路由生产算法调研

路由生产算法调研

路由

是指路由器从一个接口上接收数据报，根据数据报的目的地址进行定向并转发到另一个接口的过程。

路由结点

一个具有路由能力的主机或路由器，它维护一张路由表，通过查询路由表来决定向那个接口发送数据报。

接口

路由结点与某个网络相连的网卡接口。

路由表

由很多路由条目组成，每个条目都指明去往哪个网络的数据报应该经由那个接口发送。其中最后一条是缺省路由条目。

路由条目

路由表中的每一行，每个条目主要由目的网络地址、子网掩码、下一跳地址、发送接口四部分组成，如果要发送的数据报的目的网络地址匹配路由表中的某一行，就按规定的接口发送到下一跳地址。

缺省路由条目

如果要发送的数据报的目的网络地址与路由表中的任何一行都匹配不上，就按缺省路由条目的接口发送下一跳地址。

调研常见路由表生成算法

（一）静态路由算法

1.Dijkstra算法（最短路径算法）

​ Dijkstra(迪杰斯特拉)算法是典型的单源最短路径算法，用于计算一个节点到其他所有节点的最短路径。主要特点是以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止。Dijkstra算法是很有代表性的最短路径算法，在很多专业课程中都作为基本内容有详细的介绍，如数据结构，图论，运筹学等等。Dijkstra一般的表述通常有两种方式，一种用永久和临时标号方式，一种是用OPEN, CLOSE表的方式，这里均采用永久和临时标号的方式。注意该算法要求图中不存在负权回路。

​ Dijkstra算法执行下列步骤：
1）路由器建立一张网络图，并且确定源节点和目的节点，在这个例子里我们设为V1和V2。然后路由器建立一个矩阵，称为“邻接矩阵”。在这个矩阵中，各矩阵元素表示权值。例如，[i, j]是节点Vi与Vj之间的链路权值。如果节点Vi与Vj之间没有链路直接相连，它们的权值设为“无穷大”。
2）路由器为网路中的每一个节点建立一组状态记录。此记录包括三个字段：
​ 前序字段——表示当前节点之前的节点。
​ 长度字段——表示从源节点到当前节点的权值之和。
标号字段——表示节点的状态。每个节点都处于一个状态模式：“永久”或“暂时”。
3）路由器初始化（所有节点的）状态记录集参数，将它们的长度设为“无穷大”，标号设为“暂时”。
4）路由器设置一个T节点。例如，如果设V1是源T节点，路由器将V1的标号更改为“永久”。当一个标号更改为“永久”后，它将不再改变。一个T节点仅仅是一个代理而已。
5）路由器更新与源T节点直接相连的所有暂时性节点的状态记录集。
6）路由器在所有的暂时性节点中选择距离V1的权值最低的节点。这个节点将是新的T节点。
7）如果这个节点不是V2（目的节点），路由器则返回到步骤5。
8）如果节点是V2，路由器则向前回溯，将它的前序节点从状态记录集中提取出来，如此循环，直到提取到V1为止。这个节点列表便是从V1到V2的最佳路由。
2.扩散法
​ 事先不需要任何网络信息；路由器把收到的每一个分组，向除了该分组到来的线路外的所有输出线路发送。 将来会有多个分组的副本到达目的地端，最先到达的，可能是走了“最优”的路径。 常见的扩散法是选择性扩散算法。
3.基于流量的路由算法
​ 既考虑拓扑结构，又兼顾网络负荷；前提：每对结点间平均数据流是相对稳定和可预测的；根据网络带宽和平均流量，可得出平均包延迟，因此路由选择问题归结为找产生网络最小延迟的路由选择算法。提前离线（off-line）计算。

