第6章 分布式路由算法
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。
第6章路由算法总结ppt课件

在日常生活中,随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费,也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
非自适应路由算法
固定路由算法(fixed routing algorithm) 洪泛法(flooding) 随机走动法(random walk) 基于流量的路由算法(flow-based routing)
由所有的线路平均延迟,可直接计算出流量的加权 平均值,从而得到整个网络的平均分组延迟
这样找出网络的最小平均延迟就可以实现最优路由 选择
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自适应路由算法
孤立路由选择 集中路由选择 分布式路由选择
当结点或链路发生故障时,该方法可使路由算法有 较好的稳健性
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基于流量的路由算法
该方法不仅考虑网络的拓扑结构,还要考虑网络的 负载因素
对某一给定的线路,如果已知负载量与平均流量, 那么可以根据排队论的知识计算出该线路上的平均 分组延迟
• 如果找不到相应的表项,在G的路由表中增加一项 :(N,G’,D’+C)
• 如果V=G’,G中路由表对应的表项根据D’+C和D的 比较获得
– 如果D’+C<D,G中表项更新为(N,G’,D’+C)
– 否则G中表项保持原状,仍为(N,V,D)
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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。
第6章路由算法总结

第6章路由算法总结路由算法是网络中的核心算法之一,它决定了数据包在网络中的传输路径。
路由算法的设计和优化对于网络的性能和稳定性具有重要影响。
在本章中,我们将总结一些常见的路由算法,并介绍它们的优缺点。
1.静态路由算法:静态路由算法是最简单的路由算法,它通过人工配置将目的地和下一跳地址映射起来。
静态路由算法的优点是简单、易于实现和维护,适用于小型网络。
然而,静态路由算法的缺点是无法适应网络拓扑的变化,对于大型和复杂网络不可行。
2.距离向量路由算法:距离向量路由算法是一种基于邻居节点交换信息的分布式算法。
每个节点维护一个路由表,其中包含到达各个目的地的距离和下一跳节点信息。
节点周期性地将路由表广播给邻居节点,并根据收到的更新信息更新自身路由表。
距离向量路由算法的优点是简单、分布式,适用于小型网络。
然而,它的缺点是收敛速度慢和计算复杂度高,容易出现路由环路和计数问题。
3.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状态信息的算法。
每个节点通过发送链路状态信息到整个网络,使得每个节点都具有完整的网络拓扑信息。
节点根据收到的链路状态信息计算最短路径,并构建路由表。
链路状态路由算法的优点是收敛速度快、计算复杂度低和稳定性好。
然而,它的缺点是需要消耗大量的带宽和存储资源,并且对于网络规模较大的情况下,算法的效率会下降。
4.链路状态路由算法的改进算法:为了优化链路状态路由算法,人们提出了一些改进算法,如OSPF (开放式最短路径优先)、IS-IS(中间系统间路由)等。
这些算法使用了一些技术,如分层、区域划分和链路优化等,以提高算法的性能和可扩展性。
5.BGP(边界网关协议):BGP是用于互联网的一种路径向量路由协议。
它是一种自治系统之间的路由协议,用于实现互联网的路由选择。
BGP通过交换路由信息和策略来确定数据包的最佳路径。
BGP的优点是具有高度的灵活性和可配置性,可以根据策略调整路由。
然而,BGP的缺点是配置复杂和收敛速度较慢。
分布式(计算机的一种算法)

分布式存储系统
P2P数据存储 系统
云存储系统
P2P数据存储系统采用 P2P网络的特点,即每个用户都是数据的获取者和提供者,没有中心节点,所以每个 用户都是对等存在的。利用这种特点建立而成的P2P数据存储系统可以将数据存放于多个对等节点上,当需要数 据时,可以利用固定的资源搜索算法寻找数据资源,从而获取想要的数据。
分布式(计算机的一种算法)
计算机的一种算法
目录
01 分布式计算
03 应用方向,它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成 许多小的部分,然后把这些部分分配给多个计算机进行处理,最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。分 布式网络存储技术是将数据分散地存储于多台独立的机器设备上。分布式网络存储系统采用可扩展的系统结构, 利用多台存储服务器分担存储负荷,利用位置服务器定位存储信息,不但解决了传统集中式存储系统中单存储服 务器的瓶颈问题,还提高了系统的可靠性、可用性和扩展性。
传统的集中式GIS起码对两大类地理信息系统难以适用,需用分布式计算模型。第一类是大范围的专业地理 信息系统、专题地理信息系统或区域地理信息系统。这些信息系统的时空数据来源、类型、结构多种多样,只有 靠分布式才能实现数据资源共享和数据处理的分工合作。比如综合市政地下管网系统,自来水、燃气、污水的数 据都分布在各自的管理机构,要对这些数据进行采集、编辑、入库、提取、分析等计算处理就必须采用分布式, 让这些工作都在各自机构中进行,并建立各自的管理系统作为综合系统的子系统去完成管理工作。而传统的集中 式提供不了这种工作上的必要性的分工。第二类是在一个范围内的综合信息管理系统。城市地理信息系统就是这 种系统中一个很有代表性的例子。世界各国管理工作城市市政管理占很大比例,城市信息的分布特性及城市信息 管理部门在地域上的分散性决定了多层次、多成份、多内容的城市信息必须采用分布式的处理模式。
深入理解分布式计算的基本原理与方法

