链路状态路由算法原理实验教案
2-链路状态路由算法的实现
设ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ题目
链路状态路由算法的实现★★
已知技术参数和设计要求
1.编程实现右图所示简单网络拓扑的链路状态路由算法。
1.1结点之间的连接关系固定；
1.2链路开销可以由用户设定。
2.链路状态算法的实现：
2.1链路状态消息的交换(可选，简单起见，
可基于静态网络拓扑运行Dijkstra算法)；
6.课程设计报告4小时
4.链路状态消息的交换；
5.Dijkstra算法实现；
6.结点路由表的显示；
7.完成课程设计报告。
设计工作计划与进度安排
1.熟悉链路状态协议/算法4小时
2.链路状态算法的实现方式分析4小时
3.链路状态算法实现框架结构设计8小时
4.数据结构定义：包括网络拓扑结构、链路状态消息、路由表等4小时
5.Dijkstra算法实现10小时
2.2网络拓扑的描述/构造；
2.3利用Dijkstra算法计算路由；
2.4路由表的输出。
3.网络拓扑结构的描述(数据结构)，拓扑结构利用文件存储。
4.用可视化界面进行程序演示。
设计内容与步骤
1.分析链路状态路由协议与Dijkstra算法；
2.熟悉线程间通信与同步机制/或进程间通信机制；
3.网络拓扑的数据结构定义及文件存储；
链路状态路由算法原理实验教案
5
小组建立
当成员到达预定数量后， 当成员到达预定数量后，可选择确定完成小 组建立
6
本地信息
建立小组后回到主界面，本节点ID和本地直 建立小组后回到主界面，本节点ID和本地直 连信息已经建立， 连信息已经建立，选择实验的路由算法
7
选择链路状态算法
在发送路由信息窗口出现链路状态算法下的路由信 息的一般格式
实验前的准备
填写实验报告中实验原理部分 分组
2
实 验 软 件 主 界 面
3
建立小组
4~10人一组，互相配合，多多益善。 4~10人一组，互相配合，多多益善。 人一组 建立小组过程： 建立小组过程：设置组名和小组人数
4
建立小组： 建立小组：设置组名和成员数
同一小组成员设置的成员数量应一致 设置完成后选择加入， 设置完成后选择加入，可观察到其他成员加 入的情况
11
测试路由
选择Routed 选择Routed
向各目的发送一份数据报文，报文内容自理 向各目的发送一份数据报文，
路由表中可 以到达目的 的下一站
12
中继节点
数据报文送到中继节 点时， 点时，自动弹出数据 报文接收窗口
实验者根据路由表选 择是转发还是报文已经 到达目的 转发的数据， 转发的数据，须填写 下一站结点的ID 下一站结点的ID13Fra bibliotek目的节点
数据到达目的节点后
实验者可选择查看内 容 同时可观察到该报文 经过的路由器， 经过的路由器，通过 这个信息可以测试路 由是否正确， 由是否正确，是否为 最短路由
14
注意
实验各步骤都需要进行记录
请翔实、忠实地记录实验数据 翔实、忠实地记录实验数据 如果路由发生错误，将小组的记录数据汇总后， 如果路由发生错误，将小组的记录数据汇总后， 分析并发现错误产生的原因。 分析并发现错误产生的原因。
OSPF技术原理与案例
OSPF技术原理与案例OSPF(Open Shortest Path First)是一种基于链路状态（Link State）的路由协议，用于在IP网络中确定最佳路径和路由。
该协议使用Dijkstra算法来计算最短路径，并根据链路成本选择最佳路由。
本文将阐述OSPF的技术原理，并提供一些OSPF技术案例。
一、OSPF技术原理：1.路由器要求：OSPF要求所有参与路由计算的路由器运行OSPF协议，并共享链路状态信息。
2.链路状态广播：每个路由器通过发送链路状态公告（LSA）向周围的路由器广播自己的链路状态信息，并接收其他路由器的链路状态信息。
3.构建拓扑图：路由器将收到的链路状态信息存储在链路状态数据库（LSDB）中，并使用这些信息构建网络拓扑图。
4. Dijkstra算法：路由器使用Dijkstra算法计算最短路径树（SPF tree），确定到达每个目的地的最佳路径，并将该路径存储在路由表中。
