物聯網組網與通信技術——路由協議基礎知識

原創

Matts Tian

2020-07-01 03:49

網絡層

將運輸層報文從發送主機送到接收主機，在發送側將報文段封裝成網絡層分組，在接收側將報文解出交給運輸層。網絡層協議位於每個主機和路由器上，路由器檢查經過它的所有的IP數據包的頭部字段。

|| 關鍵功能———選路、轉發

選路：
建立路由表（路由算法），決定分組從源到目的地所走的路徑。(就像規劃一個從源到目的地的旅行路線的過程）

轉發：
查路由表，將分組從路由器的輸入端口轉送到合適的輸出端口。（就像通過一箇中轉站，如機場、車站的過程）

、、

|| 路由算法分類——靜態 / 動態，全局 / 分佈式

靜態 VS 動態：

靜態路徑變化很慢；動態路徑變化比較快，週期性更新，反映鏈路費用變化。

全局 VS 分佈式：

全局：所有的路由器持有完整的網絡拓撲和鏈路費用的信息，“鏈路狀態”算法（L-S）；

分佈式：路由器知道它與物理上相連的鄰居以及與鄰居間鏈路的費用，僅與鄰居交換信息，迭代計算路由，距離向量算法（D-V）。

@ D-V 路由算法：

異步的、迭代的：

引起每次迭代的條件：本地鏈路費用發生變化，收到鄰居的DV。

分佈式的：

只有DV改變時才通知鄰居節點。

自停止的：

當計算DV不變時就停止通告。

Bellman-Ford 算例：

基本思想：

鏈路耗費變化：

X是目的節點哦~

good news travels fast

(1) 當Y檢測到鏈路費用變化時，更新Dy(x) = 1, Dy(z) = 1;
(2) 通知Z更新： Dz(y) = 1, Dz(x) = 1+1 = 2.
(3) Z更新後通知Y更新：Dy(x) = 1, Dy(z) = 1;
(4) 發現不變後，停止通告。

bad news travels slow

此時Y檢測到它到X的路徑費用由4增加到了60。此時節點Z的距離向量爲：Dz(x) = 5, Dz(y) = 1 。
(1) Y在更新向量時發現，咦，Z到X的距離只有5誒，那可以先到Z再到X，於是Y的距離向量更新爲：Dy(x) = 5 + 1 = 6, Dy(z) = 1。[ 注：我們可以發現，這個邏輯顯然是錯誤的，因爲Z到X的距離爲5的前提是要經過Y，但Y更新後的路徑又要經過Z，這就形成了一個選路環路（routing-loop）問題。因爲Y的距離向量更新了（雖然是錯誤的），但它還是向Z發送了更新報文。]
(2) Z收到更新報文後，比較了下鄰居們到X的距離，發現經過Y的路徑距離爲1 + 6 = 7，小於直接到X的距離，於是Z也更新的自己的距離向量，Dz(y) = 1, Dz(x) = Dz(y) + Dy(x) =7。
(3) Z將更新後的距離向量發給Y。 Y收到後又更新向量Dy(x) = Dy(z) + Dz(x) = 8。
(4) 然後再發給Z…

解決方案——毒性逆轉方法：

基本思想：
如果Z的最短路徑要通過鄰居Y，那麼它將告訴Y自己到目的節點的距離是∞。這樣，Z向Y撒了一個善意的謊言，使得只要Z經過Y選路到X，它就會一直持續講述這個謊言，這樣Y也就永遠不會嘗試從Z選路到X了，也就避免了環路問題。（可見，有時善意的謊言也不是件壞事，也是爲了你好啊T^T）

實例解釋：
起初：Dz(x) = 5, Dz(y) = 1 ，Z到X是經過Y的。
（1）Y在更新自己的距離向量時，發現Z到X的距離是∞，於是它將Dy(x)無奈地更新爲60，並向Z發送了更新報文。
（2）Z收到報文後更新自己的Dz(x)爲50（直接選路到X），併發給Y更新報文（此時因爲Z不需要經過Y進行選路，因此將告訴Y自己到X的距離爲50）。
（3）Y在接收到Z的報文後，重新將距離更新爲Dy(x) = Dy(z) + Dz(x) = 1 + 50 = 51，並告訴Z自己到X的距離是∞（實際是51，y的最小路徑已經經過了z，這麼做是避免z再次選到y）。
（4）Z收到報文後，發現最低耗費並沒有改變，因此算法進入靜止狀態。

@ L-S 路由算法：

基本思想：
所有的節點都知道網絡拓撲和鏈路費用：通過鏈路狀態廣播實現，所有節點具有相同的信息。
以一個節點作爲“源”，計算到其他所有節點的最短路徑，Dijkstra算法，算出該節點的路由表。

Dijkstra 算法：

❤ L-S 與 D-V 的對比：

|| 相應協議：