路由算法简介
计算机网络中的路由算法
计算机网络中的路由算法路由算法在计算机网络中起着关键的作用，它用于确定数据包在网络中的传输路径。
根据不同的网络拓扑和需求，有多种不同的路由算法被应用。
本文将介绍几种常见的路由算法。
1. 距离矢量算法（Distance Vector Algorithm）距离矢量算法是一种分布式的路由算法，每个节点在路由表中记录到达目的节点的距离向量。
节点之间通过交换距离向量信息来更新路由表，并且通过Bellman-Ford算法来计算最短路径。
该算法简单易实现，但是在大型网络中容易产生计数到无穷大的问题，即由于链路故障等原因产生的无限循环。
2. 链路状态算法（Link State Algorithm）链路状态算法是一种集中式的路由算法，每个节点都会收集与自身相连的链路状态信息，并通过最短路径算法（如Dijkstra算法）计算出到达其他节点的最短路径。
然后，每个节点都将自己的链路状态信息广播给所有其他节点，使得每个节点都有完整的网络拓扑和链路状态信息。
该算法需要节点之间频繁的广播和计算，但是能够保证收敛，即要么找到最短路径，要么不进行路由。
3. 路径向量算法（Path Vector Algorithm）路径向量算法可以看作是距离矢量算法和链路状态算法的结合，它通过回退进行路径检测和避免计数到无穷大的问题。
每个节点在路由表中记录到达目的节点的路径和向量信息，通过交换路径向量信息来更新路由表。
在计算最短路径时，路径向量算法使用类似链路状态算法的Dijkstra算法，但是在寻找路径时，会检查前面的节点是否已经在路径中出现，以避免产生环路。
4. 队列距离矢量算法（Queue Distance Vector Algorithm）队列距离矢量算法是距离矢量算法的一种改进算法，主要解决计数到无穷大问题。
该算法引入了队列和计数器，通过计数器和链路状态信息来确定数据包是否进入队列。
每个节点在路由表中记录到达目的节点的距离向量和队列的长度。
计算机网络网络层路由算法
计算机网络网络层路由算法网络层是计算机网络中的一个重要层次，负责提供节点之间的数据传输服务。
网络层的核心任务是进行路由选择，即根据不同的路由算法选择最佳的路径来传输数据包。
本文将介绍常见的几种网络层路由算法，并对其进行分析和比较。
1.静态路由算法静态路由算法是指路由表在网络建立之初静态地配置好，不会随着网络的变化而改变。
常见的静态路由算法有默认路由、固定路由和策略路由等。
静态路由算法的优点是简单易懂，配置方便，适用于网络规模不大且变动较少的场景。
但是缺点是无法适应网络拓扑的变化，不利于负载均衡和故障恢复。
2.距离向量路由算法距离向量路由算法是一种分布式路由算法，具有良好的自适应性和容错性。
每个节点只知道与其相邻节点的距离，通过交换距离向量表来实现路由选择。
常见的距离向量路由算法有RIP（Routing Information Protocol）和IGRP（Interior Gateway Routing Protocol）等。
距离向量路由算法的优点是实现简单，计算量小。
但是缺点是不能解决环路问题和计数到无穷问题，容易产生路由震荡。
3.链路状态路由算法链路状态路由算法是另一种分布式路由算法，采用全局信息来计算最佳路径。
每个节点需要发送链路状态信息给其他节点，并根据收到的信息构建全局拓扑图，再利用迪杰斯特拉算法等来计算最短路径。
常见的链路状态路由算法有OSPF（Open Shortest Path First）和IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）等。
链路状态路由算法的优点是计算准确，能够解决路由环路和计数到无穷问题。
但是缺点是占用较大的计算和存储资源，并且对网络中的链路状态信息要求较高。
4.路径向量路由算法路径向量路由算法是一种结合链路状态和距离向量的路由算法。
每个节点维护到其他节点的路径向量表，并通过交换路径向量表来更新路由信息。
常见的路径向量路由算法有BGP（Border Gateway Protocol）等。
计算机网络网络层路由算法
链路状态包
分发链路状态数据包
泛洪法：为了控制泛洪规模，每个数据包包含一个序号，序号随着每个数据包发出逐一递增，路由器记录下它所看到的所有（源路由器，序号）对，当一个新的链路状态数据包到达时，路由器检查这个数据包是否已经出现在上述观察到的列表中，若是新的数据包，则转发，若重复或过时则丢弃。
交换距离信息更新路由表示例
无穷计算问题
∞ 第1次交换后
∞ 第3次交换后
A
B
C
D
E
1
2
3
4 初始时
3
2
3
4 第1次交换后
3
4
3
4 第2次交换后
5
4
5
4 第3次交换后
5
6
5
6 第4次交换后
7
6
7
6 第5次交换后
7
8
7
8 第6次交换后
∞
∞
∞
∞
（b）
.
