目录
- [4.5 路由选择算法](#4.5 路由选择算法)
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- [4.5.1 优质路径](#4.5.1 优质路径)
- [4.5.2 分类](#4.5.2 分类)
- [4.5.3 链路状态(LS)路由选择算法](#4.5.3 链路状态(LS)路由选择算法)
- [4.5.4 距离向量(DV)路径选择算法](#4.5.4 距离向量(DV)路径选择算法)
- [4.5.5 对比LS和DV](#4.5.5 对比LS和DV)
- [4.5.6 层次路由选择(Hierarchical routing)](#4.5.6 层次路由选择(Hierarchical routing))
- 4.6因特网中的路由选择
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- [4.6.1 因特网中的intra-AS路由选择](#4.6.1 因特网中的intra-AS路由选择)
- [4.6.2 因特网中的inter-AS路由选择](#4.6.2 因特网中的inter-AS路由选择)
4.5 路由选择算法
4.5.1 优质路径
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成本低
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速度快
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拥塞少
4.5.2 分类
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全局or分散
a. 全局式路由选择算法(global routing algorithm)
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用完整的、全局性的网络制式计算出源到目的地之间的最低开销路径
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具有完整的拓扑和链路开销信息
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如链路状态(Link State，LS)算法
b. 分散式路由选择算法(decentralized routing algorithm)
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路由器仅知道相邻节点和与其相连的链路成本
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迭代计算并与相邻节点进行信息交换
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如距离向量(Distance-Vector，DV)算法
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静态or动态
a. 静态路由选择算法(static routing alogrithm)
- 路由随时间变化十分缓慢
b. 动态路由选择算法(dynamic routing algorithm)
- 路由随着网络流量负载或拓扑变化而变化
4.5.3 链路状态(LS)路由选择算法
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基本思想
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通过广播全网拓扑信息，让每个路由器独立计算到其他路由器的最短路径树(sink tree)
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由链路广播(link state broadcast)算法完成
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执行步骤
Step1：发现相邻节点
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发送HELLO包到点对点线路
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另一端路由器回复
Step2：测量相邻节点链路成本
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测量相邻节点时延
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发送ECHO包测量往返时延
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多次测量取平均值
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是否考虑本地负载
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包含本地负载：计时从ECHO包入队开始
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忽略本地负载：计时从ECHO包到达队列前端开始
Step3：创建链路状态包
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包含发送方标识，序号，生存时间，相邻节点列表
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触发时机
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定期触发
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重大网络事件发生
Step4：将包发送到所有其他路由器
Step5：计算到其他每个路由器的最短路径(Dijkstra)
- 时间复杂度O(n^2)，堆结构可优化至O(nlogn)
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4.5.4 距离向量(DV)路径选择算法
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Bellman-Ford动态规划方程
流程
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设置初始距离估计值
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周期性更新
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向相邻节点发送本地距离向量
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接收相邻节点的距离向量更新
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向量计算
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两次计算结果相同时停止
特性
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迭代的
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每次本地迭代原因
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本地连接成本改变
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来自相邻节点的距离向量更新报文
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异步的
- 节点独立计算，不全局同步
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分散的
- 节点只在其距离向量更新才通知相邻节点
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4.5.5 对比LS和DV
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报文复杂度
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LS：N个节点，E个链路，O(NE)
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DV
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仅相邻节点交换
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收敛时间不同
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收敛速度
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LS：O(n^2)
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DV：收敛慢，变化大
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健壮性
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LS
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节点会错误计算链路成本
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节点错误只影响自己
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DV
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节点会错误计算链路成本
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错误会传播全网
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4.5.6 层次路由选择(Hierarchical routing)
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问题
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存储大规模路由表项
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ISP希望管理自治
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解决
自治系统(Autonomous System，AS)，也叫域(domain)
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因特网的可扩展路由选择(层次)
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自治系统内(intra-AS)路由选择
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同一AS内的主机和路由器进行路由选择
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同一AS所有路由器运行相同协议
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不同AS可运行不同协议
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自治系统间(inter-AS)路由选择
