小程一言

我的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專欄，是自己在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)筆記與心得，在參考相關(guān)教材，網(wǎng)絡(luò)搜素的前提下，結(jié)合自己過去一段時間筆記整理，而推出的該專欄，整體架構(gòu)是根據(jù)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自頂向下方法而整理的，包括各大高校教學(xué)都是以此順序進(jìn)行的。
面向群體：在學(xué)計網(wǎng)的在校大學(xué)生，工作后想要提升的各位伙伴，

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前些天發(fā)現(xiàn)了一個巨牛的人工智能學(xué)習(xí)網(wǎng)站，通俗易懂，風(fēng)趣幽默，忍不住分享一下給大家， 跳轉(zhuǎn)到網(wǎng)站

網(wǎng)絡(luò)層——控制平面

概述

網(wǎng)絡(luò)層的控制平面是指網(wǎng)絡(luò)層中負(fù)責(zé)控制和管理網(wǎng)絡(luò)路由的部分。它主要包括路由選擇、轉(zhuǎn)發(fā)表的更新、路由協(xié)議的運行和路由信息的交換等功能。

路由選擇

負(fù)責(zé)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和鏈路狀態(tài)信息，選擇最佳的路由路徑來傳輸數(shù)據(jù)包。路由選擇算法可以根據(jù)不同的需求和條件來進(jìn)行優(yōu)化，如最短路徑、最小成本、最大帶寬等。

轉(zhuǎn)發(fā)表

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中用于存儲路由信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它會根據(jù)控制平面的指示不斷更新，以確保數(shù)據(jù)包能夠被正確地轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。

路由協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)層中常用的路由協(xié)議有RIP、OSPF、BGP等，它們負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)中傳播路由信息，協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)行為。

路由信息的交換

在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間需要交換路由信息，以便彼此了解整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由信息。這些路由信息的交換是由控制平面來管理和協(xié)調(diào)的。

小結(jié)

網(wǎng)絡(luò)層的控制平面是網(wǎng)絡(luò)中非常重要的一部分，它負(fù)責(zé)管理和控制整個網(wǎng)絡(luò)的路由行為，確保數(shù)據(jù)包能夠快速、可靠地傳輸?shù)侥康牡亍?/p>

路由選擇算法

在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，路由選擇算法是指網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在收到數(shù)據(jù)包后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜玩溌窢顟B(tài)信息選擇最佳的路由路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。

常見的路由選擇算法

距離矢量路由算法

距離矢量路由算法（Distance Vector Routing Algorithm）是一種分布式路由選擇算法，用于在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中確定數(shù)據(jù)包的最佳路徑。該算法基于每個節(jié)點維護(hù)一個距離向量表，其中包含到達(dá)其他節(jié)點的距離和下一跳信息。節(jié)點之間通過交換距離向量表來更新彼此的路由信息。

工作原理

• 初始狀態(tài)：每個節(jié)點維護(hù)一個距離向量表，表中包含到達(dá)其他節(jié)點的距離和下一跳信息。初始時，節(jié)點只知道直接相鄰節(jié)點的距離，而對于其他節(jié)點的距離則被設(shè)置為無窮大。
• 信息交換：節(jié)點周期性地將自己的距離向量表發(fā)送給相鄰節(jié)點，并接收相鄰節(jié)點發(fā)送的距離向量表。
• 更新距離向量表：當(dāng)節(jié)點接收到相鄰節(jié)點的距離向量表時，它會更新自己的距離向量表，并將更新后的表發(fā)送給其他相鄰節(jié)點。更新的規(guī)則通常包括距離的累積和路徑的選擇。
• 路由選擇：節(jié)點根據(jù)距離向量表中的信息選擇到達(dá)目的節(jié)點的最佳路徑。
• 距離向量表的更新：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時，節(jié)點的距禇向量表會相應(yīng)地更新，以反映新的最佳路徑。

優(yōu)缺點分析

• 優(yōu)點:簡單易實現(xiàn)，適用于小型網(wǎng)絡(luò)。
• 缺點: 慢收斂、計數(shù)到無窮問題和易受路由環(huán)路的影響。

鏈路狀態(tài)路由算法

鏈路狀態(tài)路由算法（Link State Routing Algorithm）是一種常用的路由選擇算法，用于在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中確定數(shù)據(jù)包的最佳路徑。與距離矢量路由算法不同，鏈路狀態(tài)路由算法是基于網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點收集的全局拓?fù)湫畔碛嬎阕罴崖窂健?/p>

基本工作原理

• 拓?fù)湫畔⑹占?#xff1a;每個節(jié)點定期廣播自己的鏈路狀態(tài)信息（包括與相鄰節(jié)點的連接狀態(tài)、成本等），并接收其他節(jié)點發(fā)送的鏈路狀態(tài)信息。

• 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：每個節(jié)點根據(jù)收集到的鏈路狀態(tài)信息構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的全局拓?fù)鋱D，即描述整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的圖，其中節(jié)點表示網(wǎng)絡(luò)中的路由器，邊表示節(jié)點之間的鏈路。