.
.
A
B
C
D
E
∞
∞
∞
∞ 初始时
1
路由算法（Routing Algorithm）
是网络层软件的一部分，负责所收到数据包发送到哪一条线路上。
路由选择算法应具有下列特性：正确性、简单性、鲁棒性、稳定性、公平性和最优性。
路由算法应该能够处理拓扑结构和流量方面的各种变化，而不能要求所有主机停止所有工作。
路由选择算法可以分为两大类：
01
∞
∞
1
2
∞
∞ 第2次交换后
1
2
3
1
2
3
4 第4次交换后
（a）
sdn路由算法
sdn路由算法
SDN（软件定义网络）的路由算法是一种基于软件的网络管理和控制方法，它将网络控制和数据转发功能分离，并使用集中式的控制器来管理网络中的所有交换设备。
SDN路由算法主要有以下几种：
1. 单路径路由算法：最常见的路由算法，通过确定单一的最佳路径将数据包从源节点发送到目标节点。
常用的单路径路由算法有最短路径算法、Bellman-Ford算法和Dijkstra算法等。
2. 多路径路由算法：在拓扑图中存在多条连接路径时，多路径路由算法可以同时利用这些路径，从而提高网络容量和性能。
常见的多路径路由算法有ECMP（等价多路径）和OSPF（开放最短路径优先）等。
3. 负载均衡路由算法：通过在网络中分配负载，将数据流量均衡地分发到多个路径上，从而避免单一路径过载的问题。
常用的负载均衡路由算法有随机路由、带宽感知路由和最短队列优先路由等。
4. 多组播路由算法：用于将组播数据从源节点发送到多个目标节点的路由算法。
常见的多组播路由算法有DVMRP（分布式组播路由协议）、PIM（组播协议独立模式）和CAMP（核心光网络依赖链路状态的自适应组播路由协议）等。
5. 安全路由算法：用于保护网络免受恶意攻击和未经授权的访问。
安全路由算法可以包括防火墙、访问控制列表（ACL）和
流量监测等技术，以保障网络的安全性和可靠性。
这些SDN路由算法可以根据网络的需求和拓扑结构选择合适的算法，以实现最佳的网络性能和效率。
计算机网络中的路由算法
计算机网络中的路由算法随着计算机网络技术的不断发展，网络规模不断扩大，对于数据交换的效率和可靠性的要求也越来越高。
在这种背景下，路由算法的设计和优化变得尤为重要。
本文将介绍计算机网络中常用的几种路由算法，并分析它们的优缺点。
1. 静态路由算法静态路由算法是最简单的一种路由算法。
它通过手动配置路由表，将每个目的网络对应的下一跳节点、距离等信息预先存储在路由表中，从而使路由选择过程变得简单、快速，并且不需要消耗网络带宽。
静态路由算法的优点是路由选择快速、可靠，而且不需要复杂的计算。
但是，它的缺点也非常明显，例如当网络的拓扑结构发生变化时，需要手动重新配置路由表，而且在网络规模较大时，手动配置路由表变得非常繁琐和耗时。
2. RIP路由算法RIP（Routing Information Protocol）是一种基于距离向量的路由算法。
它使用“距离”作为衡量网络拓扑的指标，计算到目的网络的距离。
具体而言，每个路由器都维护一个距离矩阵，其中存储着到其他网络的距离。
当一个路由器发现其他路由器发送的路由信息中包含更短的距离时，会更新自己的路由表，把更少的跳数作为最短路径。
RIP算法的优点是实现简单，算法运行效率高，并且可以自适应网络拓扑的变化。
但是，由于其基于距离向量的设计，每个节点只能获得本节点到距离最短的路径，无法感知全局网络拓扑，因此容易产生路由环路和路由震荡的问题。
3. OSPF路由算法OSPF（Open Shortest Path First）是一种基于链路状态的路由算法。
它使用“带宽”作为衡量网络拓扑的指标，通过广播链路上的信息，构建全网的拓扑图，并计算源节点到目的节点的最短路径。
与RIP算法不同，OSPF算法能够发现全局最短路径，并且可以通过配置不同的权重值来优化网络性能。
OSPF算法的优点是能够实现快速收敛，能够感知全局网络拓扑，并且能够根据网络环境的变化自动调整路由。
但是，由于其基于链路状态的设计，节点需要大量的内存和处理器资源来保存和处理链路状态，这就需要更高的硬件成本。
