路由选择

不根据实测或估计的网络的当前通信量和网络 拓扑结构来做路由选择。

自适应的 ----- 动态路由
根据网络的当前通信量和网络拓扑结构来做路 由选择 前提： 网络节点可以交换网络状态信息 优点：提高网络性能，有助于拥塞控制

自适应路由

影响路由选择的因素：


自适应路由的前提


故障：当一个节点故障 或者一段干线故障后， 就不再作为路由的一部 分了 拥塞：当网络的一部分 严重拥塞时，要求路由 包要绕开而不要通过拥 塞区域


根据网络状态信息的来源，动态路由方式 分为三类：
孤立路由选择 集中路由选择 分布路由选择


它们分别对应着网络状态信息的三种来源：
本地 所有节点 相邻节点


孤立路由选择

每个节点并不利用其它节点来的网络信息，仅 仅根据它自己所看到的情况来确定路由。 最短等待法，具有最短队列的链路作为最好路 由 逆向学习算法（backward learning） ，根据逆 向的路由节点数，逆向节点数最少的链路做最 好路由。

Dijkstra算法

7 B 2 A 6 1 C
2
E 2 F
3
3 D 2 2
G
4
H
三 扩展法(flooding)
将入境报文输出到所有输出线路(除入境线 路以为) 广播思想


扩散法

一个网络节点从某条输入线路收到一个分组之 后，把该分组从除了分组到来的线路外的所有 其他输出线路上发出。
会产生大量的重复分组。 用于健壮性要求很高的场合。 还可被用来分发信息、判断可达性、找到最短路径

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)。
否则，比较D’+C和D：

G
（N,V,D）
N
c
G’ d D’ V
V’
一 DV路由

距离向量路由例

初始A的路由表
F

第一轮后A的路由表
等。

特点：
尝试所有可能路由 至少有一个包通过最小跳数到达 所有与源节点连接的节点都被访问


优点：


缺点


健壮性 应用于建立虚电路 （收发双方通信前找到 最好最短路径） 广播重要信息
同一个包重复次数指 数增长 为每个节点记下已发 包的标识 在每个包中设置一个 计数器

解决办法

Who What When Where How Why
路由选择算法的特性



正确性（correctness） 简单性（simplicity），减小路由算法的复杂度以及系 路由系统的开销 健壮性（robustness），能够适应网络结构的变化，保 证路由选择的有效性 稳定性（stability），能够适度反映网络的变化，不会 因为网络结构的变化而导致动荡的路由选择。 公平性（fairness），找到一种合适的网络路由选择策 略 最优性（optimality） 高效性（efficiency），能够充分利用网络链路资源， 减少分组在通信子网中的传递时间
随机路由选择

随机路由选择



当分组到达节点后，随意选择一条输出线路进行转发。 节点为分组选择的输出线路是在所有相邻节点中随机 选取的，使用概率数，使得每个输出线路的选择符合 预定的概率。若概率相等，则只是简单地循环选择下 一节点。 概率数的分配考虑到了网络的拓扑与容量，但是还是 有随机性的，而且可能分组会一直在网络中传递，从 而无法到达目的地。 由于实际选择的路由不一定是最佳路由，因此增加了 不必要的负载，而且分组传输延迟也不可预料，所以 这种方法很少使用。
二 链路状态路由
链路状态路由（link state routing）选择 又称为链路状态最短路由优先SPF（link-state，Shortest Path First）算法。 每个节点都了解整个网络的拓扑信息和链路花费。当拓 扑有所变化（收到一个链路状态变化信息）时，就利 用Dijkstra的最短路径算法计算出到所有目的节点的最 短路径。 如何知道整个网络的拓扑信息？ 节点了解它相邻的节点，以及所有与邻居节点的链 路状态； 只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向 所有路由器发送此信息。 。

