路由器的交换结构

Posted 2023-04-16

路由器的交换结构是指将路由的输入端口与输出端口相连接的体系结构。

输入端口、输出端口和交换结构共同实现了转发功能，并且总是用硬件实现。这些转发功能有时总称为路由器转发平面。

交换结构位于一台路由器的核心部位。交换可以用多种方式进行，如经内存交换、经总线交换、经互联网络交换。

在网络接口中，特定媒质接口完成所有的物理层和介质访问子层的功能，交换结构接口完成IP交换的前期和后期工作。

在交换一个IP之前，先将IP包分成一些固定长度的信元，附上内部路由标识符或者标记优先级等；而在交换后，则将接收到的一些具有相同标识符的信元重组为一个IP数据包。

扩展资料：

与路由器交换结构有关的丢包原因：

1、假设输入和输出线路的速率都是 R，有 N 个输入端口和 N 个输出端口，交换结构的速率足够快。每个线路上的分组都有相同的固定长度，分组以同步的方式到达输入端口，且每个分组都被转发到同一个输出端口。

2、如果交换结构不能快到使所有到达的分组无时延地通过它传送，则在输入端口也将出现分组排队。因为到达的分组必须加入输入端口队列中，以等待通过交换结构传送到输出端口。

参考资料来源：百度百科-路由交换设备

参考技术A 高性能路由器交换结构的设计需要考虑的因素包括：吞吐量，报文丢失率，报文延时，缓冲空间和实现的复杂性等。1.交换结构的实现 从实现手段来看，交换芯片一般有两种实现方式：Crossbar方式和共享内存方式。Crossbar方式相当于一个开关阵列，入口数据通过自寻路方式到达出口，当然还需要周边的控制部件对寻路方式进行设置。而共享内存芯片则像一个功能单一的CPU，有控制部件和寄存器部件，控制部件可以灵活地实现各种控制算法来操作寄存器。相对来说，共享内存方式实现起来更为复杂。 交换芯片对于外部接口的处理方式也有两种：不包括接口功能，或者将接口功能集成在交换芯片内。2.构造大型路由器交换结构 共享存储和共享介质的方法受访存时间的影响，吞吐量受限。空分结构对吞吐量没有特殊的制约，影响规模扩展的是一些物理因素，例如引脚的数目，电路的密度等。但是随之出现的互连复杂性，功耗以及可靠性，可维护性等问题复杂。为了提高Crossbar结构的吞吐量，需要解决HOL阻塞问题，从而进一步增加了实现的复杂性。 一般认为，实现T比特及其以上的交换性能只靠扩大规模和增大尺寸是很难做到的。比较有效的方法是将一组交换模块互连，通过小型的交换模块互连实现更高性能的交换结构。3.容错和可靠性 通过对关键部件的冗余备份来实现，在路由器中，报文路由和缓冲结构是关键部件。除了冗余，还要考虑故障的检测，隔离和恢复。4.多播的支持 新闻，商业数据，音频，视频信息的分发和多方会议等新型应用或服务具有多播特性，要求路由器支持多播。在基于共享介质和分布式输出缓冲交换结构中，多播支持非常自然，可以通过广播发送和输出接口过滤的方法实现。但是需要附加的控制逻辑，有两种方法，一是对报文进行复制，这样需要更多存储空间；而是从同一个存储位置多次读取一个报文，这要求控制逻辑将报文在存储体内保存较长时间，直到送到所有多播接口。 在Crossbar交换结构中实现多播并不复杂。但是会带来问题。在基于输入缓冲的Crossbar交换结构中，将到达的报文从一个接口广播到多个接口非常简单，但是会加剧输入缓冲区的HOL阻塞问题。缓解此问题要增加缓冲控制的复杂性。但是，如果采用报文复制方法，会降低交换结构的有效吞吐量。还有其他一些方法，提高多播转发性能，这是业界研究的一个热点问题。5.缓冲区管理和QoS IP电话，视频会议以及其他一些关键应用要求路由器交换结构提供优先级支持。这些应用对绝对时延和延迟变化（即抖动）非常敏感。这可以通过划分优先级来实现。例如，在输出缓冲交换结构中，每个输出端口一般有多个缓冲区，每个缓冲区与一个QoS级别的数据相对应。这些缓冲区可以是物理上彼此分离的缓冲区，也可能是一个物理缓冲区逻辑划分的结果。 缓冲区管理包括输入端口的报文丢弃策略和输出端口的报文调度策略。IP路由器中的缓冲区管理涉及时间（报文调度）和空间（报文丢弃）两个方面。不同QoS级别的报文在时空二维的差异分别表现为转发时延和丢弃优先级。6.定长和变长报文 报文通过背板进行交换时可以作为长度可变报文，或者分割为定长的信元，到输出端口再重新组装。由于变长会影响交换性能，所以高性能路由器一般都采用信元模式进行交换。原因：如果将时间均分成一个个时槽，在每个时槽结束的时候，所有的输出和输入会同时空闲，调度器将检查那些等待通过交换开关的报文。然后，选择一种配置，决定在下一个时槽哪些输入和哪些输出互连。这种做法很容易在连接间实现公平性，不会饿死输入或输出，维持Crossbar交换开关的高效利用。7.报文延时控制 输入阻塞和输出阻塞都会造成报文延时不可预测。有两种方法可以克服这个问题：优先级方法和提高加速比的方法。8.大容量交换芯片的实现 对于CPU，Intel已经有了2GHz以上的微处理器。在交换芯片产品方面，Vitesse也推出了160G容量的芯片。杰尔系统面向城域和核心网络推出了OC-768C的交换芯片。2003年9月，Vitesse推出业界首个时隙交换的340G交换芯片VSC9195。9.波长交换和IP路由的综合
继续追问： 主要问的是常用的3种交换结构及优缺点
补充回答： 计算机网络往往由许多种不同类型的网络互连连接而成。如果几个计算机网络只是在物理上连接在一起，它们之间并不能进行通信，那么这种“互连”并没有什么实际意义。因此通常在谈到“互连”时，就已经暗示这些相互连接的计算机是可以进行通信的，也就是说，从功能上和逻辑上看，这些计算机网络已经组成了一个大型的计算机网络，或称为互联网络，也可简称为互联网、互连网。

