基于成本最优的IP路由算法

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计算机网络课后习题参考答案第四章

第四章网络层1.网络层向上提供的服务有哪两种？是比较其优缺点。

网络层向运输层提供“面向连接”虚电路（Virtual Circuit）服务或“无连接”数据报服务前者预约了双方通信所需的一切网络资源。

优点是能提供服务质量的承诺。

即所传送的分组不出错、丢失、重复和失序（不按序列到达终点），也保证分组传送的时限，缺点是路由器复杂，网络成本高；后者无网络资源障碍，尽力而为，优缺点与前者互易2.网络互连有何实际意义？进行网络互连时，有哪些共同的问题需要解决？网络互联可扩大用户共享资源范围和更大的通信区域进行网络互连时，需要解决共同的问题有：不同的寻址方案不同的最大分组长度不同的网络接入机制不同的超时控制不同的差错恢复方法不同的状态报告方法不同的路由选择技术不同的用户接入控制不同的服务（面向连接服务和无连接服务）不同的管理与控制方式3.作为中间设备，转发器、网桥、路由器和网关有何区别？中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。

物理层中继系统：转发器(repeater)。

数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)。

网络层中继系统：路由器(router)。

网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。

网络层以上的中继系统：网关(gateway)。

4.试简单说明下列协议的作用：IP、ARP、RARP和ICMP。

IP协议：实现网络互连。

使参与互连的性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。

网际协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一，与IP协议配套使用的还有四个协议。

ARP协议：是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。

RARP：是解决同一个局域网上的主机或路由器的硬件地址和IP地址的映射问题。

ICMP：提供差错报告和询问报文，以提高IP数据交付成功的机会因特网组管理协议IGMP：用于探寻、转发本局域网内的组成员关系。

5.IP地址分为几类？各如何表示？IP地址的主要特点是什么？分为ABCDE 5类;每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号host-id，它标志该主机（或路由器）。

一种新型IP数据链网络路由算法模型

关键词：Ｉ据链网络；由算法模型；Ｐ数路网络层；Ｉ由协议Ｐ路
中图分类号：Ｎ１Ｔ９５文献标志码：Ａｄｉ１．９９ｊｉｎ１０ —８３．０２０．３ｏ：０３６／．ｓ．０１９ｘ２１．６０３ｓ
ＡｗｕｉｇＡｌｏｉｈｏｅｏＰＤａａＬｉｔｒＮｅＲｏｔｎｇｒｔｍＭｄｌｆｒＩｔｎｋＮｅｗｏｋ
ｍｏｅａｉｆｅｈｎｅｒｔｎｒｑｉｍｅｔｏｔｌａｔｔｒｅｄｆｅｎａａｌｎｅｏｋ．Ｔｅｓｍｕａｉｎｒｓｌｄｌｓｔｉｓｔｅｉｔｇａｉｕｒｓｏｅｅｎｆａｅｓｈｉｒｔｄｔｉｋｎｔｒｓｈｉｌｔｕｔｅｅｗｏｅ
种高速、带、于Ｉ宽基Ｐ协议的网络通信系统，将空可中平台与陆基全球信息栅格（Ｉ节点连接在一ＧＧ）起，用Ｉ术，将网络建立时间缩短到５Ｓ利Ｐ技可；ＡＮ是美军重点发展的一个项目，本质是在中继Ｃ其通信的基础上，提供ＩＰ数据报的路由功能。通过对美军各种新型数据链的研究可以看到，运用Ｉ术Ｐ技
第５卷第６２期
２１０２年６月
电讯技术
ＴｌｃｍｕｉｔｎＥ￣ｅｆｇｅｏｍｎａｏｎｎｅｎｅｃｉｉ
Ｖ１５Ｎｏ６ｏ．２．
Ｊｎ０２ｕ．２１
文章编号：０１９Ｘ２１）６—０９１０ —８３（０２０９２—０５

