什么是广播路由算法?如何解决广播风暴?

来源公众号: 帅地玩编程

作者: 帅地

对于广播,我相信在现实生活中我们时常都能接触到,例如学校一言不合就响起了校歌,搞的全校的人都能够听到,想假装没听到都不行。

假如我们把学校比作一个局域网的话,某台主机发起了一个广播,意味着局域网内的其他所有主机都会收到这个广播,那发起广播的主机是如何选择路径来给其他主机发送 广播分组 的呢?考虑下面由几个节点组成的网络:

假如节点 R1 要做一个广播给 R2, R3, R4发广播分组,显然,一种很简单的方法就是R1给 R2, R3, R4三个节点分别发一次广播分组,这意味着R1一共要发送三次同样的广播分组。

大家想一个问题:这种发送方式你觉得合理吗?

是的,这种发送方式在实现上很简单,源节点(R1)每次带上目的节点的地址,然后发送给它就行了。

不过这种方式在效率上是极低的,例如,R1发送的这三个广播分组都会经过同一段链路(R1-R2这段链路),而且R2要是再连接上n个节点的话,代表着这R1需要再发送n次广播分组,这n个报文也会经过同一段链路。

解决方法

为了解决这个问题,我们或许可以这样做:就是R1把广播分组发给他的邻居节点R2,然后R1就不管了,R2再把报文发送给他的所有邻居节点R3, R4(除了从其接收该分组的那个邻居R1)。

显然这种方式也是挺不错的,R1只发送了一次广播分组,而且R1-R2这段链路也不会出现同一个广播分组重复经过的情况。嗯,这很nice。

广播风暴

不过,这种给所有邻居节点发送广播分组的方式够优雅吗?

看下面的一个网络组成:

按照刚才的方法,R1会给R2发送广播分组,接着R2会给R3, R4发送广播分组。刚才我们说过,收到广播分组的节点会给他的所有邻居发送报文(除了从其接受到该报文的那个邻居)。

所以这个时候 R3会给R4发送广播分组文,而R4接收到R3的广播分组之后,R4会给R2发送广播分组,R2收到R4的广播分组之后 ,也会给R3再次发送广播分组…..

如果节点中形成了一个圈,那么就会像上面那样,节点之间不停着发送广播分组,这时网络上充斥着大量重复的广播分组,这将会严重影响资源的利用。

我们也把这种情况称之为 广播风暴

控制广播风暴

因此,我们必须想出某种策略,来控制这种广播风暴。

一种很简单的方法,就是给这一份广播分组做一个标记。例如,源节点(发起广播的节点)可以将其 地址 以及 广播序号 放入这个广播分组中,然后发送给他的所有邻居节点,每个节点会维护它已经收到的、转发的源地址和广播分组的序号列表。

当节点收到一个广播分组时,会检查这个广播分组是否之前接收过(可以通过源地址、报文序号来检查),如果接收过,那么就把该广播分组丢弃,否则,把该广播分组接收,且向所有邻居节点转发。

例如对于下面由7个节点组成是网络

如果 节点 A 要做一个广播,那么 A就会给他的邻居节点B,C发一份广播分组,B,C也会给他的邻居节点发送一个广播分组。意味着B会给 C,D发送广播分组,而 C也会给 B,E,F发送一份广播分组:

当B收到C发给他的报文时,B检测到已经有了该报文,所以B会丢弃C发送给他的广播分组,C也一样会丢弃B发送给他的广播分组。图中青色的箭头代表该广播分组会被丢弃。

从图中不难看出,就算节点之间形成了圈,但也不会出现节点之间循环转发的情况。

虽然该方法简单 ,但确实有效着控制了广播风暴,当然,这只是控制广播风暴的方法之一,实际上还有其他方法,在此我就不说了。

生成树广播

虽然上面的那种方法有效着控制了广播风暴,但也是存在着很多的冗余广播分组(那些被丢弃的广播分组就是冗余的广播分组)。

如果可以,我想让每个节点仅接收一次广播分组,也不用 考虑丢弃广播分组,所以理想的情况应该是这样:

有没有一种方法,可以让广播分组像上面这种情况来传送呢?请大家看下面一个图:

如果把节点当作一个图的顶点,大家观察下左边的图与右边的图有什么联系。

右边的图不就是左边图的 生成树 吗?(学了这么多年的生成树,终于给用到了),如果我们给每一段链路加上相应的费用的话,那么我们最理想的情况就是找到一颗 最小生成树

所以,我们最理想的情况就是让广播报文在最小生成树的路径中传送,于是 ,我们现在的问题就是 找出这些节点组成的网络中的最小生成树

那么,如何构造一颗生成树呢?下面提供一种基于某个中心的方法来建立一颗生成树。注意,是生成树,不是最小生成树。

该方法是这样的:我们先选出一个中心节点,然后其他节点向这个中心节点发送 加入树报文 ,加入树报文经过的路径,都会被嫁接到生成树上。我举个例子吧,好理解点。例如对于这个网络结构:

我们选择 E为中心点,然后其他节点给E发送加入树报文:

1、F节点给E发送加入树报文,此时E-F链路成为初始的生成树,如下图(红色路径表示生成树)

2、接着B给E发送加入树报文,假设B经过的路径是B->D->E。此时路径B-D-E也加入了生成树。

注:D不用在不用在发送加入树报文了,因此他此时已经在生成树里了。

3、接着C给E发送加入树报文,C-E加入生成树。

4、接着,A给E发送报文,假设A选择的路径是A->C->E。不过当A的报文到达C之后,由于原本C-E就在生成树里面了,所以A的报文不用经过C-E,A-C就加入到生成树了。

5、最后G通过D加入生成树。

到此,生成树构建完毕,此时生成树如下:

然后在广播的时候,就可以沿着这条路径来转发复制广播报文了。

文章讲到这里,也大致结束。如果文中有哪里讲错了,欢迎你指出一下。

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