将网络互相连接起来要使用一些中间设备（或中间系统），ISO的术语称之为中继（relay）系统。根据中继系统所在的层次，可以有以下五种中继系统：

1.物理层（即常说的第一层、层L1）中继系统，即转发器（repeater）。

2.数据链路层（即第二层，层L2），即网桥或桥接器（bridge）。

3.网络层（第三层，层L3）中继系统，即路由器（router）。

4.网桥和路由器的混合物桥路器（brouter）兼有网桥和路由器的功能。

5.在网络层以上的中继系统，即网关（gateway）.

当中继系统是转发器时，一般不称之为网络互联，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。高层网关由于比较复杂，目前使用得较少。因此一般讨论网络互连时都是指用交换机和路由器进行互联的网络。本文主要阐述交换机和路由器及其区别。

交换机和路由器

“交换”是今天网络里出现频率最高的一个词，从桥接到路由到ATM直至电话系统，无论何种场合都可将其套用，搞不清到底什么才是真正的交换。其实交换一词最早出现于电话系统，特指实现两个不同电话机之间话音信号的交换，完成该工作的设备就是电话交换机。所以从本意上来讲，交换只是一种技术概念，即完成信号由设备入口到出口的转发。因此，只要是和符合该定义的所有设备都可被称为交换设备。由此可见，“交换”是一个涵义广泛的词语，当它被用来描述数据网络第二层的设备时，实际指的是一个桥接设备；而当它被用来描述数据网络第三层的设备时，又指的是一个路由设备。

我们经常说到的以太网交换机实际是一个基于网桥技术的多端口第二层网络设备，它为数据帧从一个端口到另一个任意端口的转发提供了低时延、低开销的通路。

由此可见，交换机内部核心处应该有一个交换矩阵，为任意两端口间的通信提供通路，或是一个快速交换总线，以使由任意端口接收的数据帧从其他端口送出。在实际设备中，交换矩阵的功能往往由专门的芯片（ASIC）完成。另外，以太网交换机在设计思想上有一个重要的假设，即交换核心的速度非常之快，以致通常的大流量数据不会使其产生拥塞，换句话说，交换的能力相对于所传信息量而无穷大（与此相反，ATM交换机在设计上的思路是，认为交换的能力相对所传信息量而言有限）。