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AS之间进行路由选择
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网关执行域间路由选择(也执行域内路由选择)
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互联（interconnected)AS
AS内和AS间路由选择算法共同配置转发表
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AS内路由决定AS内部目的地的项
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AS内和AS间路由决定外部目的地的项
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对于某AS1的路由器，如何把包路由选择到该AS1外的目的地
AS1必须：
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知道经AS2可到哪些目的地，经AS3可到哪些目的地
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向AS1所有路由器传播这些可达信息，因此每台路由器可配置其转发表以处理AS外目的地
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热土豆路由选择(hot potato routing)
若经多个路由可到达目的地，则将包发送到最近的路由
4.6因特网中的路由选择
4.6.1 因特网中的intra-AS路由选择
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路由选择信息协议(RIP)
a. 基于DV算法
b. 用UDP封装报文
c. 使用跳数来衡量到达目的网络的距离
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路由器到直连网络距离为1
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一条路径最多15个路由器，16代表不可达：因此RIP只适用于小型互联网
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好的路由是通过路由器最少的路由
d. 相邻节点每30秒交换一次RIP响应报文(RIP response message)，包含该AS多达25个目的子网的列表，又叫RIP通告(RIP advertisement)
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仅和相邻路由器交换
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周期性交换
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交换路由表
e. 链路故障与恢复
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180秒没收到更新则认为相邻节点失效
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修改本地路由表，向依然可达的相邻节点发送通告
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开放最短路径优先(OSPF)
a. 基于LS算法
b. 用IP封装报文
c. 和IS-IS路由选择协议几乎一样
d. 基本原理
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不限制网络规模，收敛速度快（收敛：所有路由表信息达成一致）
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采用SPF算法计算路由，保证不会产生路由环路
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每个节点维护完整拓扑图
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链路状态通告交换信息
- 链路状态：路由器和哪些路由器相邻，以及链路的cost
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使用Dijkstra计算sink tree，保证不会产生路由环路
e. 优点
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安全：所有OSPF消息都要认证
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多条相同成本的路径(RIP仅一条)：无需选择单一路径
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支持单播和多播
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支持在单个路由选择域内的层次结构
f. 其他
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分组类型
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Hello分组
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Database Description分组
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Link State Request分组
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Link State Update分组
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邻居关系建立
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选举DR和BDR
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所有非DR/BDR只与DR/BDR建立邻居关系，且非DR/BDR通过DR/BDR交换信息
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4.6.2 因特网中的inter-AS路由选择
边界网关协议(BGP)
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基于路径向量算法
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用TCP封装报文
两个路由器通过半永久TCP连接交换信息
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让每个AS可以：
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eBGP：从相邻AS获得子网可达性信息
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iBGP：向本AS内部的所有路由器传播这些可达性信息
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基于可达性信息和AS策略决定到达子网的好路由
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每个子网都可以像因特网其余部分通告其存在
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属性
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前缀+属性=路由
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AS-PATH：记录前缀通告经过的AS列表
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NEXT-HOP：指定下一跳AS的内部路由器
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基于策略的路由
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接收路由通告的网关根据导入策略是否决定接受路径
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AS策略决定是否向其他相邻AS通告该路径
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BGP路由选择(有多条目标AS路径)
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本地优先级属性值（策略决定）
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最短AS-PATH
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最近NEXT-HOP路由器（热土豆路由）
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其他标准
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intra-AS和inter-AS路由选择的差异
a. 策略
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intra：单一管理员，无需控制流量路径和转接策略
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inter：管理员需要控制流量路径和转接策略
b. 规模
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intra：无压力
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inter：用分层路由节省表空间
c. 性能
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intra：可优化性能
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inter：策略可能优先于性能
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其他
a. 基本原理
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选择BGP发言人
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发言人之间建立TCP连接交换信息
b. 四种报文
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OPEN报文
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UPDATE报文
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KEEPALIVE报文
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NOTIFICATION报文
c. 构造树形连通图
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