路由选择算法(1)

路由选择算法分类
1、根据能否适应通信量和拓扑结构变化 非自适应（静态路由）：可靠性差、简单 自适应（动态路由）：实现复杂、可靠性高—— 实用 2、根据源节点向外发送数据方式 全路发送（扩散式） 统称多路发送 几路发送（选择扩散式） 单路发送


固定式（静态路由） 单路发送 适应式（动态路由） 最短路法 分布式 局部延迟法
d15 d12 d 23 d 35 6 d15 d12 d 24 d 45 5 d15 d13 d 35 6 d15 d14 d 45 2
Min d15 2
得到了结点1的新的部分路由表
链路状态路由选择算法
链路状态算法，又称最短路径优先算法。 与距离向量算法不同 的是，由于这种算法需 要每一个路由器都保存一份最新的关于整个网 络的网络拓扑结构数据库，因此路由器不仅清 楚地知道从本路由器出发能否到达某一指定网 络，而且能够到达的情况下，还可以选择出最 短的路径以及采用该路径将经过的路由器。链 路状态算法使用LSP(链路状态数据包)、网络 拓扑数据库、SPF路径选择算法、SPF树，最
路由选择及其算法
通信子网为网络源节点和目的节点提供了 多条传输路径的可能性。网络节点在收到一个 分组后，要确定向一下节点传送的路径，这就 是路由选择。在数据报方式中，网络节点要为 每个分组路由做出选择；而在虚电路方式中， 只需在连接建立时确定路由。确定路由选择的 策略称路由算法。
路由（径）选择——根据一定的原则和算 法在所有传输通路中选择一条通往目的结点的 最佳路径。 路由选择算法——路由选择过程中采用的 策略。
若结点v与结点1直接相连 若结点v与结点1不直接相连 在用计算机进行求解时，可以用一个比任何路 径长度大得多的数值代替 。对于上述例子， 可以使用 D(v) 99 。 （2）寻找一个不在N中的结点w ，其中D(w) 的值 为最小。把 w 加入到N中。然后对所有不在N 中的结点v，用[ D(v), D(w) l (w, v)] 中较小的值去
下面就以图1的网络为例来讨论这种算法， 即寻找从源结点到网络中其他各结点的最短路 径。为方便起见，设源结点为结点1.然后一步 一步寻找，每次找一个结点到源结点的最短路 径直到把所有的点都找到为止。
令D(v)为源结点（记为结点1）到某个结点v的 距离，它就是从结点1沿某一路径到结点v的所 有链路的长度之和。再令 l (i, j ) 为结点 i 至结 点 j 之间的距离。整个算法只有以下两个部分： （1）初始化： 令N表示网络结点的集合。先令 N {1}.对所有 不在N中的结点v，写出
3、计算新路由（采用Dijstra算法） 当一个结点获得了一整套的链路状态分 组后，便可以用Dijstra算法找出它到所有可能 目的结点的最短路径，并更新路由表。
最短路径算法
在路由选择算法中都要用到求最短路径算 法。其中最出名的求最短路径的算法有两个， 即Bellman-Ford算法和Dijkstra算法。这两种算 法的思路不同，但得出的结果是相同的。我们 下面只介绍Dijkstra算法。它的已知条件是整 个网络拓扑和各链路的长度。 应注意到，若将已知的各链路长度改造为 链路时延或费用，这就相当于求任意两节点之 间具有最小时延或最小费用的路径。因此，求 最短路径的算法具有普遍的应用价值。
距离向量路由选择算法
距离向量路由选择算法是一种最基本的动 态路由选择算法。 原理：让每个路由器维护一张路由表，表 中给出了到每个目的地已知的最佳距离和路径 。通过与相邻路由器之间周期性地相互交换信 息，来更新表中的信息。当网络拓扑结构发生 变化时，路由器之间也将及时地相互通知有关 变更信息。
基本思想：每个结点保持两个向量 Di和 Si ； 每隔一段时间（如128ms）相邻节点交换时延 向量；根据收到的全部时延向量修改本结点时 延向量和后继结点时延向量。


