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转发节点根据本节点位置、邻居节点位置和目的节 点位置进行局部最优决策：与目的节点距离最近的 邻居成为下一跳。
2021/2/2
33
局部最大问题
转发节点比任何邻居节点都更靠近目的节 点，形成空洞。
2021/2/2
34
边缘转发
GPSR使用右手法则按（x->w->v->D->z>y->x）的顺序沿着空洞行进，直至到达比x更 靠近D的节点（包括D本身）。
2021/2/2
30
1.3 基于地理位置的路由
假设：
节点能够通过GPS或其它方式知道自己的位置坐标； 源节点知道目的节点的位置坐标，并将其标记在数据包
头中； 每个节点知道其所有一跳邻居的位置；
基于地理位置的路由决策：
物理上最靠近目的节点的邻居为下一跳。
优点：
只需要局部位置信息而不管整个网络规模，扩放性好； 不需要网络的拓扑信息，从而允许近乎无状态的转发。
服务质量保证：
困难：网络的动态性（链路质量、带宽、路由不稳定） 及分布式控制很难保证传输质量。
网络安全：
困难：分布式认证与密钥管理，防御入侵。
2021/2/2
8
1. 移动自组网的单播路由技术
因特网中的路由技术利用了静态网络拓扑的特性：
网络拓扑信息在节点间主动传播，每个节点可以使用较 低代价的算法预先计算好该拓扑下的路由；
需要重建路由的节点发送目的序号比之前大1的RREQ 消息，以确保建立的是一条新路由。
2021/2/2
29
基于拓扑的路由算法的扩放性
对路由算法扩放性影响最大的两个因素：
网络拓扑的变化频率 路由域中的节点数目
直观上，拓扑改变产生的更新开销等于状态 改变频率乘以节点数量。
因此，基于拓扑的路由算法一般而言对于节 点移动的适应性较差。
11
1.1 先应式路由协议--DSDV
Destination-Sequenced Distance Vector（DSDV） 采用经典的距离矢量路由算法，保存到每个节点的最小跳 数路由。
因特网中的距离矢量算法：
每个节点维护一张路由表，网络中每个节点在此表中占有一个 表项。
每个表项包括两部分内容：去往该目的节点的最佳输出线路 （下一跳）以及估计到该目的节点的最短距离。
的开销随节点总数的增长而少量增长
2021/2/2
计均要求节省能量，延长网络生存时间） 安全性差：开放的无线信道，有限的电源供应，分布式控
制。（易遭受窃听、主动入侵、拒绝服务等网络攻击 ）
2021/2/2
7
移动自组网的主要研究问题
信道接入（MAC协议）：
困难：多跳共享广播信道的介质访问控制。
路由协议：
困难：网络拓扑的动态变化导致路由信息收集困难，路 由算法难收敛，路由经常中断需要重建。
备之间的通信。 家庭无线网络、移动医疗监护系统等。
2021/2/2
6
移动自组网的特点
带宽有限：频谱受限，共享链路。（带宽优化是关键） 存在单向链路：传输功率及环境噪声差异可能在节点间形
成单向链路。（传统路由算法一般基于对称链路假设） 拓扑动态变化：节点移动、链路时变、节点失效等。（传
统路由算法会出现路由振荡、难以收敛的问题） 节点能量有限：节点使用电池供电，充电困难。（所有设
集集集
AP BSS 1
有基础设施的网络
AP BSS 2
2021/2/2
无线自组织网络
4
自组织网络的组成
自组织网络是由一群兼具终端及路由功能的 设备通过无线链路形成的无中心、多跳、临 时性自治系统。
多跳：节点发射功率有限，远距离通信需要依靠 其它节点的中继，从而每个节点既是终端又是路 由器；
无中心：网络中不存在任何控制中心，节点之间 相互协作构成网络。
该中间节点或目的节点向源节点发送一个RREP（路 由响应）消息，当RREP消息到达源节点时，建立起 源节点到目的节点的路由。
2021/2/2
23
要解决的问题
如何使RREP返回源节点：所有转发RREQ消息的节点 要记录到源节点的路径（反向路径）；
如何区分路由的新旧：路由序号。
RREQ消息包含<源地址，源序号，广播ID，目的地址， 目的序号，跳数>6个域：
