路由协议范文
时间：2023-02-21 15:37:09
路由协议范文第1篇
【关键词】OSPF；邻接关系通告；分组；区域；数据库
一、OSPF介绍
OSPF：Open Shortest Path First 开放最短路径优先是基于RFC 2328的开放标准协议，它非常复杂涉及到多种数据类型，网络类型，数据通告过程等，灵活的接口类型，可以随处设置通告网络地址，方便的修改链路开销等。
二、OSPF邻居关系的建立
1.在局域网中路由器A启动后处于down状态，此时没有其它路由器与它进行信息交换，它会从启用OSPF协议的接口向外发送Hello分组，发送分组使用组播地址：224.0.0.5。
2.所有运行OSPF的直连路由器将会收到Hello分组，并将路由器A加入到邻居列表中，此时的邻居处于Init状态（初始化状态）。
3.所有收到Hello分组的路由器都会向路由器A发送一个单播应答分组，其中包含它们自身的信息，并包含自己的邻居表（其中包括路由器A）。
4.路由器A收到这些Hello分组后，将它们加入到自己的邻居表中，并发现自己在邻居的邻居表中，这时就建立了双向邻居关系（two-way）状态。
5.在广播型网络中要选举DR和BDR，选举后路由器处于预启动（exstart）状态。
6.在预启动状态下路由间要交换一个或多个的DBD分组（DDP），这时路由器处于交换状态。在DBD中包含邻居路由器的网络、链路信息摘要，路由器根据其中的序列号判断收到的链路状态的新旧程度。
7.当路由器收到DBD后，使用LSAck分组来确认DBD包，并将收到的LSDB与自身的相比较，如果收到的较新，则路由器向对方发出一个LSR请求，进入加载状态，对方会用LSU进行回应，LSU中包含详细的路由信息。
8.当对方提供了自身的LSA后，相邻路由器处于同步状态和完成邻接状态，在lan中路由器只与DR和BDR建立完全邻接关系，而与DRothers只建立双向邻接关系，此时的相邻路由器进入了Full状态，完成了信息同步。
三、OSPF的分区机制
OSPF路由协议可以使用在大型网络规模中，如要规模太大，路由器需要维持很大的链路状态作息，构建大的链路状态数据库存（LSDB），路由表要较大，影响工作效率，并且当网络中拓扑出现问题时，会引起大的路由波动，所有路由器要重建路由表，所以分区的概念被提出来。
设计者可以将整个网络分为多个区域，每个区域内部的路由器只需要了解本区域内部的网络拓扑情况，而不用掌握所有路由器的链路情况，这样LSDB就减小了很多，并且当其它区域的网络拓扑变化时，相应的信息不会扩散到本区域外，如变化后影响到其它区域，这时ABR才会生成LSA发往其它区域，这样大部分的拓扑变化被隐藏在区域内部，其它区域的自身并不需要明白这些，内部路由器只需维持本区域的LSDB即可，这样就减少了协议数据包，减轻路由器及链路的负载。
四、OSPF的分组类型
1.HELLO报文（Hello Packet）。最常用的一种报文，周期性的发送给本路由器的邻居。内容包括一些定时器的数值，DR，BDR，以及自己已知的邻居。
2.DBD报文（Database Description Packet）。两台路由器进行数据库同步时，用DD报文来描述自己的LSDB，内容包括LSDB中每一条LSA的摘要（摘要是指LSA的HEAD，通过该HEAD可以唯一标识一条LSA）。这样做是为了减少路由器之间传递信息的量，因为LSA的HEAD只占一条LSA的整个数据量的一小部分，根据HEAD，对端路由器就可以判断出是否已经有了这条LSA。
3.LSR报文（Link State Request Packet）。两台路由器互相交换过DD报文之后，知道对端的路由器有哪些LSA是本地的LSDB所缺少的或是对端更新的LSA，这时需要发送LSR报文向对方请求所需的LSA。内容包括所需要的LSA的摘要。
4.LSU报文（Link State Update Packet）。用来向对端路由器发送所需要的LSA，内容是多条LSA（全部内容）的集合。
5.LSAck 报文（Link State Acknowledgment Packet）。用来对接收到的LSU报文进行确认。内容是需要确认的LSA的HEAD（一个报文可对多个LSA进行确认）。
路由协议范文第2篇
关键词：WSN；路由协议；分析与比较
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-2163（2014）02-
A Comparison of Classic Routing Protocols in WSN
HE Lei，GUO Xiaojun，ZHAO jiangbo
（Institute of Information Engineering， Tibet University for Nationalities， Xianyang Shaanxi 712082，China）
Abstract：After introducing the particularity and the classifications of WSN routing protocols， this paper analyses the realization process， the characteristics， the pros and cons and the scope of application of several classic routing protocols. Finally this article does some comparison among these routing protocols in aspect of energy saving， expandability and robustness， to provide a reference for selection and further studies.
Key words：WSN；Routing protocols；Analysis and comparison
0 引 言
WSN（Wireless Sensor Network，无线传感器网络）由部署在目标区域内的多个具有一定通信和计算能力的微型传感器节点组成，这些节点通过无线通信技术（如ZigBee技术）形成一个多跳自组织的网络系统，协作地感知处理网络覆盖区域内目标对象的信息发送给远程观测者[1]。
WSN具有组网灵活、容易部署、扩展性强、抗毁性能优、支持移动性、成本低等优点，获得了快速发展，现已广泛应用于环境监测、军事侦测、医疗健康、工业生产、抢险救灾等多个领域。WSN综合了诸如传感器技术、微机电系统、嵌入式计算技术、现代无线通信技术、分布式信息融合和处理技术等多门类的专业技术知识，是目前倍受关注的重点研究领域[2]。
1 关于WSN路由协议
路由协议是WSN的关键技术之一，负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点。路由协议的功能主要涵盖两个方面：寻找源节点和目的节点的优化路径；将数据分组沿着优化路径正确转发。
不同于以往的传统网络，WSN的节点大多由电池供电，往往能量有限且不易更换，而许多场合下却需要WSN连续工作数年、甚至更长；WSN的节点结构简单，存储、处理、通信能力低；WSN单个节点可靠性差等，这些特殊性对路由协议提出以下要求：
（1）能量优先。WSN要求路由协议不仅要选择能量消耗小的消息传输路径，而且要考虑使整个网络能量均衡消耗。考虑节点的能量消耗以及网络能量均衡使用是WSN路由协议设计的重要目标。
（2）简单高效。WSN节点不能存储大量的路由信息和进行复杂的路由计算，路由协议必须简单高效地实现信息传输。
（3）快速收敛。WSN拓扑结构动态变化，通信带宽等资源有限，路由机制要能够快速收敛。
（4）具有鲁棒性。能量用尽或环境因素造成传感器节点失败，新节点加入及节点移动等使网络拓扑结构发生变化，周围环境影响无线链路的通信质量以及链路本身的缺点等不可靠性要求路由机制必须具有一定的容错能力。
WSN的路由协议除了需符合以上要求外，还具有如下的特点：
（1）以数据为中心。WSN的很多应用往往只关注监测区域的感知数据，而不看重具体是哪个节点获取的信息，而且是按照对感知数据的需求，以数据为中心形成消息的转发路径。
（2）具有明显的方向性。WSN的主要业务是汇聚节点（Sink）向其他传感器节点下达查询命令及传感器节点将采集到的信息传给汇聚节点，是典型的多对一和一对多的模式，具有明显的方向性。
（3）路由与应用相关。没有一个路由协议适合所有的WSN应用，需要针对不同的应用，选取或设计与之相适应的路由机制。
2 WSN路由协议的分类
不同的WSN应用领域，就会有对各特性不同的敏感度。针对各种特性相对应的要求，研究人员提出了多种路由协议。众多的WSN路由协议，按照各自侧重以及分类方法的不同就会有不同的分类结果。综合参考文献[1]和文献[3]，分类结果及各类路由协议的优缺点如下。
（1）按路由过程是否考虑节点的剩余能量可分为能量感知路由和非能量感知路由。能量感知路由协议主要考虑数据传输上的能量消耗，以最优能量消耗路径、各节点能量的均衡消耗等争取最长网络生存时间。
（2）按节点在路由过程中的作用是否相同可分为层次路由协议和平面路由协议。层次路由协议扩展性好，适用于大规模的传感器网络，但维护簇有较大的开销，且簇头是路由的关键节点，其失效将导致路由失败；平面路由协议实现简单，健壮性好，但建立、维护路由的开销大，实现数据传输的跳数往往较多，能耗较大，因而仅适用于小规模网络。
（3）按路由计算中是否利用节点的位置信息、是否以地理信息来标识目的地可分为基于位置的路由协议和非基于位置的路由协议。在一些如目标定位、目标跟踪等应用中需要知道探测到事件发生的节点的地理位置，这类应用需要用GPS定位系统或者其他定位方法辅助节点计算其位置并进行定位。以节点的位置信息为基础，实现WSN路由、进行传输路径的选择和控制等目标性更强，可大大降低系统建立路由及维护路由的能耗，但传感器节点需具有定位模块或其他辅助定位及定位计算来实现自身的定位等。
（4）按路由建立与数据发送之间的时机关系可分为主动路由协议、按需路由协议和混合路由协议。主动路由协议在数据传送之前建立路由，建立、维护路由的开销大，对资源的要求高；按需路由协议在数据发送时才建立所需的路由，在传输前计算路由所在数据传送时延大；混合路由协议综合主动路由和按需路由，是这两种方式的折中及优化[5]。
（5）按是否对数据类型进行定义和命名可分为基于数据的路由协议和非基于数据的路由协议。大量的WSN应用是查询并要求上传某种类型的数据，这样的应用就可使用基于数据的路由，使监测到此类数据的节点才发送数据，减少不必要的数据发送，从而减少冲突，也减少了能耗，但基于数据的路由需要相关的分类机制对数据类型进行命名。
（6）按路由建立时机是否与查询有关可分为查询驱动的路由协议和非查询驱动的路由协议。在如环境监测等应用场合中，WSN以汇聚节点发出查询命令，传感器节点向查询节点报告采集的数据的形式工作。数据传输主要是汇聚节点发出的查询命令和传感器节点采集的数据，数据在路径上传输时通常要进行数据融合，以减少通信量来节省能源。查询驱动的路由协议能够缩减节点存储空间，但数据时延较大，不适合某些需紧急上报的应用。
（7）按数据在传输过程中采用路径的多少可分为单路径路由协议和多路径路由协议。WSN链路的稳定性难以保证，通信信道质量比较低，再加上节点运动拓扑变化等WSN的链路质量很差，需要采用多路径路由协议才能保证较高的网络服务质量，以满足某些需要可靠性和实时性，并对通信的QoS有较高要求的WSN应用的需要。以上两种路由也各有优缺点：单路径路由可节约存储空间，数据通信量少，因而必然节能；多路径路由容错性强，健壮性好，并可从众多路由中选择一条最优路由[5]。
3 WSN经典路由协议
在众多的无线传感器路由协议中，有一些是WSN经典路由协议，其他的很多路由协议，只是在这些路由协议的基础上，对某一方面进行了一定程度的改善，或为适应某一应用在相应特性上实现了一些提高。在此，文中只分析讨论如下最具代表性的经典协议。