深入理解分布式计算的基本原理与方法分布式计算是一种利用多个计算机协同工作来完成一个任务的计算模型。
它将一个大的计算任务分解成多个小的子任务,并将这些子任务分派给多台计算机同时运算,最后将结果进行整合。
分布式计算具有高效、可伸缩、容错等特点,广泛应用于数据处理、科学计算、云计算等领域。
分布式计算的基本原理是任务分解与结果整合。
具体来说,分布式计算将一个大的计算任务分解成多个小的子任务,并将这些子任务分配给不同的计算机节点进行并行计算。
每个计算机节点负责完成自己的子任务,并将运算结果返回。
最后,将各个计算节点的结果进行整合,得到最终的计算结果。
在分布式计算中,有三个关键概念:任务调度、数据通信和容错处理。
任务调度是指如何将任务分解成多个子任务,并将这些子任务分派给计算机节点进行计算。
数据通信是指节点之间如何进行信息交流和数据传输,以便节点可以相互协作完成任务。
容错处理是指如何处理节点故障或通信异常等异常情况,以保证整个分布式系统的稳定性和可靠性。
在分布式计算中,有多种任务调度方式,如静态任务划分、动态任务划分和任务合作。
静态任务划分是指在任务开始之前就将任务划分成多个子任务,并在各个计算机节点上进行并行计算。
动态任务划分是指根据实际运行情况,动态地将任务划分成多个子任务,并动态地分配给计算机节点。
任务合作是指计算机节点之间相互协作,共同完成一个任务,每个节点负责计算任务中的一部分,并将计算结果传递给其他节点进行进一步计算。
数据通信在分布式计算中起着至关重要的作用。
分布式计算系统需要能够进行高效的数据传输和信息交流,以保证节点之间能够及时、准确地进行任务分发和结果传递。
为了实现高效的数据通信,可以采用消息传递机制,即通过消息传递的方式进行节点之间的通信。
消息传递可以分为同步消息传递和异步消息传递两种方式。
同步消息传递是指发送方等待接收方接收完消息后再继续执行,而异步消息传递是指发送方发送消息后立即继续执行,不等待接收方的响应。
《路由与交换技术》第六章 路由技术

动 态 路 由 优 点 : 1)灵活性强:网络中所有的路由信息,互相共享 给其他路由器,网络的增 加或删除,可以瞬间更新到整个网络里的所有路 由器上; 2)快速响应:每添加、删除、修改了一个网络,都可以瞬间更 新到整个网 络 里 的 所 有 路 由 器 上 , 而 不 需 要 每 一 台 都 去 修 改 ; 3)适用于大型网络:因为路由信息可以传递,所以动态路 由适用于大型网 络。
依据路由选择的准则,在相关节点之间进行路由信息的收集和发 布的规程和方法称为路由协议。路由参数可以是静态不变的、周期 性变化的或动态变化的等;路由信息的收集和发布可以集中进行, 也可以分散进行。 3 路由选择算法
指如何获得一个准则参数最小的路由。可以是集中式的即由网络 中心统一计算,然后发送到各个节点;也可以是分布式的即由各节 点根据自己的路由信息进行计算。
使用前缀地址来汇总路由能够将路由条目保持为可管理的,而它带来的 优点如下: 1 路由更加有效。 2 减少重新计算路由表或匹配路由时的CPU周期。 3 减少路由器的内存消耗。 4 在网络发生变化时可以更快地收敛。 5 容易排错。
路由汇总比CIDR的要求低,它描述了网络的汇总,这个汇总的网 络是有类的网络或是有类的网络的汇总,聚合在边界路由协议(BGP) 中使用的更多。
动态路由缺点: 1 消耗资源:需要共享、计算路由信息,占用CPU和内存等硬件资源; 2占用带宽:动态路由协议会周期性的动态交换路由信息,这些路由信息 经 网 络 介 质 传 递 , 会 占 用 带 宽 ; 3)不安全:路由器通过 学习,获取其他设备传过来的路由,很容易被攻击 者伪造路由信息。
6.3 路由汇总
在ACL中,通配符掩码0.0.0.0告诉路由器,ACL语句中IP地址的所有 32位比特都必须和数据包中的IP地址匹配,路由器才能执行该语句的动作。 0.0.0.0通配符掩码称为主机掩码。通配符掩码255.255.255.255表示对IP地 址没有任何限制,ACL语句中IP地址的所有32位比特都不必和数据包中的 IP地址匹配。我们可以把192.168.1.1 0.0.0.0简写为host 192.168.1.1,把 0.0.0.0 255.255.255.255 简写为 any。
分布式路由算法原理

