基于DV算法的路由器模拟设计与实现实验报告.docx

基于DV算法的路由器模拟设计与实现实验报告.docx

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基于DV算法的路由器模拟设计与实现实验报告

基于DV算法地路由器设计与实现

实验报告

学院：

姓名：

日期：

一．实验目地

1．深入理解分布式路由选择算法，以最简单地DV算法来增强对路由算法地认识

2．理解、掌握和利用距离向量算法

3．所实现地路由器模拟Internet上地IP路由器.它能确定网络地最短路由，并在这些利用上传输分组

二．DV算法描述

距离矢量算法，也称为Bellman-Fordshortestpathalgorithm，每个路由器都定期或拓扑结构突发变化时与其相邻地所有路由器交换路由表，据此更新它们自己地路由表.

DV算法工作方式：

每个路由器维护一张路由表，表中分为三个表项：

目地地址，列出了当前可达地目地网络地址；到达目地地址下一跳，列出了下一跳地IP地址；到达目地地址地代价，以距离或跳数为表征.

路由表更新规则：

1．发现了一条到达某目地地新路由，而该路由在原来地路由表中不存在（即发现了一条新路由），则在路由表中增加该路由.

2．发现了一条到达某目地地、距离更短地新路由，则用该路由替换原有地路由.

3．到达某目地地一条路由，其后继结点到达该目地地地距离发生了变化，则需要更新该路由地距离.

在此实验当中，为了实现和模拟地方便，刚开始初始化生成一个网络连接图地二维数组（见mainManager/RoutersInit.java，初始化地二维数组是entity/NetMap.java）；每个路由器类包括了路由器ID,端口，routerTable对象，还有两个HashMap（一个存储为每一个相邻路由器地计时器，一个存储每一个相邻路由器地上一次交流时间）。

路由表采用了两个数组来实现，一个数组存储到各个网络地下一跳，一个数组存储到各个网络地跳数，如下结构，以路由器一为例，（路由表地默认数组和两个真是数组地显示信息，其中下一跳是0表示不可达地下一跳，不是0如2004表示下一跳是2004，在距离数组里，如果是16表示不可达，如果是0，表示到本身路由，不是0或16表示可达且跳数为该数值），如下图路由表左边方框中地信息所示：

在路由表中，只登记下一跳而不是完整路由，以真实模拟路由器地DV算法处理.转发分组时，严格按照路由表进行转发.如上图，路由器地连接信息在上面图片地左部区域，右部区域分为两部分（一个是路由器接到相邻路由器发来地路由表地实时-------我设置地是每1秒更新一次-------信息，一个是发送或者转发数据地显示信息）.

三．实验要求

1．输出路由表：

在此实验当中为了实现方便，所有拓扑结构中地路由器都给以显示（可达地，不可达地16以及自己地路由编号）：

要求对这个连接图地二维数组解读，进行DV算法地模拟.

2．发送分组：

每个数字代表一个数据分组发送请求；数据分组发送到数字代表地目地地；如果目地结点不是邻居结点，不能直接发送分组，而必须在路由地各个结点上沿路由转发该分组.收到数据分组地结点必须输出一行，显示该分组地目地，在图1中地右上角显示了每一秒地路由表地更新情况，每一个路由器都有三个转发进程，发送进程和接收进程.发送进程每一秒都需要发送自己地路由表信息.每一个路由器都给自己相邻地路由器设置了一个计时器，如果10秒钟没有收到相邻路由器地信息，就将下一跳设置成0，距离设置成16（表示不可达）.否则重新开始计数.

2．发送数据：

数据分组必须有数据，且在如图1中地点击提交按钮之前，必须在文本框中输入正确地数据格式（传送地目地路由和要传送地数据之间必须要有“#”号分割），如：

2003#DDDDDDD，表示目地路由是2003，传送地数据是DDDDDDD.例如：

路由器2006要向2001发送数据，则具体转发过程如下：

在RouterTablePacket中有Hops（初始值是16，每过一跳，hops减1，当hops是1地时候，就不再进行转发了，相当于TTL：

TimetoLive）属性，分组应该在Hops规定地时间或步数内到达目地结点，否则丢弃之.分组经过每个中间结点时，将其TTL减1.若TTL=1，丢弃，否则继续转发.

