第4章 路由选择算法

网络路由技术优化方法详解网络路由是指在计算机网络中，根据特定的路由选择算法，将数据从源节点传递到目的节点的过程。

随着互联网的迅速发展，网络路由技术的优化变得尤为重要。

本文将详细介绍网络路由技术优化的方法。

一、优化路由算法1. 路由选择协议优化路由选择协议是指在网络中节点之间进行路由选择的一种通信协议，如RIP、OSPF、BGP等。

优化路由选择协议可以提高网络路由的效率和稳定性。

例如，在使用RIP协议时，可以通过调整路由更新间隔、设定路由更新触发条件等方式来优化路由选择过程。

2. 最短路径算法优化最短路径算法是一种常用的路由选择算法，如Dijkstra算法、Bellman-Ford算法等。

在实际网络中，网络拓扑结构复杂，节点数量庞大，使用传统的最短路径算法可能会导致计算负载过重、延迟增加等问题。

因此，可以通过引入负载平衡技术、节点分级等方式来优化最短路径算法，提高网络路由的效率。

二、优化网络结构1. 利用多层次网络架构在大规模网络中，简单的扁平网络结构会导致路由表庞大、路由冲突等问题。

因此，可以通过引入多层次网络架构来优化网络结构。

例如，将大规模网络划分为多个自治系统（AS），每个自治系统内部采用内部路由协议，自治系统之间采用外部路由协议，可以降低路由表大小，减少路由冲突的发生。

2. 利用虚拟专用网络（VPN）虚拟专用网络是一种通过公共网络创建的私有网络，可以实现安全可靠的数据传输。

利用VPN技术，可以将相同地理位置的节点组建成一个虚拟网络，从而减少网络传输距离，提高传输效率。

同时，VPN 还可以通过隧道技术保护数据传输的安全性，提高网络的安全性。

三、优化链路负载均衡链路负载均衡是指在多个链路之间均衡地分配网络流量，提高网络吞吐量和响应速度。

常用的负载均衡技术包括：基于端口的负载均衡、基于服务器的负载均衡、基于内容的负载均衡等。

通过合理配置和调整负载均衡算法，可以避免链路拥堵和数据丢失，提高网络的稳定性和可用性。

路由选择的原理路由选择是指在计算机网络中，根据特定的算法和策略来确定数据包从源主机到目的主机的路径选择。

路由选择的原理可以通过下面的内容来解释。

1. 距离矢量路由选择（Distance Vector Routing）：- 每个路由器根据自己所知道的到达目的地的最短路径距离发送更新信息。

- 路由器之间以周期性、递增的方式交换距离矢量信息，直到达到稳定状态。

- 路由器通过比较邻居的距离矢量信息以及加入整个网络的信息，选择最佳路径。

2. 链路状态路由选择（Link State Routing）：- 每个路由器将自己相连的链路状态信息广播给整个网络。

- 路由器通过收集来自邻居的链路状态信息以及自身的链路状态信息，在路由计算中构建网络的拓扑图。

- 根据拓扑图，每个路由器使用最短路径优先算法（如Dijkstra算法）来确定最佳路径。

3. 路由选择算法（Routing Algorithms）：- 数据包根据特定的路由选择算法在网络中传输。

- 常见的路由选择算法包括最短路径优先算法、距离矢量算法、链路状态算法等。

- 这些算法根据网络的特性、需求和性能考虑，选择最佳的路径来传输数据。

4. 路由选择策略（Routing Policies）：- 路由管理员通过制定特定的路由选择策略来影响路由选择过程。

- 路由选择策略可以基于多种因素，如路由器的负载、链路的带宽、成本等来选择路径。

- 通过调整路由策略，可以优化网络的性能、提高安全性等。

总的来说，路由选择是根据路由选择算法和策略来确定数据包的最佳路径。

这是一个根据网络状况、拓扑结构、需求等因素进行决策的过程，以确保数据能够快速、安全地传输到目的地。

4.5路由选择算法到目前为止，我们在本章中主要研究了网络层的转发功能。

我们知道当分组到达一台路由器时，该路由器索引其转发表并决定该分组被指向的链路接口。