3.1 扩散法（Flooding）
扩散法是WSN最经典、且简单的路由协议，该协议不需要知道网络拓扑结构。其实现过程是：节点S希望发送数据给节点D，节点S首先通过网络将数据的副本传给节点的每一个邻居节点A、B、C、E、F，而每一个邻居节点又将其传给除S外的其他邻居节点，直到满足以下三项之一停止传送，即：将数据传到D，该数据的生命期限终结，所有节点已拥有此数据的副本。扩散法的实现过程如图1所示。
图1 扩散法的实现过程
Fig.1 The implementation process of Flooding
扩散法不需要保存网络拓扑信息，也不需要用复杂的计算来实现路由算法而消耗计算资源，但存在一个节点可能得到多个数据副本的信息爆炸问题；此外，扩散法没有考虑各节点的能量，无法作出相应的自适应路由选择，网络可能早死。
该方法的优点为：不需保存网络拓扑信息和进行路由计算。简单，对计算资源依赖低。
该方法的缺点为：存在信息爆炸、信息重复问题；并未考虑各节点能量，部分节点能量会提前耗尽网络有早死可能。
该方法主要适用于：小规模，健壮性要求高的应用。
3.2 DD路由
DD（directed diffusion）定向扩散路由是一个经典的基于数据的、查询驱动的路由协议[3]。实现过程可分为兴趣扩散、梯度建立、路径加强三个阶段。对每个阶段的详尽分析如下。
（1）汇聚节点通过兴趣消息扩散发出查询任务，兴趣消息（例如监测区域内的湿度、温度信息等）采用洪泛方式传播给所有传感器节点。每个节点都在本地保存一个兴趣列表，其中专门设置一个表项用来记录发送该兴趣消息的邻居节点、数据发送速率和时间戳等相关信息。
（2）在上一阶段的消息传播过程中，路由协议逐跳地在各个传感器节点上建立反方向的从数据源节点到汇聚节点的数据传输梯度。
（3）传感器节点将采集到的数据以传输梯度选择较优的路径，并沿梯度方向传递到汇聚节点。
这一方法的优点在于：该协议的每个节点都可以进行数据融合操作，能减少数据通信量，节点只需要和邻居节点通信，使用查询驱动机制按需建立路由， 数据的发送是基于需求的等节能特性。而且采用了多路径方式，健壮性好。
该方法的缺点是：使用洪泛方式传播兴趣消息，梯度建立需一定的时间和能量开销，收到的数据可能有重复。
该法主要适用于：具有极好的健壮性，可用于军事目的。不适合多Sink网络。
3.3 谣传路由
谣传路由（Rumor Routing）使用了查询消息的单播随机转发机制。其实现过程为：每个传感器节点维护一个邻居列表和一个事件列表，当传感器节点监测到一个事件发生时，在事件列表中增加一个表项并根据概率产生一个消息，消息是一个包含事件相关信息的分组，消息沿随机路径向外扩散传播，邻居节点收到消息后检查自己的表项，并根据收到的消息中的事件更新和增加表项。同时，汇聚节点发送的查询消息也沿随机路径在网络中传播，当消息和查询消息的传输路径交叉在一起时，就会形成一条汇聚节点到事件传感器节点的完整路径。
该方法的优点是：有效地减少了路由建立的能量开销，是一个能量高效的路由。
该方法的缺点是：数据传输路径不是最优路径，可能存在路由环路问题。
该法主要适用于：多sink点、查询请求数目很大、网络事件很少的传感器网络。
3.4 SPIN路由
SPIN （Sensor Protocols for Information via Negotiation）路由协议是第一个基于数据的路由协议[3]。SPIN采用了三种数据包来通信：
（1）ADV用于新数据的广播，当节点有数据要发送时，利用该数据包向外广播；
（2）REQ用于请求发送数据，当节点希望接收数据时，发送该报文；
（3）DATA包含带有Meta-data头部数据的数据报文。
具体实现过程是：一个传感器节点在发送DATA数据包之前，先向各邻居节点以广播方式发送ADV数据包，若某个邻居节点希望接收这个DATA数据包，就向该节点发送REQ数据包，当节点接收到REQ包后即向其邻居节点发送所接收的DATA数据包。SPIN协议的实现过程如图2所示。
图2 SPIN协议的实现过程
Fig.2 The implementation process of SPIN
SPIN 协议通过协商完成资源自适应算法，即在发送真正数据之前，通过协商压缩重复的信息，避免冗余数据的发送；此外，SPIN 协议有权访问每个节点的当前能量水平，根据节点剩余能量水平调整协议，可以在一定程度上延长网络的生存期。
该方法的优点为：使用ADV消息减轻了内爆问题；通过数据命名解决了交叠问题；只发送必要的数据避免冗余；可感知节点剩余能量，延长网络的生存期。
该方法的缺点为：可能出现“数据盲点”；算法较复杂，数据传递有时延。
该法主要适用于：对网络生存期要求较高对实时性要求不高的应用。
3.5 GEAR路由
GEAR（geographical and energy aware routing，地理位置和能量感知路由）假设每个节点知道自己的位置信息和剩余能量信息，并通过一个简单的Hello消息交换机制可知道所有邻居节点的位置信息。已知事件区域的位置信息，节点间的无线链路是对称的。
具体实现过程为：GEAR路由中查询消息传播分两个阶段。首先，汇聚节点根据事件区域的地理位置发出查询命令，当节点收到查询数据包时，先检查是否有邻居比其更接近目标区域。如有就选择离目标区域最近的节点作为数据传递的下一跳节点。如果查询数据包已经到达目标区域，该节点利用受限的扩散方式该数据将查询命令传播到区域内的所有其他节点。相关节点则将监测数据沿查询消息的反向路径向汇聚节点传送。
该方法的优点是：避免采用洪泛方式使路由建立过程的开销过大。
该方法的缺点是：缺乏足够的拓扑信息，路由过程中可能遇到路由空洞。
该法主要适用于：节点移动性不强的应用环境。
3.6 GEM路由
GEM（graph embedding）地理位置路由的基本思想是建立一个虚拟极坐标系统（VPCS， Virtual Polar Coordinate System），网络拓扑结构是各节点形成的一个以汇聚节点为根的带环树，每个节点用到树根的跳数距离和角度范围来表示，节点间的数据路由通过这个带环树实现。
实现过程是：
⑴建立路由。
①建立虚拟极坐标系统，②由跳数建立路由，③扩展到整个网络形成生成树型结构，④从叶节点开始反馈子树的大小，即树中包含的节点数目，⑤确定每个子节点的虚拟角度范围。
⑵传送消息。节点收到一个消息就检查是否在自己的角度范围内，不在自己的角度范围内就向父节点传递，最终消息到达包含目的位置角度的节点。
⑶更新路由。当实际网络拓扑结构发生变化（比如节点加入和节点失效）时需及时更新路由。
该方法的优点是：用生成树、虚拟极坐标等使转发更有目的性，减少通信次数节约能量。
该方法的缺点是：建立虚拟极坐标系统等较复杂，需耗费时间及计算资源。
该法主要适用于：以数据中心为存储方式的传感器网络。
3.7 LEACH路由
LEACH（low energy adaptive clustering hierarchy，低功耗自适应集簇分层路由协议）是第一个提出数据聚合的层次路由协议，是一种自适应分簇路由算法。具体实现过程为：LEACH 不断地循环执行簇的重构过程，通常可以分为两个阶段。一是簇的建立阶段。在该阶段按均等的机会选举出簇头使网络中各节点相对均衡地消耗能量，选举出的簇头节点进行广播告知整个网络，未被选为簇头的普通节点根据收到的信号强弱选择加入的簇。在选举簇头时每个节点随机产生一个值，小于某阈值的节点就成为簇首节点。二是传输数据的稳定阶段。在该阶段中，簇内节点将采集的数据发送到簇首节点，簇首节点将信息融合后送给汇聚点。一段时间后，重新建立簇，不断循环。每次簇头都会由于为他家提供服务而消耗较多的能量，但簇内节点因为是都通过簇头结点与基站进行通信，而减少了直接与基站进行通信的节点数量，进而也减少了网络总体的能量消耗。
该方法的优点是：容易在簇头进行数据融合，可减少数据通信量；随机选择簇头，平均分担路由业务，能量消耗均衡，整个网络的生存时间较长；并且容易扩展。
该方法的缺点是：选举出的簇头分布不均匀；分簇有额外开销及覆盖问题。
该法主要适合于：每个节点在单位时间内需要发送的数据量基本相同，数据量较均衡的应用。不适合突发数据通信。
3.8 PEGASIS 协议
PEGASIS （ power efficient gathering in sensor information systems） 是一种基于贪婪算法的路由策略。该协议的核心思想与LEACH一致，即尽量减少直接与基站进行通信的节点数量[4]。其实现过程为：首先使用贪婪算法构成一条边长之和接近最小的链，该策略在每轮会选举一个链内簇头节点，当通信开始的时候，数据会从最远端节点开始沿链向簇首节点发送，每经过一个节点都会进行一次数据融合，直至到达簇首节点后由簇首节点将融合后的数据发送到基站。
该方法的优点是：每个节点都以最小能量、最少次数发送数据包，能量高效，能量消耗相对均衡；数据融合完备，冗余量低。
该方法的缺点是：链内簇首节点的失效将破坏整个网络的运行，容错性差；节点较多时，形成的链会很长，如此即会使数据延迟加重，实时性差。
该法主要适用于：追求网络生存时间的中等规模网络。
4 WSN经典路由协议比较
延长网络的生存时间是大多数WSN路由协议致力达到的首要目标，这就要求WSN路由协议提供节能策略，具有能量有效性以延长节点的寿命，也要求WSN路由协议能均衡地消耗能量，以及具有快速收敛性。很多应用场合对WSN路由协议的可扩展性也提出了要求，另外一些应用则对健壮性也提出了要求。根据这些标准，文中对以上WSN经典路由协议进行比较，比较结果如表1所示。
表1 各经典协议的比较
Tab.1 The comparison of classic routing protocols
协议名称 分类描述 特点 节能策略 可扩展性 健壮性 网络生存时间
Flooding 平面、多路径 采用洪泛、能量消耗快 无 只能小规模网络 很好 短
DD 平面、基于数据、查询驱动、按需、多路径 兴趣扩散采用洪泛 有限 受限 很好 稍长
Rumor Roution 平面，按需 查询消息单播随机转发、能量高效 有 受限 好 较长
SPIN 平面、能量感知、基于数据、按需 网络生存期长 有 好 好 较长
GEAR 平面、能量感知、基于地理位置、主动 根据事件区域的地理位置发出查询命令 有 好 好 较长
GEM 平面、基于地理位置、主动 利用虚拟极坐标算法发送消息 有 好 好 较长
LEACH 分层、主动 随机产生簇头能量均衡消耗、数据聚合 有 很好 簇头可能失效 长
PEGASIS 分层、主动、 能量高效、能耗均衡、数据聚合 有 好 链首可能失效、链可能断 很长
由表1可见，其中的WSN经典路由协议在设计时均有各自的侧重点和最优的方面，因而虽然可以对这些协议按一些衡量标准进行比较，但却不能得出哪个协议最好的结论。但是这些协议的出现都极大地推进和影响了WSN路由协议的发展，并且对WSN路由协议的研究和改进具有不可言喻的重大意义。
5 结束语
WSN的路由协议选用与以下几个因素密切相关：
（1）应用场合。应用场合不同，最重视的网络属性也相应不同，应选用最重视属性为优的协议。
（2）网络规模。网络中节点数量的多少决定协议的选用，节点太多要考虑分层协议，节点很少才能考虑应用某些协议，诸如Flooding协议。
（3）网络中节点是否同构。节点异构可优先考虑分层协议，并选取能量多能力强的节点作为簇头。
（4）网络的数据传输频率及数据量大小。据此可选用更合适的协议。
本文对WSN的经典路由协议进行了介绍和比较，以期对简单背景下的路由算法选用提供参考，而对复杂的应用即需要考虑对协议的改造及单独设计。本文并未考虑安全性等方面的要求，而且只是对涉及到的有限几个方面的性能进行了比较，亟需后续研究的进一步完善。
参考文献：
[1] 孙利民，李建中等.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005.
