4.4 【2014统考真题】

好的，这是一道关于 OSPF 协议的经典综合题。它深入考察了如何从链路状态信息（LSI）反推网络拓扑、构建路由表、进行路由聚合，并模拟数据包的转发过程。

我们来详细地解析这道题。

首先，附上题目原文：

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题目原文

(5)【2014统考真题】某网络中的路由器运行 OSPF 路由协议,下表是路由器 R1 维护的主要链路状态信息 (LSI), 下图是根据该表及 R1 的接口名构造的网络拓扑。请回答下列问题:

1. 设路由表结构如下表所示, 给出图中 R1 的路由表, 要求包括到达图中子网 192.1.x.x 的路由, 且路由表中的路由项尽可能少。
   | 目的网络 | 下一跳 | 接口 |
   | :— | :— | :— |

2. 当主机 192.1.1.130 向主机 192.1.7.211 发送一个 TTL = 64 的 IP 分组时, R1 通过哪个接口转发该 IP分组? 主机 192.1.7.211 收到的 IP 分组的 TTL 是多少?

3. 若 R1 增加一条 Metric 为 10 的链路连接 Internet, 则表中 R1 的 LSI 需要增加哪些信息?

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综合解析

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一、运用了什么知识点？

1. OSPF (开放最短路径优先) 协议:

   • 链路状态协议: 每个路由器都学习到整个网络的完整拓扑结构图（就像一张地图）。
   • LSI (链路状态信息) / LSA (链路状态通告): 路由器之间交换的“地图碎片”，用于构建完整的网络拓扑。题目中的表格就是R1收集到的信息汇总。
   • Dijkstra 最短路径算法: OSPF的核心。每个路由器基于完整的网络地图，以自己为根节点，计算到所有其他目的地的、成本 (Metric) 最低的路径。
   • Metric (成本/度量): OSPF中衡量路径“好坏”的值，可以是带宽、延迟等，本题中直接给出。成本越小，路径越优。

2. 路由表构建与路由聚合:

   • 路由表是Dijkstra算法计算结果的直接体现。
   • 为了提高效率，需要将具有相同下一跳的、连续的子网地址合并成一个更大的网络（超网）。

3. IP分组转发与TTL:

   • 路由器根据最长前缀匹配原则查找路由表来转发分组。
   • TTL (Time-To-Live, 生存时间): IP首部中的一个字段，其值每经过一个路由器就减1。当TTL减为0时，分组被丢弃。这是为了防止分组在网络中无限循环。

4. 默认路由:

   • 用于访问外部网络（如Internet）的特殊路由。目的地址为 0.0.0.0，掩码为 0.0.0.0 (或 /0)。
   • 在OSPF中，连接到外部网络的路由器可以向区域内通告一条默认路由。

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二、考了什么？为什么这么考？

• 第1问：考察的是OSPF的核心应用。它要求考生扮演路由器R1的角色，先通过OSPF的逻辑（计算最短路径）确定去往各个目的地的最优路径，然后将这些路径（路由）填入路由表。最后，还考察了网络优化的关键技能——路由聚合，来减少路由表的条目。
• 第2问：考察的是路由表的使用。路由表不是摆设，是用来转发数据包的。这道题通过一个具体的数据包，检验考生是否会根据自己构建的路由表进行正确的转发决策，并是否理解TTL在转发过程中的变化。
• 第3问：考察的是OSPF如何与外部世界（Internet）交互。一个OSPF网络不是孤岛，它需要一个出口。这道题检验考生是否知道如何使用默认路由来代表“所有未知网络”，以及如何在OSPF的链路状态信息中表示这条特殊路由。

为什么这么考？ 因为这三个问题完整地覆盖了OSPF路由器的工作流程：学习路由 (看LSI) -> 计算并建立路由表 (Q1) -> 使用路由表 (Q2) -> 通告特殊路由 (Q3)。这道题从原理到应用，再到扩展，全面地检验了考生对现代主流路由协议的掌握程度。

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三、解题思路与详细分析 (为什么怎么样？)

