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无线网路由协议分类概述版本时间描述作者v1.22010-07-24初稿王陈浩1．路由概述1.1传统路由概述1.1.1基本概念路由：是把信息从源穿过网络传递到目的地的行为，就是指导IP数据包发送的路径信息。路由器：提供了异构网互联的机制，实现将一个网络的数据包发送到另一个网络。路由协议：就是在路由指导IP数据包发送过程中事先约定好的规定和标准。可路由协议：是定义数据包内各个字段的格式和用途的网络层封装协议，该网络层协议允许将数据包从一个网络设备转发到另一个网络设备。路由表：路由器或者其他互联网网络设备上存储的表，该表中存有到达特定网络终端的路径在某些情况下，还有一些与这些路径相关的度量。网络拓扑结构：指用传输媒体互连各种设备的物理布局，就是用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来。拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相互间的连接，它的结构主要有星型结构、环型结构、总线结构、分布式结构、树型结构、网状结构、蜂窝状结构以及它们的混合拓扑结构等。网关：在采用不同体系结构或协议的网络之间进行互通时，用于提供协议转换、路由选择数据交换等网络兼容功能的设施。metric：路由算法用以确定到达目的地的最佳路径的计量标准如路径长度、可靠性、路由延迟等。具体来说，路由协议通过在路由器之间共享路由信息来支持可路由协议。路由信息在相邻路由器之间传递，确保所有路由器知道到其它路由器的路径。总之，路由协议创建了路由表，描述了网络拓扑结构；路由协议与路由协同工作，执行路由选择和数据包转发功能。1.1.2传统路由分类路由分为静态路由和动态路由，其相应的路由表称为静态路由表和动态路由表。静态路由表由网络管理员在系统安装时根据网络的配置情况预先设定，网络结构发生变化后由网络管理员手工修改路由表。动态路由随网络运行情况的变化而变化，路由器根据路由协议提供的功能自动计算数据传输的最佳路径，由此得到动态路由表。静态路由静态路由表在开始选择路由之前就被网络管理员建立，并且只能由网络管理员更改，所以只适于网络传输状态比较简单的环境。静态路由具有以下特点：·静态路由无需进行路由交换，因此节省网络的带宽、CPU的利用率和路由器的内存。·静态路由具有更高的安全性。在使用静态路由的网络中，所有要连到网络上的路由器都需在邻接路由器上设置其相应的路由。因此，在某种程度上提高了网络的安全性。·有的情况下必须使用静态路由，如DDR、使用NAT技术的网络环境。静态路由也有以下局限性：·管理者必须真正理解网络的拓扑并正确配置路由。·网络的扩展性能差。如果要在网络上增加一个网络，管理者必须在所有路由器上加一条路由。·配置烦琐，特别是当需要跨越几台路由器通信时，其路由配置更为复杂。动态路由根据路由算法，动态路由协议可分为距离向量路由协议（DistanceVectorRoutingProtocol）和链路状态路由协议（LinkStateRoutingProtocol）。距离向量路由协议基于Bellman-Ford算法，主要有RIP、IGRP（IGRP为Cisco公司的私有协议）；链路状态路由协议基于图论中非常著名的Dijkstra算法，即最短优先路径（ShortestPathFirst，SPF）算法，如OSPF。在距离向量路由协议中，路由器将部分或全部的路由表传递给与其相邻的路由器；而在链路状态路由协议中，路由器将链路状态信息传递给在同一区域内的所有路由器。根据路由器在自治系统（AS）中的位置，可将路由协议分为内部网关协议（InteriorGatewayProtocol，IGP）和外部网关协议（ExternalGatewayProtocol，EGP，也叫域间路由协议）。域间路由协议有两种：外部网关协议（EGP）和边界网关协议（BGP）。EGP是为一个简单的树型拓扑结构而设计的，在处理选路循环和设置选路策略时，具有明显的缺点，目前已被BGP代替。