[2] 李晓维.无线传感器网络技术[M].北京：北京理工大学出版社，2007.
[3] 唐勇，周明天，张欣.无线传感器网络路由协议研究进展[J].软件学报，2006，（3）：410-421.
[4] 孙扬，何建忠.WSN自适应负载均衡集簇分层路由协议[J].计算机工程与设计，2013，（2）：423-427.
路由协议范文第3篇
一、动态路由协议OSPF
在计算机网络中，路由器是一个转运站，网络数据的目的是网络通过路由器进行转发，转发是基于路由表。路由协议路由表，路由协议，作为一种重要的TCP / IP协议的，路由过程实现好坏将直接影响到整个网络的效率。简单网络可以通过静态路由协议之间的网络路由，如果您正在使用一个静态路由协议，路由表将会非常大，静态路由不会考虑网络负载的现状，并不能自动适应网络拓扑的变化和路由效率。所以，在现代计算机网络，通常使用动态路由协议自动计算最佳路径。OSPF动态路由协议，使用SPF演算法，用于选择最佳路径。基于带宽更快的收敛速度，支持变长子网掩码VLSM，路由强大的测量大型网络（255），大多数人支持OSPF路由器的数量，现在已经成为最广泛使用的动态路由协议的内部网关协议。
二、动态路由协议分类
（1）根据角色路由协议的范围可分为：内部和外部网关协议。内部网关协议运行是在一个自治系统中，外部网关协议是自治系统之间的轮换。OSPF是一个最常用的内部网关协议。根据算法和路由协议可以分为链路状态和距离向量协议，距离矢量协议包括RIP和边界网关协议。链路状态协议与OSPF是基本相同的，主要区别在上述两个算法和计算发现路由的方法。
（2）根据目的地址的路由协议类型可分为：单播和多播协议。单播协议包括RIP、OSPF和东部，包括PIM SM -多播协议，PIM - DM，等等。根据网络规模，应增加路由器运行OSPF协议的数量，并将导致LSDB（链路状态数据库）占用大量的存储空间，增加SPF（最短路径优先）算法操作的复杂性，增加CPU的负担。根据网络规模增加拓扑变化的概率也将增加，每一个变化可能导致网络路由器计算“动荡”，根据网络往往会导致所传播的网络会有很多OSPF协议信息，减少网络带宽的利用率。为了解决这个问题，OSPF协议将自治系统分为不同的区域（区域）。逻辑路由器的区域被划分为不同的群体。每个区域独立于SPF路由算法的基础上运行，这意味着每个地区都有自己的LSDB和拓扑的一部分。对于每个区域，区域外的网络拓扑是不可见的。同样，每一个区域的路由器也不了解该地区以外的网络结构。OSPF LSA无线电阻碍该地区边界，大大减少了OSPF路由信息流动，提高了OSPF运行效率。路由器接口基于区域，而不是划分基于路由器，路由器可以属于一个区域，也可以属于多个领域。属于多个区域称为区域边界路由器，OSPF路由器应注意边界路由器特征，可以呈现主体与部分之间的关系，也可以是一个逻辑连接。
三、OSPF协议的路由算法
OSPF CO pen最短路径优先，使用开放最短路径优先协议，选择最佳路径最短路径算法（SPF），也被称为Dijkstra算法。SPF演算法是基于OSPF路由协议的，SPF算法将每个路由器作为根（ROOT），计算每个目的地的距离路由器，每个路由器拓扑结构的计算方法是根据一个统一的数据库，结构类似于一个树，SPF演算法得到最短路径树。OSPF路由协议，根据树干的最短路径长度，即每个目的地路由器的OSPF路由器距离，称为OSPF成本，根据最短路径通过最小化的成本价值判断每个路由器基于成本的总和值链接。每个路由器使用SPF演算法来计算最短路径树的根，树便给了自治系统路由，路由器从表中每个节点基于最短路径，最短路径树结构是不同的每个路由器的路由表。
四、OSPF协议网络规划
1、网络的规模。当网络中的路由器的数量小于10，你可以选择配置静态路由或运行RIP路由协议。随着路由器的数量的增加，用户网络的变化对于路由收敛和网络带宽利用率有更高的要求，比如你应该选择使用OSPF协议。
2、拓扑结构。如果网络拓扑结构是树型（大多数这种结构的特点是一个网络路由器只有一个出口），可以考虑使用默认路由加静态路由。如果网格网络拓扑结构和任意两个路由器的需求相通，应该使用OSPF动态路由协议。
3、对路由器自身的要求。运行OSPF协议对于CPU处理能力和内存有一定要求，低性能不推荐使用OSPF协议的路由器。为了使网络通信规划基于OSPF协议应考虑各种因素，找出IP资源、信道带宽、网络流量，如根据实际的网络环境形成的思维和方法配置和应用程序需求，避免造成不必要的混乱，网络拓扑结构调整将时消除隐患。通过在实践中不断学习，系统、全面地掌握网络路由设备、工作原理和动态路由协议。通过OSPF网络设计思想，提高网络管理水平，确保网络的安全、可靠、开放。
参 考 文 献
[1]王达.Cisco/H3C交换机配置与管理完全手册（第2版）[M].北京：中国水利水电出版社，2012
[2]公凌.路由和动态路由协议介绍及配置分析[fJl.机电信息，2013（9）：85一86
[3]刘晓辉.网络设备规划、配置与管理大全（附光盘Cisco版第2版）[M].北京：电子工业出版社，2012年.
路由协议范文第4篇
关键词： 路由协议；RIP协议；路由环路；配置
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0720016-02
1 RIP协议概述
动态路由协议有距离向量路由协议和链路状态路由协议两种，RIP（Routing Information Protocol，路由信息协议）就是最典型的距离向量路由协议，它被广泛应用于小型的同类网络。
RIP是由Xerox在20世纪70年代开发的，最初定义在RFC1058中。RIP用两种数据包进行传输更新：更新和请求，每个有RIP功能的路由器在默认的情况下，每间隔30秒利用UDP 520端口向与它直连的网络邻居广播（RIPv1）或者组播（RIPv2）路由更新。
RIP协议分为版本1和版本2，但不论版本1还是版本2，它们都具备下面的特征：
1）都是距离向量路由协议；
2）使用跳数（Hop Count）作为度量值；
3）默认路由更新周期为30秒时间；
4）管理距离（AD）为120；
5）支持触发更新；
6）最大跳数为15跳；
7）支持等价路径，默认4条，最大16条；
8）使用UDP 520端口进行路由更新。
RIPv1和RIPv2的主要差异如下：
表1 RIPv1和RIPv2的区别
2 RIP协议的工作原理
2.1 RIP路由表
RIP协议路由表中包含了一系列的信息：目的地的地址；到目的地路径的下一跳及距离计算值，距离是指到达目的地的网络所要经过路由器的个数；除了这些最主要的信息外，路由表还包括了其他的一些信息：比如时钟（计时器）、状态信息（标志位）。下面就是一个典型的RIP路由表：
表2 RIP路由表
2.2 RIP工作原理
RIP协议的整个运行都是与RIP路由表密切相关的，简单来说其工作原理就是路由器之间进行RIP路由表的交换的过程。
1）RIP路由表的更新维护
路由器每30秒通过UDP报文发送路由交换信息，以此确定邻居是否存在。如果180秒内未收到相邻节点的路由信息反馈，则标识该条路径不可达；再经过120秒还是未收到路由信息反馈，就删除这条路由。一旦网络发送变换，路由器就必须更新RIP路由表，这个过程可以称之为收敛（Convergence），RIP协议要确定一条路径是否可达需要3分钟，所以整个收敛过程是比较慢的。
路由表是存放在路由器的内存中，路由器启动后会初始化路由表，对每个直连网络生成一条路由信息，然后复制相邻路由器上的路由表，每复制一次“跳数”就加1，并且把下一跳地址指向该路由器。例如达到某个网络下一跳地址是指向R1，可是R1上没有到达该网络的路由信息，则删除该条路由。“跳数”是直到达目的网络所必须经过路由器的个数，直连网络的跳数为0，优先级也是最高。
2）路由环路
由于RIP是距离向量路由协议，因而也就有了该类协议的弱点：可能会产生路由环路。一般来说，产生路由环路常见原因有二：一是有可能静态路由的设置不合理，二是动态路由的定时广播产生了误会。
情况一，静态路由设置不合理：假设有两个路由器R1和R2，它们的路由表中都有一条到达同一目标网络的静态路由信息，并且下一跳地址彼此指向对方，这样就产生了环路。
情况二，动态路由产生的：假设路由器R1有条通过路由器R2到达网络A的路由信息，但是由于网络变化，路由器R2到网络A不可达，并且路由器R2的路由广播先于路由器R1。由于路由器R1路由表中有到达网络A的路由，且下一跳地址就是R2，所以路由器R2就会学习到路由器R1的这条路由信息，并且将下一跳的地址设置为R1，如此一来，路由器R1和R2都把下一跳地址彼此指向对方了，从而形成环路。
3）环路的解决
由于环路的产生，不利用网络的正常高效运行，所以针对此种情况有如下解决方法：
① 设置最大跳数：RIP协议规定了最大跳数为16，跳数达到16就标识该条路由不通，并且会阻止环跳继续进行，如上文中描述的环路产生情况二，就可以通过这种方法来解决环路的产生。
② 水平分割：水平分割就是把路由信息中发送给原发者的信息过滤掉，路由信息采用单向发送。
③ 毒性反转：毒性反转是水平分割的改进版本，如果路由器收到的路由信息是自己原来发送的信息，就马上将此路由信息的跳数设置为16，这个过程称之为毒化。
④ 触发方式：这种方法主要是避免网络收敛速度慢而形成环路，只要网络发生了变化，路由器马上发送更新路由信息，迅速通知相邻的路由器，避免信息误传。
⑤ 抑制时间：这是指路由器在收到路由变化信息时，马上开启抑制时间，在这段时间内，有变化的项目被冻结，用以防止信息被错误覆盖。
3 RIP协议的优缺点
RIP协议最大的优点就是实现起来简单，开销比较小，很适合小型网络，但其也存在一些缺陷：
1）当网络出现故障时，需要比较长的时间才能将此消息传递到所有的路由器上，通俗的说就是坏消息传播的慢。
2）由于RIP协议规定最大的“跳数”是15，也就是路由器个数，因此限制了网络规模。
3）路由器彼此之间交换的信息是路由器上的完整路由表，随着网络的不断扩大，所花费的开销也随之增加。
4 RIP配置简述
实验拓扑图如下，以思科路由器为例。
图1 RIP基本配置
4.1 实验步骤
1）配置路由器R1
路由协议范文第5篇
关键词:MANET;安全路由;安全路由协议
1、引言
MANET为Mobile Ad hoc network的简称,移动Ad hoc网络(MANET)是一种无线自组织网络,由一组自由移动的无线节点组成。网络中节点同时具有普通节点和路由节点的能力,通过相互协作完成无线信号覆盖范围外的节点间通信。因此,网络的配置展开不需要固定的基础设施,具有较高灵活性,在军事、紧急救助、商业等领域有较好应
用前景。
2、MANET路由安全分析
因为移动Ad hoe网络的独特特征,它不但有传统有线网络的安全问题,还有一些新的问题。在无线移动自组织网络的大部分路由协议中,为了建立路由,节点间需交换网络中的拓扑信息。这使得路由协议成为恶意节点对网络攻击的主要目标。从对移动Ad hoe网络中路由协议的攻击方式来看,分为主动攻击和被动攻击两种。
被动攻击是指恶意节点并不发起对路由协议的攻击,只监听网络中的路由信息,从中获取有用内容。例如攻击者通过分析所捕获的数据,得知通向某个节点的路由请求较其它点更频繁,可能就会对该节点发起攻击,从而影响整个网络的安全和性能;或者从信息中分析网络中某些节点的位置,使得网络的拓扑信息被暴露。这种攻击方式一般不易监测。