虽然以太网第二层交换机是基于多端口网桥发展而来，但毕竟交换有其更丰富的特性，使之不但是获得更多带宽的最好途径，而且还使网络更易管理。

而路由器是OSI协议模型的网络层中的分组交换设备（或网络层中继设备），路由器的基本功能是把数据（IP报文）传送到正确的网络，包括：

1.IP数据报的转发，包括数据报的寻径和传送；

2.子网隔离，抑制广播风暴；

3.维护路由表，并与其他路由器交换路由信息，这是IP报文转发的基础。

4.IP数据报的差错处理及简单的拥塞控制；

5.实现对IP数据报的过滤和记帐。

对于不同地规模的网络，路由器的作用的侧重点有所不同。

在主干网上，路由器的主要作用是路由选择。主干网上的路由器，必须知道到达所有下层网络的路径。这需要维护庞大的路由表，并对连接状态的变化作出尽可能迅速的反应。路由器的故障将会导致严重的信息传输问题。

在地区网中，路由器的主要作用是网络连接和路由选择，即连接下层各个基层网络单位－－园区网，同时负责下层网络之间的数据转发。

在园区网内部，路由器的主要作用是分隔子网。早期的互连网基层单位是局域网（LAN），其中所有主机处于同一逻辑网络中。随着网络规模的不断扩大，局域网演变成以高速主干和路由器连接的多个子网所组成的园区网。在其中，处个子网在逻辑上独立，而路由器就是唯一能够分隔它们的设备，它负责子网间的报文转发和广播隔离，在边界上的路由器则负责与上层网络的连接。

第二层交换机和路由器的区别

传统交换机从网桥发展而来，属于OSI第二层即数据链路层设备。它根据MAC地址寻址，通过站表选择路由，站表的建立和维护由交换机自动进行。路由器属于OSI第三层即网络层设备，它根据IP地址进行寻址，通过路由表路由协议产生。交换机最大的好处是快速，由于交换机只须识别帧中MAC地址，直接根据MAC地址产生选择转发端口算法简单，便于ASIC实现，因此转发速度极高。但交换机的工作机制也带来一些问题。

1.回路：根据交换机地址学习和站表建立算法，交换机之间不允许存在回路。一旦存在回路，必须启动生成树算法，阻塞掉产生回路的端口。而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条通路来平衡负载，提高可靠性。

2.负载集中：交换机之间只能有一条通路，使得信息集中在一条通信链路上，不能进行动态分配，以平衡负载。而路由器的路由协议算法可以避免这一点，OSPF路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同的网络应用选择各自不同的最佳路由。

3.广播控制：交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。整个交换式网络就是一个大的广播域，广播报文散到整个交换式网络。而路由器可以隔离广播域，广播报文不能通过路由器继续进行广播。

4.子网划分：交换机只能识别MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址结构，因此不能根据MAC地址来划分子网。而路由器识别IP地址，IP地址由网络管理员分配，是逻辑地址且IP地址具有层次结构，被划分成网络号和主机号，可以非常方便地用于划分子网，路由器的主要功能就是用于连接不同的网络。

5.保密问题：虽说交换机也可以根据帧的源MAC地址、目的MAC地址和其他帧中内容对帧实施过滤，但路由器根据报文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等内容对报文实施过滤，更加直观方便。

6.介质相关：交换机作为桥接设备也能完成不同链路层和物理层之间的转换，但这种转换过程比较复杂，不适合ASIC实现，势必降低交换机的转发速度。因此目前交换机主要完成相同或相似物理介质和链路协议的网络互连，而不会用来在物理介质和链路层协议相差甚元的网络之间进行互连。而路由器则不同，它主要用于不同网络之间互连，因此能连接不同物理介质、链路层协议和网络层协议的网络。路由器在功能上虽然占据了优势，但价格昂贵，报文转发速度低。

