5---路由算法详解
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。
路由选择算法
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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 7
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3、适应式（动态路由选择）适用于中型网络 路由表动态设置（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。
D
和
i
S
。
i
2、经128ms后，结点1收到3个相邻节点(2、3
、4)的时延向量 D、2 D、3 D，4 进行更新运算，得 到更新后的路由表。
d 21 2
d 22 0
D
2
d d
23 24
3
2
d
25
3
d 26 5
d 31 3
d 32 3
D
3
42
部分资料从网络收集整 理而来，供大家参考，
感谢您的关注！
Mind133
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计算 d 15 最小值
1 2 3 5 1 2 4 5 1 3 5 1 4 5
M ind152
d15 d12 d 23 d35 6 d15 d12 d 24 d 45 5 d15 d13 d35 6 d15 d14 d 45 2
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2、发送链路状态分组（采用扩散式）
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。
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
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
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
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
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)
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
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。
路由器与路由算法
三类交换网络
内存交换（Switching Via Memory） 第一代路由器: 分组通过系统的（单个）CPU拷贝 速度受到内存带宽的限制 (每个分组需2次穿越 系统总线)
Input Port Memory Output Port
System Bus
总线交换（Switching Via Bus） 分组通过一条共享的总线从输入端口的内存传递 到输出端口的内存 总线竞争：交换速率受限于总线的带宽 1 Gb/s总线，Cisco 1900：对访问接入和企业级 的路由器已经足够 (但还不适应在区域或主干级 线路上使用)
5.2.9 链路状态算法（LS）和距离向量算法（DV） 的比较 算法复杂性 LS –路由信息向全网发送 –N节点，E个连接的情况下，每个节点发 送O(nE)的报文 DV –仅在邻居节点之间交换
收敛（Convergence）速度 LS 使用最短路径优先算法，算法复杂度为 O(n**2) n个结点（不包括源结点），需要 n*(n+1)/2 次比较 使用更有效的实现方法，算法复杂度可 以达到O(nlogn) 可能存在路由振荡（oscillations）（研究
路由器C的路由表
目的网络号 下一个转发路由器端口或IP地址 度量（转发次数）
128.1.0.0
128.2.0.0 128.3.0.0 128.4.0.0
128.3.0.2 （RB）
128.3.0.2 （RB） 直接端口1 直接端口2
2
1 0 0
Internet 路由表包含内容
目的或网络掩码 协议 优先级 优先权 下一跳地址 输出接口 影响路由权的属性， 如右图。越小，路径 越好。
热点问题）
DV 收敛时间不定 可能会出现路由循环 count-to-infinity问题
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。
计算机网络网络层路由算法PPT课件
精选课件
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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)
沿汇集树（sink tree）生成树
类似的值。
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。
精选课件
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交换距离信息更新路由表示例
精选课件
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无穷计算问题
