计算机网络网络层路由算法
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。
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
网络层的主要功能
网络层的主要功能
网络层是计算机网络体系结构中的一层，它的主要功能是提供分组交换和转发服务，实现数据在不同网络节点之间的传输。
网络层的主要功能包括：
1. 路由选择：网络层通过路由选择算法，选择合适的路径将数据包从源主机传送到目的主机。路由选择的目标是找到最佳路径，即最短传输时间或最小传输成本，以提高网络的性能和效率。
2. 分组交换：网络层将数据分成较小的数据包（分组），并对它们进行编号和寻址，以便在传输过程中进行排序和重组。分组交换可以有效利用网络资源，提高网络的带宽利用率。
3. 路由转发：网络层根据数据包的目的地址进行转发，将数据包从源主机路由到目的主机。转发过程是根据路由表中存储的路由信息来确定下一跳的节点，将数据包发送给正确的输出接口。
4. IP地址分配和管理：网络层负责给主机分配唯一的IP地址，以便在网络中进行识别和寻址。它还管理IP地址的分配和回收，确保地址的有效使用和管理。
5. 数据链路层封装：网络层将上层传输层提供的数据进行封装，添加网络层的头部信息和尾部校验信息，以便进行数据的传输和路由选择。
6. 网络互联：网络层实现不同的网络之间的互联，通过路由器连接不同的网络，使得数据包可以跨越不同的网络传输。
7. 拥塞控制：网络层负责监测网络的拥塞情况，并采取相应的措施来减轻拥塞，如流量控制、拥塞避免和拥塞恢复等。
8. 数据安全性和隐私保护：网络层可以对传输的数据进行加密和身份认证等安全机制，保护数据的安全性和隐私。
通过实现这些功能，网络层能够有效地管理和传送数据，在网络中实现可靠和高效的通信。
三层路由原理
三层路由原理
在计算机网络中，路由是实现网络间通信的重要组成部分。而三层路由则是指在网络层使用路由器进行数据包转发和路由选择的一种机制。本文将从三层路由的定义、作用、工作原理和实现方式等方面进行详细介绍。
一、三层路由的定义和作用
三层路由是指在网络层使用路由器进行数据包转发和路由选择的一种机制。它是在网络中实现不同网络之间通信的关键技术之一。通过三层路由，可以实现不同网络之间的数据传输和路由选择，确保数据包能够快速、准确地到达目的地。
三层路由的作用主要有以下几点：
1. 分割网络：通过三层路由，可以将一个大型网络划分成多个子网，提高网络的可管理性和安全性。
2. 实现路由选择：三层路由器可以根据不同的路由选择算法，选择最佳的路径来转发数据包，提高网络的传输效率和质量。
3. 支持不同协议：三层路由器可以支持多种不同的网络协议，如IP、IPv6等，实现不同网络之间的互联互通。
二、三层路由的工作原理
三层路由的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：
1. 数据包的接收：当三层路由器接收到一个数据包时，会先检查数
据包的目的IP地址。
2. 路由表的查询：三层路由器会查询自己的路由表，查找与目的IP 地址匹配的路由条目。
3. 路由选择：根据路由表中的路由条目，三层路由器会选择最佳的路径来转发数据包。这个选择过程可以根据不同的路由选择算法进行，如静态路由、动态路由等。
4. 数据包的转发：选定了最佳路径后，三层路由器会将数据包转发到相应的出接口，并更新数据包的目的MAC地址。
5. 数据包的发送：三层路由器将数据包发送到下一跳路由器或目的主机，完成数据包的传输。
计算机网络技术基础
计算机网络技术基础
随着当今社会信息化的发展，计算机网络技术已经发挥着越来越重要的作用，为计算机应用领域带来了巨大的变革。计算机网络技术基础是当今计算机互联网技术研究领域和实际应用领域的基本要求。本文主要介绍计算机网络技术基础，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层等，以及网络通信协议的基本知识。