近几年，交换机为提高性能做了许多改进，其中最突出的改进是虚拟网络和三层交换。

划分子网可以缩小广播域，减少广播风暴对网络的影响。路由器每一接口连接一个子网，广播报文不能经过路由器广播出去，连接在路由器不同接口的子网属于不同子网，子网范围由路由器物理划分。对交换机而言，每一个端口对应一个网段，由于子网由若干网段构成，通过对交换机端口的组合，可以逻辑划分子网。广播报文只能在子网内广播，不能扩散到别的子网内，通过合理划分逻辑子网，达到控制广播的目的。由于逻辑子网由交换机端口任意组合，没有物理上的相关性，因此称为虚拟子网，或叫虚拟网。虚拟网技术不用路由器就解决了广播报文的隔离问题，且虚拟网内网段与其物理位置无关，即相邻网段可以属于不同虚拟网，而相隔甚远的两个网段可能属于不同虚拟网，而相隔甚远的两个网段可能属于同一个虚拟网。不同虚拟网内的终端之间不能相互通信，增强了对网络内数据的访问控制。

交换机和路由器是性能和功能的矛盾体，交换机交换速度快，但控制功能弱，路由器控制性能强，但报文转发速度慢。解决这个矛盾的技术是三层交换，既有交换机线速转发报文能力，又有路由器良好的控制功能。

第三层交换机和路由器的区别

在第三层交换技术出现之前，几乎没有必要将路由功能器件和路由器区别开来，他们完全是相同的：提供路由功能正在路由器的工作，然而，现在第三层交换机完全能够执行传统路由器的大多数功能。作为网络互连的设备，第三层交换机具有以下特征：

1.转发基于第三层地址的业务流；

2.完全交换功能；

3.可以完成特殊服务，如报文过滤或认证；

4.执行或不执行路由处理。

第三层交换机与传统路由器相比有如下优点：

1.子网间传输带宽可任意分配：传统路由器每个接口连接一个子网，子网通过路由器进行传输的速率被接口的带宽所限制。而三层交换机则不同，它可以把多个端口定义成一个虚拟网，把多个端口组成的虚拟网作为虚拟网接口，该虚拟网内信息可通过组成虚拟网的端口送给三层交换机，由于端口数可任意指定，子网间传输带宽没有限制。

2.合理配置信息资源：由于访问子网内资源速率和访问全局网中资源速率没有区别，子网设置单独服务器的意义不大，通过在全局网中设置服务器群不仅节省费用，更可以合理配置信息资源。

3.降低成本：通常的网络设计用交换机构成子网，用路由器进行子网间互连。目前采用三层交换机进行网络设计，既可以进行任意虚拟子网划分，又可以通过交换机三层路由功能完成子网间通信，为此节省了价格昂贵的路由器。

4.交换机之间连接灵活：作为交换机，它们之间不允许存在回路，作为路由器，又可有多条通路来提高可靠性、平衡负载。三层交换机用生成树算法阻塞造成回路的端口，但进行路由选择时，依然把阻塞掉的通路作为可选路径参与路由选择。

5 结论

综上所述，交换机一般用于LAN－WAN的连接，交换机归于网桥，是数据链路层的设备，有些交换机也可实现第三层的交换。路由器用于WAN－WAN之间的连接，可以解决异性网络之间转发分组，作用于网络层。他们只是从一条线路上接受输入分组，然后向另一条线路转发。这两条线路可能分属于不同的网络，并采用不同协议。相比较而言，路由器的功能较交换机要强大，但速度相对也慢

继续追问： 路由器的三种交换结构及优缺点！！！
补充回答： 优点：
适用于大规模的网络； 复杂的网络拓扑结构，负载共享和最优路径； 能更好地处理多媒体； 安全性高； 隔离不需要的通信量； 节省局域网的频宽； 减少主机负担。
缺点：
它不支持非路由协议； 安装复杂； 价格高。

1、二者的工作层次不同
最初的的交换机是工作在OSI／RM开放体系结构的数据链路层，也就是第二层，而路由器一开始就设计工作在OSI模型的网络层。由于交换机工作在OSI的第二层（数据链路层），所以它的工作原理比较简单，而路由器工作在OSI的第三层（网络层），可以得到更多的协议信息，路由器可以做出更加智能的转发决策。

