网络工程设计与实践(第二版)第11章路由算法与实验
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第11章 路由算法与实验
第11章 路由算法与实验
11.1 基本原理 11.2 Prim算法 11.3 Kruskal算法 11.4 Dijkstra算法 11.5 Floyd算法
第11章 路由算法与实验
第11章 路由算法与实验
第11章 路由算法与实验
11.1.2 路由器的构成 路由器具有四个要素：输入端口、输出端口、交换开关
第11章 路由算法与实验
(1) 静态路径表：由系统管理员事先设置好的固定的路 径表称之为静态(Static)路径表，一般是在系统安装时就根据 网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变 而改变。
(2) 动态路径表：动态(Dynamic)路径表是路由器根据网 络系统的运行情况而自动调整的路径表。路由器根据路由选 择协议(Routing Protocol)提供的功能，自动学习和记忆网络 运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。
(4) 路由处理器通过对转发表进行操作以实现路由协议， 并运行对路由器进行配置和管理的软件。同时，它还处理那 些目的地址不在线卡的转发表中的数据包。
第11章 路由算法与实验
11.1.3 路由器的分类 从体系结构上看，路由器可以分为第一代单总线单CPU
型路由器、第二代单总线主从CPU型路由器、第三代单总线 对称式多CPU型路由器、第四代多总线多CPU型路由器、第 五代共享内存式路由器、第六代交叉开关体系路由器和基于 机群系统的路由器等多类。
第11章 路由算法与实验
运行如SLIP和PPP(点对点协议)这样的数据链路级协议，或 者如PPTP(Point-to-Point Tunnel Protocol，点对点隧道协议) 这样的网络级协议。路由查找完成后，必须用交换开关将包 送到其输出端口。如果路由器是输入端队列型的，则几个输 入端共享同一个交换开关。这样输入端口的最后一项功能是 公共资源(如交换开关)的仲裁协议。
(2) 简易性和低开销。路由选择算法应尽可能地简单。 换言之，路由选择算法必须用最低的软/硬件开销来提供最 有效的功能。实现路由选择算法的软件运行在物理资源有限 的计算机上，其效率显得尤为重要。
从网络级别上看，路由器可以分为接入路由器、企业级 路由器、骨干网路由器和太比特路由器四种。接入路由器使 得家庭和小型企业可以连接到某个互联网服务提供商；企业 级路由器连接一个校园或企业内成千上万的计算机，不但要 求端口数目多、价格低廉，而且要求配置起来简单方便，并 提供QoS；骨干网路由器终端系统通常是不能直接访问的，
第11章 路由算法与实验
它们连接长距离骨干网上的ISP和企业网络，要求路由器能 对少数链路进行高速路由转发。在未来核心互联网使用的三 种主要技术中，光纤和DWDM都已经是很成熟并且是现成 的，如果没有与现有的光纤技术和DWDM技术提供的原始 带宽对应的路由器，新的网络基础设施将无法从根本上得到 性能的改善，因此开发高性能的骨干交换/路由器(太比特路 由器)已经成为一项迫切的要求。太比特路由器技术现在主 要还处于开发实验阶段。
第11章 路由算法与实验
速度受限于存储器的存取速度。尽管存储器容量每18个月能 够翻一番，但存储器的存取时间每年仅降低5%，这是共享 存储器交换开关的固有限制之一。
(3) 输出端口在数据包被发送到输出链路之前存储数据 包，可以实现复杂的调度算法以支持优先级等要求。与输入 端口一样，输出端口同样要能支持数据链路层的封装和解封 装，以及许多较高级协议。
第11章 路由算法与实验
路由器的主要工作是为经过路由器的每个数据帧寻找最 佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。由此可见， 选择最佳路径的策略，即路由算法，是路由器的关键所在。 为完成这项工作，在路由器的路由表(Routing Table)中保存 着子网的标志信息、网上路由器的个数、下一个路由器的名 字等各种传输路径的相关数据。路由表可以是由系统管理员 固定设置好的，也可以由系统动态修改；可以由路由器自动 调整，也可以由主机控制。
第11章 路由算法与实验