A BCD E
A BCD E
∞∞∞ 1 ∞∞ 12∞ 123 123
reverse routes.
路径维护
每个节点周期性的广播一个 HELLO消息并期望它的邻居 做出回应，如果回应没有到 来说明消息广播者已经知道 它的邻居已失效或离开接收 范围，因而不再跟自己有连 接。这些信息用来清除掉那 些不再有效的消息。
精选课件
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在最近的T时间内曾经给它发送 过到达该目标的邻居—该目标的 活动邻居
（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
路由算法简介
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。
路由算法
无论是电路开通还是业务恢复，均需使用链路权重Link Cost和共享风险链路组SRLG。
所以在ASON网络一开始就要由操作者配置Link Cost和SRLG。
1，电路开通电路开通有三种方式：松散路由约束，半松散路由约束，和严格路由约束。
下面逐一说明。
松散路由约束：操作者只需指定电路的源和宿，路由选择完全由控制平面完成。
选路算法如下：a)在所有可选路径中选择路由经过的链路Link Cost之和最小的路径；b)如果有多条路径满足Link Cost之和最小，从中选择跳数（经过的节点数）最小的路径；c)如果仍有多条路径符合要求，从中选择网络碎片最少的路径。
（所谓碎片，即链路中不连续被使用的时隙（time slot）。
在其他因素相同的情况下，系统内部会根据链路的时隙使用情况来进行相应的碎片整理以避免网络碎片更多，即新建电路和恢复电路会选择碎片最大的路由，留下较大的管道给其他大颗粒电路使用。
例如对两条10G链路，一个10G中占用了一个时隙，另外一条10G链路中占用了2个时隙，如果后者的10G链路的时隙是连续的如时隙1和2，这时恢复时系统是不会区分这两条10G链路那个负载更多一些，而如果后者的10G链路的时隙是分离的如1和5，这时恢复时就会优先选用该条链路，因为它碎片程度更严重。
）半松散路由约束：操作者除了指定电路的源和宿，还指定希望经过的节点或链路，或不希望经过的节点和链路。
在路由选择中，在多条可选路径里，首先排除使用了不希望经过的节点和链路的路径，或保留使用了希望经过的节点和链路的路径。
然后按照松散路由的选路算法（如上a）到c))选择最优路径。
严格路由约束：操作者严格指定电路的源和宿，中间经过的节点、链路和时隙。
需要注意的是，如果建立PRC、SNCP和GR电路，则会涉及到主备两条路径。
以上选路算法适用于主用路径（工作路径），备用路径（保护路径）则选择尽量和主用路径SRLG（链路和节点）分离的路由。
运营商操作者需要在ASON网络启用初期，在网管上完成如下设置：将端口及相对应的链路资源加到ASON域；将多个属性相同的物理链路绑定为一个TE Link，如相邻节点间同方向的多个速率相同的物理链路可以设置绑定关系，本步骤不是必须的；为每个TE Link设置链路权重Link Cost；设置TE Link之间的风险共享关系SRLG。
路由算法
第5.6章路由算法教学导入：TCP/IP网络中路由器的基本工作原理,介绍了IP路由器的几大功能,给出了静态路由协议和动态路由协议,以及内部网关协议和外部网关协议的概念,同时简要介绍了目前最常见的RIP、OSPF、BGP和BGP-4这几种路由协议。
教学内容：1距离向量算法2 链路状态算法3平衡混合路由算法一距离向量法(Distance Vector Routing)在距离向量法中，相邻路由器之间周期性地相互交换各自的路由表备份。
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。
在图1中，每一个路由器从与之直接相邻的路由器处获得对方的路由表。
例如，路由器B从路由器A和C获得路由信息后，对自己的路由表进行加工，加工后的路由表再传送给路由器A和C。
路由器通过这种方法不断地积累路由信息，直到最终收敛为止。
图1 路由表传递示意1. 路由表的建立与更新在图2中，有三个路由器：A、B和C。
路由器A的两个网络接口E0和S0分别连接在10.1.0.0和10.2.0.0网段上；路由器B的两个网络接口S0和S1分别连接在10.2.0.0和10.3.0.0网段上；路由器C的网络接口S0和E0分别连接在10.3.0.0和10.4.0.0网段上。
图2 路由表内容列表如图2中各路由器路由表的前两行所示，通过路由器的网络接口到与之直接相连的网段的网络连接，其向量距离设置为0。
这即是最初的路由表。
当路由器B和A以及B和C之间相互交换路由信息后，它们会更新各自的路由表。
例如，路由器B通过网络端口S1收到路由器C的路由信息（10.3.0.0,S0,0）和（10.4.0.0,E0,0）后，在自己的路由表中增加一条（10.4.0.0,S1,1）路由信息。
该信息表示: 通过路由器B的网络接口S1可以访问到10.4.0.0网段，其向量距离为1，该向量距离是在路由器C的基础上加1获得的。
同样的道理，路由器B还会产生一条（10.1.0.0,S0,1）路由，这条路由是通过网络端口S0从路由器A获得的。
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。