2、二者的据转发所依据的对象不同
交换机是利用物理地址或者说MAC地址来确定转发数据的目的地址。而路由器则是利用不同网络的ID号（即IP地址）来确定数据转发的地址。IP地址是在软件中实现的，描述的是设备所在的网络，有时这些第三层的地址也称为协议地址或者网络地址。MAC地址通常是硬件自带的，由网卡生产商来分配的，而且已经 固化到了网卡中去，一般来说是不可更改的。而IP地址则通常由网络管理员或系统自动分配。

3、传统的交换机只能分割冲突域，不能分割广播域；而路由器可以分割广播域
由交换机连接的网段仍属于同一个广播域，广播数据包会在交换机连接的所有网段上传播，在某些情况下会导致通信拥挤和安全漏洞。连接到路由器上的网段会被分配成不同的广播域，广播数据不会穿过路由器。虽然第三层以上交换机具有VLAN功能，也可以分割广播域，但是各子广播域之间是不能通信交流的，它们之间的交流仍然需要路由器。

4、路由器提供了防火墙的服务，而交换机则没有
路由器仅仅转发特定地址的数据包，不传送不支持路由协议的数据包传送和未知目标网络数据包的传送，从而可以防止广播风暴。

综上所述，交换机一般用于LAN-WAN的连接，交换机归于网桥，是数据链路层的设备，有些交换机也可实现第三层的交换。路由器用于WAN-WAN之间的连接，可以解决异性网络之间转发分组，作用于网络层。他 们只是从一条线路上接受输入分组，然后向另一条线路转发。这两条线路可能分属于不同的网络，并采用不同协议。相比较而言，路由器的功能较交换机要强大，但速度相对也慢，价格昂贵，第三层交换机既有交换机线速转发报文能力，又有路由器良好的控制功能，因此得以广泛应用。 参考技术B 高性能路由器交换结构的设计需要考虑的因素包括:吞吐量，报文丢失率，报文延时，缓冲空间和实现的复杂性等。1.交换结构的实现
从实现手段来看，交换芯片一般有两种实现方式:Crossbar方式和共享内存方式。Crossbar方式相当于一个开关阵列，入口数据通过自寻路方式到达出口，当然还需要周边的控制部件对寻路方式进行设置。而共享内存芯片则像一个功能单一的CPU，有控制部件和寄存器部件，控制部件可以灵活地实现各种控制算法来操作寄存器。相对来说，共享内存方式实现起来更为复杂。
交换芯片对于外部接口的处理方式也有两种:不包括接口功能，或者将接口功能集成在交换芯片内。2.构造大型路由器交换结构
共享存储和共享介质的方法受访存时间的影响，吞吐量受限。空分结构对吞吐量没有特殊的制约，影响规模扩展的是一些物理因素，例如引脚的数目，电路的密度等。但是随之出现的互连复杂性，功耗以及可靠性，可维护性等问题复杂。为了提高Crossbar结构的吞吐量，需要解决HOL阻塞问题，从而进一步增加了实现的复杂性。
一般认为，实现T比特及其以上的交换性能只靠扩大规模和增大尺寸是很难做到的。比较有效的方法是将一组交换模块互连，通过小型的交换模块互连实现更高性能的交换结构。3.容错和可靠性
通过对关键部件的冗余备份来实现，在路由器中，报文路由和缓冲结构是关键部件。除了冗余，还要考虑故障的检测，隔离和恢复。4.多播的支持
新闻，商业数据，音频，视频信息的分发和多方会议等新型应用或服务具有多播特性，要求路由器支持多播。在基于共享介质和分布式输出缓冲交换结构中，多播支持非常自然，可以通过广播发送和输出接口过滤的方法实现。但是需要附加的控制逻辑，有两种方法，一是对报文进行复制，这样需要更多存储空间;而是从同一个存储位置多次读取一个报文，这要求控制逻辑将报文在存储体内保存较长时间，直到送到所有多播接口。
在Crossbar交换结构中实现多播并不复杂。但是会带来问题。在基于输入缓冲的Crossbar交换结构中，将到达的报文从一个接口广播到多个接口非常简单，但是会加剧输入缓冲区的HOL阻塞问题。缓解此问题要增加缓冲控制的复杂性。但是，如果采用报文复制方法，会降低交换结构的有效吞吐量。还有其他一些方法，提高多播转发性能，这是业界研究的一个热点问题。5.缓冲区管理和QoS