分布式路由算法原理分布式路由算法原理是计算机网络和分布式系统中的重要概念,它在互联网的运行中起着至关重要的作用。
这种算法允许网络中的节点(如服务器、路由器等)自主地决定数据包的传输路径,以实现高效、可靠的通信。
本文将深入探讨分布式路由算法的基本原理、类型以及其在实际应用中的挑战。
首先,我们来理解分布式路由算法的基本原理。
分布式路由算法的核心思想是通过网络中的每个节点独立决策数据包的转发方向,而不是依赖于中心化的控制机构。
每个节点根据自身的路由表和网络状态信息,决定数据包的下一步传输目标。
这种算法的优势在于,即使在网络部分节点故障或通信链路中断的情况下,也能保证数据包的传递,提高了网络的健壮性和容错性。
分布式路由算法主要有两种基本类型:距离向量路由算法和链路状态路由算法。
1. 距离向量路由算法,如著名的RIP(Routing Information Protocol)协议,基于“最短路径优先”的原则。
每个节点维护一个到所有其他节点的距离向量,并周期性地与邻居交换这些信息。
当接收到新的距离向量时,节点会更新自己的路由表,选择到达目标的最短路径。
然而,这种算法存在收敛慢、计算复杂度高等问题,适合小型网络。
2. 链路状态路由算法,如OSPF(Open Shortest Path First)和ISIS (Intermediate System to Intermediate System)协议,每个节点都拥有整个网络的拓扑视图。
节点通过泛洪的方式交换链路状态信息,然后使用Dijkstra算法计算到所有节点的最短路径。
这种方法能快速收敛,适用于大型和复杂的网络环境。
然而,分布式路由算法在实际应用中也面临着一些挑战。
首先,由于网络规模的扩大,路由表的维护和更新成为一项巨大的任务,可能导致资源消耗过大。
其次,网络动态性,如链路的频繁变化,可能引发路由振荡,影响网络稳定性。
此外,安全性也是一个重要问题,恶意节点可能篡改路由信息,导致数据包的误传或丢失。
无线mesh网络中的分布式路由算法与协议

无线mesh网络中的分布式路由算法与协议一、引言随着物联网技术的飞速发展,将各种设备连接到互联网已经变得越来越容易。
然而,传统的中心化网络设计已经无法满足我们对联网设备的要求。
在很多情况下,这些设备的数量很多,它们分散在不同的地方并且需要同时与其他设备进行通信。
这时,分布式网络的设计就变得至关重要。
而无线mesh网络正是一种用于实现分布式网络的解决方案。
本文将着重介绍无线mesh网络中的分布式路由算法与协议。
二、无线mesh网络概述1. 无线mesh网络定义无线mesh网络,也称为mesh网络或网状网络,是一种分布式网络拓扑结构,其中数据通过多个中间节点进行传输,从而将多个设备连接到互联网。
每个节点可以成为信息的源和目的地,因此该网络结构可以在没有中心节点的情况下实现。
2. 无线mesh网络的特点相对于传统的无线网络,无线mesh网络具有以下特点:(1) 去中心化:无线mesh网络没有固定的中心节点和明确的路由。
数据通过自组织和自适应的方式在网络中传递。
(2) 高可靠性:因为没有固定的中心节点,即使一个节点发生故障,数据依然可以通过其他节点进行传输,从而保证了网络的可靠性。
(3) 省电:无线mesh网络利用多节点进行传输,因此数据可以通过一个节点的转发,从而减少每个设备的功耗。
(4) 高速度:无线mesh网络可以通过多路径传输数据,从而提高数据的传输速度。
(5) 扩展性:因为是分布式网络,节点可以根据需要加入或离开网络,从而实现网络的扩展性。
三、分布式路由算法1. 分类路由算法根据其计算方式和信息交换方式可以被划分为以下几类:(1) 纯分布式算法:每个节点都是平等的,每个节点都可以决定自己的路由表。
(2) 局部信息算法:每个节点只需要维护自己的一部分拓扑信息。
(3) 全局信息算法:每个节点需要维护网络中所有节点的信息。
(4) 混合信息算法:每个节点维护自己的信息和部分邻居节点的信息。
2. 常用的无线mesh网络路由算法(1) Ad-hoc On-demand Distance Vector (AODV):是一种基于距离向量的路由协议,它适用于变化迅速的网络环境。
06第六章_广域网

广域网结点之间采用点到点连接
注意 区别 2.协议层次上
局域网主要在Data Link层 广域网主要在Network层
3.广域网与局域网之间采用路由器连接
共同点:连在一个广域网或连在一个局域网上的计算机在该网内 通信时,只需要使用其网络的物理地址即可。
6.1.2 广域网提供的服务:
服务:
1)无连接的网络服务(数据报服务) 2)面向连接的网络服务(虚电路服务)
最短路径算法
A. 已知条件:
整个网络拓扑和各链路的长度。如果长度代 表了最小时延或最少费用时,求最短通路。 B. 算法:
① 设原结点为:结点1 ② 然后一步一步地寻找,每次找一个结点 ③ 直到把所有的点都找到为止.
5 2 1 2 1
2
3
3
3 1
5 6
4
1
5
2
令:①
② ③
D(v)为原结点D到任意结点V的距离
•
路由选择策略:
算法给定网络中任意二个结点之间的最短边路。
(三) 随机步行式
工作方式: 从多个(能到达目的地的)出口中随机选中一个来转 发PDU。 随机---选择链路、根据信道负载、… • 不需要网络拓扑信息---网络结构无关性 • 每次路径是随机变化的 • 树形,星形网络
(四) 报文分叉式
报文分叉式又称为目录和报文分叉式路由选择算法 特征:每个节点存储一张路由表,对应于每个目的节 点都有几条可供选择的输出链路,并且它们按一定优 先级进行排序,一般用权值来表示路由表提供所有可 用得后继结点 路由基于随机决定策略
d ij min(tik d kj ) k A sij h,h使t ih d hj最小
分布式路由选择策略
分布式自适应路由选择算法