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。
路由算法及比较(简单了解)
路由算法及比较丁杰 08211057 通信0801路由算法是网络层的核心问题，其主要功能：第一是为不同的原节点和目的节点对(SD)选择一条传输路径；第二是在路由选择好以后，将用户消息正确地送到目的节点。
一、路由算法的设计目标路由算法通常具有下列设计目标的一个或多个：(1) 正确性：算法必须是正确的。
即沿着各节点（交换机或路由器）中路由表所指引的路由，分组一定能够最终达到目的节点（交换机或路由器）。
并且，分组到达目的节点后不会再向其他节点转发该分组。
(2) 简洁性：算法设计简洁，路由协议必须高效地提供其功能，尽量减少软件和应用的开销。
实现路由算法的软件必须运行在物理资源有限的计算机上时高效尤其重要。
(3) 自适应性：又可称为“稳定性”或“鲁棒性”（robustness）。
即算法能够适应网络业务量的拓扑的变化。
当网络的总业务量发生变化时，算法能自适应地改变路由。
当节点链路出现故障或修复后重新开始工作时，算法应能及时找到一条替换路径。
(4) 快速收敛：收敛是在最佳路径的判断上所有路由器达到一致的过程。
当某个网络事件引起路由可用或不可用时，路由器就发出更新信息。
路由更新信息遍及整个网络，引发重新计算最佳路径，最终达到所有路由器一致公认的最佳路径。
收敛慢的路由算法会造成路径循环或网络中断。
(5) 公平性：算法对所有用户必须是等同的。
例如，仅考虑使某一对用户的端到端时延为最小，它们就可能占用相对较多的网络资源，这样就明显不符合公平性的要求。
(6) 最优性：路由选择算法应该能提供最佳路由，从而使平均分组时延最小、吞吐量最大或可靠性最高。
这里“最佳”可以是有多个因素决定的，如链路长度、数据率、链路容量、传输时延、节点缓冲区被占用的程度、链路的差错率、分组的丢失率等。
一个路由算法应当在高的业务负荷的情况下，在保证相同的实验条件下，可以增加网络的通过量；在轻负荷和中等负荷情况下，可以减少每一个分组的平均时延。
在实际中，其实是没有完全符合以上所有目标的路由算法的，也正是因为如此，在设计路由算法的时候，选择其中的最重要的几个目标来设计路由算法，以尽可能达到最好的效果。
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。
计算机网络的拓扑结构和路由选择算法
计算机网络的拓扑结构和路由选择算法计算机网络是由一些以各种不同方式连接的计算机组成的系统，它们可以共享资源和信息。
在计算机网络中，拓扑结构和路由选择算法是两个重要的概念。
本文将详细介绍计算机网络的拓扑结构和路由选择算法，并分别列出它们的步骤。
一、计算机网络的拓扑结构1. 星型拓扑结构- 特点：所有设备都连接到一个中央设备（如交换机或路由器）。
- 优点：易于管理和维护。
- 缺点：当中央设备出现故障时，整个网络将无法工作。
2. 总线型拓扑结构- 特点：所有设备都连接到一个共享的传输媒介。
- 优点：成本低廉，易于扩展。
- 缺点：当传输媒介出现故障时，整个网络将无法工作，并且网络性能受到设备数量的影响。
3. 环型拓扑结构- 特点：每个设备都连接到相邻设备，形成一个封闭的环。
- 优点：数据传输无需传递中继设备，因此具有较低的延迟。
- 缺点：当一个设备出现故障时，整个网络将无法工作。
4. 树型拓扑结构- 特点：设备以层级结构连接，形成一个树状网络。
- 优点：易于扩展，具有较强的容错能力。
- 缺点：当根节点出现故障时，整个网络将无法工作。
5. 网状拓扑结构- 特点：设备之间可以直接连接，形成一个网状结构。
- 优点：具有较高的容错能力和可扩展性。
- 缺点：成本较高，管理和维护复杂。
二、路由选择算法1. 静态路由选择算法- 步骤：a. 配置每个设备的路由表，包括目的地址和下一跳地址。
b. 根据路由表进行数据包转发。
- 优点：简单、稳定，适用于小型网络。
- 缺点：无法适应网络拓扑的动态变化。
2. 动态路由选择算法- 步骤：a. 设备之间通过路由协议交换路由信息。
b. 根据收到的路由信息更新路由表。
c. 根据路由表进行数据包转发。
- 优点：适应网络拓扑的动态变化，具有较好的容错能力。
- 缺点：复杂、可能导致路由环路。
3. 距离矢量路由选择算法- 步骤：a. 设备通过周期性地广播路由信息来更新路由表。
b. 路由器使用距离和方向来选择最佳路径。
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。
常用的路由算法
Broadband Wireless Communications Laboratory, Xidian University
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Xidian Univ.
B WC
互连网中的路由算法
≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈~ ≈ ~ ≈
Broadband Wireless Communications Laboratory, Xidian University
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Xidian Univ.