11.1.5 路由选择算法 1. 设计目标 路由选择算法通常具有下列一个或多个设计要求： (1) 最优性。最优性是指路由选择算法选择最优路径的
能力。最优路径取决于计量标准和计算权值，例如一个路由 选择算法同时考虑途经站点的数目和延迟开销，但在计算过 程中更重视延迟开销。因此，路由选择协议必须严格定义其 计算方法。
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第11章 路由算法与实验
(2) 交换开关可以使用多种不同的技术来实现，使用最 多的交换开关技术是总线、交叉开关和共享存储器。总线开 关使用一条总线连接所有的输入和输出端口，是最简单的开 关，缺点是其交换容量受限于总线的容量以及为共享总线仲 裁所带来的额外开销。交叉开关通过开关提供多条数据通路， 具有N×N个交叉点的交叉开关可以被认为具有2N条总线。 如果一个交叉点闭合，则输入总线上的数据在输出总线上可 用，否则不可用。交叉点的闭合与打开由调度器来控制，因 此，调度器限制了交换开关的速度。在共享存储器路由器中， 进来的包被存储在共享存储器中，所交换的仅是包的指针， 这提高了交换容量，但是，共享存储器技术交换的
和路由处理器。 (1) 输入端口是物理链路和输入包的进口。端口通常由
线卡提供，一块线卡一般支持4、8或16个端口。一个输入端 口具有许多功能：第一个功能是进行数据链路层的封装和解 封装；第二个功能是在转发表中查找输入包目的地址并决定 目的端口(称为路由查找)，路由查找可以使用一般的硬件来 实现，或者通过在每块线卡上嵌入一个微处理器来完成；第 三，为了提供QoS(Quality of Service，服务质量)，端口要把 收到的包分成几个预定义的服务级别；第四，端口可能需要
第11章 路由算法与实验
11.1.4 路由器的功能 路由器的一个功能是连通不同的网络，另一个功能是选
择信息传送的线路。选择通畅快捷的路径，能大大提高通信 速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网 络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益来。
一般说来，异种网络的互连与多个子网的互连由路由器 来完成。
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11.1 基本原理 11.2 Prim算法 11.3 Kruskal算法 11.4 Dijkstra算法 11.5 Floyd算法
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11.1.2 路由器的构成 路由器具有四个要素：输入端口、输出端口、交换开关
第11章 路由算法与实验
(1) 静态路径表：由系统管理员事先设置好的固定的路 径表称之为静态(Static)路径表，一般是在系统安装时就根据 网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变 而改变。
(2) 动态路径表：动态(Dynamic)路径表是路由器根据网 络系统的运行情况而自动调整的路径表。路由器根据路由选 择协议(Routing Protocol)提供的功能，自动学习和记忆网络 运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。
(4) 路由处理器通过对转发表进行操作以实现路由协议， 并运行对路由器进行配置和管理的软件。同时，它还处理那 些目的地址不在线卡的转发表中的数据包。
第11章 路由算法与实验
11.1.3 路由器的分类 从体系结构上看，路由器可以分为第一代单总线单CPU
型路由器、第二代单总线主从CPU型路由器、第三代单总线 对称式多CPU型路由器、第四代多总线多CPU型路由器、第 五代共享内存式路由器、第六代交叉开关体系路由器和基于 机群系统的路由器等多类。
第11章 路由算法与实验
运行如SLIP和PPP(点对点协议)这样的数据链路级协议，或 者如PPTP(Point-to-Point Tunnel Protocol，点对点隧道协议) 这样的网络级协议。路由查找完成后，必须用交换开关将包 送到其输出端口。如果路由器是输入端队列型的，则几个输 入端共享同一个交换开关。这样输入端口的最后一项功能是 公共资源(如交换开关)的仲裁协议。
