EGP(External Gateway Protocol)。内部网关协议是在一个自治系统内部使用的路由选择协议。目前这类路由选择协议使用得最多，如 RIP、IGRP内部网关路由协议和OSPF协议。

2.OSPF协议的特点

OSPF协议具有以下主要特点。

1）OSPF使用分布式链路状态协议。

2）OSPF协议要求路由器发送本路由器和那些路由器相邻，以及链路状态的度量方面的信息。“度量”主要是指费用、距离、延时、带宽等。

3）OSPF协议要求当链路状态发生变化时使用洪泛法向所有路由器发生此信息。

4）执行OSPF协议的路由器最终都能建立一个链路状态数据库，这个数据库实际就是全网的拓扑结构图。

5）为了适应规模很大的网络，并使更新过程收敛得更快，OSPF协议将一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫区域（area）。一个区域内的路由器数不超过200个。

将一个自治系统划分为多个区域的结构

3.OSPF协议的执行过程

（1）路由器的初始化过程

每一个路由器用数据库描述分组和相邻路由器交换本数据库中已有的链路状态摘要信息;

路由器就使用链路状态请求分组，向对方请求发送自己所缺少的某些链路状态项目的详细信息;

通过一系列的分组交换，建立全网同步的链路数据库;

（2）网络运行过程

路由器的链路状态发生变化，该路由器就要使用链路状态更新分组，用洪泛法向全网更新链路状态;

每个路由器计算出以本路由器为根的最短路径树，根据最短路径树更新路由表。

4.Dijkstra算法介绍

本课程设计程序部分要实现的就是最短路径树，可以采用Dijkstra算法求解。

假设各路由器已经得到全网拓扑、也就是有一个带权有向图，于是我们就可以得到一个邻接矩阵，作为Dijkstra算法的输入。

1）最短路径问题的提法：给定一个带权有向图D和源点v求v到D中其他顶点的最短路径。先顶个边上的权值大于或等于0.

2）Dijkstra算法的思想：为求得这些最短路径，Dijkstra提出按路径长度的递增次序，逐步产生最短路径。首先求出长度最短的一条路径，再参照它的长度求出长度次短的一条最短路径，以此类推，直到从顶点v到其他各定点的最短路径全部求出为止。

在Dijkstra算法中，引进了一个辅助向量dist，他的每个分量dist[i]表示当前所找到的从始点到每个终点vi的最短路径长度dist值为始点v0到各终点vi的直接距离，即若从始点到某终点有(出)弧，则为弧上的权值，否则为∞。

对于下图，如果0是始点v0，则dist[i]的初值为：dist[i]={5,∞,7,15}显然，dist[j]=Min{D[i] |vi属于V}是从始点出发的长度最短的一条最短路径。

设S为已求得的最短路径的终点的集合下一条最短路径(设其终点为vi)为以下之一：

a.中间只经过S中的顶点而后到达顶点vi的路径

b.弧 D[j]=Min{D[i] | vi V-S}

D[k]= or D[i]=D[j]+

3）根据以上分析，可以得出如下描述的算法：

a.初始化： S ← {v0 };

dist[j ]← edge[0][j], j = 1, 2, …, n-1;

b.求出最短路径的长度：

Dist[k] ← min { dist[i] }, i 属于 V-S ; S←S U {k };

c.修改:dist[i] ← min{dist[i], dist[k] + edge[k][i] }, i属于V-S

d.判断:若 S = V, 则算法结束，否则转b。

试验测试数据的带权有向图

假设要求结点0到其他各顶点的最短路劲，则Dijkstra逐步求解的过程

源点终点最短路径路径长度

V0 V1 (v0,v1) 10 V2 --(v0,v1,v2)(v0,v3,v2) 60 50

V3 (v0,v3) 30

V4 (v0,v4)(v0,v3,v4)(v0,v1,v2,v3)(v0,v1,v2,v3,v4) 100 90 60 dist[k] 10 30 50

集合s {v0,v1}{v0,v1,v2,v3}{v0,v1,v2,v3}{v0,v1,v2,v3,v4}

四、课程设计过程

1.重要的数据结构

用于计算最短路径的图邻接矩阵类的定义。

class Graph{ // 图的类定义

private:

int Num,*dist,*path,*S;

public:

int *Edge;