计算机网络技术的基础是物理层，它是计算机网络的最底层，也是所有网络技术的事实基础，把数据传输物理介质连接起来，保证传输的可靠性。物理层把传输数据分成若干比特序列，把这些比特序列以物理信号（电信号、光信号等）的形式传输出去，保证数据在传输过程中正确无误。
在物理层之上，是数据链路层，它是网络传输中最重要的一层。数据链路层把物理层中传输的比特流分割成若干相邻的帧，每个帧由源节点和目的节点的地址组成，以标识数据的发送和接收方。同时，数据链路层还提供了网络节点互相之间的介质访问控制（MAC），确保同一时间只有一个节点可以访问网络传输介质。另外，数据链路层也提供了数据流的差错检测和校验功能，确保数据传输的准确度和可靠性。
接下来是网络层，网络层是计算机网络结构中的重要一层，它主要负责数据的路由和传输，也是计算机网络的逻辑链接，把不同的网络节点联系起来，实现网络的拓扑结构。网络层通过路由算法实现数
据传输的路径规划，并给出最优路径，同时还提供了数据包的分片技术，把长数据包分割成若干小数据包，减少网络负担，提高网络传输效率。
随后是传输层，传输层是网络层之上的一层，它是网络应用程序与网络之间的接口，负责虚拟连接的建立和管理。传输层主要提供以下功能：（1）数据的端到端传输；（2）传输的拥塞控制，检测网络的拥塞状况，防止网络拥塞；（3）流量控制，保证网络传输的实时性；（4）连接的管理，负责连接的建立、维护等工作；（5）传输数据的可靠性，保证数据可以正确传输到目的地。
计算机网络网络层路由算法
路由器B的状态包缓冲区 特殊情况：如果一个重复数据包到来时，原来 的数据包仍然在缓冲区。此时标志位的变化。C 的副本从F到达，那么标志位变为100011.
计算新路由：利用Dijikstra算法。
链路状态路由算法优点：没有慢收敛问题。
5.2.6 层次路由
原理：路由器被划成了区域，每个路 由器知道如何将数据包路由到自己所 在区域内的目标地址，但是对于其他 区域的内部结构毫不知情，当不同的 网络相互连在一起，很自然地就会将 每个网络当做一个独立的区域，一个 网络中的路由器并不知道其他路由器 的拓扑结构。 对于大型网络，两级层次结构可能不 够，一般将区域组织成簇，将簇组织 成区，将区组织成群。
一个网络示例
链路状态包
分发链路状态数据包 （1）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。 （2）改进方法：当数据包被泛洪到其 他路由器时并没有被立即排入队列等待， 首先放到保留区。在它被转发出去前另 一个来自同一源路由器的链路状态数据 包也到来，就比较他们的序号来判定转 发哪一个。
5.2.3 泛洪算法
计算机网络课程教案(优质)
计算机网络课程教案(优质)
一、教学内容
本节课的教学内容来自于教材《计算机网络》的第四章，主要内容包括：网络层服务、路由算法、分组转发与拥塞控制。本节课将围绕这些内容展开，使学生了解网络层的基本概念，理解路由算法的原理，掌握分组转发与拥塞控制的技术。
二、教学目标
1. 让学生掌握网络层的基本服务，理解网络层在计算机网络中的作用。
2. 使学生了解路由算法的种类及原理，提高他们在实际应用中选择合适路由算法的能力。
3. 让学生掌握分组转发与拥塞控制的技术，提高网络传输效率。
三、教学难点与重点
重点：网络层服务、路由算法、分组转发与拥塞控制。
难点：路由算法的设计原理、拥塞控制的实现方法。
四、教具与学具准备
教具：多媒体教学设备、网络拓扑图、PPT。
学具：笔记本电脑、网络实验设备。
五、教学过程
1. 实践情景引入：通过一个网络故障案例，引导学生思考网络层的作用。
2. 教材讲解：详细讲解网络层的服务、路由算法、分组转发与拥塞控制的概念和原理。
3. 例题讲解：分析典型例题，让学生理解路由算法和拥塞控制的