宽带IP网络基于QoS的路由算法

ｌ基本概念
１１ＱＳ度量（ｔｃ．ｏＭｅｉ）ｒ
在Ｉ络中ＱＳ度量一般有以下几种：宽、延、延Ｐ网ｏ带时时
抖动、数、济费用．包率和可靠性等。Ｉ网络是逐级跳跳经丢Ｐ
流模型，于每一流的ＱＳ路由处理有待进一步的研究。文章对ｏ后面所讨论的ＱＳ路由问题，仍然考虑的是综合服务模型的ｏ
络需要提供请求的ＱＳ服务质量）证，就需要基于ＱＳ的ｏ（保这ｏ路由。般来讲。ｏ一ＱＳ路由要达到两个目标：方面要满足应用一的ＱＳ请求，ｏ另一方面还要优化网络的资源利用率【ｌ】。
维普资讯
宽带ＩＰ网络基于ＱｏＳ的路由算法
常恒张凌汤立群

（南理工大学网络中心，州５０４）华广１６０
Ｅ—ｍａｌｈｈａｇｓｕ．ｄｕ．ｉ：ｃｎ＠ｃｔｅｅｎ
摘要文章简要介绍了网络服务质量路由问题，究了一种在综合服务（ｔｅｖ网络模型下保证服务质量的路由算研１Ｓｒ）ｎ法，对该算法提出了一定的改进，而提高了算法的性能。并从
Ａｓｒｃ：ＴｉｐｐｒｂｅｙｐｅｅｔｔｅＱＳｒｕｉｒｂｅｎｔｅｎｔｏｋａｄｄｓｕｓｓａＱＳｒｕｉｇａｏｉｍｂｔａｔｈｓａｅｒｆｒｓｎｓｈｏｏｔｇｐｏｌｉｈｅｒ，ｎｉｓｏｏｔｌｒｈｉｌｎｍｗｃｅｎｇｔ

路由算法区分管理距离和最大跳数具体原理

路由算法区分管理距离和最大跳数具体原理路由器(Router)，是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。

管理距离就是人为指定的一个数字，由这个数字来代表路由协议的优先度，数字越小越优先采用这个路由协议通告的路由。

本文主要内容是利用路由算法区分管理距离和最大跳数方法步骤管理距离就是人为指定的一个数字，由这个数字来代表路由协议的优先度，数字越小越优先采用这个路由协议通告的路由。

比如静态路由的默认的管理距离是0，rip是120，如果到达某个网段的路由通告由这两个同时通告，则会采用静态路由通告的路径。

最大跳数主要是针对的距离矢量的路由协议来说的，是说的这样的路由协议能把一个路由通告传送过最多多少个路由器。

比如说rip的最大跳数是15，则有rip协议传输通告的某个路由只可以通过15次路由器(重复通过也算做一次) ，如果第16次到达某个路由器，则这个路由器会认为这个传送过来的路由是不可到达的。

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(Distance Vector Routing Protocol)和链路状态路由协议(Link State Routing Protocol)。

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(Shortest Path First，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。