路由算法与路由协议
路由算法与路由协议
路由算法和路由协议是计算机网络中非常重要的概念。
路由算法是指在网络中选择最优路径的过程，而路由协议则是指网络中路由器之间通信的协议。
常用的路由算法包括距离矢量算法、链路状态算法和路径矩阵算法。
距离矢量算法以距离为基础来选择最优路径，链路状态算法则是通过收集邻居节点的信息来计算网络拓扑结构，从而选择最优路径。
路径矩阵算法则是通过计算矩阵来确定最优路径。
路由协议包括RIP、OSPF、BGP等。
RIP是一种基于距离矢量算
法的协议，其特点是简单易用，但是对于大型网络来说效率较低。
OSPF 是一种基于链路状态算法的协议，其特点是对于大型网络来说效率较高，但是配置相对较为复杂。
BGP是一种面向互联网的协议，其特点是可以实现自治系统之间的互联。
在实际应用中，路由算法和路由协议的选择需要根据网络的规模、性能要求等因素来确定，以实现最优的网络性能。
- 1 -。
常见的路由算法
常见的路由算法常见的路由算法路由算法是指为了用于在互联网之类的分组通讯网络中的数据包进行寻址所使用的一种算法。
其目的是为了能够掌握网络拓扑结构，更有效的使用网络资源，提供更好的服务质量，在众多的路由算法中，下面列出了一些常见的。
1. 链路状态路由协议（Link State Routing Protocol）链路状态路由协议是一种以网络中所有的节点为基础的路由协议，它的特点是在所有节点之间建立并保持一个网络状态数据库，每个节点首先会发出一个链路状态数据包来描述自己知道的其他节点的相关信息，并通过该信息计算出一张最短路径树。
LSRP一般都有洪泛问题，产生洪泛的原因在于每个节点的发出的链路状态数据包要发到整个网络中，所以数据包会不断传播，产生大量网络流量。
常见的LSRP有OSPF等。
2. 距离向量路由协议（Distance Vector Routing Protocol）距离向量路由协议是一种以自身节点所连接的邻居节点的路由信息为基础的协议，每个节点只知道自己所连接的邻居节点的路由信息，而不知道整张网络的拓扑结构。
DVRP算法通过递归与相邻节点交换距离向量信息来分配最短路径，因此它能够在网络中改变路由波动时使整个路由表保持一致。
常见的DVRP有RIP等。
3. 混合路由协议（Hybrid Routing Protocol）混合路由协议是链路状态和距离向量路由协议的混合体，它采用链路状态路由协议的优点，建立了一张网络拓扑地图；同时又采用距离向量路由协议的算法对网络进行遍历，它使用距离向量路由协议的性质表明每个路由器只需要与它的成邻接的路由器通信，这样可以大大减小链路状态路由协议产生的洪泛问题。
4. 路由发现协议（Route Discovery Protocol）路由发现协议通常是物理网络发挥作用的协议。
当网路中有一个新的路由器被连接时，路由器会通过路由发现协议来发现新路由器，这样数据就可以经过新路由器并到达目的地。
通信网络中的路由算法与协议
通信网络中的路由算法与协议通信网络中的路由算法与协议是保证数据在网络中传输的关键技术。
路由算法决定了数据包从源节点到目标节点的传输路径，而协议则规定了数据包在网络中的传输方式和规则。
本文将探讨通信网络中常用的路由算法与协议，以及它们的特点和应用。
一、介绍通信网络中的路由算法与协议是确保数据能够从源节点到目标节点传输的基础。
路由算法决定了数据包应该选择哪条路径进行传输，而协议则规定了数据包在网络中的传输方式和规则，例如数据包的封装和解封装、差错检测和恢复等。
二、路由算法1. 静态路由算法静态路由算法是指在网络建立完成后，路由路径固定不变的算法。
它的优点是简单、稳定，适用于网络结构稳定、流量预测准确的场景。
然而，静态路由算法无法应对网络拓扑变化和流量波动，效率较低。
2. 动态路由算法动态路由算法是根据网络实时状态和流量情况，动态地选择最优的路由路径进行数据传输的算法。
常见的动态路由算法包括距离矢量路由算法、链路状态路由算法和路径向量路由算法等。