应用。
4. 随堂练习：让学生根据所学内容，完成一些相关的练习题，巩
固所学知识。
5. 课堂讨论：组织学生就网络层服务、路由算法、分组转发与拥
塞控制的技术展开讨论，提高他们的实际应用能力。
6. 网络实验：让学生动手进行网络实验，验证所学知识。
六、板书设计
板书内容主要包括网络层服务、路由算法、分组转发与拥塞控制
的概念、原理和流程。通过板书，帮助学生清晰地理解所学知识。
七、作业设计
1. 题目：请简述网络层的服务。
答案：网络层的服务主要包括数据传输、路由选择、拥塞控制等。
知识点归纳 计算机网络中的路由算法与拓扑结构
知识点归纳计算机网络中的路由算法与拓扑
结构
计算机网络中的路由算法与拓扑结构
在计算机网络中，路由算法和拓扑结构是网络通信中两个重要的概念。路由算法决定了数据包在网络中的传输路径，而拓扑结构则决定
了网络中连接节点的布局和关系。本文将对计算机网络中的路由算法
和拓扑结构进行归纳和总结。
一、路由算法
路由算法是指在计算机网络中，根据一定的规则和策略来选择数据
包传输的路径。常见的路由算法有静态路由和动态路由。
1.静态路由
静态路由是指在网络中的路径选择固定不变，由系统管理员手动配置。这种路由算法简单直接，适用于小型网络或者网络结构稳定的环境。静态路由的优点是易于管理和维护，并且消耗的网络资源较少。
然而，它的缺点是无法适应网络拓扑结构的变化，当网络规模扩大或
者有节点故障时，静态路由会导致网络传输效率低下。
2.动态路由
动态路由是指根据网络拓扑结构的变化和节点之间的通信负载，自
动选择最佳的传输路径。动态路由使用一定的算法来实时计算和更新
网络的路由表，包括距离矢量路由协议和链路状态路由协议两种方式。
距离矢量路由协议（Distance Vector Routing Protocol，简称DVRP）是一种基于距离信息的路由算法。它通过周期性地向相邻路由器发送
路由更新信息，来判断最佳路径和网络拓扑结构。常见的距离矢量路
由协议有RIP（Routing Information Protocol）和IGRP（Interior Gateway Routing Protocol）。
链路状态路由协议（Link State Routing Protocol，简称LSRP）是一
路由器原理及常用的路由协议、路由算法
路由器原理及常用的路由协议、 路由算法
大家好，今天瑞哥给大家分享路由器原理及常用的路由协议、路由算法。
•1网络互连
•1.1网桥互连的网络
•1.2路由器互连网络
•2路由原理
•3路由协议
• 3.1R IP路由协议
• 3.2OSPF路由协议
•33 B GP和BGP-4路由协议
• 3.4路由表项的优先问题
•4路由算法
•5新一代路由器
路由器工作在OSI模型中的第三层，即网络层。路由器利用网络层定义的“逻辑“上的网络地址（即IP地址）来区别不同的网络，实现网络的互连和隔离，保持各个网络的独立性。路由器不转发广播消息……
近十年来，随着计算机网络规模的不断扩大，大型互联网络（如Internet)的迅猛发展，路由技术在网络技术中已逐渐成为关键部分，路由器也随之成为最重要的网络设备。用户的需求推动着路由技术的发展和路由器的普及，人们已经不满足千仅在本地网络上共享信息，而希望最大限度地利用全球各个地区、各种类型的网络资源。而在目前的情况下，任何一个有一定规模的计算机网络（如企业网、校园网、智能大厦等），无论采用的
路由器的分组转发的设计与实现均基于软件，在转发过程中对分组的处理要经过许多环节，转发过程复杂，使得分组转发的速率较慢。另外，由千路由器是网络互连的关键设备，是网络与其它网络进行通信的一个“关口”，对其安全性有很高的要求，因此路由器中各种附加的安全措施增加了CPU的负担，这样就使得路由器成为整个互联网上的瓶颈”。