B WC
广域网中的路由算法
2.最短路由（Shortest Path Routing）
许多实际的路由算法如RIP（Routing Information Protocol），OSPF（Open Shortest Path First）等都是基于最短路径这一概 念。分组交换网络的各种路由算法实质上都是建立 在某种形式的最小费用准则的基础上。譬如，我们 把准则定为“最短路径”，那就有所谓的“最短路径 路由算法”；这里所说的“最短路径”并不单纯意味 着一条物理长度最短的通路，它可以是从发送节点 到达接收节点的中转次数最少。
≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈~ ≈ ~ ≈
Broadband Wireless Communications Laboratory, Xidian University
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B WC
互连网中的路由算法
–第二种观点是把每个子网看成是一个节点，如图 5-5（b）所示。这样将网络分为两层，高层是由 互连设备和子网组成的网络，低层是各子网的内 部网络。 –在这种分层的方式中，Gateway或Router只维持 到达各个子网的路由表，各个子网仅维持子网内 的路由表。这样路由表的维持和修正的负荷相对 较小和易于操作。 –分层的缺点是所形成的路由对整个网络而言不一 定是最佳的。
第五章路由算法精品PPT课件
—路由选择更加复杂、灵活
交替路由
• 交替路由选择机制的基础： • 两个端局之间能够使用的路由是预先定义好的。 • 由主呼交换机负责为每次呼叫选择合适的路由 • 所有的交换机都有为各目的站点预定好的路由作
为参考
• 路由选择序列反映了根据历史通信量模式做出的 分析，并在设计时优化了网络资源的利用
2. 路由选择策略
• 固定式路由选择（Fixed） • 洪泛式路由选择（Flooding） • 随机路由选择（Random） • 自适应路由选择（Adaptive）
固定式路由选择
• 固定式路由选择为网络中的每一对源节点和目的 节点选择一条永久的路由。
• 这些路由是固定的，只有在网络拓扑结构发生改 变时，它们才有可能改变
2
1-4–5 4
1-4-5-6
5, 6}
5.4.2 Bellman-Ford 算法
• B-F算法可叙述如下：
• 从给定的源节点找出一条最短路径，该 最短路径是从所有最多只含一条链路的 路径中选择出来的；接着再找出条件为 所有路径最多只含两条链路的最短路径 ，以此类推。
• 算法也是分阶段进行。
定义变量如下：
—大多情况下，自适应策略所依据的状态信息是 从一个地点收集却在另一个地点使用。此时， 需要在信息质量和额外开销之间寻求平衡。交 换的信息越多，且交换频率越快，则每个节点 所做的路由判决越好，但另一方面，这个信息 本身就是网络的负荷，它会导致性能下降。
—自适应策略可能反应过快，导致拥塞发生震荡 。如果反应太慢，那这个策略又没有什么实际 的用处
洪泛式 路由选 择
洪泛式技术的特点
• 洪泛式技术具有三个重要属性： • 在源点和终点之间的所有路由都被尝试过
计算机网络的路由选择算法有哪些详解各种路由选择算法的优缺点
计算机网络的路由选择算法有哪些详解各种路由选择算法的优缺点计算机网络中，路由选择算法是决定数据包从源节点到目标节点的路径的重要机制。
不同的路由选择算法具有各自的优缺点，对网络性能和效率起着不同的影响。
本文将详细介绍几种常见的路由选择算法，并分析它们的优缺点。
一、静态路由选择算法静态路由选择算法是指在网络拓扑结构不变的情况下，通过手动配置网络设备的路由表来实现路由选择。
常见的静态路由选择算法有默认路由、固定路由和策略路由。
1. 默认路由默认路由是指将所有非本网络的数据包都转发到同一个默认下一跳节点的路由选择方式。
优点是简单、易于管理和实施，适用于规模较小、拓扑结构比较简单的网络。
缺点是没有考虑到网络负载和拥堵情况，无法实现灵活的数据传输。
2. 固定路由固定路由是通过手动配置网络设备的路由表来设置固定路径的路由选择方式。
优点是对特定网络流量的传输进行了有效控制，可以实现较高的性能。
缺点是需要手动配置，对网络规模较大的情况不适用；且不能动态适应网络拓扑的变化。
3. 策略路由策略路由是通过设置一系列策略和条件来实现路由选择的方式。
根据不同的路由策略，将数据包送往最佳的路径。
优点是可以根据具体需求进行动态路由选择，适应不同的网络状况。
缺点是配置复杂，容易出错。