主动攻击是指攻击者恶意插入路由数据包、更改路由信息、发送错误或无效的路由信息达到攻击目的。其攻击来源有两种,一是外部恶意攻击者,二是内部的不安全节点。外部攻击者主要是通过插入错误的路由信息,广播过时路由信息或修改信息内容来分隔网络,或产生大量的重传信息和无效路由来加大网络负载。内部不安全节点,是指网络中具有合法用户身份的节点受恶意节点利用,向其他节点广播不正确的路由信息,从而影响其它用户的安全工作。
3、MANET安全路由协议
MANET中的路由功能是通过中间节点相互协作实现的,因此中间节点的可信程度将会影响到路由的安全性。如两节点间存在链接,但不一定是可信链接;源节点和目的节点间存在的路由,由若干链接组成,但不一定是可信路由。这就需要建立一种信任模型提供对节点间的信任关系的维护、管理,从而提高链接和路由的可信性。
3.1现有信任模型
现有MANET路由协议安全方案中的信任模型包括:严格层次模型、分布式信任模型、PGP模型三种。严格层次模型主要采用PKI思想,需要存在可信第三方负责公钥证书的管理,属于集中式管理,管理中心的配置将影响网络性能及安全性。分布式信任模型是在PKI的基础上,将管理中心利用门限方案分散到网络中,只有满足门限要求数量的节点才能签发/撤销证书,提高了网络的安全性,但带来较大的网路开销,网络可用性被降低。PGP模型是以用户为中心的信任模型,每个节点负责维护与自身有关的关系,此类模型的安全性不高,不适用于大规模安全网络。MANET路由协议运行在网络协同环境中,节点问信任关系是动态变化的,因此需要建立一种动态信任模型,可以根据具体地路由行为调整节点间信任关系,同时考虑网络安全性、可用性及协议性能的平衡。模型应满足如下需求:
(1)分布式:路由功能是通过节点间协同操作完成的,因此信任模型的建立应该反映节点间的协同关系,即分布式管理;
(2)动态性:节点间的信任关系应根据拓扑结构,节点行为等因素动态调整;
(3)行为约束:模型应具有约束节点行为的能力,使得节点行为满足安全需求。
3.2动态信任模型
动态信任模型的基本思想是根据感知的节点行为动态调整节点间的信任关系。在MANET中主要是维护邻居节点间的信任关系。节点行为的采集方法主要分为两类:被动方式和主动方式。被动方式主要依靠混杂监听获得节点行为,由于无线信道存在信号冲突问题所以该方法准确性不高。主动方式主要依靠错误查询/回复机制,将错误定位到某两个节点间的链接。节点行为的采集范围主要是反映路由功能的行为,包括路由请求、路由回复、数据转发、差错信息等,应根据具体协议制定。动态信任模型主要分为三个部分:信任来源、信任量化和信任计算。信任来源:信任来源分为两类,直接信任和推荐信任。直接信任依靠混杂监听模式获得邻居节点行为,包括数据包转发、控制包转发、路由发现/回复、路由出错等。推荐信任主要依靠错误询问/回复机制,根据路由中间节点的回复消息将错误定位到两个节点间的链接;信任划分:根据网络应用环境和具体安全需求将信任划分为不同等级。可以采取连续方式,例如将信任度规定在[o,1]之间,也可以采取离散方式,例如将安全划分为1至5五个信任等级;信任评估:根据节点行为对信任关系的影响程度赋予不同的权值。例如,将路由伪造、篡改,数据包丢弃分配不同的权值。
3.3 MANET路由协议
到目前为止,已提出的适用于MANET网络的路由协议已有十几种,如DSDV、WRP、FSR、AODV、DSR、TORA、LAR、OLSR等。
3.4 MANET 安全路由协议
解决移动Ad hoc网络独有特点所带来的安全要求,国外许多研究者相继提出不同的见解和方案。以下几种方案具有代表性,普遍为该领域内专业人员引述:
SPAAR(安全定位Ad hoc路由协议),采用基于位置的设计思想,要求每个节点许通过GPS(全球定位系统)或其他定位服务掌握自己的地理位置,并拥有可信任认证服务器的身份认证。SPAAR协议的工作前提是各个节点只与自己的单跳(one―hop)邻节点通信。而每次处理路由时,对节点的身份验证则可能导致通信延时。前述内容无疑都增加了路由开销。故该协议只适合于高危险性的战略环境。
基于DSDV(目的节点排序距离矢量路由协议)的表驱动式路由协议SEAD(安全有效的距离矢量路由协议),以及基于Adhoc网络DSR(动态源路由协议)思想的按需路由安全协议Ariadne。因此该协议可以保证路由信息的完整性,但是网络中各节点必须及时的更新自己的路由表的记录内容,否则会加大认证开销。同时,由于采用了距离矢量路由算法,该机制受到网络规模的约束。后者引用广播认证机制TESLA,利用其中的MAC(消息鉴别码)对消息来源加以认证确保信息的真实性,从而避免了路由黑洞,路由伪造等攻击。但是,TESLA机制要求通信时钟同步,在Ad hoe网络中由于节点的移动性,这一点根本无法保证。
SRP(安全路由协议),使用此协议的前提是源节点和目的节点间已经建立的安全连接(S A),并拥有共享密钥。SRP包头附加于Ad hoc基本路由协议之后,其中携带了请求序列号和请求识别符用以表明路由包的及时性,以及消息鉴别码MAC。MAC的计算是以源节点地址、目的节点地址、每个路由请求的序列号以及源节点与目标节点的共享密钥作为单向散列函数的输入而产生。每次RREQ包到达目的节点后,目的节点都对其中的路由信息进行Hash运算(利用共享密钥K)生成相应的MAC,再通过RREP包把路由信息连同MAC一起返回给源节点。
SAR(安全意识路由协议),该协议允许用户划分路由协议的安全等级。该协议提出“保护质量”(Quality of Protection)的思想,把网络中的所有节点划分为多个信任级,具有某一个信任等级的节点在传输数据时只选择同级别的节点进行转发。源节点发起的路由发现请求也同样需要设定安全等级。为了实现这一设计目标,假设每个信任级别中的所有节点均共享一个安全连接SA(Secure Association)。各节点在进行路由发现时对所有的RREQ、RREP等路由维护数据包均用本信任级别的密钥加密后再传送。
4、总结
与其他无线网络不同的是,Ad hoc网络没有部署可信赖的网络基础设施,其安全问题主要关注的是如何确保分布式网络协议能安全地操作,以及如何在对等节点之间建立起信任关系。这在很大程度上依赖于路由是否安全及密钥管理机制是否健全。路由安全一般在控制层面利用消息认证技术来解决,而密钥管理机制则相对复杂,其难点在于必须以自组织的方式管理所需的密钥信息,而基于门限加密机制的密钥管理服务可能是一个非常有潜力的解决方案。
参考文献:
[1] 甄海潮,周海刚 Ad hoe网络的安全问题和安全策略 军事通信技术 2001,22(4)
[2] 史美林.英春 自组网路由协议综述[期刊论文]-通信学报 2001(11)
路由协议范文第6篇
关键词：Ad Hoc网络； 按需距离矢量路由协议； ns-2
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）26-6002-03
自组网（Ad Hoc Networks）是由一组带有无线收发装置的移动节点组成的一个多跳的临时性自治系统[1]。作为现有网络的一种补充和扩展，自组网主要应用在没有网络基础设施支持的环境中，或现有网络不能满足移动性等要求的场合。例如，军事作战前线、救灾现场、临时会议等等。由于Ad Hoc网络是一种分布的、移动的、无线的、多跳网络，其运行仅利用节点自身，所以如何快速准确地找到发送数据包的路由并且维护路由，将最终决定Ad Hoc网络的性能，而AODV（Ad Hoc on Demand Distance Vector Routing）是专门为移动自组网设计的按需路由协议，它在DSDV和DSR路由协议的基础上改进得到，结合了两者的特点[1，2]。它由路由发现机制和路由维护机制两部分组成，同时使用序列号来管理区分路由信息的新旧，相对其它路由来说，是比较成熟、可用的一种协议。
1 AODV简介
AODV是专为Ad Hoc 网络设计的按需路由。它使得移动节点能够动态地、自启动地、多跳地建立和维护一个ad hoc 网络。AODV路由基于DSDV和DSR之上，在建立路由的方式上对DSDV进行了改进，利用了DSDV的按跳（hop-by-hop）路由、顺序编号和周期更新的机制，借用了DSR的路由发现和路由维持机制，不在源/目的节点间被选路径上的节点不需要维护路由信息或参加路由表交换[3]。AODV的主要特征是每个路由表项都有一个目的序列号。该目的序列号由每个节点来维护，而且该目的序列号会沿着路由信息发送到请求节点。
2 AODV的机制与改进
2.1 AODV路由发现机制
文章主要介绍AODV协议的路由发现机制。当某一节点试图给某一未知节点发送分组但其路由表中又没有去往这个目的节点的路径，或先前的去往该目的节点的有效路由已经过期或被置为不活动时，该节点启动路由发现机制，广播路由请求消息RREQ给它的邻居节点，该节点为源节点。路由请求消息的格式[4]如下：
其中：Type：表示消息的类型，这里统一为1，表示该包为路由请求包。
D：若此标记被置为true，表示只有目的节点才能初始化路由应答消息；否则，凡是知道去往目的节点的路径的中间节点都可初始化路由应答消息。
G：若此标记被置为true，当中间节点产生路由应答时，在单播返回源节点的同时，无偿地发送到目的节点。只有在双向链路的时候才能置该值。
Hop Count：表示从源节点到该节点的跳数；
RREQ-ID：标识RREQ的序列号；
Path Node：从源节点到目的节点所经过的节点。
每个节点有两个独立的计数器：节点的序列号和广播号。唯一确定一个路由请求。当源节点产生一个新的RREQ，这个RREQ的ID号比上一次RREQ的ID号大1，每个节点只维护一个RREQ-ID。在广播RREQ之前，源节点缓存RREQ-ID和它自己的地址，在预期的路由发现的时间内一直保存，以避免在接收到路由应答的时候继续转发请求包[5]。在一段时间后，如果节点没有收到路由信息，则应发送另一个路由请求信息，同时RREQ-ID增1。重复发送RREQ的次数应有一个最大值。等待发送的数据包按“先进先出（FIFO）”的原则存在发送队列中，如果重复发送RREQ的次数达到最大值，则丢弃该包。
2.2 AODV协议的改进
无线网络的终端可能是笔记本电脑、手机或PDA之类的设备，当笔记本电脑重启后，原先那些数据可能会丢失（路由表清空，序列号重设），这时，由于序列号的重新设置，很有可能造成暂时性的路由环路。这种暂时性的路由环路会造成不必要的路由和带宽的浪费，应当尽量防止这种现象的发生。
为了防止这种可能的发生，文章对那些重启后丢失自己序列号的节点在发送路由消息之前，设置等待时间x。在这段时间x里，如果节点接收到RREQ、RREP或是RERR控制包，则它根据控制包中的相应信息（比如序列号）建立路由表项，但它不进行任何的转发。如果在x时间段内，节点接收到单播发往某个目的节点的数据包，则该节点应广播RERR消息通知周围节点，本节点现在不可用，然后重新等待x时间。在这段时间之后，重启节点跳出等待状态，重新开始路由，在这个时候，它的所有邻居节点将不会再认为该节点是它们的下一跳了，从而避免了路由环路的形成。该节点根据接收到的RREQ来更新自己的序列号；如果没有接收到RREQ，节点将自行初始化序列号，但不为0，0为保留数字，表示未知节点。
3 路由仿真实现
为了验证改进的效果，在研究的过程中采用Ns-2（Network Simulator 2）网络仿真软件进行模拟实验[6]。针对上节对AODV的改进方法，在理解ns-2中有关AODV代码的情况下，对其进行修改完善。定义的重启后节点等待时间为5s，在这段时间内，节点只能接收路由信息，根据路由消息中的信息填写自己的路由表信息，如果接收到数据包，则丢弃该包，发送路由出错消息RERR给发送数据方。实验场景是在一个500m*500m的范围内，一共10个节点，节点随机的静止时间为0.1s，最大速度为30m/s。