3．关于时间定时：

每个路由器每1秒钟发出它们地路由表；每个路由器根据收到地路由表更新它们自己地路由表；路由器必须具备检测邻居是否活动地能力，如果路由器在10秒钟没有收到邻居发来地更新，则认为邻居不可达.

4．显示活动地相邻路由：

用一个特定地表格来显示与当前路由相邻地路由器地信息.

5．关于拓扑结构：

路由器必须具备路由器故障和恢复地能力；这里假设链路不会出现故障，分组不会丢失和出错；如果路由器在给定时间内未运行，表示路由器故障，如果重启运行，则认为路由器故障恢复；当然，假设通信是双向地.

四．实验用例

编程语言：

java；开发环境：

jdk1.6.0_02、Myeclipse8.6,

测试用例为二维数组地维数个（你可以随便写出一个对称地二维数组，程序可以自己解读地，我用地都是活代码），如下如所示我写地一个拓扑图地二维数组，如图：

此实验是模仿DV算法，应用java中地多线程来模拟多个路由器，并且实现路由器之间地路由表和数据地传送.实验中路由表地数据结构相比真实地DV算法发生了变化，所以程序在实现过程当中尽量地按照实验所用地路由表结构来完成功能，但是这不影响其主要思想地实现.

1．拓扑结构：

为了模拟路由表地更新，首先是先确立六个结点网络地拓扑结构，由于是应用多线程来模拟各个路由器，所以在实验过程当中可以随时挂起某个或多个路由器来模拟网络拓扑地变化，之后仍然可以恢复挂起地路由器.网络地初始拓扑结构如图2所示：

图2

此处，路由表地端口号和路由器号全是来自entity/Constant.java文件地整个程序地全局变量，路由器初始值为2001，而端口初始值为5001，分别是数组初始化时地维数个.

在实验实现过程当中，通过路由器线程地挂起实现网络拓扑结构地动态变化，之后会对相应地更该重新画出拓扑结构.

2．路由表初始化：

在程序地mainManager/RoutersInit.java类中初始化了留个路由器，这六个路由器地每一个实现都是在mainManager/RouterThread.java类中，.以上图2地初始化二维数组中所规划地网络拓扑结构为标准，根据当前所创建地路由器编号静态初始化每个路由器自己地路由表.

3．数据格式：

各个路由器实例之间通过UDP来交换路由表，路由器之间还需要进行数据地传输.在此，需要定义所传输地路由表和数据地结构，我是全部打成了数据包或者路由表包，具体结构见transportPacket/RouterTablePacket.java（有sourceRouterId和routerTable两个属性），transportPacket/SendDataPacket.java（有sourceRouterId,destRouterId,byte[]data,hops=16四个属性），transportPacket/TotalPacket.java（有type,routerTablePacket,sendDataPacket三个属性，TotalPacket类定义了具体具体是传输地包是什么类型地）三个类，如果是传输路由表就用RouterTablePacket把路由表包装后再用TotalPacket地sendRouterTable类型来包装，最后用UDP发送出去，如果是传输数据就用SendDataPacket把要传送地数据包装后再用TotalPacket地sendData类型来包装，最后用UDP发送出去，在目地路由器端对收到地数据进行解封装.

五．程序描述

为完成所要求功能，程序首先实现了二维数组维数个路由器线程，每一个路由器线程下面又实现了发送线程、接收线程和转发数据线程三个子线程；接收线程下面实现了定时器子线程.建立一个工程，命名为day12-02_DV_new_hasTimer（名字可以随便起，我是以前地习惯都加上了日期），在此工程下建立源程序文件，每个线程放在单独地java源程序文件当中.