5.链路状态更新：当链路状态发生变化（例如链路故障或链路成本改变）时，路由器会周期性地将更新的链路状态信息广播给周围的路由器。
6.最佳路径选择：路由器通过比较链路成本来选择最佳路径，并更新路由表中的路径信息。
二、OSPF技术案例：1.多区域OSPF：在大型企业网络中，可以使用多区域OSPF来减少链路状态信息的传播范围，提高网络的可扩展性和性能。
每个区域在逻辑上相互隔离，但通过区域边界路由器（ABR）连接起来。
ABR负责转发区域之间的路由信息，并维护整个网络的链路状态。
2.OSPF负载均衡：OSPF支持负载均衡，可以在多条等价路径中分担流量。
路由器使用平等的成本算法将流量分配到不同的路径上，提高网络的容量和性能。
3.OSPF区域间路由：当有多个区域在企业网络中时，OSPF可以提供区域间路由功能，以支持不同区域之间的通信。
区域之间的通信通过ABR 完成。
4.OSPF虚拟链路：OSP协议支持创建虚拟链路，用于在不同区域之间建立逻辑上的直连连接。
L10链路状态路由算法
计算机网络 之 探赜索隐
8
Dijkstra 算法:讨论
算法复杂性: n个结点
每次迭代: 需要检测所有不在集合N’中的结点w n(n+1)/2次比较: O(n2) 更高效的实现: O(nlogn)
存在震荡(oscillations)可能:
e.g., 假设链路费用是该链路承载的通信量:
1 A 1+e
6 else D(v) = ∞
7足D(w)最小
10 将w加入N'
11 更新w的所有不在N’中的邻居v的D(v) :
12 D(v) = min( D(v), D(w) + c(w,v) )
13 /*到达v的新费用或者是原先到达v的费用，或者是
14 已知的到达w的最短路径费用加上w到v的费用 */
计算机网络 之 探赜索隐
3
链路状态路由算法
Dijkstra 算法
所有结点(路由器)掌握网 络拓扑和链路费用
通过“链路状态广播” 所有结点拥有相同信息
计算从一个结点(“源”) 到达所有其他结点的最 短路径
获得该结点的转发表
迭代: k次迭代后，得到 到达k个目的结点的最短 路径
符号:
c(x,y): 结点x到结点y链路
D 00 B
1
0
C
e
1
e
初始
2+e A 0 D 1+e 1 B
0 C0
A
0
2+e
D 00 B
1 C 1+e
2+e A 0 D 1+e 1 B
0 C0
基于这些费用
基于这些费用 基于这些费用
计算新的路由… 计算新的路由„ 计算新的路由„
路由算法之链路状态路由算法LS
路由算法之链路状态路由算法LS 把我与谁连接告诉所有的路由器，那么所有的路由器就都具有了⼀幅⽹络图由这副图计算每条具体的路径所以实现的关键在于链路状态信息的可靠分发根据链路状态信息计算路由步骤1. 发现邻接点, 获得邻居的⽹络地址.每⼀个点对点链路发送 HELLO 分组邻居返回响应多个路由器通过LAN连接,路有器的⼀个端⼝有多个邻居,如何抽象?把 LAN 当做⼀个节点 LAN上指定的⼀个路由器来运⾏路由协议2. 测量到每⼀个邻居的代价发送⼀个 ECHO 分组，邻居迅速返回响应测量往返时间, / 2即是到邻居的延迟多测⼏次取平均值3. 构造链路状态分组（邻居信息）LSP (Link-State Packet，链路状态分组)和路由计算相关的项产⽣ LSP节点的ID直接相连的邻居列表到每个邻居的代价和可靠性相关的项序号（ sequence number），区分新旧消息年龄（ age）更新计时器超时通常⼏⼗分钟⽹络变化时直接连接的链路断开可以⽤链路层协议检测直接连接的邻居下线通过定期发送 “hello” 检测4. 分发链路状态包（发送给所有其它路由器）.