实验仿真结果如图1和图2所示，下面对模拟所得的数据进行简单的分析。图1和图2分别展示了不同网络场景的增加重启动作后的网络性能和没有增加重启动作的网络性能的比较图。在图1中，在2s时，节点1启动cbr流量发生器，这时，节点1广播路由请求消息RREQ，一直到3.8s，节点1才找到路由，发送数据包，查找路由一共花费了1.8s时间；而在图2中，节点1也是在2s时启动cbr流量发生器，但由于增加了重启动作，所以在前5s内，它没有广播RREQ消息，而是通过hello消息包互相知道彼此的信息，填入自己的邻居节点路由表信息中去。根据实验数据，在5s时节点1广播了第一个路由请求消息，5.2s时节点1找到路由，发送了第一个数据包，这在一定程度上表明所改的程序运行的正确性。
在采用是相同的网络场景、相同的路由协议（只，而得到不同的数据图，这是因为在5s的时候，图1中的节点1还在使用它在3.8s找到的路径，因为这条路径没有损坏，而此时可能这条路径不是节点1到节点0的最短路径，那些比它更短的路径会较先返回RREP给节点1。这样导致了在同样的网络场景，使用同样的AODV的情况下，因时间上的小小差异，而得到不同的结果。
4 结论
本文介绍了Ad Hoc网络的基本原理、并对影响其性能的关键点—路由协议问题进行了研究。路由协议的选择要根据网络的具体环境和具体要求决定。在众多的路由协议中，选择AODV作为研究的重点，因为它是专门为Ad Hoc网络设计的按需型路由协议，具有一定的代表性。在对AODV 路由协议的机制和原理进行研究分析的基础上，提出了一种种改进的AODV协议，用来避免路由环路，降低由路由环路造成的不必要的路由和带宽的浪费。Ad Hoc无线分组网络的研究是一项长期而艰巨的工作，依然有许多尚待解决的问题，有待于在今后的工作中做进一步的分析研究。
参考文献：
[1] Mohapatra P，Srikanth V K.Ad hoc networks： technologies and protocols[M].New York： Springer，2005.
[2] 陈林星，曾曦，曹毅.移动Ad Hoc 网络：自组织分组无线网络技术[M].北京：电子工业出版社，2012.
[3] 黄全乐.Ad Hoc 网络的发展及其应用前景[J].山西电子技术，2007（1）：85-87.
[4] Sachin Kumar Gupta，R.K.Saket.Performance Metric Comparision of AODV and DSDV Routing Protocols in MANETs Using NS-2 [J].IJRRAS，2011，7（3）： 339-350.
[5] Md.Shohidul Islam，Md.Naim Hider，Md.Touhidul Haque，Leton miah.An Extensive Comparison among DSDV，DSR and AODV Protocols in MANET[J].International Journal of Computer Applications，2011，15（2）： 22-24.
路由协议范文第7篇
关键词：ISIS； SPF； ISPF； PRC； 简化SPF； 半拓扑SPF
中图分类号：
TN915-34
文献标识码：A
文章编号：1004-373X(2011)19
-0094
-03
Routing Algorithm Analysis of ISIS Protocol
LI Jun-jie
(Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)
Abstract： Routing algorithm is very important in the router, which can improve router′s performance. Several common ISIS routing algorithms such as SPF, ISPF, PRC and a simplified SPF algorithm used in the industry are analyzed. A semi-topological SPF is proposed, which improves route calculation speed greatly in the stable network.
Keywords： ISIS; SPF; ISPF; PRC; simplified SPF; semi-topological SPF
收稿日期：2011-04-18
OSPF协议过于复杂大大限制了支持的路由器的数量和路由的条数，ISIS路由协议相对于OSPF来说实现简单，所以越来越多的企业采用ISIS协议作为网络中的IGP协议［1］，如何更高效的实现ISIS协议是当前研究的热点。路由计算是协议的核心部分，因此加快路由计算来加快路由收敛越来越受到重视，很多学者研究改进路由算法来加快路由计算。本文分析了几种工业中应用的路由算法和它们的不足，在此基础上提出┮恢职胪仄SPF算法。
1 常见的路由计算方案分析
1.1 SPF算法
SPF最短路径优先算法，采用Dijkstra算法，在链路状态路由协议中用来计算到网络的最短路径［2］。每台路由器都是以自己为根节点，其他路由器为叶子节点，根据网络拓扑信息生成一棵最短路径树SPT，然后计算出根节点到各个目的地的最短路径，但 SPF并不保存这棵最短路径树，当链路状态发生变化时，不论是否影响网络的拓扑结构，SPF 只能再次全部重新计算一遍这棵最短路径树［3］。网络规模扩大的时候，链路状态变化频率增加，SPF计算频度增加，同时链路状态数据库随之增大，每次SPF的计算时间也会很长，基于以上不足，工业界提出了ISPF算法和PRC结合的改进方案。
1.2 ISPF算法和PRC算法结合
1.2.1 ISPF算法介绍
ISPF(Incremental SPF)是指增量路由计算，它每次只对变化的一部分路由进行计算，而不是对全部路由重新计算［4］。ISPF改进了SPF算法，第一次计算时需要计算全部节点，之后只是计算受影响的节点，大大降低了CPU的占用率，提高了网络收敛速度。ISPF算法实现的关键点是如何选取要计算的最小范围和如何在选定的范围内重新计算，同时要求：每次计算完成后保存SPT，记录SPT上每个节点的路径；建立节点同路由之间的对应关系，每次只更新变化节点的路由信息。
链路状态变化对路由计算的影响：
(1) cost增加，处于删除状态的link看作是cost从有效值增加到无穷大。若link不是SPT上的有效路径，cost增加后不影响SPT树结构，不需重新计算；若link在SPT上，cost增加需要重新计算。
(2) cost减少，新增link可看作是cost从无穷减少到有效值。cost减少时无论link在不在SPT上都需要重新计算，因为此时可能影响其他路由器的路径。
(3) 若仅仅是link的下一跳(邻居路由器)变化或者协议类型变化(由ISIS变为OSPF)，cost不变，则不需重新计算，只需更新相关节点的下一跳。
(4) SPT上节点状态变化对link的影响。节点处于删除状态，则与该节点相连的所有link都标记为删除状态，需要重新计算；节点处于过载状态，则所有到达该节点的link都标记为受影响状态，需要重新计算；节点从过载状态恢复正常或者是新增节点，则SPT上节点到该节点的link都标记为受影响状态，需要重新计算。
ISPF第一次计算时要计算全部节点，之后只计算变化的部分，每次计算完成后要记录整个拓扑关系，保存生成的最短路径树SPT，ISPF能够形成一个直接反映网络拓扑的“图”状数据库，而计算出的SPT则保存在这个“图”中［5］。当链路状态发生变化时，根据上述原则判断是否需重构SPT树，若需要则按一定原则得到拓扑变化影响到的节点，然后在受影响的节点范围内做SPF计算即ISPF，其他未受到影响的节点拓扑关系保持不变。根据增量计算结果更新SPT树，并将受到影响节点的路由进行更新，即PRC部分路由计算。
1.2.2 PRC部分路由计算
PRC是部分路由计算，它与ISPF配合使用。PRC的原理也是只计算变化的那一部分，但PRC不需要计算节点路径，而是根据ISPF算出来的SPT来更新路由［6］。如果ISPF计算后的SPT改变，PRC处理所有变化的节点上的所有路由；如果经过ISPF计算后的SPT并没有变化，只有叶子节点变化，则PRC只处理变化的叶子节点的路由信息。
PRC计算是为了处理变化的ISIS路由，而ISIS路由的变化由叶子节点变化引起。系统节点的变化必然引起系统节点上叶子节点的变化，因此在PRC计算时要先处理变化的系统节点，然后处理变化的叶子节点。PRC算法实现时先提交变化节点，将节点下的路由放入路由变化表中，然后遍历路由变化列表，将变化的路由下刷到路由管理的IP路由表。
1.2.3 ISPF算法的不足
网络拓扑变化的位置不同，受到影响的范围就不同，ISPF计算所消耗的时间就不同。最坏情况是整个拓扑受到影响，ISPF相当于进行了全部重新计算。ISPF算法进行路由计算的时间包括搜寻受影响节点的计算时间，增量路由计算的时间和PRC计算的时间。┮话闱榭鱿滤蜒笆苡跋旖诘愕募扑愫驮隽柯酚杉扑愕氖奔渥芎突岜燃扑闳部拓扑的时间少，因此ISPF在大多数情况下能够减少计算开销、增加收敛速度。但ISPF算法实现流程过于复杂，在某种网络中的计算效率比SPF还要差［7］，例如某一链路的变化引起整个拓扑结构的变化，则增量路由计算的时间其实是整个拓扑计算的时间，使用ISPF算法还增加了搜寻时间，此时ISPF算法反而会比传统的SPF算法开销更大，因此工业界又提出了简化SPF算法。
1.3 简化SPF算法
简化SPF算法是先判断链路的变化是否需要重构SPT树，如果不影响SPT结构，采用PRC进行路由信息更新；如果影响到SPT，则所有节点直接进行全部的SPF计算重构SPT。简化SPF算法需要记录整个网络的拓扑关系，保存每次SPF计算生成的SPT树。此时PRC用来处理网络拓扑不变而路由信息发生改变的情况，这样就是根据网络变化的不同情况做出最精简的处理，使得路由计算处理工作量降到最低，从而大大节约路由计算所用时间［8］。
上面已经介绍了各种链路变化以及是否需要重构SPT，有些链路的变化是不需要重构SPT的。简化SPF算法与ISPF计算时间相比，判定链路变化是否需要重新计算拓扑的时间复杂度比确定受影响的节点范围的时间复杂度小得多，虽然计算全部拓扑的时间大于增量拓扑计算的时间，但对于节点变化影响大部分网络拓扑时，简化SPF算法能够减少很多无效计算。但有时变化的节点靠近叶子节点，受影响的节点范围很小，全部节点进行SPF计算又增加了路由计算时间，没有充分利用原来的SPT［9］，因此本文提出了半拓扑SPF算法。
2 半拓扑SPF算法
半拓扑SPF算法是先判断链路的变化是否影响网络的拓扑结构，是否需要重构SPT树，如果不影响SPT结构，直接采用PRC更新路由信息；如果影响到SPT，则判断变化的链路指向的节点在网络中的拓扑层次，若在上层则全部节点进行SPF计算，若在下层则采用ISPF找出受影响的节点进行变化部分的增量路由计算，重构SPT后采用PRC算法更新路由。半拓扑SPF算法需要记录整个网络的拓扑关系，同时要保存每次SPF计算生成的SPT树，还要保存每个路由器所在的网络层次。
