距离向量路由算法实验报告

信息安全_专业 1002_班 2012年12月20日姓名吴文珊学号_0909102525一．实验题目模拟距离向量路由算法的路由表交换过程，演示每轮交换后路由表的变化，动态生成网络拓扑图，从初始路由表开始，进行交换路由表，演示每轮交换后的路由表的变化。

观察和讨论多少轮交换后路由表稳定。

二．需求分析本程序用C编写，完成距离向量路由算法的模拟。

(1)输入的形式与输出值的范围：输入时要求输入节点个数、初始网络拓扑图中边的条数（即：邻居节点的对数），节点名称、每条边的弧头、弧尾节点、边权值。

名字定义为字符串形式，节点个数、边条数、边权值为整形变量；(2)输出的形式：输入信息后，程序输出每轮交换之后新的的路由表(3)程序所能达到的功能：完成节点信息的输入、随机选取节点交换向量，并更新路由表，显示经过多少轮交换路由表稳定，并停止交换。

(4)测试数据：节点个数：4边条数：4节点名称：a b c d弧头弧尾权值a b 3b d 6c a 2d a 6最终距离向量矩阵如下：a b c da 0 3 2 6b 3 0 5 6c 2 5 0 8d 6 6 8 0三．概要设计(1)为了实现上述功能，须定义结构体的抽象数据类型(2)本程序包含了个函数：void visit(VertexType ver)//访问顶点的函数void input(VertexType &ver) //输入顶点信息的函数int LocateVex(MGraph G,VertexType u)//查找顶点u,并返回void CreateDN(MGraph &G)//构造有向网GGetVex(MGraph G，int v)//得到图中顶点Vvoid Display(MGraph G)//显示路由表void ShortestPath_Floyd()文档由风行播放器/ 暴风影音2014：/ 整理各函数间关系如下：CreateDN() LocateVex()visit() Main() Display()GetVex()ShortestPath_Floyd()四．详细设计实现概要设计中定义的所有的数据类型，对每个操作给出伪码算法。

对主程序和其他模块也都需要写出伪码算法。

(1)节点类型struct VertexType//最简单的顶点信息类型(只有顶点名称){char name[MAX_NAME];//顶点名称char routers[MAX_VERTEX_NUM][MAX_NAME];//定义最短路径中到目的节点的上一跳} ;struct MGraph//图的结构{VertexType vexs[MAX_VERTEX_NUM];//顶点向量AdjMatrix arcs;//邻接矩阵(二维数组)int vexnum,arcnum;//图的当前顶点数和弧数GraphKind kind; //图的种类标志} ;typedef struct //边(弧)信息结构{VRType adj;//顶点关系类型，对带权图，表示权值}struct VertexType//最简单的顶点信息类型(只有顶点名称){char name[MAX_NAME];//顶点名称char routers[MAX_VERTEX_NUM][MAX_NAME];//定义最短路径中到目的节点的上一跳} ;struct MGraph//图的结构{VertexType vexs[MAX_VERTEX_NUM];//顶点向量AdjMatrix arcs;//邻接矩阵(二维数组)int vexnum,arcnum;//图的当前顶点数和弧数GraphKind kind; //图的种类标志} ;(2)各功能函数伪码算法main(){CreateDN(g);//构造有向网gfor(i=0;i<g.vexnum;i++)g.arcs[i][i].adj=0;//顶点到自身距离为0Display(g);//输出有向网gShortestPath_Floyd(g,p,d);//求每对顶点的最短路径return 1;}void CreateDN(MGraph &G)//构造有向网G{scanf("%d %d",&G.vexnum,&G.arcnum);for(i=0;i<G.vexnum;i++)//构造顶点向量input(G.vexs[i]); //输入节点名称for(i=0;i<G.vexnum;i++)//初始化二维邻接矩阵for(j=0;j<G.vexnum;j++){G.arcs[i][j].adj=INFINITY;}for(k=0;k<G.arcnum;k++){scanf("%s %s %d",,,&w);存入图中；}}void Display(MGraph G){for(i=0;i<G.vexnum;i++)visit(GetVex(G,i));for(i=0;i<G.vexnum;i++)printf("%-8s",G.vexs[i].name);for(j=0;j<G.vexnum;j++){ printf("%20s",G.vexs[j].name);for(k=0;k<G.vexnum;k++)printf(" %-5d",G.arcs[j][k].adj);printf("\n");}}void ShortestPath_Floyd(){//用Floyd算法随机更新两顶点间最短路径、顶点路由表，若P[v][w][u]为true，则u是从v到w当前求得最短路径上的顶点for(v=0;v<G.vexnum;v++)for(w=0;w<G.vexnum;w++){D[v][w]=G.arcs[v][w].adj;//顶点v到w的直接距离for(u=0;u<G.vexnum;u++)P[v][w][u]=FALSE;if(D[v][w]<INFINITY)//从V到W有直接路径{strcpy(G.vexs[v].routers[w],G.vexs[v].name);P[v][w][v]=P[v][w][w]=TRUE; //由v到w的路径经过v和w两点}elsestrcpy(G.vexs[v].routers[w],"-");}srand((unsigned)time(NULL));//产生随机数种子，防止伪随机数while(change==1){for(;bad<20;)//连续20次随机交换无更新，为坏的交换，则停止随机交换{v=rand()%G.vexnum;w=rand()%G.vexnum;if(D[v][w]<INFINITY&&v!=w){change=0;for(u=0;u<G.vexnum;u++){if(D[w][u]<INFINITY&&D[v][w]+D[w][u]<D[v][u])//从v经u到w的一条路径更短{D[v][u]=D[v][w]+D[w][u];//更新最短距离change=1;bad=0; //一有更新，则不是坏的交换if(w!=u)strcpy(G.vexs[v].routers[u],G.vexs[w].name);//记录上一跳节点名称for(i=0;i<G.vexnum;i++)P[v][w][i]=P[v][u][i]||P[u][w][i];//从v到w的路径经过从v到u和从u到w 的所有路径}//if}//for uif(change==1){stable++;for(j=0;j<G.vexnum;j++)printf(" %8s %8d %8s\n",G.vexs[j].name,D[v][j],G.vexs[v]. routers[j]);}// if changeelse{bad++;}}//if}//for}//whilefor(i=0;i<G.vexnum;i++)printf("%-8s",G.vexs[i].name);for(j=0;j<G.vexnum;j++){ printf("%20s",G.vexs[j].name);for(k=0;k<G.vexnum;k++)printf(" %-5d",D[j][k]);}for(i=0;i<G.vexnum;i++){for(j=0;j<G.vexnum;j++)printf(" %8s %8d %8s\n",G.vexs[j].name,D[i][j],G.vexs[i].r outers[j]);}}五．设计过程中遇到的问题：①开始时，设计思路一直停留在弗洛伊德算法中，这是我们数据结构课程中介绍的求最短距离算法，输入节点信息后，由程序自动加入n个节点进行试探（对任意两个节点，它们之间的最短距离必然经过n个中间节点，0<n<N），一有更短距离则进行更新并记录，这也是动态规划的思想。