我们也知道路由选择算法在网络路由器中运行、交换和计算信息，用这些信息配置这些转发表。

路由选择算法和转发表之间的相互影响如图4-2所示。

在已经较为深入地研究了转发后，我们将注意力转向本章的其他重要主题，即网络层的至关重要的路由选择功能。

不管网络层提供的是数据报服务（在此情况下，在给定源和目的地址之间的不同分组可能采用不同的路由），还是虚电路服务（在此情况下，在给定源和目的地址之间的所有分组将采用相同路径），网络层都必须为从发送方到接收方的分组确定所采用的路径。

我们将看到路由选择的工作是：确定从发送方到接收方通过路由器网络的好路径（等价为路由）。

主机通常直接与一台路由器相连接，该路由器即为该主机的默认路由器（defaultrmiter)，又称为该主机的第一跳路由器（first-hop router)。

每当主机发送一个分组时，该分组被传送给它的默认路由器。

我们将源主机的默认路由器称作源路由器（sourcemuter)，把目的主机的默认路由器称作目的路由器（destinationmuter)。

一个分组从源主机到目的主机的路由选择问题显然可归结为从源路由器到目的路由器的路由选择问题。

这是本节的重点。

因此，路由选择算法的目的是简单的：给定一组路由器以及连接路由器的链路，路由选择算法要找到一条从源路由器到目的路由器的“好”路径。

通常，一条好路径指具有最低费用的路径。

然而我们将看到，实践中现实世界还关心诸如策略之类的问题（例如，诸如“属于组织Y的路由器X不应转发任何来源于组织Z网络的分组”之类的规则），这也使得概念简单、性能优秀的算法变得复杂。

然而这些概念简单、性能优秀的算法的理论奠定了当今网络路由选择实践的基础。

可以用图来形式化描述路由选择问题。

我们知道图( graph)G=(N,E)是一个N个结点和E条边的集合,其中每条边是取自N的一对结点。

路由选择算法分类路由选择算法是指在计算机网络中，根据一定的策略选择最佳的路由路径，以实现数据包的传输。

根据不同的策略和算法，路由选择算法可分为静态路由选择算法和动态路由选择算法。

静态路由选择算法是指在网络中，路由器的路由表是静态配置的，不会根据网络拓扑的变化而自动更新。

常见的静态路由选择算法有默认路由、静态路由和策略路由等。

默认路由是指当路由表中找不到与目标地址匹配的路由条目时，将数据包发送到默认网关进行转发。

默认路由的配置简单，适用于规模较小的网络环境。

但是，由于所有数据包都经过默认网关，容易造成网络拥堵和单点故障。

静态路由是指管理员手动配置路由器的路由表。

管理员需要根据网络拓扑和流量情况，手动配置每个路由器的路由表，以确保数据包能够按照预期的路径进行转发。

静态路由的配置灵活，适用于稳定的网络环境。

但是，随着网络规模的增大，静态路由的配置工作量将会变得非常繁重，且不易应对网络拓扑的变化。

策略路由是指根据不同的策略选择最佳的路由路径。

策略路由可以基于源地址、目标地址、服务类型等多个因素进行路由选择。

管理员可以根据网络需求和优先级，通过配置策略路由来实现更灵活的路由选择。

策略路由的配置复杂，但可以根据实际需求灵活调整路由路径，提高网络性能和可靠性。

动态路由选择算法是指路由器根据网络拓扑和链路状态信息，自动计算最佳的路由路径。

常见的动态路由选择算法有距离向量路由选择算法和链路状态路由选择算法。

距离向量路由选择算法是一种分布式的路由选择算法，每个路由器根据相邻路由器发送的路由信息，计算到达目标地址的最短路径。

距离向量路由选择算法使用了距离向量（即距离和下一跳路由器）来描述路由信息。

常见的距离向量路由选择算法有RIP（Routing Information Protocol）和IGRP（Interior Gateway Routing Protocol）。