Graph(int NumVertices){

Num=NumVertices;

Edge=new int[NumVertices*NumVertices]; //邻接矩阵

dist=new int[NumVertices]; //最短路径长度数组

path=new int[NumVertices]; //最短路径数组

S=new int[NumVertices]; //最短路径顶点集};

void ShortestPath(const int,const int);

int choose(const int);

};

2.计算单个顶点到其它各顶点的最短路径

这是程序的主体，有shortestpath函数完成。该函数的第一个参数n指出有向图的顶点个数，第二个参数v指出起始顶点。

Dist数组和path数组的初始化：

若表示某顶点ifor(int i=0;i

dist[i]=Edge[v*n+i];

S[i]=0;

if(i!=v&&dist[i]

path[i]=v;

else

path[i]=-1;

}

·若要表示某顶点i已求得最短路径，将该顶点加入s集合即可。

S[i]=1

·选择当前不在集合s中的具有最短路径的顶点u。

选出来之后，将该顶点加入s集合即可。之后，用u来修改其他不在集合s 中的顶点的dist[]值。

nt min=MAXINT;

int u=v;

for(int j=0;j

if(!S[j]&&dist[j]

u=j;

min=dist[j];

}

S[u]=1; //将顶点u加入s集合

·修改：可以证明

，对终点x，下一条最短路径或者是源点到x，或者是中间只经过s中的顶点。而最终到达顶点x的路径。

for(int w=0;w

if(!S[w]&&Edge[u*n+w]

dist[w]=dist[u]+Edge[u*n+w];

path[w]=u;

}

3.实验源代码清单

#include

#include

#include

#define MAXINT 65535

//

class Graph{

private:

int Num,*dist,*path,*S;

public:

int *Edge;

Graph(int NumVertices){

Num=NumVertices;

Edge=new int[NumVertices*NumVertices];

dist=new int[NumVertices];

path=new int[NumVertices];

S=new int[NumVertices];

};

void ShortestPath(const int,const int);

int choose(const int);

};

//

void Graph::ShortestPath(const int n,const int v){

for(int i=0;i

dist[i]=Edge[v*n+i];

S[i]=0;

if(i!=v&&dist[i]

path[i]=v;

else

path[i]=-1;

}

S[v]=1;

dist[v]=0;

//

for(i=0;i

int min=MAXINT;

int u=v;

for(int j=0;j

if(!S[j]&&dist[j]

u=j;

min=dist[j];

}

S[u]=1;

cout<<"终点"<

for(int l=0;l

for(int w=0;w

if(!S[w]&&Edge[u*n+w]

dist[w]=dist[u]+Edge[u*n+w];

path[w]=u;

}

cout<

}

for(int m=1;m

cout<<"终点"<

cout<<"最短路径长度："<

}

}

//

void main(){

cout<<"请输入有向图的顶点个数："<

int NumVertices,temp,v;

cin>>NumVertices;

Graph* gsp=new Graph(NumVertices);

cout<<"请输入原点:\n";

cin>>v;

//

cout<<"已生产数组Edge,请矩阵输入各元素的值"<

//

for(int j=0;j

cin>>temp;

if(temp==-1)

gsp->Edge[i*NumVertices+j]=MAXINT;

else

gsp->Edge[i*NumVertices+j]=temp;

}

}

gsp->ShortestPath(NumVertices,v);

}

五、程序运行结果

六、课程设计小结

本课程设计详细讲解了最短路径的求法，从而深入了解了OSPF算法。在了解OSPF算法过程中对路由表的建立和路由表信息的更新等有更直观和清晰的认识。也更加深入了解了OSPF路由协议的工作原理，它的分组及其作用以及OSPF路由协议的优点。对内部网关协议也有一定了解，设计中用到大量的数据结构知识，通过这次实验对于数据结构知识也是一次很好的复习。

七、参考文献

[1]吴功宜.计算机网络课程设计[J].北京.机械工业出版社.2005.9.

[2]谢希仁.计算机网路[J].电子工业出版社.2008.11.