简单网络的SPT结构图如图1所示。第一次路由计算时对全部节点进行SPF计算，构造SPT时同时标记┟扛雎酚善魉在的网络层次，因为存在等价路由，所以节点所属层次按最小的层次算，如图1中第二层左面的节点，它同时也在第三层，这时就按第二层来算。当变化的链路影响拓扑结构时，找出这条链路的目的节点，若该节点所在的层次小于全网层次的50%，则认为是上层网络受到影响，否则就是下层网络受到影响，如上面的SPT结构图共有6层，若1层和2层节点受影响，则全部节点进行SPF计算重构SPT，其他层节点受影响时，则采用ISPF算法寻找受影响的节点进行增量路由计算。若是新增节点则找出所有和该节点建立邻居的节点的最小层次，判断该最小层次的下一层在网络中的层次，因为该新增节点的源节点路由不变不需重新计算；若是SPT上节点发生变化则判断该节点所在的层次，然后依据该层次进行判断采用哪种算法。
图1 最短路径树SPT
半拓扑SPF算法进行路由计算的时间包括判定变化的链路是否需要重新进行拓扑计算的时间，判定采用哪种路由算法的时间，拓扑计算的时间和PRC计算的时间。当受影响的节点在网络上半层时，半拓扑SPF算法比简化SPF算法多了判断采用那种路由算法的时间，但该时间极短，与ISPF算法相比少了寻找受影响节点的时间，虽然全部节点进行SPF计算时间比部分路由计算多，但总体上还是优于ISPF算法；当受影响的节点在网络的下半层时，半拓扑SPF算法相对于ISPF算法多了判断采用那种路由算法的时间，相对于简化SPF，找出受影响的节点再进行增量路由计算的时间小于全部节点进行SPF计算的时间。从总体上看半拓扑SPF算法是以牺牲较小的内存空间换取了路由计算速度的提高。
3 结 语
本文主要分析了几种路由算法，SPF是比较传统的算法，但现在的网络拓扑复杂而且变化频繁，导致路由量巨大，路由计算速度慢，于是工业界采用增量计算ISPF和PRC算法来加快路由计算，但当拓扑变化发生在拓扑结构的上层时，ISPF比SPF计算更复杂，由此工业界提出了简化SPF，但当拓扑变化发生在拓扑结构的下层时又增加了计算时间，因此本文提出半拓扑SPF算法，从总体上看此算法最优。节点总数不变时减少网络层次，增加每台路由器的邻接路由器数量可以改善网络结构［10］。改进的路由算法结合优化的网络结构能进一步提高路由计算的速度。
参 考 文 献
［1］别碧勇.ISIS路由协议及其在IP网络工程设计中的应用［J］.铁道勘测与设计，2006(1)：47-53.
［2］华为技术有限公司.DA000009 IS-IS路由协议ISSUE 3.0［M］.深圳:华为技术有限公司，2007.
［3］何涛.ISIS协议在IP网络中的设计与应用［D］.北京：北京邮电大学，2007.
［4］Stim.ISIS的几种快速收敛特性［EB/OL］.［2007-10-31］.，2007.
［5］华为技术有限公司.IGP快速收敛技术白皮书［M］.深圳:华为技术有限公司，2007.
［6］任荣锦.IP网络中IGP路由快速收敛的探讨与实现［D］.广州：华南理工大学，2006.
［7］李园花,李健,赵凯.基于链路状态路由快速收敛技术的研究［J］.网络安全技术与应用，2009(3)：9-11.
［8］佚名.IS-IS快速收敛技术白皮书［M］.杭州:杭州华三通信技术有限公司，2007.
［9］高占春,柴广宏.ATN路由器中路由算法IS-IS的研究与改进［J］.数据通信，2005(3)：35-38.
路由协议范文第8篇
关键字：校园网；路由协议；OSPF
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2012）28-6671-02
路由的权威定义是网络信息从信源到信宿的路径。路由过程是指网络设备从一个接口收到数据包后根据其目的地址进行定向和转发至下一接口，这里的网络设备包括路由器、三层交换机和防火墙。有三种方式可产生路由：一是无需配置自动生产的直连路由，二是需手动配置的静态路由，三是有动态路由协议发现和学习到的路由。动态路由协议分外部路由协议和内部路由协议两种，外部路由协议适用于多个自治系统或域间的路由信息交换，其代表BGP一般应用于网络服务商内部；内部路由协议适用于局域网内部，例如RIP、OSPF等都可用于组建校园网内部路由信息。根据校园网建设规模和网络拓扑情况，从中选取合适的路由协议，对整个校园网和校园信息应用系统的稳定运行具有重要意义。
1 内部路由协议比较
现今常见的内部路由协议有RIPv2、OSPF和EIGRP。这些路由协议的作用都是生成局域网内部路由信息表，并保持动态维护和更新。怎样选择合适的路由协议？需要参考路由协议的五项主要性能指标：路由协议计算方法正确性、路由收敛速度、路由协议占用的系统开销、路由协议自身安全和路由协议适用的网络规模。
1.1 计算方法正确性
路由协议计算的正确性指路由协议所采用的算法是否可靠。错误的静态路由配置会导致产生浪费大量网络带宽的路由环路，某些动态路由协议在特定环境中也会产生路由环路，优秀的路由协议算法应有避免环路机制。RIPv2采用的是距离矢量算法，虽然启用路由毒化、抑制时间和触发更新可降低产生环路的概率，但仍然无法避免距离矢量算法容易产生路由环路的缺陷。OSPF使用基于Dijkstra的链路状态算法，此类算法杜绝了产生路由环路的可能。EIGRP使用结合了距离矢量和链路状态的弥散修正算法（DUAL），同样可有效避免环路。
1.2 路由收敛速度
路由收敛指局域网中所有网络设备的路由表达到一致。快速收敛意味着当网络拓扑结构变化时，网络设备能很知并更新变化的路由信息。RIPv2采用周期性广播（30秒）更新路由信息，固定广播更新周期导致较慢的收敛速度。OSPF和EIGRP采取不定周期的组播在局域网中维护所有网络设备路由表信息的统一，同时在发现路径信息改变时立即触发路由信息更新，这种触发更新机制带来快速路由收敛。
1.3 系统资源消耗
运行路由协议需要占用CPU、内存等系统资源，最终的路由信息由局域网中所有网络设备并行运算和协商后的结果，这里的系统资源指局域网中所有网络设备的系统资源。相比较链路状态算法，基于距离矢量算法的RIPv2路由协议具有消耗系统资源少的优势。虽然OSPF多个数据库加上复杂算法占用较多的系统资源，但对用于网络汇聚与核心层的网络设备，此类用于计算路由的系统开销对正常的信息数据传输交换几乎没有影响。
1.4 自身安全性能
各网络设备协商路由信息时有数据交换，路由协议安全性是指交换相关数据过程中是否有防数据篡改等攻击的性能。除已淘汰的RIPv1和IGRP，目前常见的RIPv2、OSPF和EIGRP路由协议都具有基于MD5摘要算法的认证功能。
1.5 适用网络规模
路由协议适用网络规模和拓扑略有差异，RIPv2协议在设计时有最大15跳的限制，所以适用于中小规模网络，与距离矢量算法有关的EIGRP协议同样不适用于大型网络。受益于区域划分机制，OSPF协议可应用在多达几百台网络设备组成的大型网络中。
2 路由协议的选择
综合比较这五项路由协议主要性能指标，如图1所示，不难得出这样的结论：大型网络应优选OSPF路由协议、而中小型网络可选择OSPF和EIGRP路由协议。EIGRP路由协议是思科网络公司的私有协议，与其他品牌厂商的网络设备不兼容。当网络整体改造升级时统一采购思科设备的情况下才可以考虑使用EIGRP协议。
图1 各路由协议性能比较
十多年前，国内院校开始出现校园网。当时校园网都是小型局域网，只覆盖信息计算中心和网络机房。而现今的校园网都是从当年的小型局域网发展而来，或多或少保留并使用着当年的一些网络设备甚至是路由协议。不论全校网络是否升级改造，选配思科品牌作为替代全校所有网络设备的可能性很小。现今国内高校经过兼并重组和发展，基本拥有两个以上的校区。每个校区内的校园网已然扩张覆盖到整个校园，整个校园网属于大型局域网。根据上述两点实际情况并参考各常见路由协议的性能，OSPF是校园网内部路由协议的最佳选择。
3 OSPF路由协议工作机制
OSPF协议工作过程主要有四个阶段：首先使用组播形式发送Hello包来寻找网络中可与自己交互链路状态信息的周边路由器，组播有利于提高网络使用效率，减少对其他无关OSPF网络设备的影响。可以交互链路状态信息的路由器互为邻居。其次是建立邻接关系。所有路由器仅与DR/BDR（制定路由器/备份制定路由器）建立邻接关系，若网络中未选举出DR/BDR，则先进行选举。DR负责用LSA（链路状态公告）描述该网络类型及该网络内的其他路由器，同时也负责管理他们之间的链路状态信息交互过程。若DR失效，BDR立刻取代DR功能，选举DR/BDR机制可实现网络快速收敛。当建立可靠邻接关系后才相互传递链路状态信息。再次是各路由器建立LSA，建立邻接关系的OSPF路由器之间通过交互LSA，最终形成包含网络完整链路状态信息的LSDB（链路状态数据库）。OSPF路由器采用增量更新的机制LSA，即只邻居缺失的链路状态给邻居，避免了类似RIP协议发送全部路由信息带来的网络资源浪费问题，还保证了路由器之间信息传递的可靠性，有利于提高收敛速度。最后各路由器依据LSDB结合路由器之间路径开销用最短路径优先算法计算出路由。由于OSPF区域内的路由器对整个网络的拓扑结构有相同认识，所以计算出的路由不会产生环路，而使用最短路径优先算法计算出的路由，合理的将路由选择和网络能力挂钩。
4 OSPF路由协议特色优势
为提高校园网运行的可靠和稳健性，网络建设和升级改造应考虑网络拓扑和路由协议的冗余热备能力。给校园网中所有网络设备都配置冗余热备链路，理论上可行，实际应用上难度较大。目前适合的方案是：每个校区的校园网选择采用以星型为主的网络拓扑结构。拥有ISP出口和大型机房的主校区设置网络核心与汇聚。每个分校区也有网络汇聚，通过租用光缆将所有汇聚与核心设备以环形网络拓扑结构相连。这里的环形网络只是个物理环路，实现链路冗余备份需要结合路由协议对与物理环相连的两个端口设置不同的路由优先级。为了方便校园网区域管理和减少路由信息复杂程度，可将具备冗余热备功能环形网络设置为主要区域，其余各校区内的网络定义为非主要区域。OSPF路由协议恰好支持此类功能。
OSPF提出的分区域管理是为了解决由于网络规模不断扩大带来的较大系统资源消耗。OSPF可将一个大局域网分为几个小的区域（Area），网络设备仅需要在自己区域内相互建立邻接关系并共享统一的链路状态数据库。原来整个大型局域网的庞大链路数据库就会按区域划分为几个小数据库，并在自己的区域内进行维护。这种区域划分机制不但降低系统资源消耗，而且提高网络资
源利用率。OSPF区域划分后，路由信息通信分为区域内和区域间两种，为有效管理区域间通讯，需要定义一个骨干区域（Area 0）来汇总每个区域的网络拓扑路由到其他所有区域。所有区域间通信都必须通过骨干区域，所有非骨干区域都必须与骨干区域相连，非骨干区域之间不直接交换数据。介于骨干区域和非骨干区域之间的网络设备是区域边界网关，同属于骨干区域和非骨干区域。在环形主干校园网方案中，各校区的汇聚交换机承担区域边界网关角色，如图2所示。
5 结论
OSPF路由协议不是网络的唯一选择，类似其他内部路由协议，OSPF也有缺陷。OSPF不支持多路由动态负载均衡（EIGRP支持），配置动态负载均衡需要结合手动配置路由信息优先级或借助相关专业网络设备。同时OSPF没有把相邻网段路由信息自动汇总的功能（RIP和EIGRP支持），路由信息汇总需要由网络管理员人工配置。瑕不掩瑜，经过多年市场洗礼，由Internet工程任务组开发的OSPF已然成为大中型局域网内部路由协议的最优选择，小型局域网一样可以使用OSPF路由协议。
网络拓扑简单，规模不大，特别是没有冗余热备链路的校园网除了可选OSPF内部路由协议外，还可以选择配置静态路由。正确配置的静态路由同样可以保障平稳的网络运行，且不占用任何系统开销。物理链路正常情况下，静态路由配置立刻生效，不存在收敛时间。静态路由同样被所有厂商网络设备支持。
参考文献：
[1] 路由_百度百科[OL].http：///view/18655.htm.2012-05-21.