链路状态路由选择算法是一种集中式的路由选择算法，每个路由器需要向网络中的其他路由器发送链路状态信息，并计算最短路径树。

计算机网络原理路由算法网络层的主要功能是将分组从源计算机通过所选定的路由送到目标计算机中。

在大多数子网中，分组需要经过多次转发才能到达目的地。

广播式网络是惟一一个值得指出的例外，但即使是在广播式网络中，如果源机器和目标机器不在同一个网络中，仍然有路由选择的问题。

路由选择算法及其使用的数据结构是网络层设计主要的内容。

路由算法（Routing Algorithm）是网络层软件的一部分，它负责确定所收到的分组应该被传送的线路。

如果子网内部采用数据报，那么路由器需要对每一个收到的数据分组重新作路由选择，因为对第一个分组来说，上次选择的最佳到达路径可能已被除改变。

但是，如果子网内部采用虚电路，当建立健一条新的虚电路时，仅需要作一次路由选择，以后，数据分组就在这条已经建立的路径上传递。

后一种情况有时又称作会话路由选择（Session Routing），因为在整个用户会话过程中，传输路径必须保持有效（例如终端上的登录会话或文件传输期间）。

不管是针对每个分组单独地选择路由，还是只有建立新连接的时候才选择路由，我们总希望路由选择算法中具有这些特性：正确性、简单性、健壮性、稳定性、公平性和最优性。

正确性和简单性不需要多加解释，但对健壮性的要求则并不显然。

一旦一个重要的网络投入运行，它有可能需要连续无误的运行数年。

在这期间，将会出现各种各样的硬件和软件错误。

主机、路由器和线路可能会增加或撤除，网络拓扑结构也可能会发生多次变化。

路由选择算法应该能够妥善处理拓扑结构和流量的变化，而不会使所有主机都停止工作，并且每当某台路由器崩溃时，不需要重新启动该网络。

稳定性也是路由选择算法的一个重要目标。

有些路由算法不管运行了多长时间，都不可能会趋于平衡。

一个稳定的算法则会使其达到平衡，并且保持平衡状态不变。

公平性和最优性是显而易见的，但它们又通常是相互矛盾的。

路由算法可以分成两大类：非自适应的和自适应的。

非自适应的算法（Nonadaptive Algorithm）不会根据当前测量或者估计的流量和拓扑结构来做路由选择。

环形网络的路由选择算法环形网络的路由选择算法环形网络是一种常见的网络拓扑结构，其中每个节点都与相邻节点直接相连，形成一个环形的连接关系。

在这样的网络中，路由选择算法起着至关重要的作用，它决定了数据包在网络中的传输路径。

本文将根据环形网络的特点，介绍一种简单而有效的路由选择算法。

步骤一：建立网络拓扑首先，我们需要搭建一个环形网络拓扑结构。

假设有n个节点，我们可以将它们依次编号为1到n，并将节点i与节点i+1相连（节点n与节点1相连），形成一个环形连接。

步骤二：确定源节点和目标节点在进行路由选择之前，我们需要确定数据包的源节点和目标节点。

源节点是数据包的起始节点，而目标节点是数据包的最终目的地。

步骤三：确定下一跳节点接下来，我们需要根据源节点和目标节点的位置，确定数据包在网络中的下一跳节点。