⽬的：保证所有参加路由的节点得到其它所有节点的链路状态信息的⼀个拷贝⽅法：可靠泛洪（Reliable Flooding）将 LSP发送到所有直接相连的链路收到 LSP 的节点将它转发到所有其它链路存储每个节点的最新 LSP向所有相邻节点转发每个LSP，但不发送给发来该LSP的节点相邻路由器之间有确认和重传的机制控制泛洪规模Packet: 包含⼀个序号保证拥有最新 copy序号存在的问题问题1：序号回转解决：使⽤⼤的序号空间，如32bit问题2：⼀个路由器崩溃了, 将丢失所有序号记录，恢复后从0开始，将会拒绝正常分组问题3：序号本⾝被破坏解决增加 age域 (TTL) 每经过⼀个路由器，age递减 Age=0，抛弃Router: 记录见过的分组 ( router, sequence number )如果 LSP 是 duplicate , 就丢弃Duplicate: LSP序号 is lower当⼀个 LSP 到来时, it wait a short while, ⽽不是⽴即转发当⼀个 LSP 到来, 先放到⼀个保留区等⼀会有新 LSP 到来, ⽐较序号相等，是重复分组，不再转发不同，⽐较年龄，丢弃旧的分组5. 计算到每个节点的最短路径优缺点优点没有慢收敛问题，对坏消息响应迅速代价存储空间开销存储所有的链路状态分组CPU 开销任何拓扑变化都要重新计算最⼩代价树⽐较和 DV对⽐，都要交流信息DV（距离向量）Who: 邻居What：距离向量，可能有不确定（道听途说）的消息使⽤最短路径优先算法，算法复杂度为O(n^2) n个结点（不包括源结点），需要n*(n+1)/2 次⽐较使⽤更有效的实现⽅法，算法复杂度可以达到O(nlogn) 可能存在路由振荡（oscillations）结点会⼴播错误的链路开销每个结点只计算⾃⼰的路由表LS（链路状态）Who: 所有路由器What ：LSP，仅通告确定的消息收敛时间不定可能会出现路由循环结点会⼴播错误的路径开销每个结点的路由表被别的结点使⽤，错误会传播到全⽹。
链路状态路由算法的实现
链路状态路由算法的实现一．实验内容与要求1.程实现右图所示简单网络拓扑的链路状态路由算法。
1.1 结点之间的连接关系固定；1.2 链路开销可以由用户设定。
2.链路状态算法的实现：2.1 链路状态消息的交换(可选，简单起见，可基于静态网络拓扑运行Dijkstra算法)；2.2 网络拓扑的描述/构造；2.3 利用Dijkstra算法计算路由；2.4 路由表的输出。
3.网络拓扑结构的描述(数据结构)，拓扑结构利用文件存储。
4.用可视化界面进行程序演示。
二．实验环境与知识1、实验的运行环境Windows 7 QTcreator QT4.8 编程语言C++ 2、实验的基础知识算法思想按路径长度递增次序产生最短路径算法：把顶点集合V分成两组：（1）S：已求出最短路径的顶点的集合（初始时只含有源点V0）（2）V-S=T：尚未确定最短路径的顶点集合将T中顶点按最短路径递增的次序加入到S中，保证：（1）从源点V0到S中其他各顶点的最短路径长度都不大于从V0到T中任何顶点的最短路径长度（2）每个顶点对应一个距离值S中顶点：从V0到此顶点的最短路径长度T中顶点：从V0到此顶点的只包括S中顶点作中间顶点的最短路径长度依据：可以证明V0到T中顶点Vk的最短路径，或是从V0到Vk的直接路径的权值；或是从V0经S中顶点到Vk的路径权值之和（反证法可证）三．实验程序的设计流程1、设计思路1.1算法思路的设计首先，引进一个辅助向量D，它的每个分量D表示当前所找到的从始点v到每个终点vi的最短路径的长度。
如D[3]=2表示从始点v到终点3的路径相对最小长度为2。
这里强调相对就是说在算法过程中D的值是在不断逼近最终结果但在过程中不一定就等于最短路径长度。
它的初始状态为：若从v到vi有弧，则D为弧上的权值；否则置D 为∞。
显然，长度为D[j]=Min{D | vi∈V} 的路径就是从v出发的长度最短的一条最短路径。
此路径为(v,vj)。
路由技术 教案
路由技术教案教案标题：路由技术教案目标：1. 了解路由技术的基本概念和原理。
2. 掌握路由器的配置和管理方法。
3. 能够应用路由技术解决网络通信问题。
教案步骤：一、导入（5分钟）1. 引入话题：什么是路由技术？为什么我们需要路由技术？2. 提出问题：在网络通信中，我们经常会遇到什么样的问题？如何解决这些问题？二、讲解路由技术的基本概念和原理（15分钟）1. 介绍路由器的基本功能和作用。