传统的路由器在转发每一个分组时，都要进行一系列的复杂操作，包括路由查找、访问控制表匹配、地址解析、优先级管理以及其它的附加操作。这一系列的操作大大影响了路由器的性能与效率，降低了分组转发速率和转发的吞吐量，增加了CPU的负担。而经过路由器的前后分组间的相关性很大，具有相同目的地址和源地址的分组往往连续到达，这为分组的快速转发提供了实现的可能与依据。新一代路由器，如IP Switch、Tag Switch等，就是采用这一设计思想用硬件来实现快速转发，大大提高了路由器的性能与效率。
计算机网络原理 路由算法
计算机网络原理路由算法
网络层的主要功能是将分组从源计算机通过所选定的路由送到目标计算机中。在大多数子网中，分组需要经过多次转发才能到达目的地。广播式网络是惟一一个值得指出的例外，但即使是在广播式网络中，如果源机器和目标机器不在同一个网络中，仍然有路由选择的问题。路由选择算法及其使用的数据结构是网络层设计主要的内容。
路由算法（Routing Algorithm）是网络层软件的一部分，它负责确定所收到的分组应该被传送的线路。如果子网内部采用数据报，那么路由器需要对每一个收到的数据分组重新作路由选择，因为对第一个分组来说，上次选择的最佳到达路径可能已被除改变。但是，如果子网内部采用虚电路，当建立健一条新的虚电路时，仅需要作一次路由选择，以后，数据分组就在这条已经建立的路径上传递。后一种情况有时又称作会话路由选择（Session Routing），因为在整个用户会话过程中，传输路径必须保持有效（例如终端上的登录会话或文件传输期间）。
不管是针对每个分组单独地选择路由，还是只有建立新连接的时候才选择路由，我们总希望路由选择算法中具有这些特性：正确性、简单性、健壮性、稳定性、公平性和最优性。正确性和简单性不需要多加解释，但对健壮性的要求则并不显然。一旦一个重要的网络投入运行，它有可能需要连续无误的运行数年。在这期间，将会出现各种各样的硬件和软件错误。主机、路由器和线路可能会增加或撤除，网络拓扑结构也可能会发生多次变化。路由选择算法应该能够妥善处理拓扑结构和流量的变化，而不会使所有主机都停止工作，并且每当某台路由器崩溃时，不需要重新启动该网络。
计算机网络基础-4-网络层
计算机⽹络基础-4-⽹络层
⽹络层
⼀、虚电路和数据报
在计算机⽹络领域，⽹络层应该向运输层提供怎样的服务(“⾯向连接”还是“⽆连接”)曾引起了长期的争论。争论焦点的实质就是：在计算机通信中，
可靠交付应当由谁来负责？是⽹络还是端系统。于是就产⽣了两种形式：虚电路和数据报。
1.虚电路
观点：让⽹络负责可靠交付。认为应借助于电信⽹的成功经验，让⽹络负责可靠交付，计算机⽹络应模仿电信⽹络，使⽤⾯向连接的通信⽅式。通信之前应先
建⽴虚电路，以保证双⽅通信所需的⼀切⽹络资源。如果再使⽤可靠传输的⽹络协议，就可使所发送的分组⽆差错按序到达终点，不丢失、不重复。
2.数据报
互联⽹的先驱者提出了⼀种崭新的⽹络设计思路。⽹络层向上只提供简单灵活的、⽆连接的、尽最⼤努⼒交付的数据报服务。⽹络在发送分组时不需要先建⽴
连接。每⼀个分组(即IP数据报)独⽴发送，与其前后的分组⽆关(不进⾏编号)。⽹络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组可能会出错、丢失、重复和失序(不按
序到达终点)，当然也不保证分组传送的时限。
由于传输⽹络不提供端到端的可靠性传输服务，这就使⽹络中的路由器可以做得⽐较简单，⽽且价格低廉(同电信⽹的交换机⽐较)。如果主机(即端系统)中的进程
之间的通信需要是可靠的，那么就由⽹络的主机中的运输层负责可靠交付(包括差错处理、流量控制等)。采⽤这种设计思路的好处是：⽹络的造价⼤⼤降低，运⾏⽅式
灵活，能够适应多种应⽤。互联⽹能够发展到今天的规模，充分证明了当采⽤这种设计思路的正确性。
3.虚电路和数据报对⽐
计算机网络-网络层-路由算法
计算机⽹络-⽹络层-路由算法
计算机⽹络-⽹络层-路由算法
最优化原则
1.最佳路径的每⼀部分也是最佳路径
如果路由器J在从路由器I到K的最优路径上，那么从J到K的最优路径必定沿着同样的路由路径