典型的路由选择算法
1、多路发送
特点：可靠性高、盲目性大（重复分路多）、 通信量大
几路发送
特点：通信量减小、可靠性降低
2、固定式（网中每一个结点存放一张事先确 定好的路由表（存放最佳路由）） 表中给出本结点到各目的结点的最短路径 例 一旦C和E之间的 网络断开，则A、 B无法通信。 特点：简单、可靠性差（不能适应网络状态变 化），适用于小型网络，（人工维护路由表）
具体步骤： （1）构造链路状态信息——每个结点收集与其相 邻的结点及其延迟信息。 通过:①HELLO分组—确认相邻节点。 ②ECHO分组—收集该结点到相邻结点的 延迟（要求对方立即响应）。 通过上述信息来构造链路状态分组（反映与 某结点相邻的所有结点的状态）。
例：
2、发送链路状态分组（采用扩散式）
终计算出从该路由器到其他目标网络的最短路径
，这些路径就构成了路由表。该算法要求每个路 由器具有唯一的名字或标识。 算法思想：链路状态算法的思想十分简单， 其具体工作过程如下。 每个路由器必须： (1)发现与它相邻的路由器，并知道其网络地址；Hale Waihona Puke Baidu
(2)测量它到达各相邻路由器的传输代价； (3)组装链路数据包(LSP),以便把它所知信息发送给
如下图1所示网络，图2是更新前结点1的路由 表
1、路由表中给出了结点1的两个向量Di 和 Si 。 2、经128ms后，结点1收到3个相邻节点(2、 3、4)的时延向量 D2 、 3、 4 ，进行更新运算， D D 得到更新后的路由表。 d 21 2 d 31 3 d 41 1 d 22 0 d 32 3 d 42 2 d 3 d 0 d 2 23 D3 33 D4 43 D2 d 24 2 d 34 2 d 44 0 d 35 1 d 25 3 d 45 1 d 5 d 3 d 3 26 36 46
才能此消息传送到所有的路由器。也就是说“ 好消息传播的快，而坏消息传播的慢”，从而 导致路由环路。
路由选择算法在路由选择协议中起着至关 重要的作用，采用何种算法往往决定了最终的 寻径结果。一个实际的路由选择算法，应尽可 能的接近于理想的路由选择算法，即要具有以 下特点：最优、简单、健壮稳定、快速收敛、 灵活、公平性。
网络上所有其他的路由器； (4)发送LSP给网络上所有其他的路由器，以便创建 网络拓扑结构数据库(即：SPF树)； (5)计算到每个其他路由器的最短路径； (6)路由器将计算出的最短路径以及所有的该路由 器的网络端口信息添加到路由表中。
由于链路状态算法要求各路由器的网络拓 扑结构数据库相互一致；因此，当链路状态发 生变化时，最先检测到这一变化的路由器需要 将变化的情况发送给其他的路由器。每当路由 器收到新的LSP，它都会重新计算最短路径并 更新路由表，保证各路由器在网络拓扑结构方 面重新达成一致；当网络拓扑结构数据库创建 后变化时，每个路由器使用最短路径算法来找 出到其他路由器的最短路径。
3、适应式（动态路由选择）适用于中型网络 路由表动态设臵（不需要人工干预） 实现方式：相邻结点（交换机或路由器）周期 性交换路由信息。
例：
一旦结点C与结点E之间断开，则结点C向结 点A反馈信息，通过其他路径进行通信。
分布式路由算法
1、基本思想：每个结点周期性地从相邻的结 点获得网络状态信息，同时将本结点做出的决 定周期性地通知周围的结点，以使这些结点不 断地根据网络新的状态更新其路由选择决定。 2、基本算法：距离向量法和链路状态法
例：计算 d13
1 2 3 1 3 1 4 4
Min d13 3
d13 d12 d 23 2 3 5 d13 d13 d33 5 0 5 d13 d14 d 43 1 2 3
计算 d15 最小值
1 2 3 5 1 2 4 5 1 3 5 1 4 5
l (1, v) D (v )
更新原有的D(v) 值，即： D(v) min[D(v), D(w) l (w, v)] (1) （3）重复步骤(2)，直到所有的网络结点都在N 中为止。 下表1是对图1的网络进行求解的详细步骤。
现在我们对以上的最短路径树的找出过程进行 一些解释。
距离向量算法与最短路径算法的比较
距离向量算法和链路状态算法各有千秋， 两种算法的差别基本上可以归纳为表2中的几 点，我们可以以此作为集体应用中选择路由选 择协议的技术依据。
需要注意的一个问题
收敛是路由算法选择时所遇到的一个重要问 题。一个理想的路由选择算法其收敛时间应越短 越好，收敛时间是指从网络的拓扑结构发生变化 到网络上所有的相关路由器都得知这一变化，并 且相应地做出改变所需要的时间。这一时间越短 ，网络变化对全网的扰动就越小。收敛时间过长 会导致路由环路的出现。 距离向量路由选择算法的收敛时间就相对较 长。特别当网络出现故障时，要经过很长的时间
延迟向量 Di
d i1 di 2 Di d 1N
其中：d 0 ii
d kj d ki d ij Min[d ki d ij ]
iA
A为结点 k 的所有相邻节点
dii 指结点到结点自身的延迟
后继结点向量 Si s i1 si 2 Si s iN Skj i 使每个结点[dki dij ] 最小