第4-5讲 路由选择技术

选择扩散式
将分组复制到靠近目的节点的一部分节点、也称多路 传送 一定程度上提高了网络吞吐量
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静态路由选择策略
随机式
收到分组的节点随机选择下一跳节点和链路 实现简单、但可靠性低
固定式
每个节点维护一张人工计算得到的固定路由表，给出 了对应所有目的节点的转发出口 实现简单，但不能适应网络变化 适用于小规模网络
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外部网关协议（EGP）
是Internet早期使用的一种外部网关协议，后来被广泛使 用的BGP所替代 EGP协议包括三个过程：邻居获取、邻居可达性确认、网 络可达性确认 EGP协议所交换的消息都只经过1跳，即交换EGP消息的 两个路由器必须是外部邻居路由器，不会有任何中间路由 器。路由器可以丢弃收到的不是发给自己的EGP消息 EGP通过路由更新来计算路由，EGP的外部网关可以传递 两种消息：它所在自治系统的可达子网的信息和学习到的 自治系统之外的消息 EGP受到诸多限制，应用很受局限
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开放最短路径优先（OSPF）
OSPF（Open Shortest Path First）是一种典型的链路状 态路由协议，支持大规模的网络 O指 OSPF是公开的，可免费使用； SPF是指采用 Dijkstra 最短路径优先算法 所有的路由器都维持一个链路状态数据库（网络拓扑结构 图，给每个链路状态分配序号（32位）并广播到自治系统 内的每个路由器，每个路由器据此分别计算出到每个目的 地的最短路由（分布式） 拓朴发生变化，采用泛洪广播使各路由器很快重新计算新 的路由表（收敛速度快） 每隔10妙相邻路由器交换一次hello报文，如果40秒没有收 到hello报文，则认为对应的路由器不可达
典型的IGP包括RIP和OSPF 典型的EGP包括EGP和BGP
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路由信息协议（RIP）
RIP（Routing Information Protocols）它是由施乐（X erox）在70年代开发的、使用较普遍的内部网关协议，适 用于中小型同类网络，是典型的距离矢量(distance-vector) 协议，以hop为度量来计算“距离” RIP协议假定如果从网络的一个终端到另一个终端的路由 跳数超过15个，则牵涉到了循环，因此当一个路径达到16 跳，将认为是不可达的（无穷计数、路由环回和路由时效 问题） RIP协议每隔30秒定期发送一次更新报文（也可按需询问 路由），据此更新路由。如果路由器经过180秒没有收到 来自某一路由器的路由更新报文，则将所有来自此路由器 的路由信息标志为不可达，若在其后240秒内仍未收到更 新报文，就将这些路由从路由表中删除
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边界网关协议（BGP）
是目前Internet的标准外部网关协议。BGP的较新版本是1 995年发表的BGP-4，BGP-4也可简写为BGP BGP协议也包括邻居获取、邻居可达性确认和网络可达性 确认3个过程，但是BGP对于互联网络的拓扑结构没有任 何限制 每个路由器维护能够到达的子网以及到达子网最佳路由的 数据库信息，每当数据库发生变化就会向其他BGP路由器 广播update消息，然后据此建立和维护路由表 Update消息不是定期发送的，而是在路由变化时发送的 （触发更新） BGP是一种特殊的距离向量协议，每个BGP路由器记录的 是实际使用的路由，而不是到各个目的地的开销。
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电路交换网络的路由选择
电话交换网的基本路由结构
大区中心、省中心、市中心和县中心 —> 大区中心和市中 心 包括基干路由、直达路由和迂回路由
路由选择的基本原则
确保传输质量和信令信号的可靠传输 路由选择应有明确的规律性，确保路由选择不出现死循环 路由选择应首先选择电路段数少的路由 在业务量不溢出的情况下优先选择直达路由 能够在低等级网络中疏通的话务尽量在低等级疏通
静态路由选择策略
扩散式 选择扩散式 随机式 固定式
动态路由选择策略
集中式 孤立式 分布式 分层式
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静态路由选择策略
扩散（洪泛）式
将分组复制到除输入节点以外的所有相邻节点、可靠 性高 存在大量重复分组、网络资源利用率低、吞吐量小 需要采用计数器等方式限制分组在网络中循环转发 适用于负荷较强、规模较小的网络
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电路交换网络的路由选择方式
静态路由选择
发端交换局至收端交换局的路由选择顺序是固定不变的 网络各部分负荷不均衡、不能充分利用网络资源、接通率 较低
动态路由选择
发端交换局至收端交换局的路由及其选择顺序可动态变化 包括时变动态路由选择和态变动态路由选择，前者随时间 的变化而变化，后者随网络中负荷的变化而变化（实现相 对复杂） 可以提高资源利用率、节省网络投资、提高服务质量 特别适合于网络规模较大、交换节点数量较多、业务量较 大的情况
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小结