2.通往路由器的所有最佳路径的并集是⼀棵称为汇集树
3.路由算法的⽬的
为所有路由器找出并使⽤汇集树
最短路径路由
Dijkstra算法
1.每个节点⽤从源节点沿已知最佳路径到该节点的距离来标注，标注分为临时性标注和永久性标注
2.初始时，所有节点都为临时性标注，标注为⽆穷⼤
3.将源节点标注为0，且为永久性标注，并令其为⼯作节点
4.检查与⼯作节点相邻的临时性节点，若该节点到⼯作节点的距离与⼯作节点的标注之和⼩于该节点的标注，则⽤新计算得到的和重新标注该节点
5.在整个图中查找具有最⼩值的临时性标注节点，将其变为永久性节点，并成为下⼀轮检查的⼯作节点
6.重复第四、五步，直到⽬的节点成为⼯作节点
泛洪算法
描述
⼀种将数据包发送到所有⽹络节点的简单⽅法,每个节点通过将其发送到所有其他链接之外来泛洪在传⼊链接上接收到的新数据包，它属于静态算法
问题
重复的数据包，由于循环可能会⽆限多
节点需要跟踪已泛洪的数据包以阻⽌洪泛
即使在跳数上使⽤限制也会成倍爆炸
两种解决措施
每个数据包的头中包含⼀个跳计数器，每经过⼀跳后该计数器减1，为0时则丢弃该数据包
记录哪些数据包已经被扩散了，从⽽避免再次发送这些数据包。⽅法：
1.每个数据包头⼀个序号，每次发送新数据包时加1
2.每个路由器记录下它所看到的所有(源路由器，序号)对
3.当⼀个数据包到达时，路由器检查这个数据包，若是重复的，就不再扩散了
计算机网络中的路由算法
计算机网络中的路由算法
计算机网络中的路由算法是网络通信中非常重要的一部分，它决定了数据在网络中的传输路径。路由算法的设计和选择对网络的性能和可靠性都有着重要的影响。本文将介绍计算机网络中常见的路由算法以及它们的特点。
一、距离矢量路由算法
距离矢量路由算法是最早出现的一种路由算法，它以节点之间的距离作为选择路径的依据。每个节点维护一个距离向量表，记录到达其他节点的估计距离。通过交换距离向量表，节点不断更新自己的距离信息，最终找到到达目的地的最短路径。
距离矢量路由算法的特点是简单易实现，但收敛速度较慢，对大规模网络不适用。此外，距离矢量路由算法容易发生计数器下溢问题或出现环路，导致路由环路问题。
二、链路状态路由算法
链路状态路由算法是一种基于全局网络拓扑状态的路由算法。每个节点通过交换链路状态信息，计算出到达其他节点的最短路径。常见的链路状态路由算法有最短路径优先（SPF）算法，其中最著名的是使用Dijkstra算法的OSPF和IS-IS。
链路状态路由算法具有计算复杂度高、占用大量存储空间的特点。但是这种算法收敛速度快，能够适应规模较大的网络，且避免了距离矢量路由算法中出现的环路问题。
三、路径向量路由算法
路径向量路由算法是距离矢量路由算法的一种进化，它在节点的距
离向量中除了距离信息外，还包含了路径信息。常见的路径向量路由
算法有BGP（边界网关协议）。
路径向量路由算法克服了距离矢量路由算法中的环路问题，但仍然
存在计数器溢出问题。此外，路径向量路由算法在拓扑更新时带来了
更高的开销。
四、自治系统内部路由算法
计算机网络应用 路由算法
计算机网络应用路由算法
路由算法属于网络层软件的一部分，它负责确定一个进来的数据包应该被转送到哪一条输出线路上。它是利用多种不同的度量标准来决定最佳路径，对于复杂的路由算法可能采用多种度量来选择路由，通过一定的加权运算，将它们合并为单个的复合度量值、再填入路由表中，作为寻径的标准。通常所使用的度量有：路径长度、可靠性、时延、带宽、负载、通信成本等。
1．路由算法的分类
路由算法按照种类可分为静态和动态、单路和多路、平等和分级、源路由和透明路由、域内和域间、链路状态和距离向量几种类型。
●静态和动态
静态路由算法只不过是在开始路由前由网络管理员建立的映射表，这些映射自身并不改变，除非管人员去改动。使用静态路由的算法较容易设计，在网络通信可预测及简单的网络中工作得很好。