[2] EIGRP_百度百科[OL].http：///view/16193.htm.2012-06-24.
[3] 美国思科公司，美国思科网络技术学院著.思科网络技术学院教程[M].3版.黄海，译.北京：人民邮电出版社，2004.7.
路由协议范文第9篇
【关键词】 真实环境 RPL路由协议 性能评估
在无线局域网中，RPL路由协议发挥着重要作用，当前，RPL协议还处在草案阶段，只是一个工作组文稿，还需要进一步的完善与改进。因此 ，为了能够更好的了解和掌握RPL路由协议，文章通过下文对真实环境下RPL路由协议性能评估的相关内容进行了分析。
一、RPL应用规范分析
距离矢量的路由协议即为EPL，RPL利用根节点能够将无环有向图构建起来，并且都有一根能够到达根节点的路径被设置到了网络中。通过层级可以表示出根节点和节点的的相对距离。并且，顺着根节点到叶子节点的方向，会逐渐递增节点的各个层级。并且，RPL会通过目标函数将根节点到节点的路径成本确定出来，进而将最合理的路径选择出来。因为RPL协议把路由处理、路由路径和转发分开进行处理。这样在不同场合内都可以灵活的应用RPL。
1.1构建DODAG节点
因为在定义RPL主要围绕三个节点开展的，主要是路由节点、叶子节点和边缘路由器。
在构建DODAG时，首先通过根节点广播控制相关传播消息。构建从叶子节点到各个根节点的路由信息。在根节点接收到DIO以后，这样就会按照DIO内的目标函数，将自身的rank值计算出来，然后按照相关的规则将属于自己的父节点选择出来。然后向DIO消息中更新了自己的rank值后，再次转发DIO信息。
1.2构建通信方案
对于点对多点、点对点、多点对点的通信模式，RPL都能够给予支持。
首先，点对多点。它指的是从跟点到叶子节点或者到路由节点的下行路由策略。为了保护下行路由，各个节点要求对1个路由表进行维护。进而便于对自身的DODAG内的节点地址进行存储。
其次，点对点。DODAG内的任何两点之间的点对点路由都可以通过RPL提供出来，并且，可以从这样两个方面认识理解点对点的路由：其一，如果在源节点的射频范围内控制着节点，这样就会向目的点直接发送源节点。其二，通过节点的村存储模式能够判断出点对点的机制。
再次，点对多点，在这种模式中，一般会通过上行路由的方式从多个节点入手发送信息数据。先路经每个节点的父节点，之后向边缘路由器中进入，这样，RPL网络到Internt的连接接口就可以通过边缘路由器提供出来。
二、真实环境下PRL路由协议的性能评估对策
2.1测试步骤及方法
首先利用USB接口将基本的测试程序拷贝到Telosb节点内，将网关和节点连接，作为根节点，剩余节点当作非根节点。然后在实验楼中随机布置这些节点，将一个以楼宇自动化应用场景为背景的中级规模测试网络构建起来，由40个节点构成该网络。待向网络中成功的加入了这些节点后，并将根节点路由建立起来后，将数据发送速率、测试持续时间T和数据包大小等参数设置在网关中，利用网关把有关参数与测试命令发送给根节点，按照节点相全网广播相关参数与命令，非根节点在得到有关命令后，就设置的参数将测试流程打开。在完成一轮测试后，将测试结果收集好，之后对有关测试参数进行调整，再开始全新的一轮测试，直到所有测试都完成后，分析最终收集的数据。
2.2相关数据分析
如果测试参数不同，吞吐率也会存在差异，如下图，通过这个图能够发现，当在1-16个/秒的时维持数据包发送速率时，节点的发送率和吞吐率之前就会呈现出一种线性关系；如果在16个/秒以上控制发送速率时，尽管吞吐率还在不断变化，然而并非以线性关系出现；如果在20个/秒左右控制发送速率后，就会有非常小的吞吐率，在将数据包的发送速率进一步加大以后，所得到的测试数据表明，会在631.56个/秒左右控制路由协议的最大吞吐率。然后在条件相同的情况下，对RPL路由协议通过相同的数据进行了测试，最后得出路由协议的最大吞吐率是663.32个/秒。作为RPL路由协议的经典，ContikiRPL的应用量在不断增加。相对来讲，TinyRPL路由协议在吞吐率方面会差一点，还有提升和改进的空间。
2.3数据包交付情况
通过实践调查得知，如果在1-16个/秒控制数据包发送速率时，就会在0.9011左右控制数据包交付率，如果有50个左右的发送速率时，只有0.3138的数据包发送成功率；在持续增大了发送速率后，就会不断降低数据包交付率，一直到接近0。测试结果表明，在较低的网络负载情况下，TinyRPL路由协议的包交付率最高才达到0.95，这就表明，在包交付方面，TinyRPL还较为欠缺，榱四芄煌度胗τ茫还有很多地方需要完善。相对来讲，ContikiRPL的包交付率会好很多，0.9654是它最大的包交付率。
2.4分析路由协调性
通过相应的测试表明，不但数据包的发送速率会影响到路由公平性，最大的网络跳数也会影响到路由协议的公平性。如果在1处控制网络的最大的跳数，这样，通过一跳将各个节点发送的数据向节点内转发，在0.015左右控制路由公平性，表现比较优越。如果在3处控制网路的最大跳数，这样在相应的提升了数据包发送速率后，路由公平性也会逐渐降低。这就说明，有较大的节点跳数存在于根节点中，这样就很难向根节点出发送数据。
2.5路由协议开销
网络内各个节点路由协议开销的随时间变化情况可以用下图来表示，通过下图分析得知，起初的时候，路由协议有着较大的开销，这是由于各个节点要多次交换相应的控制信息构建路由。最高会在250字节/秒控制一跳类节点的路由协议。再次测试证明，随着网络规模的增加，这个最大值也会发生变化，大概在过了50秒后，就会完全建成全网的路由，也可以稳定的运行网络拓扑结构，进而开始渐渐降低路由协议开销，最后控制在26字节/秒左右。
三、技术应用展望
同现阶段的研究成果相结合，需要进一步研究以下几个方面：
1、对多跳网络环境下生成路径的算法进行研究，科学的选择路由设备，从而将数据包的达到率提升，将多跳网络环境内的路由公平性增强。
2、完善与改进测试系统，降低由于测试系统引入的误差和干扰，将测试结果的精度提升。对国外最新的Program in Air 成果进行参考，将远程更新模块添加到测试系统中，通过无线信道更新节点，将节点部署速度提升，从而将实验成本降低。
3、文章主要在我坏耐络环境下对Tiny RPL路由协议的性能进行的测试，所得到了结果只有参考价值，所以，应该在一定的规模下完成更深层次的研究，在各种网络覆盖的真是场景下完成。
4、更加深入的对比分析和测试Contiki RPL与Tiny RPL协议，对它们在多种应用场景下的实际表现情况进行研究，找出其中的优点和不足，将商用级RPL路由协议设计出来。
四、结语
文章通下文对路由协议数据包交付率、路由协议开销、路由协议吞吐率和路由公平性的一些性能进行了评价与分析。在吞吐率方面，Tiny RPL 路由协议还是能够满足需求的，再者就是数据包交付率，通过分析得知，在0.9021控制着Tiny RPL 路由协议最高数据包交付率，对比其他路由协议，它的性能较差，然后就是公平性，在发送速率较低的情况下，Tiny RPL 路由协议有着比较优越的公平性。那么，路由协议开销中，在开始运行网络时，路由协议会有较大的开销，然而，在稳定了整个网络后，就会降低路由协议开销。总的来讲，在路由协议开销、吞吐率方面，Tiny RPL 路由协议性能是非常优越的。但是，在路由公平性与数据包交付率方面，还有待于进一步完善和改进。
参 考 文 献
[1]李树军. 真实环境下RPL路由协议性能评估[J].长春理工大学学报（自然科学版）：897-898.
[2]张西红，角阳飞，高彦彦.基于Tinyos的传感器网络程序实例开发[J].无线电通信技术.2009（01）：632-633.
[3]李建，周颢，赵保华.路由协议一致性测试系统研究及实现[J]. 计算机工程与应用.2015（16）：666-667.
[4]倪淑燕，李春月，廖育荣，陈帅.一种适用于高空平台通信网的抗毁路由协议[J].装备学院学报.2017（01）：321-322.
[5]刘峰.Ad Hoc典型路由协议仿真实现与性能分析[J].软件导刊. 2017（01）：369-371.
[6]李楠，宋科，陈佃军.一种自组织网络DSR路由协议改进方法的研究[J].电子技术应用.2013（07）：952-953.
[7]孙志.无线Mesh网络中基于分簇的多约束QoS路由协议[J].计算机应用.2011（03）：412-413.
[8]胡芹艳，尹长川.无线传感网络中的RPL路由协议研究[J] 物联网技术.2014（01）：521-522.
[9]朱琳，高德云，罗洪斌.无线传感器网络的RPL路由协议研究[J]. 计算机技术与发展.2012（08）：987-988.