1.距离向量（DV）协议距离向量指协议使用跳数或向量来确定从一个设备到另一个设备的距离。不考虑每跳链路的速率。距离向量路由协议不使用正常的邻居关系，用两种方法获知拓扑的改变和路由的超时·当路由器不能直接从连接的路由器收到路由更新时；·当路由器从邻居收到一个更新，通知它网络的某个地方拓扑发生了变化。在小型网络中（少于100个路由器，或需要更少的路由更新和计算环境），距离向量路由协议运行得相当好。当小型网络扩展到大型网络时，该算法计算新路由的收敛速度极慢，而且在它计算的过程中，网络处于一种过渡状态，极可能发生循环并造成暂时的拥塞。再者，当网络底层链路技术多种多样，带宽各不相同时，距离向量算法对此视而不见。距离向量路由协议的这种特性不仅造成了网络收敛的延时，而且消耗了带宽。随着路由表的增大，需要消耗更多的CPU资源，并消耗了内存。2.链路状态（LS）路由协议链路状态路由协议没有跳数的限制，使用“图形理论”算法或最短路径优先算法。链路状态路由协议有更短的收敛时间、支持VLSM（可变长子网掩码）和CIDR。链路状态路由协议在直接相连的路由之间维护正常的邻居关系。这允许路由更快收敛。链路状态路由协议在会话期间通过交换Hello包（也叫链路状态信息）创建对等关系，这种关系加速了路由的收敛。不像距离向量路由协议那样，更新时发送整个路由表。链路状态路由协议只广播更新的或改变的网络拓扑，这使得更新信息更小，节省了带宽和CPU利用率。另外，如果网络不发生变化，更新包只在特定的时间内发出（通常为30min到2h）。总的来说，一般小型网络适合采用基于距离向量算法的路由协议，而大型网络则适合采用链路状态算法的路由协议。1.2Adhoc网络中路由概述Adhoc网络是由无线移动节点构成的自组织网络，没有基站、路由器那样的静态网络结构，所有节点都可以随机地、自由地移动，其网络拓扑结构是动态变化的。在Adhoc网络中只有相邻节点之间才能进行通信，若2个节点之间的距离超出传输范围时(一般为150--250m)，那么必须通过一个或多个中间节点以“多跳”的方式来转发信息，因此Adhoc网络的关键问题之一是设计有效的、自适应的路由协议，保证任意2个移动节点在网络拓扑变化以后仍能实现高质量的通信。Adhoc网络在军事、紧急救助和探险等领域具有非常重要的应用前景。传统的路由算法主要基于距离矢量(distancevector)或链路状态(1inkstate)，距离矢量路由中，每个节点维持所有可能到达节点的距离矢量表，并向周围节点周期性地广播自己的路由表，同时根据相邻路由表接收到的值来计算自身路由表的更新值。通过比较到每一个相邻节点的距离，路由器可以确定将哪个节点作为它的“下一跳(nexthop)”，以便于具有最短路径；链路状态路由中，每个路由表维持一个完整的全网拓扑图。每个节点管理到相邻节点链路的损耗，并周期性地广播更新的链路信息。根据每一条链路的信息，每个节点路由表计算到所有可能的目的端的最短路径。由于这两种路由算法所消耗的CPU时间负荷和网络带宽都比较大，因此不能直接应用于Adhoc网络。Adhoe网络中的移动节点使用电池供电，节点之间的无线干扰严重限制了网络吞吐量，节点的移动性难以管理，因此在路由算法的设计中需要主要解决减少能量消耗、减小延迟、提高吞吐量等问题。现存Adhoc网络路由协议可以分为2类：表驱动(table—driven)和源发起按需驱动(source—initiatedon-demandrouting)。1.1表驱动路由协议表驱动路由协议(table—drivenroutingprotocols)是有线网络路由协议向Adhoc网络的移植。网络中的每个节点维持一个或多个表格来存储其它节点的路由信息，通过广播更新信息来保持路由表信息与网络拓扑的变化之间的一致性。典型的表驱动路由协议包括：DSDV(destination—sequenceddistance—vectorrouting)、CGSR(clusterheadgatewayswitchrouting)和WRP(wirelessroutingprotoco1)等。