分布式自适应路由选择算法引言:在计算机网络中,路由选择是指网络中的节点如何选择将数据包从一个节点传输到另一个节点的路径。
传统的路由选择算法常常采用固定的策略,无法适应网络拓扑的变化和负载的波动。
为了解决这个问题,分布式自适应路由选择算法应运而生。
本文将介绍分布式自适应路由选择算法的原理和应用。
一、分布式自适应路由选择算法的原理分布式自适应路由选择算法是指网络中的每个节点根据自身的状态和网络的拓扑结构,自主地选择最优的路径来传输数据包。
该算法的核心思想是节点之间的协作和信息交换,以实现动态的路由选择。
具体来说,分布式自适应路由选择算法包括以下几个步骤:1. 节点状态监测:每个节点通过监测自身的状态,如负载、延迟等指标,来评估自身的性能和可用性。
节点可以周期性地发送心跳消息,以通知其他节点自身的状态。
2. 邻居节点信息交换:每个节点通过与邻居节点进行信息交换,获取网络中其他节点的状态信息。
这些信息可以包括邻居节点的负载、延迟等指标,以及节点之间的链路状态。
3. 路由计算:每个节点根据收集到的状态信息,使用一定的路由计算算法来选择最优的路径。
路由计算算法可以根据不同的指标给出不同的权重,以适应网络的需求。
4. 路由更新:每个节点将计算出的最优路径更新到路由表中,并将更新的路由信息广播给其他节点。
其他节点收到路由更新消息后,更新自己的路由表。
二、分布式自适应路由选择算法的应用分布式自适应路由选择算法在现实网络中有着广泛的应用。
以下是几个典型的应用场景:1. 数据中心网络:在大规模的数据中心网络中,节点之间的负载和链路状态可能会发生频繁的变化。
采用分布式自适应路由选择算法可以使数据中心网络更加稳定和高效。
2. 移动自组织网络:移动自组织网络中的节点具有高度的移动性,网络拓扑结构可能会频繁变化。
分布式自适应路由选择算法可以帮助节点根据自身的位置和邻居节点的状态来选择最优的路径。
3. 无线传感器网络:无线传感器网络中的节点资源有限,节点之间的通信也存在不确定性。
路由算法分类

路由算法及分类路由算法及分类:1、非自适应算法,静态路由算法不能根据网络流量和拓扑结构的变化更新路由表,使用静态路由表,也称为固定式路由选择算法。
特点:简单,开销少;灵活性差。
2、自适应算法,动态路由算法可根据网络流量和拓扑结构的变化更新路由表。
特点:开销大;健壮性和灵活性好。
3、最优化原则(optimality principle)如果路由器 J 在路由器 I 到 K 的最优路由上,那么从 J 到 K 的最优路由会落在同一路由上。
4、汇集树(sink tree)从所有的源结点到一个给定的目的结点的最优路由的集合形成了一个以目的结点为根的树,称为汇集树;路由算法的目的是找出并使用汇集树。
几种典型的路由选择算法:1、最短路径路由算法(Shortest Path Routing)1)基本思想构建子网的拓扑图,图中的每个结点代表一个路由器,每条弧代表一条通信线路.为了选择两个路由器间的路由,算法在图中找出最短路径。
2)测量路径长度的方法结点数量地理距离传输延迟距离、信道带宽等参数的加权函数3)Dijkstra算法每个结点用从源结点沿已知最佳路径到本结点的距离来标注,标注分为临时性标注和永久性标注;初始时,所有结点都为临时性标注,标注为无穷大;将源结点标注为0,且为永久性标注,并令其为工作结点;检查与工作结点相邻的临时性结点,若该结点到工作结点的距离与工作结点的标注之和小于该结点的标注,则用新计算得到的和重新标注该结点;在整个图中查找具有最小值的临时性标注结点,将其变为永久性结点,并成为下一轮检查的工作结点;重复第四、五步,直到目的结点成为工作结点;2、洪泛及选择洪泛算法1)洪泛算法(Flooding)属于静态路由算法a)基本思想把收到的每一个包,向除了该包到来的线路外的所有输出线路发送。
b)主要问题洪泛要产生大量重复包.c)解决措施每个包头包含站点计数器,每经过一站计数器减1,为0时则丢弃该包;记录包经过的路径2)选择性洪泛算法(selective flooding)洪泛法的一种改进。
计算机网络的路由算法

