固定路由与洪水路由算法

在大多数情况下，数据包在传输到目的地之前需要经过多次转发。路由选择是分组交换网络设计中最为复杂且至关重要的环节之一。
路由算法的理想特性:-  

• 正确性与简洁性
• 鲁棒性：网络在遇到故障的情况下，仍然能够通过某些路径来传输数据包的能力。
• 稳定性：该算法能够在网络环境发生变化的情况下，快速收敛到稳定状态。
• 公平性与最优性
• 效率：最低限度的运营成本。

路由算法的设计参数：  

• 性能标准：跳数、成本（使用带宽较高的路径发送数据包，因为这种方式的成本较低）、延迟（队列的大小）、吞吐量时间（单位时间内传输的数据包数量）。
• 决策时刻：何时决定使用哪种传输方式来传输数据包呢？是采用逐包传输方式，还是采用会话级虚拟电路传输方式。
• 决策地点：谁来决定路由方式呢？可以是各个节点（分布式）、中央节点（集中式），也可以是发起请求的节点。
• 网络信息来源：无，本地节点、相邻节点、沿途的节点，所有节点。
• 网络信息更新时间：持续进行，具有周期性，会在负载发生重大变化或拓扑结构发生变动时触发更新。

路由策略：  

1. 固定路由
2. 洪水
3. 动态路由
4. 随机路由
5. 基于流量的路由方式

固定路由 –  

• 网络中，每对源节点和目的节点都会对应一个具体的路径。
• 这条路径是固定的；只有在网络拓扑结构发生变化时，才会发生改变。

固定路由：示例（1）

图 –一个由六个节点（路由器）构成的简单分组交换网络。

图/图片 –基于最小成本路径算法的中央路由表

• 中央路由矩阵是根据网络中存储的代价最小的路径来创建的。
• 该矩阵显示了这条路线中，每个起点和终点对应的下一个节点的信息。
• 缺点：如果网络控制中心发生故障，那么整个系统就会崩溃。因此，这种系统的可靠性并不高。

固定路由：示例（2）

图 –存储在网络不同节点中的路由表

• 每个节点都会生成一个路由表。这种算法被称为分布式路由算法。
• 路由表可以通过使用最短路径或最小跳数方法来创建。这两种路径算法都非常有名。
  
  1. 迪杰斯特拉算法
  2. 贝尔曼-福特算法

优点——

• 简单
• 在可靠的网络环境中运行良好，且能够承受稳定的负载。
• 虚拟电路和数据包的情况也是如此。

缺点—— 

• 缺乏灵活性
• 不会对失败或网络拥堵做出反应。

洪水泛滥——  

• 不需要任何网络信息，比如拓扑结构、负载状况、不同路径的成本等。
• 每个到达节点的数据包，都会以与之前发送出去的数据包相同的路径被传输出去，除了那个原本就直接到达该节点的数据包之外。
• 例如，在上面的图表中
  • 发往(1)的数据包会被转发到(2)、(3)。
  • 从(2)出发的指令会被发送到(6)、(4)；而从(3)出发的指令则会被发送到(4)、(5)。
  • 从(4)开始，数据被发送到(6)、(5)、(3)。从(6)开始，数据又被发送到(2)、(4)、(5)。从(5)开始，数据再次被发送到(4)、(3)。

特点/特征

• 会尝试所有可能的从源点到目的地的路径。如果这条路径存在的话，那么数据包就一定能够成功传输过去。
• 由于所有路线都已经被尝试过了，所以至少会有一条路线是最短的。
• 所有直接或间接相连的节点都将被访问。

局限性/限制条件 

• 洪水现象会导致大量重复的数据包被生成。
• 必须使用合适的减震机制。

跳跃次数 – 

• 这种计数器可以包含在数据包的头部中，每次发生跳转时，该计数器的值就会减少。
  当计数器的值变为零时，该数据包就会被丢弃。
• 发送方会初始化跳数计数器。如果无法获得准确的估计值，那么该计数器的值将被设置为子网的全径长度。
• 请使用序列号来跟踪那些负责发送数据包的节点。避免再次发送这些数据包。

选择性转发：路由器不会将所有传入的数据包都发送到所有线路上，而是只将那些数据包发送到与目的地方向大致相同的线路上。
洪水的好处：

• 具有极高的可靠性，可以发送紧急或即时消息（例如，适用于军事领域的应用）。
• 将路由设置成虚拟电路模式。
• 洪水总是选择最短的路径来流动。
• 向所有节点发送消息

洪水的缺点：

• 网络拥塞：流量过载会导致网络中出现大量数据，从而引发拥塞现象。这会导致网络速度变慢，同时也会使数据包的传输出现延迟。
• 网络资源的浪费：洪水式传输方式会消耗大量的网络资源，包括带宽和处理能力。这会导致宝贵的网络资源被浪费，从而降低整个网络的效率。
• 安全风险：洪水效应可以被用作发起各种攻击的手段，其中包括拒绝服务攻击。攻击者可以通过向网络发送大量数据包来使网络过载，从而导致网络崩溃。
• 能源的无效使用：洪水现象会导致无线网络中的能源被浪费。因为所有节点都会接收每一份数据包，即使这些数据包并非来自预期的接收方。因此，这些节点仍需处理这些数据包，这就会造成能源的浪费，同时也会缩短移动设备的电池续航时间。
• 网络故障排查的困难：网络拥塞会导致网络问题的排查变得非常困难。由于数据包被发送到所有节点，因此当出现问题时，要找出问题的根源是非常困难的。

参考—— 
数据与计算机通信
请继续阅读下一篇文章——路由协议系列之1：距离矢量路由协议