由于静态路由系统不能对网络改变做出反映，通常被认为不适用于大型的、易变的网络。上世纪九十年代主要的路由算法都是动态路由算法，通过分析收到的路由更新信息来适应网络环境的改变。如果网络发生了变化，路由软件就重新计算路由并发出新的路由更新信息。这些信息渗入网络，促使路由器重新计算路由条目并对路由表做相应的改变。
●单路径与多路径
对于简单的路由协议只能支持从源到目标的单条路径，而一些复杂路由协议支持到同一目的的多条路径。与单一路径算法不同，这些支持多条路径算法允许数据在多条线路上复用。多路径算法的优点很明显：它们可以提供更好的吞吐量和可靠性。
●平坦与分层
一些路由协议在平坦的空间里运作，其它的则有路由的层次。在平坦的路由系统中，每个路由器与其它所有路由器是对等的；在分层次的路由系统中，一些路由器构成了路由主干，数据从非主干路由器流向主干路由器，然后在主干上传输直到它们到达目标所在区域，即它们从最后的主干路由器通过一个或多个非主干路由器到达终点。
计算机网络路由算法分析
计算机网络路由算法分析
一、引言
计算机网络作为当代互联网时代的支柱之一，面临着越来越高效的通信需求。在这个过程中，路由算法作为数据传输的关键，扮演着至关重要的角色。本文将从基本概念入手，讨论计算机网络路由算法的分类和分析，并比较其优缺点，为我们探索新的、更优秀的路由算法提供参考。
二、基本概念
路由算法，顾名思义是计算机网络中找到最优路径的方法。当一台网络设备需要发送或接收数据包时，它需要选定一条从源节点到目标节点的路径，并将数据包沿该路径发送或接收。而计算机网络中存在着众多的难点，例如网络拓扑、链路状态、拥塞控制、负载均衡等，这些因素都会影响选择最优路径的难度。
三、路由算法的分类
3.1 静态路由算法
静态路由算法也称为静态路由选择，通常是由网络管理员手动配置的、具有固定路径的路由算法。但由于其缺乏灵活性和自适应性，在当今网络环境下已经逐渐被较为先进的动态路由算法所替代，同样的网络配置，可以使用相同的路由策略，这大大提高了网络的运行效率。
3.2 动态路由算法
动态路由算法是基于网络中链路及节点状态的动态变化而自适应地选择路由的算法。目前有几种流行的动态路由算法，如距离向量路由、链路状态路由和路径矢量路由等。
4、常见的路由算法
4.1 静态路由算法的常见方法
4.1.1 默认路由
默认路由是由网络管理员手动设置的固定路径，目的是在网络中没有其他路由信息的情况下，将流量路由到下一跳。该方法的优点是简单明了、易于维护，但对于复杂、多层级的网络来说，会存在着网络拥塞、安全风险等问题。
4.1.2 策略路由
策略路由是一种更为高级的路由选择算法，它可以根据实际情况制定路由策略，实现优化网络性能。相对于默认路由，策略路由允许管理员使用各种条件进行路由决策，例如通过接收到的源或目的地址，端口，协议类型等进行选择。
计算机网络五层体系结构
计算机网络五层体系结构
计算机网络是现代信息技术的基础，它可以让计算机互相连接，进行
通信和数据交换。为了能够更好地组织和管理计算机网络中各个部分的功
能和协议，计算机网络被分为五层体系结构，被称为OSI（Open System Interconnection，开放系统互联）参考模型。
OSI参考模型由国际标准化组织（ISO）在20世纪80年代初制定，
它将计算机网络分为物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层五个
层次进行描述和划分。每一层都具有各自的功能和任务，它们协同工作，
以保证网络的正常运行和数据的可靠传输。
1. 物理层（Physical Layer）：
物理层是计算机网络的底层，主要负责将网络中的数据转换为比特流，通过物理媒体进行传输。在这一层次中，数据的传输是以二进制形式进行的，物理层主要负责发送和接收数据，以及控制电流、电压、时钟等物理
参数。
2. 数据链路层（Data Link Layer）：
数据链路层建立在物理层之上，主要负责将网络中的比特流转换为有