• 最短路徑計算：使用最短路徑算法（如Dijkstra算法）基于全局拓?fù)鋱D計算出到達(dá)其他節(jié)點的最短路徑，并更新節(jié)點的路由表。

• 路由選擇：根據(jù)更新后的路由表，節(jié)點可以選擇到達(dá)目的節(jié)點的最佳路徑。

優(yōu)缺點分析

• 優(yōu)點：收斂速度快、能夠避免計數(shù)到無窮問題、對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓倪m應(yīng)性強等。
• 缺點：需要大量的帶寬來傳輸鏈路狀態(tài)信息、對網(wǎng)絡(luò)中的大規(guī)模拓?fù)湫畔⑻幚磔^為復(fù)雜等。

鏈路狀態(tài)路由算法

路狀態(tài)路由算法（Link State Routing Algorithm）是一種基于全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒌穆酚蛇x擇算法。它的主要思想是每個路由器都維護(hù)一個關(guān)于整個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞娜忠晥D，然后利用這個全局視圖來計算出最佳路徑。

工作原理

• 鏈路狀態(tài)信息收集：每個路由器節(jié)點定期向其相鄰的節(jié)點發(fā)送鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包包含了與相鄰節(jié)點連接的鏈路狀態(tài)信息，如帶寬、延遲、可靠性等。同時，節(jié)點也會接收其他節(jié)點發(fā)送的鏈路狀態(tài)信息。

• 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：每個節(jié)點根據(jù)收集到的鏈路狀態(tài)信息構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的全局拓?fù)鋱D，這個圖描述了整個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，其中節(jié)點表示路由器，邊表示節(jié)點之間的鏈路狀態(tài)信息。

• 最短路徑計算：基于全局拓?fù)鋱D，每個節(jié)點使用最短路徑算法（通常是Dijkstra算法）來計算到達(dá)其他節(jié)點的最短路徑，并更新節(jié)點的路由表。

• 路由選擇：根據(jù)更新后的路由表，節(jié)點可以選擇到達(dá)目的節(jié)點的最佳路徑，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。

• 拓?fù)渥兓幚?#xff1a;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時，例如鏈路狀態(tài)發(fā)生改變或有新的節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，每個節(jié)點都會重新計算最短路徑，并更新自己的路由表。

優(yōu)缺點分析

• 優(yōu)點：收斂速度快、能夠避免計數(shù)到無窮問題、對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓倪m應(yīng)性強等。
• 缺點：例如需要大量的帶寬來傳輸鏈路狀態(tài)信息、對網(wǎng)絡(luò)中的大規(guī)模拓?fù)湫畔⑻幚磔^為復(fù)雜等。

最短路徑算法

在路由選擇算法中，最短路徑算法用于尋找網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點之間的最短路徑。最常見的最短路徑算法包括Dijkstra算法和Bellman-Ford算法。

Dijkstra算法

• Dijkstra算法用于計算從單個源節(jié)點到圖中所有其他節(jié)點的最短路徑。
• 算法使用了一種貪婪的策略，從源節(jié)點開始，逐步擴(kuò)展到其他節(jié)點，直到找到到達(dá)所有節(jié)點的最短路徑。
• Dijkstra算法維護(hù)一個距離數(shù)組dist[]，記錄從源節(jié)點到各個節(jié)點的當(dāng)前最短距離。同時維護(hù)一個集合S，表示已經(jīng)找到最短路徑的節(jié)點。
• 在每一步中，選擇距離集合S最近的節(jié)點，并更新與該節(jié)點相鄰的節(jié)點的距離值，直到所有節(jié)點都加入集合S。
• Dijkstra算法的時間復(fù)雜度為O(V^2)或O(ElogV)，其中V為節(jié)點數(shù)，E為邊數(shù)。

Bellman-Ford算法

• Bellman-Ford算法用于計算從單個源節(jié)點到圖中所有其他節(jié)點的最短路徑，與Dijkstra算法不同的是，它可以處理存在負(fù)權(quán)邊的圖。
• 算法通過不斷的松弛操作，更新節(jié)點之間的最短路徑估計值，直到所有節(jié)點的最短路徑被找到。
• Bellman-Ford算法的時間復(fù)雜度為O(VE)，其中V為節(jié)點數(shù)，E為邊數(shù)。

最短路徑小結(jié)

這些最短路徑算法在路由選擇中扮演著重要的角色，路由器可以利用這些算法計算出到達(dá)目的節(jié)點的最佳路徑，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。最短路徑算法的選擇取決于網(wǎng)絡(luò)的特性，例如是否存在負(fù)權(quán)邊等。

小結(jié)

路由選擇算法的選擇取決于網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、復(fù)雜度、性能需求和安全性要求。不同的算法有不同的優(yōu)缺點，例如距離矢量算法簡單易實現(xiàn)但收斂速度慢，鏈路狀態(tài)算法收斂速度快但占用資源多等。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和需求來選擇合適的路由選擇算法。