它们的特点是能够适应网络拓扑变化和流量波动，具有较高的传输效率和容错性。
3. 自适应路由算法自适应路由算法是一种能够根据网络变化及时调整路由路径的算法。
它能够根据实时信息和网络反馈进行决策，提高路由的稳定性和灵活性。
自适应路由算法可以根据网络流量、带宽利用率等指标进行路由路径的选择，以提高整体网络的性能。
三、路由协议1. 距离矢量路由协议距离矢量路由协议是一种简单且易于实现的路由协议。
它通过每个节点向相邻节点发送自己到达目标节点的距离矢量信息，然后根据收到的信息更新自身的距离矢量表。
常见的距离矢量路由协议有RIP （Routing Information Protocol）和IGRP（Interior Gateway Routing Protocol）等。
2. 链路状态路由协议链路状态路由协议是一种基于节点之间链路状态信息的路由协议。
它通过每个节点向全网广播自身的链路状态信息，然后根据收到的信息计算最短路径，并构建整个网络的拓扑图。
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上述路径环路会通过R1、R2之间不断的路 由更新报文交换而解除，但是解除过程是 非常缓慢的。在出现路径环路之后，在下 一轮路由广播中，R1将向R2广播 （net1,R2,2)表项，R2收到此表项后，将 去往net1的路径改为（net1,R1,3）；
然后R2向R1通告（net1，R1,3）表项， R1将去往net1的路由项改为（net1，R2， 4）…
➢ 适应范围：支持较大规模的网络，最多可 支持几百台路由器。
➢ 快速收敛：在网络拓扑结构发生变化后立 即发送更新报文，使变化在自治系统中同 步
➢ 无自环：由于OSPF根据收集到的链路状态 用最短路径树算法（Dijkstra）计算路由， 从算法本身保证了不会生成自环路由。
➢ 区域划分：允许自制系统的网络被划分成 区域来管理。
快 65536 可进行区域划分
Dijkstra算法
➢ 在路由选择算法中都要用到求最短路径的 算法，最出名的就是Bellman-Ford算法和 Dijkstra算法。他们的主要思想：黑板分析。
DSR 路由协议简介
➢ 动态源路由协议(DSR,Dynamic Source Routing)是一种按需路由协议，它允许节点 动态地发现到达目的节点的多跳路由。
图2 OSPF中AS、主干和区域间的关系
OSPF协议的基本特点
➢ 向本自治系统中的所有路由器发送信息。 使用洪泛法（flooding）：路由器通过所有 输出端口向所有相邻的路由器发送信息， 这些相邻路由器又将此信息发给相邻路由 器（但不回传）。这样，最终整个路由器 都得到这个消息的一个副本。
➢ 发送的信息：与本路由器相邻的所有路由 器的链路状态。
➢ 当跳数超过15，RIP协议会认为目的地不可 达。因此，它只适应于中小型网络。
➢ RIP协议的位置在应用层，使用运输层的用 户数据报协议UDP进行传送，但是转发IP 数据报的过程是在网络层完成的。
RIP路由协议
➢ 如果网络中发生了故障，则故障路由器信 息可能要多次才能更新。此即RIP协议的特 点“坏消息传得慢，好消息传得快”，这 是因为网络的故障是由跳数不可达来表示 的，跳数不可达需要特殊为16时才可判为 不可达（后有实例）；而新的可达路由， 则直接转发即可，所以传得很快。
➢ 4，链路状态更新（link state update）分组：用 洪泛法对全网更新链路状态，这种分组是 最复杂的，也是OSPF协议的最核心的部分。 路由器使用这种分组将其链路状态通知给 邻站。
➢ 5，链路状态确认(link state acknowledgment)分 组：对链路更新分组的确认。
DSR路由建立过程
➢ 当节点要传送数据分组时，源节点先检查 缓存中是否有到信宿的路由信息，若有非 过期的路由则可直接采用，否则泛洪广播 发送路由请求分组。每个节点接收后，判 断是否有到目的节点的路由，若无，则将 自己的地址加入分组的路由记录并转发给 邻节点。若是目的节点则返回路由应答分 组，当源节点接收到路由回复后，路由发 现过程结束。