IP电话，视频会议以及其他一些关键应用要求路由器交换结构提供优先级支持。这些应用对绝对时延和延迟变化(即抖动)非常敏感。这可以通过划分优先级来实现。例如，在输出缓冲交换结构中，每个输出端口一般有多个缓冲区，每个缓冲区与一个QoS级别的数据相对应。这些缓冲区可以是物理上彼此分离的缓冲区，也可能是一个物理缓冲区逻辑划分的结果。
缓冲区管理包括输入端口的报文丢弃策略和输出端口的报文调度策略。IP路由器中的缓冲区管理涉及时间(报文调度)和空间(报文丢弃)两个方面。不同QoS级别的报文在时空二维的差异分别表现为转发时延和丢弃优先级。6.定长和变长报文
报文通过背板进行交换时可以作为长度可变报文，或者分割为定长的信元，到输出端口再重新组装。由于变长会影响交换性能，所以高性能路由器一般都采用信元模式进行交换。原因:如果将时间均分成一个个时槽，在每个时槽结束的时候，所有的输出和输入会同时空闲，调度器将检查那些等待通过交换开关的报文。然后，选择一种配置，决定在下一个时槽哪些输入和哪些输出互连。这种做法很容易在连接间实现公平性，不会饿死输入或输出，维持Crossbar交换开关的高效利用。7.报文延时控制
输入阻塞和输出阻塞都会造成报文延时不可预测。有两种方法可以克服这个问题:优先级方法和提高加速比的方法。8.大容量交换芯片的实现
对于CPU，Intel已经有了2GHz以上的微处理器。在交换芯片产品方面，Vitesse也推出了160G容量的芯片。杰尔系统面向城域和核心网络推出了OC-768C的交换芯片。2003年9月，Vitesse推出业界首个时隙交换的340G交换芯片VSC9195。9.波长交换和IP路由的综合 参考技术C 唉，路由器是路由器，交换机是交换机，路由器具有路由功能，交换机具有交换功能，三层交换机同时具有交换和路由功能 参考技术D 我来说一下吧，我们刚学这个，教材上都有
1，通过内存交换
2，通过总线交换
3，通过互联网络交换
特点如下
1，内存交换，输入输出接口之间的交换在CPU的直接控制下完成
2，总线交换，输入端口通过一根共享总线将分组直接传输到输出端口，无须控制器卡的干预
3，互联网络交换，使用一个更为复杂的互联网络，克服单一共享式总线带宽的限制
粗略的写了一下

计算机网络之路由协议详解

在谈路由协议之前，我们先来看一下路由器的结构：

路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组。

路由选择部分的核心是路由处理机，路由处理机可以根据选定的路由协议构造出路由表，同时经常或定期和相邻路由器交换路由信息来更新和维护自身的路由表。

分组转发部分包括一组输入端口、交换结构和一组输出端口。交换结构又称交换组织，它的作用就是根据转发表把收到的IP数据报从路由器合适的端口转发出去。交换结构可看成一个在路由器中的网络。

因为笔者主要研究WMN，所以首先从WMN的路由协议说起，但是WMN路由协议很多都是借鉴有线网络的路由协议，所以目的在于让读者对于网络层的路由协议有个全局的认识。本篇虽然有一些专业术语，但基本都在上下文可以找到解释。如果有些内容遗漏或解释不到位，请读者自己搜寻资料，请见谅。

WMN的动态性，多跳性使得传统的路由协议不能够很好的处理无线网状网中拓扑结构和链路状态的快速变化。

WMN由Ad hoc网络发展而来，Ad hoc网络重点在移动，而WMN重点在无线。目前主流的WMN路由协议也是从Ad hoc网络路由协议发展而来。主要包括三种类型的路由协议：先验式路由协议、反应式路由协议、混合式路由协议。