（二）动态路由算法

1.距离向量路由算法

​ 距离向量路由算法(Bellman-Ford Routing Algorithm)，也叫做最大流量演算法(Ford-FulkersonAlgorithm)，其被距离向量协议作为一个算法，如RIP, BGP, ISO IDRP, NOVELL IPX。使用这个算法的路由器必须掌握这个距离表(它是一个一维排列-“一个向量”)，它告诉在网络中每个节点的最远和最近距离。在距离表中的这个信息是根据临近接点信息的改变而时时更新的。表中数据的量和在网络中的所有的接点(除了它自己本身)是等同的。这个表中的列代表直接和它相连的邻居，行代表在网络中的所有目的地。每个数据包括传送数据包到每个在网上的目的地的路径和距离/或时间在那个路径上来传输(我们叫这个为“成本”)。这个在那个算法中的度量公式是跳跃的次数，等待时间，流出数据包的数量，等等。在距离向量路由算法中，相邻路由器之间周期性地相互交换各自的路由表备份。当网络拓扑结构发生变化时，路由器之间也将及时地相互通知有关变更信息。 其优点是算法简单容易实现。缺点是慢收敛问题，路由器的路径变化需要像波浪一样从相邻路由器传播出去，过程缓慢。
​ 每一个相邻路由器发送过来的路由表都要经过以下步骤：
1）对地址为X的 路由器发过来的路由表，先修改此路由表中的所有项目：把”下一跳”字段中的地址改为X，并把所有”距离”字段都加1。
2）对修改后的路由表 中的每一个项目，进行以下步骤：
（1）将X的路由表(修改过的)，与S的路由表的目的网络进行对比。若在X中出现，在S中没出现，则将X路由表中的这一条项目添加到S的路由表中。
（2）对于目的网络在S和X路由表中都有的项目进行下面步骤 ：
​ （2.1）在S的路由表中，若下一跳地址是x ，则直接用X路由表中这条项目替换S路由表中的项目。
​ （2.2）在S的路由表中，若下一跳地址不是x ，若X路由表项目中的距离d小于S路由表中的距离，则进行更新。
3）若3分钟还没有收到相邻路由器的更新表，则把此相邻路由器记为不可到达路由器，即把距离设置为16。
水平分裂算法(在发送路由更新消息时进行限制，结点不向相邻结点报告那些从该相邻结点学习到的路由信息

2.链路状态最短路由优先算法SPF
1）发现邻居结点，并学习它们的网络地址；
2）测量到各邻居节点的延迟或者开销；
3）创建链路状态分组；
4）使用扩散法发布链路状态分组；
5）计算到每个其它路由器的最短路径。
使用Dijkstra算法处理链路信息

理解收敛路由原理

路由算法在路由协议中起着至关重要的作用，采用何种算法往往决定了最终的寻径结果，因此选择路由算法一定要仔细。通常需要综合考虑以下几个设计目标：
（1）最优化：指路由算法选择最佳路径的能力。
（2）简洁性：算法设计简洁，利用最少的软件和开销，提供最有效的功能。
（3）坚固性：路由算法处于非正常或不可预料的环境时，如硬件故障、负载过高或操作失误时，都能正确运行。由于路由器分布在网络联接点上，所以在它们出故障时会产生严重后果。最好的路由器算法通常能经受时间的考验，并在各种网络环境下被证实是可靠的。
（4）快速收敛：收敛是在最佳路径的判断上所有路由器达到一致的过程。当某个网络事件引起路由可用或不可用时，路由器就发出更新信息。路由更新信息遍及整个网络，引发重新计算最佳路径，最终达到所有路由器一致公认的最佳路径。收敛慢的路由算法会造成路径循环或网络中断。
（5）灵活性：路由算法可以快速、准确地适应各种网络环境。例如，某个网段发生故障，路由算法要能很快发现故障，并为使用该网段的所有路由选择另一条最佳路径。
路由算法按照种类可分为以下几种：静态和动态、单路和多路、平等和分级、源路由和透明路由、域内和域间、链路状态和距离向量。前面几种的特点与字面意思基本一致，下面着重介绍链路状态和距离向量算法。
链 路状态算法（也称最短路径算法）发送路由信息到互联网上所有的结点，然而对于每个路由器，仅发送它的路由表中描述了其自身链路状态的那一部分。距离向量算 法（也称为Bellman-Ford算法）则要求每个路由器发送其路由表全部或部分信息，但仅发送到邻近结点上。从本质上来说，链路状态算法将少量更新信 息发送至网络各处，而距离向量算法发送大量更新信息至邻接路由器。
由于链路状态算法收敛更快，因此它在一定程度上比距离向量算法更不易产生路由循环。但另一方面，链路状态算法要求比距离向量算法有更强的CPU能力和更多的内存空间，因此链路状态算法将会在实现时显得更昂贵一些。除了这些区别，两种算法在大多数环境下都能很好地运行。
最 后需要指出的是，路由算法使用了许多种不同的度量标准去决定最佳路径。复杂的路由算法可能采用多种度量来选择路由，通过一定的加权运算，将它们合并为单个 的复合度量、再填入路由表中，作为寻径的标准。通常所使用的度量有：路径长度、可靠性、时延、带宽、负载、通信成本等。