计算机网络的路由算法在计算机网络中,路由算法是用来确定数据包从源节点到目标节点的路径的一种算法。
它是实现网络通信的重要组成部分,承担着决定数据传输路线的关键任务。
本文将介绍几种常见的路由算法。
一、最短路径算法最短路径算法是一种常见且重要的路由算法。
它的目标是找到节点之间的最短路径,以最快速度将数据包从源节点发送到目标节点。
其中,迪杰斯特拉算法和贝尔曼-福特算法是两种常见的最短路径算法。
迪杰斯特拉算法(Dijkstra Algorithm)是一种广泛应用于计算机网络中的最短路径算法。
它通过计算从源节点到其他节点的最短路径,并记录路径上的节点和距离,最终找到从源节点到目标节点的最短路径。
该算法具有高效性和准确性,很好地满足了网络数据传输的需求。
贝尔曼-福特算法(Bellman-Ford Algorithm)是另一种常用的最短路径算法。
与迪杰斯特拉算法不同的是,贝尔曼-福特算法可以处理包含负权边的图。
它通过迭代地更新节点之间的距离,直到收敛为止,找到最短路径。
虽然贝尔曼-福特算法的效率较低,但其对于具有复杂网络结构的情况仍然具有重要的应用价值。
二、最优路径算法除了最短路径算法,最优路径算法也是计算机网络中常用的路由算法之一。
最优路径算法旨在找到包括最少跳数、最小延迟或最大带宽等特定需求的路径,以满足网络通信的性能要求。
例如,最小跳数算法(Minimum Hop Routing)是一种常见的最优路径算法,它通过选择路径上的最少跳数来实现数据传输。
这在实时性要求较高的应用场景中非常有用,如语音通话和视频会议等。
另外,最小延迟算法(Minimum Delay Routing)和最大带宽算法(Maximum Bandwidth Routing)也是常用的最优路径算法。
前者通过选择具有最小传输延迟的路径来实现数据传输,适用于对实时性要求较高的应用。
而后者则通过选择具有最大传输带宽的路径来实现数据传输,适用于对吞吐量要求较高的应用。
分布式计算简单易懂实例

分布式计算简单易懂实例分布式计算是一种将计算任务分布到多个计算机节点上执行的技术,通过协同工作完成复杂计算任务。
下面以一个简单的实例来介绍分布式计算的基本原理和过程。
实例:计算斐波那契数列假设我们需要计算斐波那契数列的前20个数,传统的计算方法是采用递归或循环的方式在单机上进行计算。
然而,随着计算任务的规模不断扩大,单机计算的能力可能无法满足需求。
此时,我们可以采用分布式计算的方法来解决问题。
1. 任务划分将计算斐波那契数列的任务划分为多个子任务,每个子任务负责计算斐波那契数列中的一个数。
在这个实例中,我们需要计算斐波那契数列的前20个数,因此可以将任务划分为20个子任务,每个子任务计算一个数。
2. 节点选择选择多个计算机节点来执行分布式计算任务。
这些节点可以是一台计算机的多核处理器,也可以是多台计算机。
在这个实例中,我们假设有4个计算机节点,分别为节点1、节点2、节点3和节点4。
3. 任务分配将子任务分配给各个计算机节点。
在这个实例中,我们可以将前10个子任务分配给节点1,接下来的10个子任务分配给节点2,再接下来的10个子任务分配给节点3和节点4。
4. 计算和结果收集各个节点分别执行分配给自己的子任务,计算出斐波那契数列中的对应数值。
计算完成后,将结果发送给一个结果收集节点。
在这个实例中,我们假设节点1、节点2、节点3和节点4将结果发送给节点5,节点5负责收集结果。
5. 结果合并结果收集节点将收到的结果进行合并,得到完整的斐波那契数列。
在这个实例中,节点5接收到节点1、节点2、节点3和节点4发送的结果后,将它们合并成完整的斐波那契数列。
通过以上步骤,我们采用了分布式计算的方法成功计算出斐波那契数列的前20个数。
这种方法将复杂的计算任务分布到多个节点上执行,提高了计算效率,满足了大规模计算任务的需求。
分布式计算的优势:1. 计算效率高:分布式计算将计算任务分布到多个节点上执行,充分利用了计算机的计算资源,提高了计算效率。
路由算法大概综述

因特网的路由选择算法摘要:路由选择协议是路由器用来完成路由表建立和路由信息更新的通信协议。
路由算法在路由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寻径结果。
本文主要讨论设计路由算法应具有的原则以及第一个得到广泛使用的路由算法RIP和最短路径Dijkstra算法。
1 路由算法概述1.1 路由算法的特点路由选择协议的核心就是路由算法,即需要何种算法来获得路由表中的个项目。
一个理想的路由算法应该具有如下特点。
(1)算法必须是正确的和完整的。
这里,“正确”的含义是指沿着各路由表所指引的路由,分组一定能够最终到达目的网络和目的主机。
(2)算法在计算上应简单。
路由选择的计算不应使网络通信量增加太多的额外开销。
(3)算法应能适应通信量和网络拓扑的变化,这就是说要有自适应性。
当网络中的通信量发生变化时,算法能自适应的改变路由以均衡个链路的负载。
等某个或某些节点、链路发生故障不能工作,或者修理好了再投入运行时,算法也能及时的改变路由。
有时称这种自适应性为“稳健性”(robustness)。
(4)算法应具有稳定性。
在网络通信量和网络拓扑结构相对稳定的情况下,路由算法应收敛于一个可以接受的解,而不应使得出的路由不停的变化。
(5)算法应是公平的。
路由选择算法应对所有用户(除了少数优先级高的用户)都是平等的。
例如,若仅仅使某一对用户的端到端时延为最小,但却不考虑其他的广大用户,这就明显的不符合公平性的要求。
(6)算法应是最佳的。
路由选择算法应当能够找出最好的路由,使得分组平均延时最小而网络的吞吐量最大。
我们希望得到“最佳”的算法,但这并不是最重要的。
对于某些网络,网络的可靠性有时要比最小的分组平均延时或最大吞吐量更加重要。
因此,所谓“最佳”只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已。
一个实际的路由选择算法,应该尽可能接近于理想的算法。
在不同的应用条件下,对以上提出的六个方面也可有不同的侧重。
1.2 路由算法的分类路由选择算法是个非常复杂的问题,因为它是网络中的所有节点共同协调工作的结果。
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12.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,就不再扩散了选择性扩散它是⼀种泛洪⽅法的⼀种改进,将进来的每个数据包仅发送到与正确⽅向接近的线路上扩散法应⽤情况扩散法的⾼度健壮性,可⽤于军事应⽤分布式数据库应⽤中,可⽤于同时更新所有的数据库可⽤于⽆线⽹络中扩散法作为衡量标准,⽤来⽐较其它的路由算法距离⽮量算法描述距离向量是⼀种分布式路由算法,最短路径计算跨节点分配,属于动态算法,被⽤于RIP协议。
分布式路由算法分析与设计