在先验式路由协议中，无论是否有通信需求，每个节点采用周期性的路由分组广播维护一张包含到达其他节点的路由信息的路由表，当检测到网络拓扑结构变化的时候，节点在网络中交换并更新路由表。源节点一旦要送分组，可以立即获得指向目的节点的路由。

这类的路由协议通常是通过修改现有的有线路由协议来适应 Ad Hoc无线网络要求，如通过修改路由信息协议(RIP)得到的目的节点序列距离矢量协议(DSDV)。 因此这种路由协议的时延较小，但是协议需要大量的路由控制报文路由,协议的开销较大。 常用的先验式路由协议有 DSDV,HSR,GSR,WRP等。

DSDV协议

DSDV协议的基本原理是：每一个节点维持一个到其它节点的路由表，表的内容为路由的“下一跳”节点。DSDV创新之处是为每一条路由设置一个序列号，序列号大的路由为优选路由，序列号相同时，跳数少的路由为优选路由。正常情况下，节点广播的序列号是单调递增的偶数，当节点B发现到节点D的路由(路由序列号为s)中断后，节点B就广播一个路由信息，告知该路由的序列号变为s+l，并把跳数设置为无穷大，这样，任何一个通过B发送信息的节点A的路由表中就包括一个无穷大的距离，这一过程直到A收到一个到达D的有效路由(路由序列号为s+1-1)为止。

 

使用分层次的路由选择方法，可将因特网的路由协议划分为：

内部网关协议IGPI（nterior Gateway Protocol）：具体的协议有多种，如：RIP和OSPF等。

外部网关协议EGP（External Gateway Protocol）：目前使用的协议就是BGP

下面我们分别介绍：

路由信息协议RIP（RoutingInformation Protocol）

RIP采用距离向量算法，最大优点是简单。在实际使用中已经较少适用。RIP协议允许一条路径最多只能包含15个路由器。因此，“距离”等于16时即相当于不可达。可见RIP只适用于小型互联网。对于规模较大的网络应当使用OSPF协议。RIP不能在两个网络之间同时使用多条路由。RIP选择一条具有最少路由器的路由（即最短路由），哪怕还存在另一条高速（低时延）但路由器较多的路由。RIP进程使用UDP的520端口来发送和接收RIP分组。RIP分组每隔30s以广播的形式发送一次，为了防止出现“广播风暴”，其后续的的分组将做随机延时后发送。在RIP中，如果一个路由在180s内未被刷，则相应的距离就被设定成无穷大，并从路由表中删除该表项。RIP分组分为两种：请求分组和响应分组。

RIP协议的特点是：

仅和相邻路由器交换信息

路由器交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表

按照固定的时间间隔交换路由信息

RIP协议存在的一个问题是：当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。

 

开放最短路径优先OSPF(OpenShortest Path First)

OSPF原理简单，实现复杂，使用了Dijkstra提出的最短路径算法SPF。

OSPF最主要特征是使用分布式链路状态协议，而不是像RIP那样的距离向量协议。和RIP协议相比，OSPF的三个要点和RIP都不一样。

1、 向本自治系统中所有路由器发送信息。这里使用的方法是洪泛法（Flooding）

洪泛法（Flooding）

在OSPF协议中，当链路状态发生变化时要用Flooding向所有路由器发送信息。

例如，源节点希望发送一段数据给目标节点。源节点首先通过网络将数据副本传送给它的每个邻居节点，每个邻居节点再将数据传送给各自的除发送数据来的节点之外的其他。如此继续下去，直到数据传送目标节点或者数据设定的生存期限为0为止。

2、 发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息，“链路状态”包括本路由器和哪些路由器相邻，以及链路的一些度量信息。而RIP协议发送的是到所有路由器的距离和下一跳路由器。

3、 只有当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器用洪泛法发送此信息。

由于各路由器之间频繁的交换路由信息，因此所有路由器最终都能建立一个链路状态数据库，这个数据库实际上就是全网的拓扑结构图。RIP协议中的每一个路由器虽然知道所有网络的距离以及下一跳路由器，但却不知道全网的拓扑结构（只有到了下一跳路由器，才能知道再下一跳应当怎样走）。

