TCP_IP协议课程设计

《TCP/IP协议》课程设计专业网络工程年级2008姓名XX学号XX二Ｏ一一年6月29日OSPF路由协议原理与实验解析XX计算机与软件学院，08网络工程专业，1班摘要：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（OpenShortestPathFirst）路由协议是由IETF（InternetEngineeringTaskForce）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。关键词：OSPF；路由协议；SPF1OSPF概述路由协议通过在路由器之间共享路由信息来支持可路由协议。路由信息在相邻路由器之间传递，确保所有路由器知道到其它路由器的路径。总之，路由协议创建了路由表，描述了网络拓扑结构；路由协议与路由器协同工作，执行路由选择和数据包转发功能。1.1路由协议的作用路由协议主要运行于路由器上，路由协议是用来确定到达路径的，它包括RIP,IGRP,EIGRP,OSPF。起到一个地图导航，负责找路的作用。它工作在网络层。路由选择协议主要是运行在路由器上的协议，主要用来进行路径选择。路由分为静态路由和动态路由，其相应的路由表称为静态路由表和动态路由表。静态路由表由网络管理员在系统安装时根据网络的配置情况预先设定，网络结构发生变化后由网络管理员手工修改路由表。动态路由随网络运行情况的变化而变化，路由器根据路由协议提供的功能自动计算数据传输的最佳路径，由此得到动态路由表。根据路由算法，动态路由协议可分为距离向量路由协议（DistanceVectorRoutingProtocol）和链路状态路由协议（LinkStateRoutingProtocol）。距离向量路由协议基于Bellman-Ford算法，主要有RIP、IGRP（IGRP为Cisco公司的私有协议）；链路状态路由协议基于图论中非常著名的Dijkstra算法，即最短优先路径（ShortestPathFirst，SPF）算法，如OSPF。在距离向量路由协议中，路由器将部分或全部的路由表传递给与其相邻的路由器；而在链路状态路由协议中，路由器将链路状态信息传递给在同一区域内的所有路由器。根据路由器在自治系统（AS）中的位置，可将路由协议分为内部网关协议（InteriorGatewayProtocol，IGP）和外部网关协议（ExternalGatewayProtocol，EGP，也叫域间路由协议）。域间路由协议有两种：外部网关协议（EGP）和边界网关协议（BGP）。EGP是为一个简单的树型拓扑结构而设计的，在处理选路循环和设置选路策略时，具有明显的缺点，目前已被BGP代替。1.2内部网关协议在一个AS（AutonomousSystem，自治系统，指一个互连网络，就是把整个Internet划分为许多较小的网络单位，这些小的网络有权自主地决定在本系统中应采用何种路由选择协议）内的路由协议称为内部网关协议（interiorgatewayprotocol）。这里网关是路由器的旧称。现在正在使用的内部网关路由协议有以下几种：RIP-1，RIP-2，IGRP，EIGRP，IS-IS和OSPF。其中前4种路由协议采用的是距离向量算法，IS-IS和OSPF采用的是链路状态算法。对于小型网络，采用基于距离向量算法的路由协议易于配置和管理，且应用较为广泛，但在面对大型网络时，不但其固有的环路问题变得更难解决，所占用的带宽也迅速增长，以至于网络无法承受。因此对于大型网络，采用链路状态算法的IS-IS和OSPF较为有效，并且得到了广泛的应用。1.2.1链路状态路由协议链路状态路由选择协议又称为最短路径优先协议，它基于EdsgerDijkstra的最短路径优先（SPF）算法。它比距离矢量路由协议复杂得多，但基本功能和配置却很简单，甚至算法也容易理解。路由器的链路状态的信息称为链路状态，包括：接口的IP地址和子网掩码、网络类型（如以太网链路或串行点对点链路）、该链路的开销、该链路上的所有的相邻路由器。链路状态路由协议是层次式的，网络中的路由器并不向邻居传递“路由项”，而是通告给邻居一些链路状态。与距离矢量路由协议相比，链路状态协议对路由的计算方法有本质的差别。距离矢量协议是平面式的，所有的路由学习完全依靠邻居，交换的是路由项。链路状态协议只是通告给邻居一些链路状态。运行该路由协议的路由器不是简单地从相邻的路由器学习路由，而是把路由器分成区域，收集区域的所有的路由器的链路状态信息，根据状态信息生成网络拓扑结构，每一个路由器再根据拓扑结构计算出路由。1.2.2OSPFOSPF路由协议是一种典型的链路状态（Link-state）的路由协议，一般用于同一个路由域内。在这里，路由域是指一个自治系统（AutonomousSystem），即AS，它是指一组通过统一的路由政策或路由协议互相交换路由信息的网络。在这个AS中，所有的OSPF路由器都维护一个相同的描述这个AS结构的数据库，该数据库中存放的是路由域中相应链路的状态信息，OSPF路由器正是通过这个数据库计算出其OSPF路由表的。作为一种链路状态的路由协议，OSPF将链路状态广播数据包LSA（LinkStateAdvertisement）传送给在某一区域内的所有路由器，这一点与距离矢量路由协议不同。运行距离矢量路由协议的路由器是将部分或全部的路由表传递给与其相邻的路由器。OSPF特性如下：快速收敛；能够适应大型网络；能够正确处理错误路由信息(原文:lesssusceptibilitytobadroutinginformation.注释:产生错误路由信息的几率更小,算法先进嘛)；使用区域，能够减少单个路由器的CPU负担，构成结构化的网络(原文:makespossibletheconstructionofhierarchicalinternetworktopologies注释:可以更好的构建层次化的网络结构)；支持无类路由，完全支持超网，可变长子网等无类特性；支持多条路径负载均衡；使用组播地址来进行信息互通，减少了非OSPF路由器的负载；使用路由标签来表示来自外部区域的路由。