ii.将根顶点加进SPT树中,相关成本为0;
1.距离向量算法
距离矢量路由算法(Distance Vector Routing,DV)也称Bellman-Ford路由算法和Ford-Fulkerson算法。“距离矢量路由算法”的基本思想如下:每个路由器维护一个距离矢量(通常是跳数、延时等度量)表,然后通过相邻路由器之间的距离矢量通告进行距离矢量表的更新。每个距离矢量表项包括两部分:到达目的结点的最佳输出线路,和到达目的结点所需时间或距离,通信子网中的其它每个路由器在表中占据一个表项,并作为该表项的索引。每隔一段时间,路由器会向所有邻居结点发送它到每个目的结点的距离表,同时它也接收每个邻居结点发来的距离表。这样以此类推,经过一段时间后便可将网络中各路由器所获得的距离矢量信息在各路由器上统一起来,这样各路由器只需要查看这个距离矢量表就可以为不同来源分组找到一条最佳的路由。
执行链路状态路由选择的路由器的工作:
a)探测相邻路由器,并获得其网络地址;
b)测量到相邻路由器的延时或开销;
c)组装链路状态信息分组;
d)发送链路状态信息分组到所有其他路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。
探测相邻路由器:相邻路由器的存在是由Hello分组的发送及响应确定:路由器向每条点对点链路发送Hello分组,接到Hello分组的另一端路由器发回一个应答,说明“我是谁”。测量链路开销:发送一个ECHO分组给相邻的路由器X,并要求X收到后,立即把ECHO分组发回来,ECHO分组往返的时间的一半就是与X之间延时的一个自然估值,可以多取几个这样的估值,按数理统计原理计算出更为精确合理的估值。
互联网的复杂性使得当前使用的路由算法主要是动态的、分布式的。为了降低数据包在网络中的传输开销和时延,要求为数据选择的路径是最短的。这里的“最短”在不同的场合具有不同的含义,它可以是跳数的多少、物理距离的长短或者时延的大小等。互联网中使用的各种路由协议或者路由算法,其根本目的就是寻找源节点和目的节点之间最短的一条路径,即最短路径。
无线传感器网络中的分布式算法与协同控制技术

无线传感器网络中的分布式算法与协同控制技术无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN)是一种由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络系统。
这些节点可以感知、采集和传输环境中的各种信息,并通过协同工作实现对环境的监测、控制和管理。
分布式算法是WSN中的重要组成部分,它是指在网络中的每个节点上运行的算法,通过节点之间的通信和协作来实现特定的功能。
分布式算法的设计需要考虑到节点资源的有限性、网络拓扑的动态性以及节点之间的通信延迟等因素。
在WSN中,协同控制技术是实现节点之间协作的关键。
协同控制技术可以通过节点之间的相互合作,实现对整个网络的全局控制和优化。
通过协同控制技术,节点可以根据网络中其他节点的状态信息,调整自身的行为,以实现网络性能的最优化。
在分布式算法中,最常见的是分布式路由算法。
分布式路由算法用于确定节点之间的通信路径,以实现数据的传输和路由。
常见的分布式路由算法有分层路由算法、基于距离的路由算法和基于链路状态的路由算法等。
这些算法通过节点之间的信息交换和计算,确定最佳的通信路径,以实现高效的数据传输。
除了路由算法,分布式算法还包括分布式拓扑控制算法和分布式数据聚集算法等。
分布式拓扑控制算法用于维护网络拓扑的稳定性和可靠性,以确保网络的正常运行。
分布式数据聚集算法用于将分散在各个节点上的数据聚集到指定的节点上,以便进行进一步的处理和分析。
在协同控制技术中,最常见的是分布式协同控制算法。
分布式协同控制算法通过节点之间的信息交换和协作,实现对整个网络的协同控制。
常见的分布式协同控制算法有分布式最优化算法、分布式协同过滤算法和分布式协同定位算法等。
这些算法通过节点之间的信息共享和合作,实现对网络性能的优化和提升。
分布式算法和协同控制技术在WSN中的应用非常广泛。
它们可以应用于环境监测、智能交通、无线通信和军事领域等。
例如,在环境监测中,分布式算法和协同控制技术可以用于实时监测环境中的温度、湿度和气体浓度等参数,并及时采取相应的措施,以保护环境和人类的健康。
分布式路由算法