下一跳节点是指数据包在当前节点的转发目标节点。

具体的选择规则如下：1. 如果当前节点等于源节点，那么下一跳节点就是当前节点的下一个节点。

2. 如果当前节点等于目标节点，那么下一跳节点就是目标节点本身。

3. 如果当前节点既不等于源节点也不等于目标节点，那么下一跳节点是离目标节点更近的节点。

步骤四：转发数据包一旦确定了下一跳节点，当前节点就将数据包转发给下一跳节点。

转发的方式可以是直接将数据包发送给下一跳节点，也可以是将数据包存储在缓存中，等待下一跳节点来获取。

步骤五：更新当前节点转发完成后，当前节点将更新为下一跳节点，并重复步骤三和步骤四，直到数据包到达目标节点。

步骤六：确定传输路径当数据包到达目标节点时，路由选择算法就结束了。

此时，我们可以根据数据包在网络中经过的节点顺序，确定传输路径。

综上所述，环形网络的路由选择算法可以分为六个步骤：建立网络拓扑、确定源节点和目标节点、确定下一跳节点、转发数据包、更新当前节点和确定传输路径。

这个算法简单而有效，可以在环形网络中实现数据包的快速传输。

当然，这只是一种基本的算法，实际应用中还需要考虑一些其他因素，如节点的负载情况、链路的拥塞程度等，以优化路由选择的性能。

路由选路规则
1. 最短路径规则：选择距离目的地最近的路由路径。

这可以通过路由器中的路由表中记录的距离信息来确定。

2. 最快路径规则：选择最少的延迟、最高的带宽或最低的丢包率的路径。

可通过路由器中的路由表或网络监测系统来确定。

3. 最小负载规则：选择当前负载较低的路径，以保证流量能够均匀地分布到各个路径上。

可以通过路由器的负载信息或网络监测系统来确定。

4. 最短AS路径规则：选择跨越自治系统（AS）数量最少的
路径。

可通过BGP（边界网关协议）中的路径属性来确定。

5. 避免回路规则：在多路径网络中，避免选择形成环路的路径。

可以通过路由器中的路由表或网络拓扑信息来确定。

6. 路由策略规则：根据具体的业务需求和网络策略进行路径选择。

可以通过路由器中的路由策略设置、访问控制列表或网络管理系统来确定。

需要注意的是，以上规则可能由于网络环境的变化而有所调整或冲突，具体的路由选路规则还需要根据实际情况进行配置和调整。

路由选择及其算法阻塞控制阻塞控制方法路由选择及其算法通信子网络源节点和目的节点提供了多条传输路径的可能性。

网络节点在收到一个分组网络层后，要确定向一下节点传送的路径，这就是路由选择。

在数据报方式中网络节点要为每个分组路由做出选择；而在虚电路方式中，只需在连接建立时确定路由。

确定路由选择的策略称路由算法。

设计路由算法时要考虑诸多技术要素。

首先是路由算法所基于的性能指标，一种是选择最短路由，一种是选择最优路由；其次要考虑通信子网是采用虚电路还是数据报方式；其三，是采用分布式路由算法，即每节点均为到达的分组选择下一步的路由，还是采用集中式路由算法，即由中央点或始发节点来决定整个路由；其四，要考虑关于网络拓扑，流量和延迟等网络信息的来源；最后，确定是采用动态路由选择策略，还是选择静态路由选择策略。