二、动态路由选择算法动态路由选择算法是根据网络拓扑结构的变化和网络负载状态，通过节点之间的路由协议自动学习和更新路由表的选择方式。
常见的动态路由选择算法有距离矢量路由算法（Distance Vector Routing）、链路状态路由算法（Link State Routing）和路径矢量路由算法（Path Vector Routing）。
1. 距离矢量路由算法（DVR）距离矢量路由算法是一种基于每个节点之间距离向量的选择算法，典型的代表是RIP（Routing Information Protocol）。
其优点是简单、易于实施。
缺点是计算复杂度高，收敛速度慢，对大型网络不适用。
5.4 链路状态路由算法
Dijkstra算法流程
• 源节点A集合N • 当前工作节点：A
将到A的邻居的距离 标记为链路成本
• 从不属于集合N 的节点中找出到 A距离最小的节 点W集合N
• 工作节点：W
更新所有W的邻居通 过W到达A的距离值
第一步初始化工作。在子网中标出所有节点到初 始节点A的最短距离，只有与A邻接的节点才知道 到A距离。
D(C) = min{ D(C), D(B)+c(B,C) } = min{ , 2+7}
D(G) = min{ D(G), D(E)+c(E,G) } = min{ 6, 4+1}
(2,A) B
(4,B)
A
E
(6,A) G
C (9,B) F (, -) D (, -)
H (, -)
(2,A) B
缺点
有可能造成路 由来回震荡
新路径 旧路径
B
2 2
A
E
2
1
G
7
C
3
3
F
2
2 47
D
2
H
• t0：A到H的最短路径选择了A-G-H • t1：A到H的最短路径更新为A-B-E-F-H
基于链路状态的路由来回震荡
路由震荡：路由随着链路成本的变 化来回切换。
① 初始时东西园区之间的包选择C-F （或E-I），所有包都通过C/F转发 C/F上的排队时延增加
D(D) = min{ D(D), D(H)+c(H,D) } = min{ , 8+2}
D(D) = min{ D(H), D(C)+c(C,D) } = min{ 10, 9+3}
(2,A) A
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按应用场合
广域网路由 （解决一个子网内的路由） 互联网路由 （解决不同子网之间的路由）
第5章 路由算法
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2014/11/24
第5章 内容概述
5.1 路由算法概述
- 5.1.1 路由选择算法的分类
- 5.1.2 对路由选择算法的要求
- 5.1.3 路由算法的实现—路由表
3
5
节点2的输入业务量为15个 单位。由于每条链路的容量 仅为10个单位，在仅使用一 条路径的情况下，节点2至少 要丢弃5个单位的业务流量。
6
所有链路的容量均为10单位 目的节点
Hale Waihona Puke 如果节点2将输入业务流量 在2→4→6和2→5→6之间分 摊，节点1选择1→3→6，则 每条链路上的业务流量都不 超过链路容量的75%，因而 分组的时延较小。
路由表对每个目的节点指出分组应发向 的下一个节点。
节点1上的路由表
目的节点 下一个节点 2 2 3 2 4 4 5 4 6 2 目的节点 下一个节点
节点4上的路由表
1 1 2 2 3 3 5 5 6 5
第5章 路由算法
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2014/11/24
5.1.3 路由算法的实现—路由表
当路由表建立起来之后，在进行路由选择时只是简单地
路由选择的目的和要求： 能正确、迅速、合理地传送分组（报文）信息。
能适应网络内节点或链路故障而引起的拓扑变化
，使分组（报文）在有故障的条件下一般还能到达 终点。在发生故障时，允许某些线路的通信量过载 而增加时延。
能适应网络流量的变化，使各通路的流量均匀，
整个网络的通信设备负荷平衡，充分发挥效率。
8 2014/11/24
第5章 路由算法
5.1
λ1
源节点 1 4
路由算法概述 (5)
从图中可以看出：当节点1 和2输入的流量很大时，根据 不同的路由选择方法，网络 可接纳的最大通过量为10～ 30单位。
λ2
2 源节点
3
5
6
所有链路的容量均为10单位 目的节点
由此可以看出：一个路由 算法应当在高业务负荷的情 况下，在保证相同的时延条 件下，可以增加网络的通过 量；在轻负荷和中等负荷的 情况下，可以减少每一个分 组的平均时延。
6
所有链路的容量均为10单位 目的节点
