计算机网络——网络层-距离向量路由算法

计算机网络系列博文——目录

距离向量(Distance-Vector,DV)路由选择算法

• 迭代，异步，分布式路由选择算法；

特点

分布式
每个节点都从其邻居处接收信息，执行计算，而后将计算结果分发给邻居；

迭代式
计算过程一直持续到邻居间无更多信息交换为止；
此算法是自我终止的，没有算法应当停止的信号；

异步
不要求所有节点间同步操作；

基本概念

Bellman-Ford方程
x到y的带权最短路径长度 = min(x的邻居v){x到v的权重+v到y的带权最短路径长度}

距离向量
节点x的距离向量维护节点x到其它所有节点的估计距离；

松弛操作
当更新到节点v的最短路径后，更新到节点v邻居的当前最短路径

DV路由选择算法原理

• 每个节点维护一个距离向量；

• 距离向量中，到邻居节点的距离是准确值；

• 节点在每次迭代中向所有邻居发送自身的距离向量；

• 节点每次收到邻居发送的距离向量，就根据Bellman-Ford方程校正自身的距离向量；

• 校正过程即是最短路径问题中的松弛操作；

• 只要所有节点以异步方式交换距离向量，每个节点的距离向量值都会收敛到精确最短路径值；

• 距离向量收敛后，只要链路没有更新，节点就不会向邻居发出新距离向量报文，也不会收到邻居的报文，算法进入静止状态；

路由选择环路问题

• 某链路w权重增加后，非相邻节点a可能要在多次迭代后才获知这一事实（因为链路w在节点a预期的某条最短路径上），而该链路的邻接节点b可以立刻获知这一事实;
  在路由表多次迭代直至稳定之前，会导致路由选择环路问题：
• b将把分组发往a，期望a能以较低代价转发分组，而a会把分组发往b，因为a预期的最短路径通过链路w，而此时a的距离向量还未完全反映w权重大量上升这一事实；

路由选择环路问题的解决方案

毒性逆转

• 对涉及两个节点的路由选择环路问题可通过毒性逆转技术解决；
• 若节点a通过节点b到达节点c，则节点a将虚假但善意地告诉b：a到c的距离是无穷大，从而避免环路问题；
• 等价地，节点a在告所节点b自己到节点c的费用时，可附带通过自己到c的路径上的下一跳路由，这使得节点b能判断a是否是通过b自身到达c的，也能起到毒性逆转的作用；
• 毒性逆转技术对涉及到三个或更多节点的选择环路问题无能为力；

最大度量

• 通过限制分组最大跳步数TTL可在一定程度上减轻路由选择环路问题的影响

LS与DV路由选择算法对比

• LS算法中，每个节点a经广播通告所有节点：a与a邻居的链路权重；
• DV算法中，每个节点a仅与a的邻居节点交流，通告邻居：a到所有其它节点的最低费用估计；

• LS要求发送大量报文以通告整个网络的情况；
• DV收敛速度较慢，且有路由选择环路问题；

• LS每个路由器的计算是隔离的，相对健壮；
• DV中，一个损坏的路由器会将错误信息扩散至全网；

DV，LS各有所长，都在因特网中得到应用，并且，LS和DV基本上是因特网实践中仅有的两种算法。