路由选择在网络管理中具有重要作用 合理选择路由可以平衡负载、减小时延和 避免拥塞 路由选择与网络交换方式密切相关 路由选择问题本质上是优化问题 路由选择包括静态和动态两种策略
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动态路由选择策略
孤立式路由选择
节点选择路由时，不与其他节点交换信息，仅依靠自 身拥有的信息 热土豆（hot potato）算法：节点收到分组后，将其放 在该节点最短的输出队列中，减少分组的排队等待时 间，但显然不是最佳路由 反向学习算法：根据输入分组中的路由信息来判决已 有的路由，如果输入分组中指出的路由比已有的路由 好，则替换原来的路由，经过反复学习比较来得到最 佳的路由
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动态路由选择策略
集中式路由选择
网络中存在一个路由控制中心（RCC） 节点定期向RCC发送状态信息 RCC依据某种算法为每个节点计算出最佳路由表，并 发送到各个节点 优点：RCC能够依据当前网络状况选择最佳路由、各 个节点不必计算路由 RCC链路业务量过大、负担较重、易成为网络瓶颈， 并且节点之间路由更新时间可能不一致
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IP网络的路由选择
IP网络是指采用TCP/IP协议将大量物理网络连接 起来构成的互联网（internet） 与单一网络中的路由选择相比，互联网中的路由 选择复杂很多
网络中的主机首先要把分组送给同一网络中用于网间 连接的路由器 路由器根据目的地址选择合适的路由传递到目的网络 中用于网间连接的路由器 然后目的网络的路由器通过内部路由协议把分组送给 目的主机
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动态路由选择策略
分布式路由选择
每个节点与其相邻的各节点交换路由信息，根据交换 后的信息确定新的路由表 能够反映网络拓扑和业务量的变化，属于自适应路由
分层式路由选择
将网络中的节点分成若干个区，每个节点只需维护区 内的路由信息，区内和区间可以采用不同的路由选择 方式 可以减少网络开销，适合于网络规模较大、节点数量 较多的情况
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IP网络的路由选择
在互联网中，由一个独立的管理机构控制的一组 网络和路由器称为一个自治系统（AS） 互联网包括多个自治系统，每个AS都有中央权威 机构分配的唯一的编号 AS内部使用的路由协议称为内部网关协议（IG P），AS之间使用的路由协议称为外部网关协议 （EGP），对应的邻居路由器分别称为内部邻居 和外部邻居
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硬件路由器
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软件路由器
网卡1
多宿主计算机
网卡2
子网 1
子网2
服务器 客户机
服务器
客户机
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路由选择的作用
路由选择决定数据分组通过哪条路径传输，直接关系 到网络传输的开销和数据分组的传输质量 路由选择策略应正确、稳定、公正、最佳和简单，适 应网络规模、网络拓扑和网络中数据流量的变化 路由选择与业务量控制紧密相关，其主要目标是提高 网络正常状态下的性能（如电路交换网络的接通率和 分组交换网络的时延等） 选择什么样的路由，如何使路由自动适应网络业务量 和用户需求的变化、有效利用网络资源，是网络管理 的一项重要问题
电路交换网络
节点间的通信路由一般事先确定好，在呼叫建立阶段按照 确定的路由进行连接 只在确定路由出现溢呼或故障时，才选择新的路由（迂回 路由），路由转接设备称为交换机
分组交换网络
采用存储转发方式传输分组，每个节点都需要选择下一个 节点和链路，路由转接设备称为路由器
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基本概念
路由选择问题本质上是一个优化问题，也就是选择哪 条路由更好的问题。优化的标准包括跳数、距离、时 延、带宽、误码率、安全性等，优化的基本方法是图 论中的最短路算法、最大流算法和最小费用算法 硬件路由器（专门的硬件）：专门针对路由功能进行 设计和优化的设备，如Cisco 1600、2500、2600系列 路由器等 软件路由器：又称多宿主计算机(Multihomed Compu ter) ，软路由器可以看成带有两个以上网卡(或有两个 以上IP地址)的服务器
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分组交换网络的路由选择
路由选择的要求
正确性：确保分组从源节点传送到目的节点 简单性：实现方便，软硬件开销小 可靠性：能长时间无故障运行 公平性：每个节点都有机会传送信息 最优化：尽量选取“好的”路由，以适应网络规模、拓扑结 构和业务量的变化
路由选择的指标
跳数 时延 吞吐量
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路由选择策略和方法
网络通用技术
第 4-5 讲 路由选择技术
本讲提要
基本概念 路由选择的作用 电路交换网络的路由选择 分组交换网络的路由选择 IP网络的路由选择 小结
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基本概念
路由选择
在网络中选择转接信息的中间节点以及节点之间的链路， 从而确定一条连接发信节点和收信节点的信道的过程