➢ 此外，OSPF对不同类型的业务可计算不同 的路由。
➢ 如果到同一目的网络有多条相同代价的路 径，那么将通信量分配给这几条路径。这 叫多路径间的负载平衡
➢ 所有在OSPF路由器之间交换的分组（链路 状态更新分组）都具有鉴别的功能，因而 保证了仅在可信赖的路由器之间交换链路 状态信息
➢ Hello分组的时间间隔：10s(点到点以及广 播类型接口)；30s（点到多点、nbma非广 播多路访问类型接口）
RIP路由协议
➢ 通过抵达目的地的最少条数（hop）来选取 最佳路径，默认每30秒向其相邻设置发出 一个包含整个路由表副本的RIP更新信息。
( 为了防止整个网络中参与RIP协议交互的 路由器同时广播路由更新报文从而造成网 络的拥塞，协议规定在30秒的基本更新时 间间隔上附加一个随机变化量，此变化量 为5秒。因此真正RIP协议实现中更新定时 器的值变化范围为25秒到35秒。)
➢ 收敛：自治系统中所有的节点都得到正确 的路由选择信息的过程
路由环路问题
图1 慢收敛问题实例
➢ 如图1所示，图中是一个正常的网络拓扑结 构，从R1可以直接到达net1，从R2经过R1 可到达net1。正常情况下，R2收到R1的距 离向量报文后，会建立一条路径 （net1,R1,1）。
➢ 现在假设从R1到net1的路径因故障而崩溃， 但R1依然能正常工作。R1一旦检测到net1 不可到达，它会立即将原来去往net1的路 径废除（将距离值设为16）。然后会出现 两种情况：
如此下去，直到路径长度变为16。也就 是说，要经过7次来回（至少30×7秒）路 径环路才可以消除。这就是所谓的慢收敛 问题。更为复杂的路由环路还有可能发生 在一系列路由器之间。
路由环路问题的解决
➢ 设置最大度量值：定义一个最大的距离值，表示 网络不可到达，停止距离值的增加，从而阻止路 由无限循环效时间：hello-interval的四倍； 若在此间隔内未收到对方的hello分组，怎 认为对端路由器已经失效。
➢ （rip协议里默认路由失效时间是180s）
RIP和OSPF的比较
比较项目
路由类型 算法
度量尺度
看到的网络拓扑结构 报文/分组的封装 更新周期
交换内容 收敛速度
跳数 区域划分
所谓“链路状态”就是说明本路由器都 和哪些路由器相邻，以及它们之间的“度 量”。OSPF里的度量用来表示距离、时延、 带宽等等。
OSPF位于网络层，不用UDP而是直接用 IP数据报传送。
OSPF协议的基本特点
➢ 只有当链路状态发生变化时，路由器才用 洪泛法向所有路由器发送更新信息。
由于各路由器之间频繁的交换链路状态 信息，因此所有路由器最终都能建立一个 链路状态数据库（link-state database ）,这 个数据库实际上就是全网的拓扑结构。也 就是说，每一个路由器都知道全网共有多 少个路游器，以及那些路由器是相连的， 其代价是多少等等信息。
路由算法简介
路由选择协议
➢ 路由获取方法 1, 直连路由：由链路层协议发现的，一般指
去往路由器的接口地址所在网段的路径. 2,静态路由：由网络规划者根据网络拓扑，
使用命令在路由器上配置的路由信息。 3,动态路由：路由器能够按照特定的算法自
动计算新的路由信息，适应网络拓扑结构 的变化
当一个分组在路由器中进行寻径时，路 由器首先查找静态路由，如果查到则根据 相应的静态路由转发分组，否则再查找动 态路由
距离矢量路由算法
➢ 也称Bellman-Ford算法。基本思想是每个 路由器维护一张表（一个矢量），表中列 出了当前已知的每个目标的最佳距离，以 及所使用的线路。相邻路由器之间相互交 换信息，不断更新内部的表。
➢ 常见的距离矢量路由算法：RIP和IGRP （Cisco专用协议）
距离矢量路由算法
➢ 路由的建立与更新：首先，路由器把与自 己活动端口直接相连的的网络地址写入路 由表，然后距离矢量路由协议定时把自己 的完整路由表传送给邻居路由器，并接受 传来的路由表，把距离矢量加1.