2. 解释路由表的概念和作用。
3. 讲解路由选择算法的原理和常见的算法类型。
三、演示路由器的配置和管理方法（20分钟）1. 演示如何配置路由器的基本参数，如IP地址、子网掩码等。
2. 演示如何配置路由表，添加和删除路由条目。
3. 演示如何进行路由器的故障排除和管理。
四、实践操作（30分钟）1. 学生分组进行实践操作，配置一个简单的网络拓扑。
2. 学生通过配置路由器和路由表，实现网络中不同子网之间的通信。
五、总结和扩展（10分钟）1. 总结本节课所学内容，强调路由技术的重要性和应用场景。
2. 提出拓展问题：在实际网络中，我们还可以使用哪些高级的路由技术来优化网络性能？六、作业布置（5分钟）1. 要求学生阅读相关的路由技术文献或教材，进一步了解和掌握路由技术。
2. 布置实践作业：要求学生在家庭网络中配置路由器，实现不同设备之间的互联。
教案评估：1. 学生在实践操作中的表现和结果。
2. 学生对于路由技术的理解和应用能力。
3. 学生在课堂讨论和回答问题中的参与度和表现。
教案扩展：1. 可以进一步讲解路由协议的原理和分类。
2. 可以引入网络安全的概念，讲解如何使用路由技术来增强网络的安全性。
3. 可以进行实验室实践，使用模拟器或实际设备进行复杂网络拓扑的配置和管理。
实验5-5：路由器的OSPF路由通达
实验5-5：路由器的OSPF路由1．实验目的路由器的基本使用和基本配置是本实验要达到的主要目标，本课程陆续开设的实验课，会对教材讲授到的基本原理进行验证，加深基本知识和基本技能的掌握。
主要掌握以下路由器的基本操作：1)通过路由建立起网络之间的连接。
2)熟悉路由器的基本操作命令，并掌握组网的基本技术。
3)掌握距离链路状态路由选择协议中OSPF的基本配置方法。
2.实验环境和要求2.1实验拓扑2.2实验器材1)路由器两台2)交换机两台3)学生实验主机4)网线若干。
请注意主机与交换机，交换机与路由器之间使用直通线。
路由器与路由器之间使用交叉线。
2.3实验要求给定3个C类网络地址：192.168.6.0/24，192.168.7.4/30，192.168.8.0/24。
1)请按实验网络拓扑作出网络规划。
2)并写出路由器的端口地址和各节点网络地址。
3)配置动态路由，使R1和R2两边的机器能够互相连通。
3.实验步骤（参考）3.1按实验图连接线路（可自行设计）设备各接口的IP地址配置表如下：（可自行规划和分配）设备接口IPv4地址默认网关Fa0/0192.168.6.1/24未配置路由器R1Fa0/1192.168.7.5/30未配置Fa0/0192.168.8.1/24未配置路由器R2Fa0/1192.168.7.6/30未配置交换机SW1和SW2无须做任何配置，做傻瓜交换机用PC1FastEthernet192.168.6.0/24中的一个192.168.6.1PC2FastEthernet192.168.6.0/24中的一个192.168.8.13.2两个路由器的初始化配置（参考配置，可自行设计修改）3.2.1R1配置1)登录路由器R1，进入普通用户模式R1>2)键入enable进入超级用户模式R1#3)使用configure terminal进入全局配置模式R1(config)#配置FastEthernet0/0端口1.R1(config)#interface FastEthernet0/02.R1(config-if)#ip address192.168.6.1255.255.255.03.R1(config-if)#no shutdown配置FastEthernet0/1端口1.R1(config)#interface FastEthernet0/12.R1(config-if)#ip address192.168.7.5255.255.255.2523.R1(config-if)#no shutdown3.2.2R2配置参看R1配置方法进入全局配置模式R2(config)#配置FastEthernet0/0端口1.R2(config)#interface