意义的数据帧，并进行传输错误的检测和纠正。数据链路层通过帧同步、
流量控制和差错检测等技术，保证数据的可靠传输，同时还负责对物理层
的传输进行抽象和协调。
3. 网络层（Network Layer）：
网络层是计算机网络的关键，它负责将数据包从源主机传输到目标主机，并选择合适的路径进行传输。网络层通过路由算法、寻址和分组转发等技术，实现了跨网络的数据传输，为上层提供了无差别的网络服务。
4. 传输层（Transport Layer）：
传输层位于网络层和应用层之间，主要负责为两个网络节点之间的通信建立端到端的连接。传输层通过端口号和协议，实现了数据的可靠传输和分段重组，为上层应用提供了端到端的通信服务。
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链路状态路由算法
发现邻居，了解其网络地址 设置到每个邻居节点的距离或成 本度量值。
构造一个包含所有刚刚获知的 链路信息包。 将这个包发送给所有其他的路由 器，并接受来自其他路由器的信 息包。
计算每个到其他路由器的最短 路径。
实用wenku.baidu.com档
发现邻居 在每一条点到点的线路上发送
一个特殊的HELLO数据包，线路另一端 的路由器返回一个应答说明自己是谁。
对于大型网络，两级层次结构可能不 够，一般将区域组织成簇，将簇组织 成区，将区组织成群。
实用文档
两级分层实例
区域1
区域2
1A完整表
1A层次表
区域3 区域4 区域5
实用文档
优点：随着区域数与每个区域中 路由器数量之比值的增加，节省 下来的空间也随之增加。
缺点：增加了路径长度。 经科学发现，对于一个包含N个路
Dijksstra算法
实用文档
实用文档
5.2.3 泛洪算法
泛洪：将每一个入境数据包发送到了 除该数据包到达的那条线路外的每条 出境线路。
缺点：产生大量重复数据包。 措施 ：（1）设置跳计数器；
（2）跟踪数据包。
优点：确保数据包被传送到每个网络中 的节点；
泛洪途径的鲁棒性非常好；
即使大量路由器被炸成碎片路由器
计算新路由：利用Dijikstra算法。
链路状态路由算法优点：没有慢收敛问题。
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5.2.6 层次路由
原理：路由器被划成了区域，每个路 由器知道如何将数据包路由到自己所 在区域内的目标地址，但是对于其他 区域的内部结构毫不知情，当不同的 网络相互连在一起，很自然地就会将 每个网络当做一个独立的区域，一个 网络中的路由器并不知道其他路由器 的拓扑结构。
沿汇集树（sink tree）生成树 （spann实i用n文档g tree）扩散
路由器收到广播分组，看到来那条路 径是否是用来给广播源发送分组的那 条线路，是，转发到其他所有线路上， 否则，丢弃。
逆向路径转发的优点：有效而且易于 实现。
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或者估计的流量和拓扑结构，来 调整它的路由决策。所用的路由 选择是在预先离线情况下计算好 的，并在网络启动时被下载到路 由器中的。
自适应---根据拓扑结构、通信 量的变化来改变其路由选择。
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5.2.1 优化原则
最优路径一般陈述：如果路由器J 在路由器I到K的最优路径上，那
么J到K的最优路径也必须遵循同
（2）改进方法：当数据包被泛洪到其他 路由器时并没有被立即排入队列等待， 首先放到保留区。在它被转发出去前另 一个来自同一源路由器的链路状态数据 包也到来，就比较他们的序号来判定转 发哪一个。实用文档
路由器B的状态包缓冲区 特殊情况：如果一个重复数据包到来时，原来 的数据包仍然在缓冲区。此时标志位的变化。C 的副本从F到达，那么标志位变为100011.