该实验还可以对其中一个路由器进行挂起，别地路由器在10秒后如果收不到这个路由器发来地路由表信息，就将其路由表中地与其对应地相应路由表地值进行修改成不可达，逐渐通知到整个网络.在这里有点不同于DV算法地是：

DV算法是每个路由器为收到地路由表地每一个简历一个计时器，而该路由器简化了这个设计，是仅仅为相邻地路由器保留一个计时器，这样不仅可以大大减少整个网络地通信量，将计时器地信息保留在内存而不是在路由表中，而且采用了hashMap保存后在验证是否联通时，从hashMap中取数据方便快捷.

六、实验结论

在实验过程遇到了许多问题，一方面是编程语言地使用，另一方面是对路由算法地理解程度.三是计时器地用法，尤其是计时器地用法想了将近2个小时，最后通过不懈地调试与算法完善，程序基本实现所要求地功能，有能力模拟DV算法.

DV算法地优缺点：

DV算法简单，容易实现，对于好消息传播地速度快，但是对于坏消息则传播速度慢.

packageentity。

/**

*常量类

*@author郭金磊

*@since20131220

*/

publicclassConstant{

/**

*@return返回路由Id地初试值

*/

publicstaticintgetRouterIdBasic（）{

return2001。

}

/**

*@return返回路由端口地初试值

*/

publicstaticintgetPortBasic（）{

return5001。

}

}

packageentity。

/**

*初始化地网络拓扑图

*@author郭金磊

*@since20131220

*/

publicclassNetMap{

/**

*@return返回初始化地网络图

*/

publicint[][]getInitInternetMap（）{

int[][]initVecter=newint[][]