分布式路由算法1、硬Hash算法:即hash(routeKey)%dbSize,首先对路由Key进行Hash,然后对机器数量求余,这种分布式路由算法非常简单,同时也极其容易理解。
我们可以看一下MySQL分库分表中间件Shark的路由算法:这种分布式路由算法尽管简单,但随着后续数据持续膨胀,一旦达到单表存储容量上线,我们仍然需要再次进行水平扩容,但这时的数据迁移成本就显得非常昂贵了。
假设从32个库水平扩展到64个库(伸缩都如此),假设原routeKey是路由到第14个库上,现在却路由到了第45库上,采用硬Hash算法,严重依赖节点数量,基本上所有的数据都需要进行一次彻底的迁移,否则历史数据将无法成功命中。
2、预分桶算法:预分桶算法介于硬Hash算法与一致性Hash算法之间,算是取得一个平衡(对于历史数据的迁移而言,硬Hash算法是全迁移,而一致性Hash算法则是部分迁移),尽管牺牲了一定的灵活性,但是相较而言,数据的管理成本将会变得更低。
因为硬Hash算法与强一致性Hash 算法都是站在具体的数据维度上,而预分桶算法则是在数据被包裹的基础之上以slot为维度(尽管也是需要数据全部迁移,但只需要迁移上层的一段slot)。
Redis3.x以上版本提供了cluster功能,实际上这却是一个服务端的sharding操作。
一共划分了16384个slot,假设redis有3台集群,那么理论上这16384个slot将会均匀分布给这3个节点,每个redis节点负责存储一段区间内的数据,通过阅读Jedis客户端源码,我们不难发现,在做数据路由的时候,采用的做法是:只需要算出routeKey对应的slot是哪一个,即可知道对应的Redis节点是哪一个,并且16384个slot是一开始就固定的,不会因为节点的伸缩而变化,也就是说,某个key一开始路由到第2048slot上,那么它永远也只会路由到这个固定的slot上,当运维同学扩容节点时,把slot移走就行了,不需要关心那么多具体的数据应该怎么迁移。
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通信步数(traffic steps):消息到达所有目标所经过的 不同链接数的总和。
《分布式系统》(六) 2011
6
端口模型
有2种端口模型:
单端口:一次只能在一个输出端口上发送 所有端口:一次可以在所有输出端口上发送
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最短型和非最短型
多数算法都是最短路径算法,即追求源-目的的最短跨步(跳跃、 链接)数或代价总和,但因此可能导致网络某一部分的拥塞;
非最短型的算法可以将消息路由到一个更长的路径(实现网络 的负载均衡)从而避免拥塞。
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9
路由
决定型和适应型
决定型的算法由源端一次性决定,且只有在网络拓扑发生改变 时才发生变化,它不使用任何有关网络状态的信息(相对的静 态路由);
适应型的算法路由中,源端或中间转发节点会根据网络流量等 状态而改变(动态路由)。
源路由和目标路由
源路由算法是在源端一次性集中建立的(一次路由即决定整个 路径);
目标路由算法是消息传递中的中间节点根据目的地当时的相对 位置以一种分散的方式多次建立的(每次只路由一个跳跃)。
容错型和非容错型
容错型算法中,即使传递中出现错误,被路由消息也能保证送 到;
n=1:总线/路径或环拓扑;
n=2:2维网格或2维圆环;
k=2, n3:n维立方。(没有mod k)
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4
交换
有两种交换技术/交换模型:
存储-转发(store and forward)
消息被分割成可以经由不同路径到达目的地的分组。当一个分组 全部到达一个中间节点时,整个分组就被转发到下一个节点。
start-a-routing::= [ destination is closer along clockwise direction send(m,des) to P((i+1) mod n)
•destination is closer along counterclockwise direction send(m,des) to P((i-1) mod n)
3. 重复步骤2,直到所有的节点都包含在N中。
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Dijkstra集中式算法
以Dijkstra集中式算法应用于例子网络,设P5是源 节点。
步 初始 1 2 3 4
N {P5} {P5, P4} {P5, P4, P2} {P5, P4, P2, P3} {P5, P4, P2, P3, P1}
一般类型(General Purpose ):满足一般性的目标; 特殊类型(Special Purpose):满足特定的目标。
重点讨论在一般环境下最短路由算法和三种通信方 式在特定环境下的路由算法。
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2
导论
分布式系统的进程间通信主要通过消息传递来实现:
邻接PE(直接消息传递实现直接通信) 非邻接PE(通过中间PE传递消息实现间接通信)
其
因
数
分
解
:
N=nd×nd-1×nd-
每个PE的寻址:(ud, ud-1, ud-2, …, ud, u1)
如,一个k元n维立方网络(k-ary n-cubes)
N=k × k × …× k (n times),即ni=k,d=n; 每个PE连接到那些地址上仅有1 (mod k)差别的PE;
Internet中RIP路由(一种距离向量路由)用到的算 法。
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19
特殊类型网络中的单播
为了简化讨论,假设所有特殊类型网络中的链接代 价都为一。 在环形、网状、圆环和n维立方等特殊类型网络中单 播的最短路由。