路由选择对网络性能的影响。
第5章 路由算法
6
2014/11/24
5.1
λ1
源节点 1 4
路由算法概述 (4)
当λ1=λ2=5时 如果节点1选择1→3→6, 节 点2选择2→5→6, 则由于每条 链路的业务量都只有信道容 量的一半, 因而时延很小。
λ2
2 源节点
止网络连接等。
路由算法是网络层的核心，其主要功能是指引分组通
过通信子网到达正确的目的节点。具体表现为两个方面 的内容：
寻径：为不同的源节点和目的节点对（SD）选择
一条传输路径；
转发：在路由选择好以后，将用户的消息正确地
送到目的节点。
第5章 路由算法 4 2014/11/24
5.1
路由算法概述 (2)
5.1.1 路由选择算法的分类 (1)
路由算法的分类
算法能否跟随网络拓扑变化
非自适应的（不根据实测或估计的网络当前
业务量和拓扑结构来做路由选择。路由事先就 计算好，在网络启动时就下载到网络路由器中 。这种策略的最大优点是简单和开销小）
自适应
第5章 路由算法
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2014/11/24
5.1.1 路由选择算法的分类 (2)
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第5章 路由算法
第5章 内容概述
5.1 路由算法概述
- 5.1.1 路由选择算法的分类
- 5.1.2 对路由选择算法的要求
- 5.1.3 路由算法的实现—路由表
第5章 路由算法
5.2 常用的路由算法
5.4 数学基础—图论 5.5 最短路径算法
10 2014/11/24
查找路由表中的信息，无须再作计算。然而对自适应路由 选择来说，会要求相当数量的计算来维持这张路由表。
第5章 路由算法
5.2 常用的路由算法
5.4 数学基础—图论 5.5 最短路径算法
14 2014/11/24
5.1.3 路由算法的实现—路由表
路由算法的实现通过路由表。 节点上的路由表指明该节点如何选择分组的传送路径。 路径选择原则是使到达目的节点的链路 数最少。
当存在2条以上具有相同链路数的最少链 路数路径时，可以选择其中任意一条。
Fundamental of Communication Networks
通信网络理论基础
第5章 路由算法
第5章 路由算法
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2014/11/24
第5章 内容概述
5.1 路由算法概述 5.2 常用的路由算法 5.4 数学基础—图论 5.5 最短路径算法
第5章 路由算法
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2014/11/24
第5章 内容概述
5.1 路由算法概述
- 5.1.1 路由选择算法的分类
- 5.1.2 对路由选择算法的要求
- 5.1.3 路由算法的实现—路由表
第5章 路由算法
5.2 常用的路由算法
5.4 数学基础—图论 5.5 最短路径算法
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5.1
路由算法概述 (1)
网络层的功能包括寻址和选择路由，建立、保持和终
算法尽量简单，以减少网络开销。
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第5章 路由算法
5.1
路由算法概述 (3)
两个源节点和一个目的节点
通过一个例子来看看路由选择对网络性能的影响：
λ1
源节点 1 4
λ2
。所有链路的容量为10单位
2 源节点
，两个源节点1和2的输入业
务量分别为λ1和λ2, 讨论:
3
5
λ1=λ2=5单位 λ1=5单位, λ2=15单位
路由算法的分类
按路由决策方法
集中式 （指网络的路由是由路由控制中心计算
的，该中心周期性收集各链路的状态，经过路由 计算后周期性地向各网络节点提供路由表。）
分布式（指网络中所有节点通过相互交换路由信
息，独立地计算到达各节点的路由。 ）
第5章 路由算法
12
2014/11/24
5.1.1 路由选择算法的分类 (3)
3
5
如果节点1选择1→4→6, 节
6
所有链路的容量均为10单位 目的节点
点2选择2→4→6, 则链路4→6
运载的业务量为10单位, 达到 了链路的最大容量，因而时
延会很大。
第5章 路由算法 7 2014/11/24
5.1
λ1
源节点 1 4
路由算法概述 (5)
当λ1=5, λ2=15时
λ2
2 源节点