取决于路由决策所依据的信息：
基于拓扑的路由：基于节点的连接关系计算路由表： 基于地理位置的路由：根据节点的地理位置进行转
发决策，不需要路由表。
按照触发路由计算的条件，基于拓扑的路由 分为：
先应式路由：主动维护到网络中所有节点的路由。 反应式（按需）路由：仅当节点间需要通信时才建
立路由。
2021/2/2
移动自组网
2021/2/2
1
分组网技术的发展
军用 ARPANET
民用
因特网 Internet
民用
无线分组网 ALOHANET
民用
局域网 Ethernet
民用
IEEE 802.11 WLAN
军用
无线分组网 PRNET
军用
移动自组网 （Ad Hoc）
军用/民用 无线传感器网 络（WSN）
民用 无线网格网络
每隔一段时间，每个节点向其所有邻居发送一个距离矢量，通 报从本节点到其它各个节点的估算距离。
每个节点利用从邻居节点收到的距离矢量来更新自己的路由表。
2021/2/2
12
要解决的主要问题
什么时候发送路由更新：周期性更新 + 触发 式更新，异步更新；
如何区分路由更新消息的新旧：使用消息序 号，由发送节点产生；
27
路由表管理
每个路由表项除包含常见的目的地址、下一跳、跳数 等信息之外，还包括：
目的序号：所有路由用目的序号进行标记； 过期时间：该路由表项未被使用的时间； 活跃邻居集合：在最近一段时间内向目的节点发送/转
发过分组的邻居； 正向及反向路径的超时时间：在该时间之后路由失效。
每条反向路径有一个路由请求过期定时器，用于清除 不在RREP传输路径上的节点保存的反向路径。
DSDV的缺点：
消息开销大，限制了网络的规模
节点需要维护大量当前不活跃的路由，浪费了 不少资源
2021/2/2
20百度文库
ABCD 1 2 3 集集集 3 2 3 集集集集集集集集集集 3 4 3 集集集集集集集集集集 5 4 5 集集集集集集集集集集 5 6 5 集集集集集集集集集集 7 6 7 集集集集集集集集集集 7 6 7 集集集集集集集集集集
2021/2/2
15
如何减少路由更新的开销？
为减少路由更新的开销，DSDV定义了两种 路由更新分组：
Full dump：携带完整的路由表 Incremental：只携带上一次full dump之后变
化的路由信息
协议假设节点能够根据路由变化的重要程度 来决定是否触发一次增量更新，根据增量更 新的数据量来决定是否进行一次full dump 。
2021/2/2
16
2021/2/2
17
2021/2/2
18
2021/2/2
19
环路与计数至无穷问题
已有的距离矢量路由算法（如RIP）没有解 决好路由环路及计数至无穷的问题。
DSDV使用目的序号解决了该问题：
节点总是使用最新最好的路由，避免路由环路 的发生；
使用奇数序号表示链路中断，避免了计数至无 穷的问题。
2021/2/2
28
路由重建
如果在活跃的会话过程中源节点发生了移动，源 节点可以发送RREQ重建路由。
若目的节点或某个中间节点发生了移动（路由发 生了中断）：
断点上游的节点向所有活跃的上游邻居发送一个RREP 消息，消息序号比之前知道的序号大1，跳数为∞；
收到消息的节点向它的活跃邻居转发该消息，直至所 有的活跃节点被通知；
临时性：专为某个特殊目的而建立，一般只是临 时性的。
当节点可移动时，称为移动自组网。
2021/2/2
5
自组网的主要应用领域
军事领域：
该技术的初衷是应用于军事领域，是美国军方战术网络 技术的核心，”自愈式雷场系统“是其典型实例。
民用领域：
临时性工作场合的通信，如会议、庆典、展览等； 灾难环境中提供通信支持 野外工作中的通信，如科考、边防站等 个人区域网络应用，实现PDA、手机等个人电子通信设
收到RREP消息后：
若为第一个RREP拷贝，建立到目的节点的正向 路径（记录RREP到来的邻居节点），记录目的 节点的最新序号，向源节点传播；
若非第一个RREP，仅当目的序号大于之前的 RREP，或目的序号相同但跳数更小时，才更新 路由表项并传播新的RREP，否则丢弃RREP。
2021/2/2
∞∞∞
2021/2/2
