网络层核心：路由和路由生成算法

一、路由和路由算法简介：

路由就是通过互连的网络把信息从源地址传送到目的地址的活动。路由发生在OSI网络参考模型的第三层即网络层。

路由引导封包转送，经过一些中间的节点后，到达目的地。把该功能做成硬件的话称为路由器。路由通常根据路由表来引导封包转送。因此为了有效率的转送封包，建立存储在路由器内存的路由表是非常重要的。路由与桥接的不同在于，路由假设地址相似的结点距离相近。这使得路由表中的一项纪录可以表示到一组地址的路径。

二、路由的基本原理：

1、路由的内涵：

      路由包含两个基本动作：确定最佳路径和通过网络传输信息。

   （1）路径选择：metric是路由算法用已确定到达目的地最佳路径的计量标准，如路径长度。路由算法根据许多信息来填充路    由表，目的/下一跳地址对告知路由器到达目的的最佳方式是把分组发送给代表 “下一跳” 的路由器，当路由器收到一个分                   组，他就检查其目标地址，尝试将此地址与其 “下一跳” 相联系。

   （2）交换：交换算法相对比较简单，对于大多数路由协议而言是相同，多数情况下，某主机向另一个主机发送数据，通过某              些方法获得路由器地址后，源主机发送指向该路由器的物理地址的数据包，其协议地址指向目的主机。

2、路由算法的基本类型：

   （1）静态与动态：静态算法严格意义很难算得上是算法，只不过是开始路由器前由网管建立的表映射。此算法容易设计，在              网络通信可预测及简单的网络中工作的很好，但不能适应网络状态变化。 动态路由算法可以适当的以静态算法作为补充，                可适应网络状态变化但开销大、复杂。

   （2）单路径与多路径。

   （3）平坦与分层.。

   （4）主机智能与路由器智能。

   （5）域内与域间。

   （6）链接状态与距离向量。

三、几种常见的路由算法：

1、最短路径优先算法------Dijstra算法：

迪杰斯特拉(Dijkstra)算法是典型最短路径算法，用于计算一个节点到其他节点的最短路径。 

它的主要特点是以起始点为中心向外层层扩展(广度优先搜索思想)，直到扩展到终点为止。

基本思想

     通过Dijkstra计算图G中的最短路径时，需要指定起点s(即从顶点s开始计算)。

     此外，引进两个集合S和U。S的作用是记录已求出最短路径的顶点(以及相应的最短路径长度)，而U则是记录还未求出最短路径的顶点(以及该顶点到起点s的距离)。

     初始时，S中只有起点s；U中是除s之外的顶点，并且U中顶点的路径是"起点s到该顶点的路径"。然后，从U中找出路径最短的顶点，并将其加入到S中；接着，更新U中的顶点和顶点对应的路径。 然后，再从U中找出路径最短的顶点，并将其加入到S中；接着，更新U中的顶点和顶点对应的路径。 ... 重复该操作，直到遍历完所有顶点。

操作步骤

(1) 初始时，S只包含起点s；U包含除s外的其他顶点，且U中顶点的距离为"起点s到该顶点的距离"[例如，U中顶点v的距离为(s,v)的长度，然后s和v不相邻，则v的距离为∞]。

(2) 从U中选出"距离最短的顶点k"，并将顶点k加入到S中；同时，从U中移除顶点k。

(3) 更新U中各个顶点到起点s的距离。之所以更新U中顶点的距离，是由于上一步中确定了k是求出最短路径的顶点，从而可以利用k来更新其它顶点的距离；例如，(s,v)的距离可能大于(s,k)+(k,v)的距离。

(4) 重复步骤(2)和(3)，直到遍历完所有顶点。