问题1分析：构建R1的路由表

我们必须站在R1的视角，计算到所有 192.1.x.x 网络的最低成本路径。

1. 列出所有目标网络:

   • 192.1.1.0/24 (连接在R1上)
   • 192.1.5.0/24 (连接在R3上)
   • 192.1.6.0/24 (连接在R2上)
   • 192.1.7.0/24 (连接在R4上)

2. 计算最短路径:

   • To 192.1.1.0/24: 这是R1的直连网络，通过E0接口。成本=1。
   • To 192.1.5.0/24: 必须经过R3。路径是 R1 -> R3。成本 = Metric(R1-R3) = 2。下一跳是R3的接口IP 10.1.1.10，从R1的L1接口出去。
   • To 192.1.6.0/24: 必须经过R2。路径是 R1 -> R2。成本 = Metric(R1-R2) = 3。下一跳是R2的接口IP 10.1.1.2，从R1的L0接口出去。
   • To 192.1.7.0/24: 需要经过R4。有两条路可选：
     • 路径A: R1 -> R2 -> R4。总成本 = Metric(R1-R2) + Metric(R2-R4) = 3 + 4 = 7。
     • 路径B: R1 -> R3 -> R4。总成本 = Metric(R1-R3) + Metric(R3-R4) = 2 + 6 = 8。
     • 因为 7 < 8，所以R1选择路径A。下一跳是R2的接口IP 10.1.1.2，从R1的L0接口出去。

3. 进行路由聚合:

   • 我们发现，去往 192.1.6.0/24 和 192.1.7.0/24 的下一跳和接口完全相同（都是 10.1.1.2 和 L0）。因此，可以尝试将它们聚合。
   • 二进制计算:
     • 192.1.6.0 -> 192.1.00000110.0
     • 192.1.7.0 -> 192.1.00000111.0
   • 从左到右比较，它们的前23位是相同的 (192.1.0000011)。
   • 因此，可以聚合成一个更大的网络 192.1.6.0/23。

4. 写出最终路由表:
   | 目的网络 | 下一跳 | 接口 |
   | :— | :— | :— |
   | 192.1.1.0/24 | - | E0 |
   | 192.1.5.0/24 | 10.1.1.10 | L1 |
   | 192.1.6.0/23 | 10.1.1.2 | L0 |

问题2分析：分组转发与TTL

1. 查找路由: R1收到一个目的IP为 192.1.7.211 的分组。它会用这个地址去匹配Q1中我们建立的路由表。

   • 192.1.7.211 匹配 192.1.6.0/23 这条聚合路由。
   • 该路由条目指示，应通过 L0 接口转发。

2. 计算TTL:

   • 初始TTL: 64
   • 路径: H_130 -> ... -> R1 -> R2 -> R4 -> H_211
   • 分组每经过一个路由器，TTL减1。
   • 经过 R1 后，TTL变为 64 - 1 = 63。
   • 经过 R2 后，TTL变为 63 - 1 = 62。
   • 经过 R4 后，TTL变为 62 - 1 = 61。
   • 分组到达主机 192.1.7.211 时，TTL的值就是61。

• 结论: R1通过 L0 接口转发；主机 192.1.7.211 收到的分组TTL是 61。

问题3分析：连接Internet

1. 概念: Internet包含了无数个网络，不可能在LSI中为它们一一列出。因此，必须使用默认路由 (0.0.0.0/0) 来代表“所有其他网络”。
2. LSI的含义: LSI是路由器对自己状态的“自我描述”。当R1增加了一条连接Internet的链路时，它就必须在自己的LSI中告诉所有OSPF邻居这个新情况。
3. 如何描述: 对R1来说，这个连接就像是又多了一个“直连网络”，只不过这个“网络”非常特殊。
   • 网络前缀 (Prefix): 0.0.0.0/0
   • 成本 (Metric): 题目给出是 10
4. 增加的信息: R1需要在它自己的LSI（即表格中“R1 of LSI”那一列）中，增加一条新的Net信息。

• 结论: R1的LSI需要增加一条关于直连网络的信息，其网络前缀(Prefix)为0.0.0.0/0，成本(Metric)为10。