1、静态路由选择策略静态路由选择策略不用测量也无须利用网络信息，这种策略按某种固定规则进行路由选择。

其中还可分为泛射路由选择、固定路由选择和随机路由选择三种算法。

网络层(1)泛射路由选择法：这是一种最简单的路由算法。

一个网络节点从某条线路收到一个分组后，再向除该条线路外的所有线路重复发送收到的分组。

结果，最先到达目的节点的一个或若干个分组肯定经过了最短的路线，而且所有可能的路径都被同时尝试过。

这种方法可用于诸如军事网络等强壮性要求很高的场合，即使有的网络节点遭到破坏，只要源、目间有一条信道存在则泛射路由选择仍能保证数据的可靠传送。

另外，这种方法也可用于将一条分组从数据源传送到所有其它节点的广播式数据交换中，它还可用来进行网络的最短传输延迟的测试。

(2)固定路由选择：这是一种使用较多的简单算法。

每个网络节点存储一张表格，表格中每一项记录对应着某个目的节点或链路。

当一个分组到达某节点时，该节点只要根据分组的地址信息便人固定的路由表中查出对应的目的节点及所应选择的下一节点。

固定路由选择法的优点是简便易行，在负载稳定，拓扑结构变化不大的网络中运行效果很好。

网络层_计算机网络原理第四章_自考本科段概要:计算机网络原理第四章网络层重难点小结1、网络层服务识记：网络层服务（1）网络层服务：提供端到端的进程间通信服务；转发、路由选择（路由算法）、链接管理；领会：网络层寻址；转发与路由的基本概念；转发与路由的区别与联系；（1）网络层寻址：（2）转发与路由的基本概念：转发：输入链路接收到分组，路由器决定使用哪条输出链路，将分组从输入接口转移到输出接口。

路由：决定分组通过的路由和路径；决定的算法叫路由选择算法；（3）转发与路由的区别与联系：同上2、数据报网络与虚电路网络识记：虚电路网络特点；数据报网络特点；（1）虚电路网络特点：数据传输之前要建立虚电路，传输结束要拆除；同一对源和目的主机之间分组数据都会经过同一条线路，不会出现乱序；（2）数据报网络特点：分组携带完整目的网络地址，分组经由不同路由器，到达顺序可能乱序；领会：虚电路网络工作过程；数据报网络工作过程；虚电路网络的转发与路由；数据报网络的转发与路由；虚电路网络的转发表；数据报网络的转转发表；（1）虚电路网络工作过程：面向链接的分组交换，数据传输之前要建立连接，传输结束要拆除连接；（2）数据报网络工作过程：数据报分组经过交换机，交换机检查目的地址，发送给某台临近的交换机，知道到达目的主机；（3）虚电路网络的转发与路由：（4）数据报网络的转发与路由：（5）虚电路网络的转发表：每台分组交换机都有一个把目的地址映射到某个输出链路的转发表；（6）数据报网络的转转发表：记录或建立相邻链路的VCID之间的连续关系；3、网络互联与网络互联设备领会：网络互联的必要性；网络互联的基本方法；典型网络互联设备；路由器体系结构；（1）网络互联的必要性：（2）网络互联的基本方法：（3）典型网络互联设备：路由器（4）路由器体系结构：多个输入端口和多个输出端口的专用计算机。

4、网络层拥塞控制识记：网络拥塞基本概念；拥塞控制基本策略；（1）网络拥塞基本概念：众多用户随即将信息送入网络，网络中需要传输的信息大于传输能力，以至于某些网络节点缓冲区已满，无法接收到新的分组；（2）拥塞控制基本策略：增加某些节点的网络资源、减小网络负载领会：流量感知路由基本原理；准入控制基本原理；流量调节基本方法；负载脱落基本原理；（1）流量感知路由基本原理：（2）准入控制基本原理：对新建虚电路审核，如果新建立的虚电路会导致网络变得拥塞，网络拒绝建立新虚电路。