层次路由选择：将整个网络分成若干个区 域，各个区域内的节点只考虑本区域内的 路由，而区域之间的路由选择由各个区域 中某几个节点（通常称为边界路由器）负 责完成。 在实际实施路由选择时，往往还需要从策 略上进行考虑，即所谓策略路由，有时更 多地称为基于策略（policies-based）的路 由。
一 DV路由

距离向量路由算法表示
1)初始化。对于每个节点G，对所有它直接连接的目的地N，路 由表中的表项用三元组(N,G,0)来表示，即从节点G到目的地N 无需经过转发。 2)节点G定期发送它的路由表给相邻节点。更新信息中对应着每 一个目的地N用一个三元组来表示（N,V,D），即到目的地N的 路由上的下一节点为V，G到N的距离为D。 3)节点G收到G’送来的路由信息，对于更新信息中给出的每个目 的地，在G的路由表中查找相对应的表项，设它为（N,V,D）， 而更新信息中的三元组为（N,V’,D’），C为节点G和G’之间的 距离。
4.3 路由选择
4.3.1 路由选择概述

路由选择 给定一组路由器和连接路由器的 链路，找出一条从源端到目的端的“好” 的路径。
路由选择概述

路由选择算法



谁确定路由表？ 用什么信息确定路由表？ 路由表生成后何时修改？ 路有表存放在哪里？ 路由表大小如何控制？ 为什么路由表能确定一条路径？
例子网络
F
一 DV路由

距离向量路由的特点

好消息的传播迅速：好消息意味着一条更好的路径， 很快被相邻节点知道，并且更新相应路由表，再通 知给其它节点。
A B B C C D D

坏消息的传播缓慢，且有无穷计数（慢收敛）问题。
A

解决算法：水平分隔（split horizon），有时也会失败。

计算量小、信息交换量大，不适合大规模网络，扩 展性不好。
路由技术元素

1 性能标准


2网络信息源

跳计数 最小成本 延迟 吞吐量
无 局部 邻接节点 全部节点
路由技术元素

3 信息更新时间


4 决策时间

百度文库
连续 定期 负载变化 拓扑变化
数据报：为每个包单 独决策 虚电路：在虚电路建 立时决策
路由技术元素

5 决策地点
4.3.3 动态路由算法

静态路由（Static Routing）
路由很少变化，由网管人员人工配置。 常用于规模很小的网络。因节点故障时没法自 动发现和调整路由，需要人工干预。


动态路由（Dynamic Routing）
又称自适应（adaptive）路由：路由器之间交 换路由信息，根据它所了解到的网络信息计算 最佳路由，以设法适应网络流量、拓扑的变化。 现代计算机网络更多地使用动态路由方式
每个节点把它的路由表定期向它的相邻节点（直接
连接）传递。
一 DV路由
基本思路（续）
当节点K从节点J接收一个更新消息后，它对
到每个目的地的路由和距离度量进行检查。
如果J知道一条到目的地的更短的路径，节点K
更新该目的地对应的下一节点标识和距离度量； 如果J列出了一个K还没有记录的有关某个目的 地的路径，节点K会向表中增加一项； 如果K记录的下一节点标识为J，并且J所报告的 到目的地的距离改变了，也会更新路由表中的距 离度量。即如果J报告到目的地的距离为N，则 节点K所计算出的距离为N+d(J,K) 。
费。 根据从全网络其他节点了解到的全局网络情况来计 算。计算量大
一 距离向量(DV)路由

DV（Distance Vector Routing）选择 基本思路
每个节点都保存有一张路由表，每一项对应着一个
目的地，包括：

到对应的目的地的路由中的下一节点标识 测量出的到目的地的距离的度量值（metric） 初始化时，对于它所能直接相连的目的地，置为0（表 示直接连接，无需经过别的路由器）；其它置为。

路径中的第一条链路连接到源。 路径中的最后一条链路连接到目的地。 对应所有的i，路径中的第i和i-1条连接到同一个节点上。 最小花费路径：源到目的地之间所有可能的路径的链路花费总和 最小。（若所有的链路花费相同，则最小花费路径即最短路径。）
路由选择算法分类