第一种，在收到来自R2的路由更新请求报文 之前，R1将修改后的路径（net1,R1,1）删除。这 时整个网络路由状态是正确的。
第二种，R2赶在R1发送新的更新路由报文之 前广播自己的路由更新报文，该报文中必然有一 条（net1,R1,1)表项，说明从R2出发，经过一个 路由器就可以到达net1。这时R1会根据此表项来 修改自已的路由表，产生关于net1的新路径 （net1,R2,2）。于是在R1与R2之间出现了路由环 路，如图1b所示。
➢ 等值路由：支持到同一目的的地址的多条 等值路由
➢ OSPF可以把一个自治系统划分为若干区域 （Area ),每个区域都有一个32bit的编号， 一个区域的拓扑结构对于自治系统的其余 部分是不可见的。这种信息的隐藏可以带 来路由信息量的显著降低，从而减少占用 的网络带宽。同时，域内的路由只由域本 身的拓扑结构决定，使其不受域外错误信 息的影响。
➢ 水平分裂：通过限制路由表的单向传递，即从不 将来自某一端口的路由表回传，减少无效路由信 息的传递。
➢ 反向路由中毒：当路由器监测到某一端口偶断开 连接后，直接把距离值设为无穷大，然后向其他 路由器发出更新信息。
➢ 保持定时器：这种方法是在网络断开时， 暂时阻止路由器的正常更新。
➢ 触发更新：为了加速收敛，在路由表发生 变化的时候，路由器立即向邻居发出路由 更新信息。
RIP
距离矢量路由协议 Bllman-ford算法 跳数
从网络邻居的角度观察网络拓扑结构
UDP，端口号520 周期更新（30s）
整个路由表 好消息快，坏消息慢
15 不支持
OSPF 链路状态路由协议
Dijkstra算法 代价（cost） 得到整个网络的拓扑结构
IP。协议号89 事件触发更新 只更新链路发生变化的路由表
障链路的路由，并重新发起一个路由发现 过程。
DSR优点
➢ ①节点仅需要维护与之通信的节点的路由， 减少了协议开销；
➢ ②使用路由缓存技术减少了路由发现的耗 费；
➢ ③一次路由发现过程可能会产生多条到目 的节点的路由；
➢ ④对链路的对称性无要求。
DSR缺点
➢ ①每个数据报文的头部都需要携带路由信 息，数据包的额外开销较大；
➢ ②路由请求消息采用泛洪方式，相邻节点 路由请求消息可能发生传播冲突并可能会 产生重复广播；
➢ ③由于缓存，过期路由会影响路由选择的 准确性等。
➢ 因此,现阶段以DSR路由协议为基础的各种 协议都趋向于避其弊用其利，通过对DSR 路由协议进行改进或扩展，以期能设计出 满足Ad Hoc网络高动态变化，低能耗及低 延迟等要求的路由协议。
OSPF分组
➢ 五种分组类型 1，问候（hello）分组：用来发现和维持邻站的
可达性。 2，数据库描述分组（Database Description）：