OSPF的更新过程收敛的快是其重要优点。（“收敛”就是在自治系统中所有的节点都得到正确的路由选择信息的过程）

OSPF不用UDP而是直接用IP数据报传送（其IP数据报首部的协议字段值为89）

OSPF共有以下5种分组类型：

1、问候（Hello）分组，用来发现和维持邻站的可达性。

2、数据库描述（Database Description）分组，向邻站发出自己链路状态数据库中所有链路状态项目的摘要信息。

3、链路状态请求（Link State Request）分组，像对方请求发送某些链路状态项目的详细信息。

4、链路状态更新（Link State Update）分组，用洪泛法对全网更新链路状态。

5、链路状态确认（Link State Acknowledgment）分组，对链路更新分组的确认。

为了使OSPF能够用于规模很大的网络，OSPF将一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫做区域。下图表示一个自治系统划分为4个区域。每个区域都有一个32位的区域标志符（用点分十进制表示）

当然，一个区域也不能太大，一个区域内的路由器最好不超过200个。

划分区域的好处就是把利用洪泛法交换链路状态信息的范围局限于每一个区域而不是整个自治系统，这就减少了整个网络上的通信量。

外部网关协议BGP

BGP是不同AS（Area System）的路由器之间交换路由信息的协议。

边界网关协议BGP只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由（不能兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由。BGP采用了路径向量路由选择协议。

一般说来，两个BGP发言人都是通过一个共享网络连接起来的。一个BGP发言人要与其他自治系统的BGP发言人交换路由信息，就要先建立TCP连接（端口号为179），然后在此连接上交换BGP报文以建立BGP会话，利用BGP会话交换路由信息。

在RFC4271中规定了BGP-4的4种报文：

1、OPEN（打开）报文，用来与相邻的另一个BGP发言人建立关系，使通信初始化。

2、UPDATE（更新）报文，用来通告某一路由的信息，以及列出要撤销的多条路由。

3、KEEPALIVE（保活报文），用来周期性的证实邻站的连通性。

4、NOTIFICATION（通知）报文，用来发送检测到的差错。

在RFC2918中增加了ROUTER—REQUEST报文，用来请求对等端重新通告。

反应式路由协议

反应式路由协议又称为随选型路由协议或者按需路由协议。是专门针对移动自组织网络工作组MANET（Mobile Ad-hoc NETworks）环境提出来的。与表驱动路由协议相反，该类协议并不事先生成路由，而是仅在源节点需要时才这样做。因此，路由表信息是按需建立的，它可能仅仅是整个拓扑结构信息的一部分。

节点并不保存整个网络的及时准确的路由信息。当源节点要向目的节点发送报文时，源节点在网络中发起路由查找过程，找到相应的路由后，才开始发送报文。为了提高效率，节点可以将找到的路由保存在缓存中供后续发送使用。反应式路由协议按需路由的特点可以较好地适应节点移动较为频繁的无线网络环境，节点发生移动后，只需要更新需要发送数据的相关路径的路由信息即可。 

混合式路由协议 

混合式路由是将先验式路由协议和反应式路由协议两种路由方式的组合，在局部范围内使用先验式路由协议，维护准确的路由信息，并可以缩小路由控制消息传播的范围。当目标节点较远时，则使用反应式路由协议查找发现路由。ZRP协议就是混合式路由协议的代表。

ZRP协议是一种专为多变的通信环境(如可重构无线网络，RwN)设计的平铺式路由协议。在每个节点定义一个区域，此区域包含一些节点，这些节点的距离(也就是跳数)在一个限定的范围之内。这个距离被成为区域半径rzone。每一个节点只需要知道它的路由区域内的拓扑结构，而且其路由信息随着区域内的拓扑更新而更新。这样，尽管网络很大，但更新仅仅在局部区域进行。由于距离大于1，这样区域就有大量重叠。

 参考资料：

1、无线网状网络的路由协议分析  ．TechTarget[引用日期2016-6-27]

2、谢希仁. 计算机网络（第5版）[M]. 北京:电子工业出版社, 2012.