21
1.2 反应式路由协议--AODV
Ad-hoc On-demand Distance Vector （AODV）也是基于距离矢量的路由协议，但 是仅当需要一条路由通信时，才由源节点启动 路由发现过程。
与DSDV相比，不在活跃路径上的节点不维护 任何路由信息，也不参与任何周期性的路由表 交换，因此可极大地减小路由消息的开销。
（WMN）
2021/2/2
2
有设施的网络与无设施的网络
有基础设施的网络，如：
因特网（交换机、路由器） WLAN（无线接入点AP） 蜂窝移动网络（基站）
无基础设施的网络称为自组织（ad hoc） 网络，依靠节点之间的相互协作来完成网 络的建立和维护。
2021/2/2
3
集集集集集集 集集集集集
序号不小于RREQ的目的序号：向收到RREQ的 邻居发送一个RREP消息； 其余情况：将RREQ的跳数加1，继续向邻居转 发RREQ，并建立到源节点的反向路径（记录 RREQ到来的前一跳邻居）。
2021/2/2
25
2021/2/2
26
RREP的处理和正向路径建立
RREP消息包含<源地址，目的地址，目的序 号，跳数，生存时间>；
节点地址中隐含了路由线索（网络号）。
这两种技术均不适合移动自组网：
节点移动使得拓扑信息的有效性降低； 永久性的节点地址无法包含动态的位置信息。
对移动自组网有用的拓扑假设是：
物理上靠近的节点在网络拓扑上也可能靠近。
2021/2/2
9
移动自组网路由协议分类
2021/2/2
10
移动自组网单播路由协议的分类
当节点检测到与某个邻居节点的链路中断时，将以该 邻居为下一跳的所有路由的跳数标记为∞，并为这些 路由分配新的序号。
为与目的节点产生的序号相区分，规定目的节点产生 的序号为偶数，中间节点产生的序号为奇数。
当节点收到一个∞跳数，随后又收到一个序号更高的、 具有有限跳数的路由时，节点用“真实”的序号代替 该路由，并触发一次路由更新广播。
<源地址，广播ID>二元组唯一标识一个RREQ 源序号：用于维护反向路径的新鲜性 目的序号：可被源节点接受的正向路径的新鲜程度 跳数：每次转发RREQ时，将跳数加1
2021/2/2
24
RREQ的处理和反向路径建立
源节点发送一个RREQ消息； 邻居节点收到RREQ后，有三种可能：
该RREQ已收到过：丢弃该消息； 路由表中有到目的节点的路由，且该路由的目的
如何区分路由的新旧：每条路由携带一个目 的序号，由目的节点产生和发布，其它节点 不能修改。
2021/2/2
13
路由选择的原则
采用目的序号最新的路由，丢弃较早序号 的路由；
若目的序号相等，采用较小跳数的路由 被采纳的路由跳数加1，目的序号不变，
在下一次路由更新中发布。
2021/2/2
14
检测链路中断
2021/2/2
35
1.3.2 位置服务
使用地理位置路由的前提是，源节点必须知道目的 节点的位置，即网络中应当有位置服务机制。
位置服务必须是可扩放的：
位置服务本身只依靠地理位置转发就能实现 任何一个节点不能成为瓶颈 一个节点的失效不应当影响其它许多节点的可达性 对附近节点的位置查询应当仅依靠本地通信就能满足 实现位置查询和更新的开销小，且每个节点实现位置服务
2021/2/2
31
1.3.1 转发策略（GPRS）
Greedy Perimeter Stateless Routing 是一个典型的基于地理位置的路由算法， 包括两种转发策略：
贪婪转发：只要有可能，总是使用这种转发策 略；
边缘转发：贪婪转发不可用时，使用边缘转发。
2021/2/2
32
贪婪转发
2021/2/2
22
AODV的基本思想
当源节点希望向某个目的节点发送数据，但当前路由 表中并无该节点的路由信息时，启动路由发现过程；
源节点向其邻居广播一个RREQ（路由请求）消息， 进行路由探测；
每个收到RREQ消息的节点向其邻居扩散该消息，直 至消息到达一个知晓目的节点路由的节点（中间节点 或目的节点）；
2021/2/2
33
局部最大问题
转发节点比任何邻居节点都更靠近目的节 点，形成空洞。
2021/2/2
34
边缘转发