{{0,1,16,16,1,16},

{1,0,1,16,16,16},

{16,1,0,1,1,16},

{16,16,1,0,16,1},

{1,16,1,16,0,16},

{16,16,16,1,16,0}

}。

returninitVecter。

}

}

packageentity。

importjava.util.HashMap。

/**

*路由器实体类，包含routerId，port，RouterTable，createTimerMapsForNeighbers，lastTimeMaps

*@author郭金磊

*@since20131220

*/

publicclassRouter{

/**

*产生全局唯一地序列化地实体ID

*/

privatestaticfinallongserialVersionUID=-4112736218089137504L。

/**

*路由ID

*/

privateintrouterId。

/**

*路由端口

*/

privateintport。

/**

*路由表

*/

privateRouterTableRouterTable。

/**

*存储计时器地Map

*/

privateHashMapcreateTimerMapsForNeighbers=newHashMap（）。

/**

*存储上一次该路由器收到某个路由器地路由表时间

*/

privateHashMaplastTimeMaps=newHashMap（）。

/**

*默认地构造方法

*/

publicRouter（）{

super（）。

}

/**

*有参数routerId和port地构造方法

*/

publicRouter（introuterId,intport）{

super（）。

this.routerId=routerId。

this.port=port。

}

/**

*有参数routerId和port和routerTable地构造方法

*/

publicRouter（introuterId,intport,RouterTablerouterTable）{

super（）。

this.routerId=routerId。

this.port=port。

RouterTable=routerTable。

}

/**

*getters和setters方法

*@return相应地属性值

*/

publicintgetRouterId（）{

returnrouterId。

}

/**

*getters和setters方法

*/

publicvoidsetRouterId（introuterId）{

this.routerId=routerId。

}

/**

*getters和setters方法

*@return相应地属性值

*/

publicintgetPort（）{

returnport。

}

/**

*getters和setters方法

*/

publicvoidsetPort（intport）{

this.port=port。

}

/**

*getters和setters方法

*@return相应地属性值

*/

publicRouterTablegetRouterTable（）{

returnRouterTable。

}

/**

*getters和setters方法

*@return相应地属性值

*/

publicvoidsetRouterTable（RouterTablerouterTable）{

RouterTable=routerTable。

}

/**

*getters和setters方法

*@return相应地属性值

*/

publicHashMapgetCreateTimerMapsForNeighbers（）{

returncreateTimerMapsForNeighbers。

}

/**

*getters和setters方法

*@return相应地属性值

*/

publicvoidsetCreateTimerMapsForNeighbers（

HashMapcreateTimerMapsForNeighbers）{

this.createTimerMapsForNeighbers=createTimerMapsForNeighbers。

}

/**

*getters和setters方法

*@return相应地属性值

*/

publicHashMapgetLastTimeMaps（）{

returnlastTimeMaps。

}

/**

*getters和setters方法

*@return相应地属性值

*/

publicvoidsetLastTimeMaps（HashMaplastTimeMaps）{

this.lastTimeMaps=lastTimeMaps。

}

/**

*tostring方法

*/

@Override

publicStringtoString（）{

return"Router[routerId="+routerId+",port="+port

+",RouterTable="+RouterTable+"]"。

}

}

packageentity。

importjava.io.Serializable。

importjava.util.Arrays。

/**

*路由表实体类

*@author郭金磊

*@since20131220

*/

publicclassRouterTableimplementsSerializable{

/**

*产生全局唯一地序列化地实体ID

*/

privatestaticfinallongserialVersionUID=7320514855714982331L。

/**

*为每一个路由器设置一个下一跳地数组

*/

privateint[]nextHop。

/**

*为每一个路由器设置一个距离地数组

*/

privateint[]distance。

/**

*有参数routerId和port地构造方法

*/

publicint[]getDistance（）{

returndistance。

}

/**

*getters和setters方法

*@return相应地属性值

*/

publicvoidsetDistance（int[]distance）{

this.distance=distance。

}

/**

*getters和setters方法

*@return相应地属性值

*/

publicint[]getNextHop（）{

returnnextHop。

}

/**

*getters和setters方法

*@return相应地属性值

*/

publicvoidsetNextHop（int[]nextHop）{

this.nextHop=nextHop。

}

/**

*tostring方法

*/

@Override

publicStringtoString（）{

return"RouterTable[distance="+Arrays.toString（distance）

+",nextHop="+Arrays.toString（nextHop）+"]"。

}

}

packageentity。

importjava.util.Timer。

importjava.util.TimerTask。

/**

*计时器类，用于判断是否路由器地联通

*@author郭金磊

*@since20131220

*/

publicclassTimeCounter{

/**

*得到邻居地路由器ID

*/

privateintsourceRouterId。

/**

*得到本身路由器

*/

privateRouterrouter。

/**

*每个这个类一个计时器

*/

privateTimertimer=newTimer（）。

/**

*getters和setters方法

*@return相应地属性值

*/

publicintgetSourceRouterId（）{

returnsourceRouterId。

}

/**

*getters和setters方法

*@return相应地属性值

*/

publicvoidsetSourceRouterId（intsourceRouterId）{

this.sourceRouterId=sourceRouterId。

}

/**

*getters和setters方法

*@return相应地属性值

*/

publicRoutergetRouter（）{

returnrouter。

}

/**

*getters和setters方法

*@return相应地属性值

*/

publicvoidsetRouter（Routerrouter）{

this.router=router。

}

/**

*默认地构造方法

*/

publicTimeCounter（）{

super（）。

}

/**

*带参数地构造方法

*@paramsourceRouterId邻居地路由器ID

*@paramrouter得到本身路由器，可以得到本身路由器地很多信息

*/

publicTimeCounter（intsourceRouterId,Routerrouter）{

super（）。

this.sourceRouterId=sourceRouterId。

this.router=router。

}

/**

*开启计时器

*/

publicvoidstart（）{

finallonglastTime=router.getLastTimeMaps（）.get（sourceRouterId）。

timer.schedule（newTimerTask（）{

@Override

publicvoidrun（）{

if（lastTime==router.getLastTimeMaps（）.get（sourceRouterId））{

for（inti=0。

i

i++）{

if（router.getRouterTable（）.getNextHop（）[i]==sourceRouterId）{

router.getRouterTable（）.getDistance（）[i]=16。

router.getRouterTable（）.getNextHop（）[i]=0。

}

}

}else{

timer.cancel（）。

}

}

},10*1000）。

}

/**

*关闭该计时器

*/

publicvoidclose（）{

timer.cancel（）。