FastEthernet0/02.R2(config-if)#ip address192.168.8.1255.255.255.03.R2(config-if)#no shutdown配置FastEthernet0/1端口1.R2(config)#interface FastEthernet0/12.R2(config-if)#ip address192.168.7.6255.255.255.2523.R2(config-if)#no shutdown效果：此时两路由器的端口都应是UP，并两路由器的FastEthernet0/1端口能ping通，FastEthernet0/0端口和下接的本网段主机能ping通，但两网段的主机还不通，无法互访。
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接收路由信息
收到其它节点送来的路由信息后，状态栏显 收到其它节点送来的路由信息后， 新信息到达” 示“新信息到达”
选择处理路由信息， 选择处理路由信息，显示一份路由信息报文
10
更新路由表
实验者按照链路状态算法处理路由信息，更新路由 实验者按照链路状态算法处理路由信息， 表
将收到的链路状态信息扩散到相邻结点，注意信息 将收到的链路状态信息扩散到相邻结点， 序号， 序号，没有必要将已经扩散过的信息再扩散 经过多次来回，各节点收集到全网的链路状态信息， 经过多次来回，各节点收集到全网的链路状态信息， 绘制” “绘制”出拓扑后计算最短路由
15
选择Routing， 选择Routing，可进入发送和接收处理路由信息阶 段，在路由表窗口出现成（填写）路由表 根据本地路由表，先形成（填写）
以结点4 以结点4为例
自行填写！ 自行填写！ 组织、发送路由信息 组织、
发送者 链路1 链路1 链路2 链路2 链路3 链路3 接收者 质量 质量 质量 路由 信息 表项 相邻 结点
5
小组建立
当成员到达预定数量后， 当成员到达预定数量后，可选择确定完成小 组建立
6
本地信息
建立小组后回到主界面，本节点ID和本地直 建立小组后回到主界面，本节点ID和本地直 连信息已经建立， 连信息已经建立，选择实验的路由算法
7
选择链路状态算法
在发送路由信息窗口出现链路状态算法下的路由信 息的一般格式
13
目的节点
数据到达目的节点后
实验者可选择查看内 容 同时可观察到该报文 经过的路由器， 经过的路由器，通过 这个信息可以测试路 由是否正确， 由是否正确，是否为 最短路由
14
注意
实验各步骤都需要进行记录
请翔实、忠实地记录实验数据 翔实、忠实地记录实验数据 如果路由发生错误，将小组的记录数据汇总后， 如果路由发生错误，将小组的记录数据汇总后， 分析并发现错误产生的原因。 分析并发现错误产生的原因。
计算机通信网实验
链路状态路由算法原理实验
链路状态路由算法原理实验
目标
要求实验者根据路由选择算法模拟软件提供的功 能，模拟分布式路由选择算法的初始化、路由信 模拟分布式路由选择算法的初始化、 息扩散过程和路由计算方法； 息扩散过程和路由计算方法； 掌握L 算法的路由信息扩散过程； 掌握L-S算法的路由信息扩散过程； 掌握L 算法的路由计算方法。 掌握L-S算法的路由计算方法。
实验前的准备
填写实验报告中实验原理部分 分组
2
实 验 软 件 主 界 面
3
建立小组
4~10人一组，互相配合，多多益善。 4~10人一组，互相配合，多多益善。 人一组 建立小组过程： 建立小组过程：设置组名和小组人数
4
建立小组： 建立小组：设置组名和成员数
同一小组成员设置的成员数量应一致 设置完成后选择加入， 设置完成后选择加入，可观察到其他成员加 入的情况
11
测试路由
选择Routed 选择Routed
向各目的发送一份数据报文，报文内容自理 向各目的发送一份数据报文，
路由表中可 以到达目的 的下一站
12
中继节点
数据报文送到中继节 点时， 点时，自动弹出数据 报文接收窗口
实验者根据路由表选 择是转发还是报文已经 到达目的 转发的数据， 转发的数据，须填写 下一站结点的ID 下一站结点的ID