GPSR使用右手法则按（x->w->v->D->z>y->x）的顺序沿着空洞行进，直至到达比x更 靠近D的节点（包括D本身）。
2021/2/2
30
1.3 基于地理位置的路由
假设：
节点能够通过GPS或其它方式知道自己的位置坐标； 源节点知道目的节点的位置坐标，并将其标记在数据包
头中； 每个节点知道其所有一跳邻居的位置；
基于地理位置的路由决策：
物理上最靠近目的节点的邻居为下一跳。
优点：
只需要局部位置信息而不管整个网络规模，扩放性好； 不需要网络的拓扑信息，从而允许近乎无状态的转发。
服务质量保证：
困难：网络的动态性（链路质量、带宽、路由不稳定） 及分布式控制很难保证传输质量。
网络安全：
困难：分布式认证与密钥管理，防御入侵。
2021/2/2
8
1. 移动自组网的单播路由技术
因特网中的路由技术利用了静态网络拓扑的特性：
网络拓扑信息在节点间主动传播，每个节点可以使用较 低代价的算法预先计算好该拓扑下的路由；
需要重建路由的节点发送目的序号比之前大1的RREQ 消息，以确保建立的是一条新路由。
2021/2/2
29
基于拓扑的路由算法的扩放性
对路由算法扩放性影响最大的两个因素：
网络拓扑的变化频率 路由域中的节点数目
直观上，拓扑改变产生的更新开销等于状态 改变频率乘以节点数量。
因此，基于拓扑的路由算法一般而言对于节 点移动的适应性较差。
11
1.1 先应式路由协议--DSDV
Destination-Sequenced Distance Vector（DSDV） 采用经典的距离矢量路由算法，保存到每个节点的最小跳 数路由。
因特网中的距离矢量算法：
每个节点维护一张路由表，网络中每个节点在此表中占有一个 表项。
每个表项包括两部分内容：去往该目的节点的最佳输出线路 （下一跳）以及估计到该目的节点的最短距离。
的开销随节点总数的增长而少量增长
2021/2/2
计均要求节省能量，延长网络生存时间） 安全性差：开放的无线信道，有限的电源供应，分布式控
制。（易遭受窃听、主动入侵、拒绝服务等网络攻击 ）
2021/2/2
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移动自组网的主要研究问题
信道接入（MAC协议）：
困难：多跳共享广播信道的介质访问控制。
路由协议：
困难：网络拓扑的动态变化导致路由信息收集困难，路 由算法难收敛，路由经常中断需要重建。
备之间的通信。 家庭无线网络、移动医疗监护系统等。
2021/2/2
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移动自组网的特点
带宽有限：频谱受限，共享链路。（带宽优化是关键） 存在单向链路：传输功率及环境噪声差异可能在节点间形
成单向链路。（传统路由算法一般基于对称链路假设） 拓扑动态变化：节点移动、链路时变、节点失效等。（传
统路由算法会出现路由振荡、难以收敛的问题） 节点能量有限：节点使用电池供电，充电困难。（所有设
集集集
AP BSS 1
有基础设施的网络
AP BSS 2
2021/2/2
无线自组织网络
4
自组织网络的组成
自组织网络是由一群兼具终端及路由功能的 设备通过无线链路形成的无中心、多跳、临 时性自治系统。
多跳：节点发射功率有限，远距离通信需要依靠 其它节点的中继，从而每个节点既是终端又是路 由器；
无中心：网络中不存在任何控制中心，节点之间 相互协作构成网络。
该中间节点或目的节点向源节点发送一个RREP（路 由响应）消息，当RREP消息到达源节点时，建立起 源节点到目的节点的路由。
2021/2/2
23
要解决的问题
如何使RREP返回源节点：所有转发RREQ消息的节点 要记录到源节点的路径（反向路径）；
如何区分路由的新旧：路由序号。
RREQ消息包含<源地址，源序号，广播ID，目的地址， 目的序号，跳数>6个域：
取决于路由决策所依据的信息：
基于拓扑的路由：基于节点的连接关系计算路由表： 基于地理位置的路由：根据节点的地理位置进行转
发决策，不需要路由表。