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。
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路由选择算法可以分为两大类： 非自适应---不会根据当前测量
假设使用延迟作为距离度量，并且路由器知道他到 每个邻居的延迟。每隔T秒每个路由器向他的每个 邻居发送一个表，该表记录了它到每个目标的延迟， 同时它也从邻居那里收到一个类似的表。
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交换距离信息更新路由表示例
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无穷计算问题
A BCD E
A BCD E
∞∞∞ 1 ∞∞ 12∞ 123 123
由器的网络，最优的层数是lnN， 每个路由器所需的路由器表项是
elnN个。当然由分层引起的路 径长度的实际增长非常小。
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广播路由
同时给全部的目标地址发送一个 数据包称为广播
扩散法。 多目标路由：每个数据包含一组
目标地址，经过路由器，针对目 标选路，目标分散
逆向路径转发（reverse path forwarding)
（a）
∞ 初始时
1
∞ 第1次交换后 3
∞ 第2次交换后 3 ∞ 第3次交换后 5
4 第4次交换后 5
7
7
∞
23 23 43 45 65 67 8... 7 ∞∞
（b）
4 初始时 4 第1次交换后 4 第2次交换后 4 第3次交换后 6 第4次交换后 6 第5次交换后 8 第6次交换后
∞
问题的核心在于当X告诉Y自己有一条通往某个地方的路径 的Y不知道自己是否在这条路径上。
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一个网络示例
链路状态包
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分发链路状态数据包
（1）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。
样的路径。
B
汇集树： A
C
I
D
E G
J
F
H
路由器B的汇集树
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5.2.2 最短路径算法
基本想法：构造一张网络图中每 个节点代表一个路由器，每条边 代表一条通信线路或链路，为了 选择给定路由器之间的路由，只 需找出他们的最短路径。
最短路径：
度量方法：跳数，以千米为单 位的距离。标准测试包的平均延 迟。
两个或多个路由器通过一个广 播链路连接的情况：
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设置链路成本 一种与带宽成反比； 链路延迟是成本的组成部分。 方法：通过线路给另一边发送一个特
殊的ECHO数据包，要求对方立即发回， 通过测量往返时间再除以2，发送路由 器可以得到一个合理的延迟估算值。 构造链路状态包 内容：发送方的标示符，接着是一个 序号和年龄，邻居列表。 创建时间：周期性，发生重要事情时。
也能找到一条路径使得数据包到达目
的地。
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距离矢量路由算法 （Distance Vector Routing）
工作原理 :每个路由器维护一张表，表中 给出了到每个目的路由器的已知最短 “距离”和相应输出线路,并通过与相 邻路由器交换距离信息来更新表。
“距离” :到目的路由器的跳数、估计的 时间延迟、路由排队的分组估计总数或 类似的值。