1.3外部网关协议23外部网关协议外部网关协议是一个现已过时的互联网路由协议，最初于1982年由BBN技术公司的EricC.Rosen及DavidL.Mills提出。其最早在RFC827中描述，并于1984年在RFC904中被正式规范。EGP是一种简单的（网络）可达性协议，其与现代的距离-矢量协议和路径-矢量协议不同，它仅限适用于树状拓扑的网络。在互联网发展的早期，自治系统之间的互连使用的是一种称为“EGP版本3”的外部网关协议。EGP3不应与一般所说的各种EGP协议相混淆。现今，边界网关协议（BGP）是互联网路由的目前公认标准，其基本已取代了局限较大的EGP3协议。2OSPF基本原理2.1OSPF邻居和邻接关系1.OSPF的邻居（Neighbors）同一个网段上的路由器可以成为邻居。邻居是通过Hello报文来选择的，Hello报文使用IP多播方式在每个端口定期发送。路由器一旦在其相邻路由器的Hello报文中发现他们自己，则他们就成为邻居关系了，在这种方式中，需要通信的双方确认。邻居的协商只在主地址（Primaryaddress）间协商。两个路由器之间如果他们不满足下列条件，则他们就不能成为邻居：1、Area-id：两个路由器必须有共同的网段上，它们的端口必须属于该网段上的同一个区，当然这些端口必须属于同一个子网。2验证（AuthenticationOSPF）允许给每一个区域配置一个密码来进行互相验证。路由器必须交换相同的密码，才能成为邻居。3、HelloInterval和DeadInterval：OSPF协议在每个网段上交换Hello报文，这是Keeplive的一种形式，路由器用它来确认该网段上存在哪些路由器，并且选定一个指定路由器DR（DesignatedRouter）。HelloInterval定义了路由器上OSPF端口上发送Hello报文时间间隔长度（秒为单位）。DeadInterval是指邻居路由器宣布其状态为DOWN之前，没有收到其Hello报文的时间。OSPF协议需要两个邻居路由器的这些时间间隔相同，如果这些时间间隔不同，这些路由器就不能成为邻居路由器。可在路由器的端口模式下设置这些定时器：ipospfhello-intervalsecondsipospfdead-intervalseconds4Stub区标记：两个路由器为了成为邻居还可以在Hello报文中通过协商Stub区的标记来达到。Stub区的定义会影响邻居选择的过程。2.邻接（Adjacencies）邻居关系形成后路由器之间就会进行邻接关系的形成。成为邻接关系的路由器之间，不仅仅是进行简单的Hello报文的交换，而是进行数据库的交换/为了减少特定网段上的交换信息。OSPF协议在每一个多址可达的网段上选择一个路由器作为指定路由器（DRDesignatedRouter），选择另外一个路由器作为备份的指定路由器BDR（BackupDesignatedRouter），BDR作为DR的备份。这种设计的考虑是让DR或BDR成为信息交换的中心，而不是让每个路由器与该网段上其它路由器两两做更新信息的交换。路由器首先与DR、BDR交换更新信息，然后DR、BDR将这些更新信息转发给该网段上的其他路由器。这样信息交换的复杂度就会从O（n*n）降到O（n），其中n是多址可达网段上的路由器的数量。如图1，显示了DR和BDR的关系。在上图中，所有的路由器在同一个多址可达网段上，通过相互交换Hello报文来选择DR和BDR.在该网段上的每个路由器（他们之间已经成为Neighbor）会进一步与DR和BDR建立邻接（Adjacency）关系。2.2OSPF的网络类型根据路由器所连接的物理网络不同，OSPF将网络划分为四种类型：广播多路访问型（BroadcastmultiAccess）、非广播多路访问型（NoneBroadcastMultiAccess，NBMA）、点到点型（Point-to-Point）、点到多点型（Point-to-MultiPoint）。广播多路访问型网络如：Ethernet、TokenRing、FDDI。NBMA型网络如：FrameRelay、X.25、SMDS。Point-to-Point型网络如：PPP、HDLC。designatedrouter(DR):多路访问网络中为避免router间建立完全相邻关系而引起大量开销,OSPF在区域中选举一个DR,每个router都与之建立完全相邻关系.router用Hello信息选举一个DR.在广播型网络里Hello信息使用多播地址224.0.0.5周期性广播,并发现邻居.在非广播型多路访问网络中,DR负责向其他router逐一发送Hello信息backupdesignatedrouter(BDR):多路访问网络中DR的备用router,BDR从拥有adjacency关系的router接收路由更新,但是不会转发LSA更新OSPFareas:连续的网络和router的分组.在相同区域的router共享相同的areaID.因为1个router1次可以成为1个以上的区域的成员,areaID和接口产生关联,这就允许了某些接口可以属于区域1,而其他的属于区域0.在相同的区域的router拥有相同的拓扑表.当你配置OSPF的时候,记住必须要有个区域0,而且这个一般配置在连接到骨干的那个router上.区域扮演着层次话网络的角色boradcast(multi-access):广播型(多路访问)网络.比如以太网,允许多个设备连接,访问相同的网络;而且提供广播的能力.在这样的网络中必须要有1个DR和BDRnonbroadcastmulti-access(NBMA):这类网络类型有帧中继(FrameRelay