按照触发路由计算的条件，基于拓扑的路由 分为：
先应式路由：主动维护到网络中所有节点的路由。 反应式（按需）路由：仅当节点间需要通信时才建
立路由。
2021/2/2
移动自组网
2021/2/2
1
分组网技术的发展
军用 ARPANET
民用
因特网 Internet
民用
无线分组网 ALOHANET
民用
局域网 Ethernet
民用
IEEE 802.11 WLAN
军用
无线分组网 PRNET
军用
移动自组网 （Ad Hoc）
军用/民用 无线传感器网 络（WSN）
民用 无线网格网络
每隔一段时间，每个节点向其所有邻居发送一个距离矢量，通 报从本节点到其它各个节点的估算距离。
每个节点利用从邻居节点收到的距离矢量来更新自己的路由表。
2021/2/2
12
要解决的主要问题
什么时候发送路由更新：周期性更新 + 触发 式更新，异步更新；
如何区分路由更新消息的新旧：使用消息序 号，由发送节点产生；
27
路由表管理
每个路由表项除包含常见的目的地址、下一跳、跳数 等信息之外，还包括：
目的序号：所有路由用目的序号进行标记； 过期时间：该路由表项未被使用的时间； 活跃邻居集合：在最近一段时间内向目的节点发送/转
发过分组的邻居； 正向及反向路径的超时时间：在该时间之后路由失效。
每条反向路径有一个路由请求过期定时器，用于清除 不在RREP传输路径上的节点保存的反向路径。
DSDV的缺点：
消息开销大，限制了网络的规模
节点需要维护大量当前不活跃的路由，浪费了 不少资源
2021/2/2
20百度文库
ABCD 1 2 3 集集集 3 2 3 集集集集集集集集集集 3 4 3 集集集集集集集集集集 5 4 5 集集集集集集集集集集 5 6 5 集集集集集集集集集集 7 6 7 集集集集集集集集集集 7 6 7 集集集集集集集集集集
2021/2/2
15
如何减少路由更新的开销？
为减少路由更新的开销，DSDV定义了两种 路由更新分组：
Full dump：携带完整的路由表 Incremental：只携带上一次full dump之后变
化的路由信息
协议假设节点能够根据路由变化的重要程度 来决定是否触发一次增量更新，根据增量更 新的数据量来决定是否进行一次full dump 。
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2021/2/2
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2021/2/2
19
环路与计数至无穷问题
已有的距离矢量路由算法（如RIP）没有解 决好路由环路及计数至无穷的问题。
DSDV使用目的序号解决了该问题：
节点总是使用最新最好的路由，避免路由环路 的发生；
使用奇数序号表示链路中断，避免了计数至无 穷的问题。
2021/2/2
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路由重建
如果在活跃的会话过程中源节点发生了移动，源 节点可以发送RREQ重建路由。
若目的节点或某个中间节点发生了移动（路由发 生了中断）：
断点上游的节点向所有活跃的上游邻居发送一个RREP 消息，消息序号比之前知道的序号大1，跳数为∞；
收到消息的节点向它的活跃邻居转发该消息，直至所 有的活跃节点被通知；
临时性：专为某个特殊目的而建立，一般只是临 时性的。
当节点可移动时，称为移动自组网。
2021/2/2
5
自组网的主要应用领域
军事领域：
该技术的初衷是应用于军事领域，是美国军方战术网络 技术的核心，”自愈式雷场系统“是其典型实例。
民用领域：
临时性工作场合的通信，如会议、庆典、展览等； 灾难环境中提供通信支持 野外工作中的通信，如科考、边防站等 个人区域网络应用，实现PDA、手机等个人电子通信设
收到RREP消息后：
若为第一个RREP拷贝，建立到目的节点的正向 路径（记录RREP到来的邻居节点），记录目的 节点的最新序号，向源节点传播；