计算机网络的路由协议

计算机网络的路由协议计算机网络的路由协议是计算机网络中一种非常重要且必不可少的通信协议，用于在网络中寻找合适的路径，将数据包从源地址发送到目的地址。

在当今互联网时代中，路由协议对于数据信息的传输速度、可靠性和安全性等方面都起着至关重要的作用。

本文将从路由协议的定义、工作原理、分类以及最常用的路由协议四个方面来探讨计算机网络的路由协议。

一、路由协议的定义简单地说，路由协议就是一组规则，用以在网络中实现数据包的转发。

它通过将数据包从源地址发送到目的地址的路径寻找，实现网络通信。

路由协议通常采用“跳数”与“成本”等指标来决策最优路径，以提高网络性能的同时也保证了网络的可靠传输。

二、路由协议的工作原理路由协议的工作原理可以用以下步骤来描述：1、当一个数据包产生时，它会被发送到通信网络上。

2、路由器会接收到来自通信网络上的数据包，然后尝试查找最佳路径。

为了做出最佳决策，路由器需要评估它与每个连接的成本，并且通过跳数等指标来判断该路径是否可用。

3、一旦路由器决策出最佳路径，就会将该数据包发送到最佳路径上，以最短的时间和距离将数据包从源地址发送到目的地址。

4、在数据包到达目的地址之前，它可能会经历多个路由节点。

每个节点将检查下一跳的最优路径，并沿着路径继续转发。

最后，当数据包到达目的地时，路由器或者交换机将重新组装所有的数据包，并将其发送到接受方。

三、路由协议的分类1、静态路由协议静态路由协议是一种手动配置路由表的方法，它需要管理员手动添加或删除路由规则。

这种协议适用于网络规模较小的情况，例如家庭局域网或小型企业网络。

静态路由协议的优点是灵活性较高，因为管理员可以手动控制路由规则，从而使网络更加安全，并且不会降低网络的性能。

缺点是手动添加和修改路由规则需要一定的技术水平，并且在网络拓扑变化时，需要手动更新路由表，比较繁琐。

2、动态路由协议动态路由协议是一种自动配置路由表的方法。

它可以监测网络拓扑变化，并使用每一个节点的路由表信息来计算网络中的最短路径。

ZigBee的无线传输

基于zigbee1、引言建立基于实时数据库的生产信息管理系统，实现对控制装置的数据上传，实时数据监测，形成一个工业控制网络是现代企业工业化管理的特征，如图1。

随着计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的相互渗透、结合，无线通讯技术逐渐在工业控制领域，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供无线数据链路，特别是在一些特殊环境下弥补有线网络的不足，进一步完善工业控制网络的通信性能，成为工业通信的新宠。

在GPRS、蓝牙、WiFi、ZigBee等无线通信标准中，ZigBee以功耗低、可靠性高、网络容量大、时延小、成本低等优点在工业通信领域脱颖而出。

图1ZigBee是由ZigBee Alliance（ZigBee联盟）制定的无线网络协议，是一种近距离、低功耗、低数据速率、低复杂度、低成本的双向无线接入技术，主要适合于自动控制和远程监控领域。

ZigBee联盟在制定ZigBee标准时，采用了 IEEE802. 15. 4协议作为其物理层和媒体接入层规范。

在其基础之上，ZigBee 联盟制定了网络层(NWK)和应用编程接口(API)规范,并负责高层应用、测试和市场推广等方面的工作,见图2。

图22、IEEE802.15.4协议2.1 物理层IEEE802.15.4定义了两个物理层标准，分别是2.4 GHz物理层和868/915MHz物理层。

两个物理层都基于DSSS（Direct Sequence SpreadSpectrum，直接序列扩频）技术，使用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。

2.4GHz波段为全球统一的无需申请的ISM 频段，划分成l6个信道, 码元速率为62.5kbaud，采用了l6进制正交调制，用码片长度为8的伪随机码直接扩频技术,能够提供250kb/s的传输速率.868MHz频段是欧洲的ISM 频段，有1个信道，数据传输速率为20kb ／s。

基于多分支优先级树的IP路由查找算法

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣｏｎｃｅｒｎｉｎｇｔｈｅｌｏｗｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙｏｆｐｒｅｓｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｏｆＩＰｌｏｏｋｕｐ，ａｎｅｗｄａｔａｌｏｏｋｕｐｌｇａｏｉｒｔｈｍｂａｓｅｄｏｎＭｕｌｔｉ — Ｂｉｔ
ＨＵＡＮＧＳｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＷｅｉ。ＷＵＣｈｕａｎｃｈｕａｎ，ＣＨＥＮＳｈｅｎｇｌａｎ
（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｆｏＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６５，Ｃｈｉｎａ）
优先级较高的前缀依次存储在原多分支树的虚节点上，将需要进行扩展的前缀存储在辅助存储结构中，从而在路由查找时，该方法可在内部节点找到最长前缀匹配而无需查找到叶子节点，同时避免了在路由表更新时对路由表的重建。仿真结果表明，提出的查找算法能够有效减少在对路由表查找、插入和删除操作所需的内存访问次数，并大幅度
ｔｉｒｅｓｉｎｐｒｏｐｅｒｏｒｄｅｒａｎｄｓｔｏｉｒｎｇｔｈｅｐｒｅｉｆｘｅｓｆｏｒｂｅｉｎｇｅｘｔｅｎｄｅｄｉｎａｎａｕｘｉｌｉａｒｙｓｔｏｒａｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｉｓａｌｇｏｉｔｒｈｍｔｉｒｅｄｔｏｍａｋｅｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｆｎｄｔｈｅｌｏｎｇｅｓｔｍａｔｃｈｉｎｇｐｒｅｉｆｘｉｎｔｈｅｉｎｔｅｎａｒｌｎｏｄｅｉｎｓｔｅａｄｏｆｔｈｅｌｅａｆｎｏｄｅ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｌｇａｏｉｔｒｈｍａｖｏｉｄｅｄ