表驱动路由协议虽然可以很快地获得到其它所有节点的路由，但是不可避免地存在信号拥塞和能量过度消耗的问题，而且表驱动路由协议逐渐被需驱动路由协议所替代。1.2源发起按需路由按需路由协议不需要像表驱动路由协议那样实时地维持每个节点的路由信息，而只在源节点需要路由的时候才发起路由，从而降低了对网络带宽和能量的过度消耗。当源节点需要一个到达某一目的节点的路由时，它在网络中发起一个路由发现过程；路由建立之后，会由一个路由维护程序进行维护，直到每条路径都断裂或不再需要路由为止。典型的源发起按需路由包括：AODV(Adhocon—demandvectorrouting)、DSR(dynamicsourcerouting)、TORA(temporallyorderedroutingalgorithm)等。下面一章会介绍到有关协议。1.3无线传感器网络中路由概述随着微电子技术、计算技术和无线通信技术的进步，多功能传感器快速发展，进而使无线传感器网络（wirelesssensornetwork,WSN）成为目前研究热点。WSN是由部署在检测区域内的大量廉价微型传感器节点组成，形成一个多跳的自组织网络系统，使其在小体积内集成信息采集、数据处理和无线通信等功能，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并提供给终端用户。WSN能够广泛应用于军事、环境检测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理、以及机场、大型工业园区的安全检测和其他商业等领域，且将逐渐深入到人类生活的各个领域。无线传感器网络的路由协议不同于传统网络的协议，它具有能量优先、基于局部的拓扑信息、以数据为中心和应用相关四个特点，因而，根据具体的应用设计路由机制时，从四个方面衡量路由协议的优劣：（1）能量高效传统路由协议在选择最优路径时，很少考虑节点的能量问题。由于无线传感器网络中节点的能量有限，传感器网络路由协议不仅要选择能量消耗小的消息传输路径，更要能量均衡消耗，实现简单而且高效的传输，尽可能地延长整个网络的生存期。（2）可扩展性无线传感器网络的应用决定了它的网络规模不是一成不变的，而且很容易造成拓扑结构动态发生变化，因而要求路由协议有可扩展性，能够适应结构的变化。具体体现在传感器的数量、网络覆盖区域、网络生命周期、网络时间延迟和网络感知精度等方面。（3）鲁棒性无线传感器网络中，由于环境和节点的能量耗尽造成传感器的失效、通信质量的降低使网络变得不可靠，所以在路由协议的设计过程中必须考虑软硬件的高容错性，保障网络的健壮性。（4）快速收敛性由于网络拓扑结构的动态变化，要求路由协议能够快速收敛，以适应拓扑的动态变化，提高带宽和节点能量等有限资源的利用率和消息传输效率。而关于无线传感器网络路由协议的分类，研究人员针对不同的标准，形成了多种分类方法，目前还没有统一的分类标准。第三章会对无线传感器网络中的路由协议的分类比较进行详细地介绍。2.适用于MANET的路由简介下面介绍三个适用于MANET中的三个经典路由协议，况且hsn包中也包含有DSDV和AODV协议的内容，所以放到这里来做介绍很有意义。DSDV目的序列距离矢量协议DSDV(DestinationSequencedDistanceVector)（详见[11]）是基于经典的Bellman-Ford路由算法,通过修改路由信息协议RIP得到的,它是一种先应式的路由协议（而DSR和AODV都是按需的）。AODV和DSR都是需要路由时，通过路由发现过程来建立路由，而DSDV则是通过路由表。每个移动节点都在本地保存一张路由表，其中记录了所有与该节点可能进行连接的目标节点、下一跳、跳数和该路由序列号等信息，路由序列号用于区别新旧路由以避免环路的产生,优先采用序列号大的路由,如果序列号相同,则优先采用跳距小的路由。因为DSDV的路由表信息是通过Bellman-ford这一经典的单源最短路径算法得到的，所以这边简单介