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20
双向环中的单播
源根据目标节点的位置决定发送方向(使用路由函 数) :如果目标离顺时针方向近,则顺时针方向将 消息发送给下一个中间节点,否则选择逆时针方向 将消息发送给下一个中间节点。
交换:决定消息如何从一个输入信道转到一个输出信道。
重点放在路由技术上,其它作概念性介绍。
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3
拓扑
网络拓扑可分为:
一般类型:没有一个统一和结构化的形式; 特殊类型:遵从一个特定的结构。
特殊类型的网络拓扑可用一个统一的形式来表示:
N 个 PE 2…×n1
的
分
布
式Байду номын сангаас
系
统
,
3. 重复步骤2,直到不再有改变发生。(或算法一直执行)
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Ford分布式算法
以Ford分布式算法应用于例子网络,设P5是目标 节点。
步 初始 1 2 3
P1 ( . , )
( . , )
(P3, 25) (P2, 7)
P2 ( . , )
( . , )
(P4, 3) (P4, 3)
一般通信:一个源给不同的目标发送相同消息;
个性化通信:一个源给不同的目标发送不同消息。
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8
路由
路由算法可以从多个方面去划分:
特殊类型和一般类型
特殊类型的算法利用特定网络(如网格、超立方等)的拓扑属 性,往往对这类特定网络效率很高;
一般类型的算法适合于所有类型的网络,但对某种特定网络可 能不是很有效。
分割-通过(cut through,直通)
电路交换(circuit switching):传输前先建立一个网络电路,传 输结束后,电路拆除。
虚拟分割-通过(virtual cut-through):只有所需信道忙时才将 分组存储在中间节点;否则,分组被直接转发,不做任何缓冲。
虫孔路由(wormhole routing):(1)每个分组被进一步分为 一定数量的片(flit)。(2)当所需信道忙时,剩余的片不会被从 信道中清除并缓存起来,而是通过流量控制将后续片阻塞并使它 们缓存在已经建立好的路由中。
P2
4
D(1) 7 7 7
1
D(2)
3 3 3 3
D(3)
20 4 4 4 4
D(4)
2 2 2 2 2
P1
5
3
P4
2
P5
2
20
P3
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15
Ford分布式算法
从目标节点开始扩散,每个节点和其邻居交换代 价和路由信息,直到这些节点的路由表达到最短 路径的要求为止。这是一个以分布式方式(分布在 非目标节点上执行算法)的决定型路由算法。
每个节点都维护一个通过每个邻居到达目标(所有) 节点的最短路径(最小代价)的路由表。
当有P节i的点邻Pi居到的达通目过标P节i到点达的目最标短节路点径的发最生短改路变径时将,在下所 一个时刻点(路由信息在邻居间交换后)发生改变。 这个过程一直会持续到所有节点到达目标节点的最 短路径不再发生改变(固定点)。
效果依次增强,我们主要使用依赖于目标的路由函数。
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12
一般类型的最短路径路由
一般类型网络拓扑下的最短路径路由算法,介绍:
Dijkstra集中式算法 Ford分布式算法 ARPAnet(Internet)的路由策略
链接代价
(通信延迟、费用等)
4
P1
5
P2
1
3
P4
2
2
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5
交换
存储-转发和分割-通过的主要区别:
存储-转发对所选路径长度很敏感; 分割-通过对所选路径长度几乎不敏感(或在没有网络拥
塞的情况下不敏感);
因此,使用存储-转发模型的目标就是减少路径长度, 使用分割-通过模型的目标是减少网络拥塞。 衡量存储-转发模型下的路由性能有2个主要参数:
P3 ( . , )
(P5, 20) (P4, 4) (P4, 4)
P4 ( . , )
(P5, 2) (P5, 2) (P5, 2)
P2
4
1
P1
5
3
P4
2
P5
2
20
P3
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18
ARPAnet/Internet的路由策略
基本与Ford类似,也是分布式、通过路由(可达) 信息的逐步传递扩散的,能适应网络中链路状态的 变化。
一个消息通过几个中间节点按照顺时针或逆时针方 向传递,直到到达目标节点。
m2 to 6
P2 P1
P3
m2 to 4
P4
P6
P5
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双向环中的单播
算法的DCDL表示:
P(i)::= *[ start-a-routing •receive-a-data-clockwise •receive-a-data-counterclockwise ]
操作:使用v的每个邻接节点w的当前值D(w)更新D(v)的值,方 法是计算D(w)+l(w,v)并使:D(v) := min{D(v), D(w)+l(w, v)};更 新v的标记:用使上述表达式取值最小的邻接节点代替n,并用 新值代替D(v)。(寻找是否能通过其它邻居有一条到达目标节 点更短的路径!)
利用冗余型的方法,可以将一个消息分成多个片段,同时通过 多条路径传输,以降低整体的通信延迟。
死锁避免型和非死锁避免型
死锁避免型算法可以保证不发生死锁; 非死锁避免型算法可能发生死锁(进入一个死循环路径)。
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