计算机网络的路由选择算法有哪些详解各种路由选择算法的优缺点计算机网络中，路由选择算法是决定数据包从源节点到目标节点的路径的重要机制。

不同的路由选择算法具有各自的优缺点，对网络性能和效率起着不同的影响。

本文将详细介绍几种常见的路由选择算法，并分析它们的优缺点。

一、静态路由选择算法静态路由选择算法是指在网络拓扑结构不变的情况下，通过手动配置网络设备的路由表来实现路由选择。

常见的静态路由选择算法有默认路由、固定路由和策略路由。

1. 默认路由默认路由是指将所有非本网络的数据包都转发到同一个默认下一跳节点的路由选择方式。

优点是简单、易于管理和实施，适用于规模较小、拓扑结构比较简单的网络。

缺点是没有考虑到网络负载和拥堵情况，无法实现灵活的数据传输。

2. 固定路由固定路由是通过手动配置网络设备的路由表来设置固定路径的路由选择方式。

优点是对特定网络流量的传输进行了有效控制，可以实现较高的性能。

缺点是需要手动配置，对网络规模较大的情况不适用；且不能动态适应网络拓扑的变化。

3. 策略路由策略路由是通过设置一系列策略和条件来实现路由选择的方式。

根据不同的路由策略，将数据包送往最佳的路径。

优点是可以根据具体需求进行动态路由选择，适应不同的网络状况。

缺点是配置复杂，容易出错。

二、动态路由选择算法动态路由选择算法是根据网络拓扑结构的变化和网络负载状态，通过节点之间的路由协议自动学习和更新路由表的选择方式。

常见的动态路由选择算法有距离矢量路由算法（Distance Vector Routing）、链路状态路由算法（Link State Routing）和路径矢量路由算法（Path Vector Routing）。

1. 距离矢量路由算法（DVR）距离矢量路由算法是一种基于每个节点之间距离向量的选择算法，典型的代表是RIP（Routing Information Protocol）。

其优点是简单、易于实施。

缺点是计算复杂度高，收敛速度慢，对大型网络不适用。

路由选择方法
路由选择方法可以分为静态和动态两种。

静态路由选择是一种固定式路由选择，每个网络节点存储一张表格，表格中每一项记录着对应某个目的节点的下一节点或链路，当一个分组到达某节点时，该节点只要根据分组上的地址信息，便可从固定的路由表中查出对应的目的节点及所应选择的下一节点。

动态路由选择则是一种自适应路由算法，相互连接的路由器之间彼此交换信息，按照一定的算法优化出路由表。

动态路由的特点是这些路由信息会在一定时间间隙里不断更新，以随时获得最优的寻路效果。

常用的动态路由算法还可以分为两类：距离-向量路由算法、链路状态路由选择算法。

此外，路由选择方法还可以根据不同的应用场景进行分类，例如入户宽带、户型特点、无线频段、无线速率、带机量、其它应用功能等。

计算机网络中的路由选择算法在计算机网络中，路由选择算法起着至关重要的作用。

它决定了数据包在网络中的传输路径，直接影响到网络的性能和效率。

本文将对计算机网络中常用的路由选择算法进行探讨，并分析其优缺点。

一、距离矢量算法距离矢量算法是最早被广泛使用的路由选择算法之一。

该算法基于每个节点根据自身的距离向量，即到达其他节点的距离估计，来进行路由选择。

每个节点将自己的路由表通过广播的方式告知其邻居节点，邻居节点根据收到的路由表信息更新自己的路由表。

距离矢量算法的优点是实现简单，占用的计算和存储资源较少。

然而，由于每个节点只能获得邻居节点的路由表信息，并且信息是通过广播方式传播的，导致算法收敛速度慢、容易产生路由环路等问题。

二、链路状态算法链路状态算法是另一种常用的路由选择算法。

与距离矢量算法不同，链路状态算法基于节点之间的直接相连关系来决定路由选择。

每个节点会周期性地广播自己的链路状态信息，包括与邻居节点的链路状态和到达邻居节点的开销。

通过收集到的链路状态信息，每个节点可以计算出最短路径树，即网络中到达其他节点的最短路径。

链路状态算法通过这种方式为每个节点提供了全局网络的拓扑信息，进而能够进行更为准确的路由选择。

链路状态算法的优点是收敛速度快、计算精确。

然而，它需要大量的计算和存储资源来维护节点之间的链路状态信息，同时需要更复杂的算法来计算最短路径树。

此外，链路状态信息的广播也会产生较大的网络开销。

三、路径矢量算法路径矢量算法是距离矢量算法和链路状态算法的结合。

每个节点维护到其他节点的路径矢量，即到达其他节点的路径和开销信息。

节点通过交换路径矢量信息来更新自己的路由表，并选择最优的路径进行数据包的传输。

路径矢量算法继承了距离矢量算法的简单性和占用资源少的特点，同时也克服了距离矢量算法的路由环路等问题。

然而，路径矢量算法仍然存在信息不准确的问题，因为路径矢量信息是基于节点之间的交换得到的，可能受限于节点自身的限制而不完全准确。