非自适应的 ---- 静态路由
From To
1 1 2 3 4 5 —— 2 4 4 4
2 1 —— 3 4 4
3 5 2 —— 5 5
4 1 2 5 —— 5
5 4 4 3 4 ——
6 5 5 5 5 5
6
4
4
5
5
6
——
各节点的路由目录

节点1
下一节点 2 4 4 4 4

节点2 下一节点 1 3 4 4 4
目的 2 3 4 5 6
节点间交换路由信息
信息越多，做出的路由决 策就越好；但会加重负 担，影响效率
4.3.2 静态路由算法


固定路由 最短路径选择 扩展法 随机路由选择
一 固定路由

路由是固定的


用一个中心路由目录维护路由 节点只需相邻节点的信息 对于数据报或虚电路网络同样的路由选择
Eg：中心路由目录


自治系统（autonomous system，AS）
（1）测试相邻路由器的可达性，比如通过 HELLO分组。 （2）测试链路花费，通过向邻居节点发送分 组，计算邻居节点的响应时间。 （3）利用Flooding向临近路由器传播本路由 器的路由表项，每个路由表项设置一个序 号。
三 链路状态路由

链路状态路由的特点
每个节点根据同样的状态信息独立地作出路由 计算的。 节点在本地计算路由，能够保证其收敛性、且 收敛更快。 传播的链路状态信息只包含了节点直接连接的 链路信息，信息量小，且和网络的规模无关。 因此可扩展性要比距离向量算法要好。 节点计算路由的工作量要比距离向量算法大。



集中路由选择
根据所有节点的网络信息来选择路由的。 和固定路由选择一样，每个节点都保存了一张 当前的路由表，同样也可以通过为最优路由的 下一节点指定替换路径，或者不指定替换路径。 和固定路由的区别在于：固定路由算法中表格 的建立是手工完成的。而集中路由选择中表格 的建立是由网络中设置的一个路由控制中心 RCC来集中完成的（收集、计算、分发）。

分布式路由：每个节点都负责为到 达的包选择一条输出链路 集中式路由：由某些指定节点（如 网络控制空心）负责决策 源路由：路由决策由源点而非网络 做出


路由算法的目的是找到一条从源到目的地的一条“最好” 路径（通常是指具有最小花费的路径）。 花费可能是距离、信道带宽、平均通信量、通信开销、 队列平均长度、测量到的时延和其它一些因素的综合 给定一个代表该网络的图，找到一条由一系列链路组成的 路径，其中：
目的 1 3 4 5 6

优点


缺点

简单 对具有稳定负载的可 靠网络效率高
缺乏灵活性
二 最短路径选择

测量路径长度的方法



最小跳计数 最短距离 信道带宽 传输延迟 平均通信量

子网图

节点代表路由器 弧线代表两个路由器之间的一条链路 找出一个节点到所有其它节点的最短路径


分布路由选择
根据来自于相邻节点的信息，通过一个最短花 费路由算法计算出到每个目的地的路由，分布 路由选择算法得到了广泛的使用。 距离向量路由选择

每个节点只知道直接连接的链路花费。 根据从相邻节点了解到的到目的地的路径花费来计
算。信息交换量大。

链路状态路由选择
每个节点了解全局网络拓扑（链路状态）和链路花


动态路由算法在节点间交换的信息和所带 来的开销间要有一个平衡。
交换的信息越多，交换的频率越频繁，节点越 能更好地作出路由选择。 与此同时，这些交换的信息也会对网络的负载 有影响，如果信息过多会严重影响网络的性能


精心设计的动态路由算法必须考虑到：
路由选择算法非常复杂，故可能增加网络节点 的处理负担。 大多数情况下，动态方式会使用别的节点来的 状态信息来进行路由选择，因此会增加网络中 的负载。 一个动态路由算法有时会因反应太快而引起振 荡，或者反应太慢而起不到作用。