若非第一个RREP，仅当目的序号大于之前的 RREP，或目的序号相同但跳数更小时，才更新 路由表项并传播新的RREP，否则丢弃RREP。
2021/2/2
∞∞∞
2021/2/2
21
1.2 反应式路由协议--AODV
Ad-hoc On-demand Distance Vector （AODV）也是基于距离矢量的路由协议，但 是仅当需要一条路由通信时，才由源节点启动 路由发现过程。
与DSDV相比，不在活跃路径上的节点不维护 任何路由信息，也不参与任何周期性的路由表 交换，因此可极大地减小路由消息的开销。
（WMN）
2021/2/2
2
有设施的网络与无设施的网络
有基础设施的网络，如：
因特网（交换机、路由器） WLAN（无线接入点AP） 蜂窝移动网络（基站）
无基础设施的网络称为自组织（ad hoc） 网络，依靠节点之间的相互协作来完成网 络的建立和维护。
2021/2/2
3
集集集集集集 集集集集集
序号不小于RREQ的目的序号：向收到RREQ的 邻居发送一个RREP消息； 其余情况：将RREQ的跳数加1，继续向邻居转 发RREQ，并建立到源节点的反向路径（记录 RREQ到来的前一跳邻居）。
2021/2/2
25
2021/2/2
26
RREP的处理和正向路径建立
RREP消息包含<源地址，目的地址，目的序 号，跳数，生存时间>；
节点地址中隐含了路由线索（网络号）。
这两种技术均不适合移动自组网：
节点移动使得拓扑信息的有效性降低； 永久性的节点地址无法包含动态的位置信息。
对移动自组网有用的拓扑假设是：
物理上靠近的节点在网络拓扑上也可能靠近。
2021/2/2
9
移动自组网路由协议分类
2021/2/2
10
移动自组网单播路由协议的分类
当节点检测到与某个邻居节点的链路中断时，将以该 邻居为下一跳的所有路由的跳数标记为∞，并为这些 路由分配新的序号。
为与目的节点产生的序号相区分，规定目的节点产生 的序号为偶数，中间节点产生的序号为奇数。
当节点收到一个∞跳数，随后又收到一个序号更高的、 具有有限跳数的路由时，节点用“真实”的序号代替 该路由，并触发一次路由更新广播。
<源地址，广播ID>二元组唯一标识一个RREQ 源序号：用于维护反向路径的新鲜性 目的序号：可被源节点接受的正向路径的新鲜程度 跳数：每次转发RREQ时，将跳数加1
2021/2/2
24
RREQ的处理和反向路径建立
源节点发送一个RREQ消息； 邻居节点收到RREQ后，有三种可能：
该RREQ已收到过：丢弃该消息； 路由表中有到目的节点的路由，且该路由的目的
如何区分路由的新旧：每条路由携带一个目 的序号，由目的节点产生和发布，其它节点 不能修改。
2021/2/2
13
路由选择的原则
采用目的序号最新的路由，丢弃较早序号 的路由；
若目的序号相等，采用较小跳数的路由 被采纳的路由跳数加1，目的序号不变，
在下一次路由更新中发布。
2021/2/2
14
检测链路中断
2021/2/2
35
1.3.2 位置服务
使用地理位置路由的前提是，源节点必须知道目的 节点的位置，即网络中应当有位置服务机制。
位置服务必须是可扩放的：
位置服务本身只依靠地理位置转发就能实现 任何一个节点不能成为瓶颈 一个节点的失效不应当影响其它许多节点的可达性 对附近节点的位置查询应当仅依靠本地通信就能满足 实现位置查询和更新的开销小，且每个节点实现位置服务
2021/2/2
31
1.3.1 转发策略（GPRS）
Greedy Perimeter Stateless Routing 是一个典型的基于地理位置的路由算法， 包括两种转发策略：
贪婪转发：只要有可能，总是使用这种转发策 略；
边缘转发：贪婪转发不可用时，使用边缘转发。
2021/2/2
32
贪婪转发
2021/2/2
22
AODV的基本思想
当源节点希望向某个目的节点发送数据，但当前路由 表中并无该节点的路由信息时，启动路由发现过程；
源节点向其邻居广播一个RREQ（路由请求）消息， 进行路由探测；
每个收到RREQ消息的节点向其邻居扩散该消息，直 至消息到达一个知晓目的节点路由的节点（中间节点 或目的节点）；