②但是实验要求动态生成网络拓扑图，在老师的提醒下，我做了改进。

随机生成顶点序号，若两节点是邻居节点，则让两节点进行交换路由向量，再进行更新。

③但是又出现了另一个问题：无穷交换，因为在设置循环交换条件时出现了问题，于是记录是否交换，若到达一定次数的交换都未成功更新路由表，则认为路由表已稳定，停止交换。

但是通过多次试验，发现经常在路由表还未稳定时，循环就结束。

究其原因，发现是“未更新的次数”这个标记变量有随机性，因为定义这个变量时，是“从开始交换，到交换到某个时刻，未更新的次数累加”。

于是将这个变量改为“若连续n次随机选取节点进行交换时，路由表都未更新，则视为bad交换，认为路由表已稳定，一旦有更新，则bad清0”。

虽然采取这种方法，有时候也会出现提前结束，但是也是在极少情况下，比如随机选取节点时一直选择重复节点，为避免这个问题，使用srand()函数产生随机数种子，防止伪随机数。

问题得到极大改善六．源程序清单#include<stdio.h>#include<ctype.h>#include<malloc.h>#include<limits.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>#include<io.h>#include<math.h>#include<sys/timeb.h>#include<stdarg.h>#include<time.h>#define TRUE 1#define FALSE 0#define OK 1#define ERROR 0#define MAX_NAME 9//顶点名称字符串最大长度+1#define INFINITY 1000//用1000代替∞#define MAX_VERTEX_NUM 26 //最大顶点个数typedef int Status;typedef int Boolean;typedef int VRType;//定义顶点关系类型为整型，与INFINITY的类型一致typedef char PathMatrix[MAX_VERTEX_NUM][MAX_VERTEX_NUM][MAX_VERTEX_NU M];//三维数组typedef VRType DistancMatrix[MAX_VERTEX_NUM][MAX_VERTEX_NUM];//二维数组typedef struct //边(弧)信息结构{VRType adj;//顶点关系类型，对带权图，表示权值} ArcCell,AdjMatrix[MAX_VERTEX_NUM][MAX_VERTEX_NUM];//二维数组enum GraphKind{DG,DN,UDG,UDN} ;//{有向图、无向网、无向图、无向网} struct VertexType//最简单的顶点信息类型(只有顶点名称){char name[MAX_NAME];//顶点名称char routers[MAX_VERTEX_NUM][MAX_NAME];//定义最短路径中到目的节点的上一跳} ;struct MGraph//图的结构VertexType vexs[MAX_VERTEX_NUM];//顶点向量AdjMatrix arcs;//邻接矩阵(二维数组)int vexnum,arcnum;//图的当前顶点数和弧数GraphKind kind; //图的种类标志} ;int stable=0;//到达稳定前路由表交换次数void visit(VertexType ver)//访问顶点的函数{printf("%s",);}void input(VertexType &ver) //输入顶点信息的函数{scanf("%s",);}int LocateVex(MGraph G,VertexType u){//查找顶点u,并返回其位置int i;for(i=0;i<G.vexnum;++i)if(strcmp(,G.vexs[i].name)==0)return i;}void CreateDN(MGraph &G)//构造有向网G{int i,j,k;VRType w;//顶点关系类型VertexType v1,v2;printf(" 请输入网络拓扑结构中的节点数、弧数");scanf("%d %d",&G.vexnum,&G.arcnum);printf(" 请输入%d个顶点的值（名称小于%d个字符）：",G.vexnum,MAX_NAME);for(i=0;i<G.vexnum;i++)//构造顶点向量input(G.vexs[i]); //输入节点名称for(i=0;i<G.vexnum;i++)//初始化二维邻接矩阵for(j=0;j<G.vexnum;j++){G.arcs[i][j].adj=INFINITY;}printf(" 请输入%d条弧的弧尾弧头权值：\n",G.arcnum); for(k=0;k<G.arcnum;k++)scanf("%s %s %d",,,&w);i=LocateVex(G,v1);j=LocateVex(G,v2);G.arcs[i][j].adj=w;G.arcs[j][i].adj=w;}}VertexType GetVex(MGraph G,int v){if(v>=G.vexnum||v<0)exit(OVERFLOW);return G.vexs[v];}void Display(MGraph G){int i,j,k;printf(" %d个顶点%d条弧的无向网。