距离向量（DV）算法的问题

Posted 2022-08-12 妈妈说女孩子要自立自强

上一篇将了DV协议的基本内容。DV算法固然简单易懂，但应用于实际后，人们很快发现这种算法在某些特定情况下是会出现一些致命的问题的！在这篇文章中，我们来讨论下这些问题及其解决方法。

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选路环路（routing loop）和计数到无穷（count-to-infinity）

当某条链接的费用减少时，我们称之为有一个“好消息”。在网络中，好消息的传递往往很迅速。 例如，存在这样一个网络： 某一时刻，Y检测到它到X的链路费用由4减少为1，好消息当然要告诉大家了，于是它更新了自己的距离向量，并通知了Z。Z在收到Y的更新报文后，也更新了自己的距离向量（由5减为2），并向邻居们发送更新报文。而后，Y又收到了Z的更新报文，但它发现并没有改变自己的最低费用，于是保持不变。这样，仅仅经过了两次迭代网络就达到了静止。好消息通过网络得到了迅速传播。
但是，当链路费用增加（甚至断开）时，就不会这么简单了。 我们看下面这个例子： 还是X、Y、Z三个节点。此时Y检测到它到X的路径费用由4增加到了60。此时节点Z的距离向量为：d(X) = 5, d(Y) = 1, d(Z) = 0。于是Y在更新向量时发现，咦，Z到X的距离只有5诶，那可以先到Z再到X，于是Y的距离向量更新为：d(x) = 5 + 1 = 6, d(Y) = 0, d(z) = 1。我们可以发现，这个逻辑显然是错误的，因为Z到X的距离为5的前提是要经过Y，但Y更新后的路径又要经过Z，这就形成了一个选路环路（routing-loop）问题。因为Y的距离向量更新了（虽然是错误的），但它还是向Z发送了更新报文。Z收到更新报文后，比较了下邻居们到X的距离，发现经过Y的路径距离为1 + 6 = 7，小于直接到X的距离，于是Z也更新的自己的距离向量，然后又将更新后的距离向量发给Y。Y收到后又更新向量为8，然后再发给Z。。。这样循环往复，更新报文在Y和Z之间传来传去，直到第44次迭代后，Z算出它经由Y的路径费用大于50为止。此时，Z最终确定到X的最短路径费用是直接到达X的费用50，而Y也得到了最短路径是经Z到X的费用51。 可以看出，虽然最后还是得到了正确的信息（最后的50和51是正确的！），但坏消息的传播与好消息相比实在是慢太多了！而且，如果X和Y之间的费用为10000，Z和X的费用是9999时，就会出现计数到无穷（count-to-infinity）的问题！

毒性逆转方法（The Reverse-Poison(Split-horizon) Hack）

上述的选路环路问题可以通过毒性逆转的技术加以避免。它的基本思想是：如果Z的最短路径要通过邻居Y，那么它将告诉Y自己到目的节点的距离是∞。这样，Z向Y撒了一个善意的谎言，使得只要Z经过Y选路到X，它就会一直持续讲述这个谎言，这样Y也就永远不会尝试从Z选路到X了，也就避免了环路问题。（可见，有时善意的谎言也不是件坏事，也是为了你好啊T^T） 我们将毒性逆转技术应用于上例。Y在更新自己的距离向量时，发现Z到X的距离是∞，于是它将d(x)无奈地更新为60，并向Z发送了更新报文。Z收到报文后更新自己的d(X)为50（直接选路到X），并发给Y更新报文（此时因为Z不需要经过Y进行选路，因此将告诉Y自己到X的距离为50）。Y在接收到Z的报文后，重新将距离更新为1 + 50 = 51，并告诉Z自己到X的距离是∞（实际是51）。Z收到报文后，发现最低耗费并没有改变，因此算法进入静止状态。
但是，当涉及3个或更多节点（而不仅仅是两个直接相连的邻居节点）的环路将不能被毒性逆转技术检测到，如下例：
当C和D之间的连接断开时，依次发生如下事件：

1. A收到来自C的坏消息，然后将选择从B到达D
2. A向C发送更新报文
3. C向B发送更新报文

这种问题出现的原因是，A和B无法同时收到来自C的更新报文然后更新自己的距离向量。比如这里，B与A相比得到的更新报文时间要晚，这就给A造成了“错觉”，在A看来，虽然从C到不了D，但是选B也可以。然后它又把这个错误的好消息告诉了C，让C也以为自己又和D团聚了。最后，终于想到忽略了B，又发送了报文给B。这样，A、B、C都以为自己和D联系上了！但实际上D和它们已经隔离了。。。