路由协议范文第10篇
关键词：MANET；安全；定位信息；路由协议
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 05-0000-02
Ad hoc Routing Protocol Based on Location Information
Li Wenjie
(School of Information Engineering,Henan Province,Zhengzhou450000,China)
Abstract:Based on the location information of the routing protocols function much better than the traditional Ad hoc routing protocol,but based on location information the routing protocol can not be used for high-risk environment.This article introduced the Ad hoc networks secure location-based routing protocol information "Secure Position Aided Ad hoc Routing"(SPAAR) aims to improve mobile Ad hoc routing safety,availability and performance.
Keywords:MANET;Safety;Location information;Routing protocol
移动Ad hoc网络MANET（Mobile Adhoc Network）是一种不需要任何固定通信设施，由多个移动节点通过无线链路连接而形成的任意网状的拓扑结构。节点可以任意移动，网络拓扑结构随意变化，MANET随意改变节点位置或调整它们传输和接收参数，将可能出现链路断链和重建。节点的功能和作用在主机里是非常大的，它不仅保持通信的连接，使之相互依靠，而且每个节点又能进行路由器的维护、路由发现等操作，MANET最早主要在军事作战领域应用推广，并随着技术的进步不断向其它领域拓展，但MANET这些独特参数对传统的固定网络传输协议不太适应，加之网络自身有许多安全弱点，所以，这项技术在安全方面有一些弊端，在今后的实践中亟待进一步去完善解决。
一、SPAAR环境
SPAAR的应用环境比较特殊，它主要应用于MANET的环境，这种环境具有高风险的特点。保持正常工作的条件下，它要求具有下列安全设置的环境：
1.删除路由寻找和路径测定中的不可信节点；2.对恶意节点进行控制，防止恶意节点或理想路径或更改最短路径；3.对路由信息和网络拓扑进行安全设置，禁止将其暴露给不可信节点或敌方。4.采取措施，防止恶意节点把分段路由信息带入网络，造成网络的障碍；5.传输的过程要注意，防止恶意节点对路由信息进行不当篡改；6.对恶意路由环路进行控制，杜绝恶意路由环路的产生。
二、路由协议
以下着重对安全路由协议与定位路由协议作以简要阐述。
（一）安全路由协议
实践中，Adhoc网络的路由协议有多种，每种路由协议的作用与功能也不尽相同，受技术发展水平的限制，协议缺乏相应的安全应对措施，应用中存在诸多弊端。随着MANET协议发明和使用，有效的克服了以往中存在的漏洞与不足，同时它需要安全型路由协议来适用存在的特殊环境。
1.安全型路由协议（SRP）
Secure Routing Protocol协议，简称SRP，该协议是近几年来发明的作为解决MANET安全问题的一种行之有效的方法，并得到广泛的应用。笔者认为SRP的工作原理主要通过以下方式实现的，通过确保路由寻找的节点对其进行辨认，并对因放弃重发所引起的错误拓扑信息进行辨认，防止这些错误拓扑信息的接受，帮助协议进行恶意节点的抵御。
2.安全预知型Adhoc路由协议
在SAR协议的工作环境中，所有节点的标记都是通过用真实数值来实现，数据也是通过真实节点来计算的。原节点发出一个RREQ信号，这些信号要求具有安全特征并满足安全标识的路由，否则可以选择其它信号，如修改过的安全标识的RREQ信号，最终实现寻找到有安全保障的路由的目的。另外，应用者还要对它的真实程度进行辨认，丢弃安全等级低的节点，允许符合安全等级的节点共享路由协议。
（二）定位路由协议（Position Based Routing Protocol）
整个MANET网络与路由关系密切，MANET网络的运行过程同时也是在寻找路由。寻找路由的方式也多种多样，在拓扑协议中主要通过要广播RREQ消息来寻找路由。是实际的操作中要对资源处分利用，若仅涉及靠近目的几个节点显然是对这种技术的浪费。在MANET网络中已研究出的定位路由协议有许多种，这些协议在一般比基于拓扑的协议更能提高性能，在某些特定领域优势更加明显。
三、基于定位信息的安全型路由协议（SPAAR）
基于定位信息的安全型路由协议SPAAR（Secure Position Aided Ad hoc Routing），节点只需要接收来自一跳的邻居节点信息，就可以防止不可信节点窃取定位信息，使网络不会受到隐藏节点和黑洞的攻击，这样运用定位信息提高网络性能和安全性，使协议具有了很高的安全保障。
信息发送之前节点需核实一跳的邻居节点，SPAAR需要每个设备在能探测到自身位置的同时，还要知道源节点和目的节点的大概位置，这样计算源节点和目的节点的最近位置就可以计算出来。如果源节点和个别目的节点的首次通信过程中，没有获得目的节点的位置，就可以是用定位服务器进行定位，如果定位服务器不合适，也可以使用溢出算法获取目的节点的位置和相关的定位信息。
（一）设置
每个节点都需要一对公钥/私钥，源节点可以使用目的节点的公钥对消息加密，加过密的消息是其他任何中间节点所无法解除的，只有目的节点能使用自己的私钥进行解密；同样，目的节点利用源节点的公钥对发送来的消息进行加密，源节点可以使用自己的私钥进行解密。这样就达到了共享SPAAR协议的目的。
每一个节点均配置一对公钥或者私钥，目的是为了保障MANET安全，配置前每个节点需要有一个受委托证书服务器“certificate server” T的证书，这个证书可以将节点的相关信息和节点的公钥捆绑在一起，并由该证书服务器 T进行标记。
（二）邻居路由表（The Neighbor Table）
在SPAAR协议中，邻居路由表是由每个节点维护的，又由于邻居路由表中包含每个已经核实的邻居节点的身份和定位信息甚至是每个邻居节点安全通信所需的密钥，所以这些内容也有每个节点进行维护，这样节点就可以从邻居路由表中接收路由信息，这个过程是节点首先要保存从认证信息那里得到邻居节点的公钥和邻居节点的群解密钥，然后 用解密钥解密RREQs、table update信息以及其它用密钥加密的路由信息，从而接收到路由信息。
1.邻居路由表的建立
第1步：节点N周期广播带有认证信息的“hello”，N的邻居节点解密N的证书，以便核准并获得N的公钥，N的邻居路由表储存N的记录（entry）和N的公钥，各节点与证书、坐标以及传输范围（用N的公钥加密）相对应。
当N从邻居节点X1收到“hello”后，可辨认出X1为一跳的邻居节点，对于所有邻居节点，N仅核实一跳邻居节点，N储存邻居节点的公钥、最近位置以及在N邻居路由表中的传输范围。
第2步：节点N产生一对公钥/私钥，我们称公钥/私钥对为邻居群密钥对，私钥称为N群解密钥，用GEK_N路由表示，公钥称为N群密钥，用GDK_N路由表示。
X1、X2接收来自N的路由分组，在X1、X2广播“hello”信息并完成上述步骤之后，该路由表最长持续时间为X1和 X2之间广播“hello”信息所用的时间。
2.邻居表的维护
（1）table update消息和TUSN
每个节点周期性广播table update消息，向邻居节点介绍其最新定位坐标和传输范围，用节点群密钥对table update消息加密，N的邻居节点解密table update消息，分析新定位信息，核实该节点是否仍然为一跳邻居节点，用新定位信息刷新它们的邻居路由表。
TUSN是一种具有时间特征的序号，N节点每广播一次table update消息或发出含有位置信息的RREP时，该序号就加1，TUSN提供最新位置信息，防止table update消息受到重发攻击，在RREQ中，每个节点利用TUSN将目的节点的最新坐标告诉它的邻居节点。
收到table update消息后，TUSN用时间标识，确定该节点从收到邻近节点的table update后过去的时间。如果经过一段时间后仍未收到邻近节点发送的table update信息，网络链路可能断裂，邻居节点将从路由表中删除。
节点广播table update的间隙长短根据其移动速度大小来定，移动节点移动速率高，广播table update消息的频率就高，与它的邻居节点的刷新同步，为了弥补类似前期中的总开销，所有路由信息都附有table update消息，由节点的邻近密码群加密路由信息（RREQ和位置消息）。
（2）Hello消息
所有节点都广播“hello”消息，将节点的相关消息添加到邻居路由表中，节点从N节点处收到“hello”消息后，查看N节点是否已经是它的邻居节点，如果是，该节点检查N节点的“NGK”字段是否有值，若有值，则它已经属于N的邻居群，可忽视“hello”消息；若在节点邻居路由表内无N，或邻居路由表中N节点的“NGK”字段无值，它传送“hello response”消息，与table update类似，Hello消息之间的间隙与节点的移动速度有关。
（三）路由发现
1.路由请求RREQ
第1步：节点N向邻居节点广播RREQ消息（Route Requests），所有消息用群密钥加密。节点每发出一个RREQ消息，将RREQ消息中的序号加1，它用来防止RREPs重发。
第2步：RREQ接收器用专用群解密钥解密，RREQ消息包含RREQ的序号、目的节点识别器、N与目的节点D之间的距离、D点坐标以及TUSN等内容，解密后RREQ的标识符应当与其邻居节点的标识符相匹配，邻居节点的群组密码解密RREQ，随后把请求信息传递给与它的邻居节点。
第3步：中间节点收到RREQ后，核查路由表，检查它或它的任意邻居节点是否靠近D，确认其中是否有到D的各种新路由，若中间节点拥有最近TUSN目的节点的坐标，它用那些坐标代替含有RREQ的坐标，若中间节点和邻居节点都不靠近目的节点D，则将RREQ丢弃，源节点初始化其他路由寻找进程，并向整个网络发出报警消息，隔离恶意节点。如果两者中某一个靠近D，节点则向前发送含有其标记的RREQ和与S的距离，随后用它的群密钥加密，如果若中间节点有带有最近TUSN目的节点的坐标，那些中间节点代替含有RREQ较旧的坐标，中间节点记录收到RREQ的邻居节点的路由缓存（route cache）地址，从而形成反向路径，该过程在到达目的节点之前不断重复。
2.路由响应RREP
第1步：目的节点在收到RREQ之后发出REEP（Route Replies）消息。
第2步：中间节点收到RREP之后，用其私钥解密，用从邻居节点收到的公钥校验标记，随后在路由表中设置前向记录（entry），指出节点从哪收到RREP，中间节点对RREP标记，在反向路由表中，用下一跳节点的公钥进行加密。
第3步：源节点收到RREP信息之后，进行解密和标识鉴别，源节点比较当前和最初的RREQ_SN信息，防护RREP的重发攻击。
3.路由错误消息
由于各种原因，节点受到路由表中有效路由的攻击而使路由无效，如当前时间周期内原存储的路由无法使用，或者邻居节点由于受到攻击而从邻居路由表中删除，那么所有与该邻居节点有关的路由都是无效的。
四、结束语
在这篇论文中，我们提出了一种基于定位信息的安全型路由协议SPAAR，目的为了是满足处理管理敌对型环境的安全需求。在这样高风险环境下协议通过加密技术使用的MANET网络的路由协议，其定位信息具有可靠性、保密性和统一性，相比传统的MANET路由协议来说，可减少路由开销、增加路由的安全，通过加密用于高风险环境中是绝对没有问题的。
参考文献：
[1]Papadimitratos and Z.J.Haas，Secure Routing for Mobile Ad hoc Networks，Proceedings of SCS Communication Networks and Distributed Systems Modeling and Simulation Conference,San Antonio,USA,2002