(2) 简易性和低开销。路由选择算法应尽可能地简单。 换言之，路由选择算法必须用最低的软/硬件开销来提供最 有效的功能。实现路由选择算法的软件运行在物理资源有限 的计算机上，其效率显得尤为重要。
从网络级别上看，路由器可以分为接入路由器、企业级 路由器、骨干网路由器和太比特路由器四种。接入路由器使 得家庭和小型企业可以连接到某个互联网服务提供商；企业 级路由器连接一个校园或企业内成千上万的计算机，不但要 求端口数目多、价格低廉，而且要求配置起来简单方便，并 提供QoS；骨干网路由器终端系统通常是不能直接访问的，
第11章 路由算法与实验
它们连接长距离骨干网上的ISP和企业网络，要求路由器能 对少数链路进行高速路由转发。在未来核心互联网使用的三 种主要技术中，光纤和DWDM都已经是很成熟并且是现成 的，如果没有与现有的光纤技术和DWDM技术提供的原始 带宽对应的路由器，新的网络基础设施将无法从根本上得到 性能的改善，因此开发高性能的骨干交换/路由器(太比特路 由器)已经成为一项迫切的要求。太比特路由器技术现在主 要还处于开发实验阶段。
第11章 路由算法与实验
速度受限于存储器的存取速度。尽管存储器容量每18个月能 够翻一番，但存储器的存取时间每年仅降低5%，这是共享 存储器交换开关的固有限制之一。
(3) 输出端口在数据包被发送到输出链路之前存储数据 包，可以实现复杂的调度算法以支持优先级等要求。与输入 端口一样，输出端口同样要能支持数据链路层的封装和解封 装，以及许多较高级协议。
第11章 路由算法与实验
路由器的主要工作是为经过路由器的每个数据帧寻找最 佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。由此可见， 选择最佳路径的策略，即路由算法，是路由器的关键所在。 为完成这项工作，在路由器的路由表(Routing Table)中保存 着子网的标志信息、网上路由器的个数、下一个路由器的名 字等各种传输路径的相关数据。路由表可以是由系统管理员 固定设置好的，也可以由系统动态修改；可以由路由器自动 调整，也可以由主机控制。
第11章 路由算法与实验
11.1.5 路由选择算法 1. 设计目标 路由选择算法通常具有下列一个或多个设计要求： (1) 最优性。最优性是指路由选择算法选择最优路径的
能力。最优路径取决于计量标准和计算权值，例如一个路由 选择算法同时考虑途经站点的数目和延迟开销，但在计算过 程中更重视延迟开销。因此，路由选择协议必须严格定义其 计算方法。
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第11章 路由算法与实验
(2) 交换开关可以使用多种不同的技术来实现，使用最 多的交换开关技术是总线、交叉开关和共享存储器。总线开 关使用一条总线连接所有的输入和输出端口，是最简单的开 关，缺点是其交换容量受限于总线的容量以及为共享总线仲 裁所带来的额外开销。交叉开关通过开关提供多条数据通路， 具有N×N个交叉点的交叉开关可以被认为具有2N条总线。 如果一个交叉点闭合，则输入总线上的数据在输出总线上可 用，否则不可用。交叉点的闭合与打开由调度器来控制，因 此，调度器限制了交换开关的速度。在共享存储器路由器中， 进来的包被存储在共享存储器中，所交换的仅是包的指针， 这提高了交换容量，但是，共享存储器技术交换的
和路由处理器。 (1) 输入端口是物理链路和输入包的进口。端口通常由
线卡提供，一块线卡一般支持4、8或16个端口。一个输入端 口具有许多功能：第一个功能是进行数据链路层的封装和解 封装；第二个功能是在转发表中查找输入包目的地址并决定 目的端口(称为路由查找)，路由查找可以使用一般的硬件来 实现，或者通过在每块线卡上嵌入一个微处理器来完成；第 三，为了提供QoS(Quality of Service，服务质量)，端口要把 收到的包分成几个预定义的服务级别；第四，端口可能需要
第11章 路由算法与实验
11.1.4 路由器的功能 路由器的一个功能是连通不同的网络，另一个功能是选
择信息传送的线路。选择通畅快捷的路径，能大大提高通信 速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网 络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益来。
一般说来，异种网络的互连与多个子网的互连由路由器 来完成。