路由ospf的配置

Date: 10 March 2011
IT Education & Training
计算机网络互联技术
计算机系邹瑞源
Date: 10 March 2011
IT Education & Training
OSPF简介
• OSPF是一种典型的链路状态路由协议。采用 OSPF的路由器彼此交换并保存整个网络的链路信息，从而掌握全网的拓扑结构，独立计算路由。 • OSPF作为一种内部网关协议（Interior Gateway Protocol，IGP），用于在同一个自治域（AS）中的路由器之间发布路由信息。区别于距离矢量协议(RIP)，OSPF具有支持大型网络、路由收敛快、占用网络资源少等优点，在目前应用的路由协议中占有相当重要的地位。
Date: 10 March 2011
IT Education & Training
OSPF简介
• 开放的国际标准 • Shortest path first (SPF最短路径优先算法最短路径优先) 最短路径优先 • 链路状态路由协议
Date: 10 March 2011
IT Education & Training
广播型多路访问网络
•进行DR选举 •邻居只与DR和DBR形成邻接关系
Date: 10 March 2011
IT Education & Training
必要时进行DR选举
• DR与BDR的选举取决于路由器的优先级
可通过接口配置模式 ip ospf priority 命令修改该路由器的优先级
• 如果优先级相同，则比较Router ID。
增加链路状态条目
Date: 10 March 2011

IP_forwarding_algorithms

前缀扩展的目的是为了获得一组长度差异较小的前缀集合，以利于快速查找。
查找算法使用的辅助策略（2）

独立前缀转化

将地址前缀集转化为一组不相交的前缀集所有的前缀节点都出现在叶子节点
查找算法使用的辅助策略（3）

压缩技术

压缩前缀扩展造成的信息冗余从压缩数据中恢复原有信息不应过于复杂
择合适的步宽。使用某种优化策略，使在搜索深度固定的情况下整个树的存储空间最小。

多分支Trie的优化（2）
TBL24
TBLlong

24-8多分支trie快速查找算法的硬件实现查找最多只需要两次访存；采用硬件流水线技术，实际上只需要一次访存的时间。算法要求的内存空间比较大。
多分支Trie的优化（3）

地址前缀与地址聚合

IP编址方案最初使用一个简单的二层结构：上层为网络，下层为主机。这个分层结构反映在IP地址上，就是IP地址由两个部分组成：网络地址部分（地址前缀）和主机地址部分。地址前缀的两种表示方法：

不大于32比特的比特串跟上一个*，比如：1000001001010110* 带点十进制表示加上地址前缀长度，比如：130.86/16

查找算法使用的辅助策略（1）

前缀扩展（prefix expansion）

将一条长度较短的地址前缀展开成多条长度较长的地址前缀集合，这个前缀集的转发信息就是原来地址前缀所对应的转发信息。例如：前缀1*的地址范围可以用前缀10*和11*来涵盖，也可以用前缀100*、101*、110*和111*来涵盖。
0 1 011 100 110 marker 111 marker 010 marker 1100 1101 1110 1111 0100 marker 01000