Distance-Vector

Python 实现一个基于 DV 算法的路由选择协议，根据网络状态定期更新路由表。

1. 功能

• 根据节点初始化文件和配置文件进行路由器初始化
• 每个路由器节点能维护自己的路由表，存储最优路径
• 可以通过stop指令关闭某一节点，关闭的节点无法发送和接收消息
• 可以通过start指令重启关闭的节点

2. 实现

2.1 Node类

定义每个路由器节点

2.1.1 变量

• 初始化参数中变量：

  • name: 路由器ID
  • port: 路由器对应UDP端口
  • initFile: 路由器使用的初始化文件
  • configFile: 路由器使用的配置文件

• 类内定义变量

  • 读取configFile后获取的变量
    • self.frequency
    • self.unreachable
    • self.maxValidTime
  • self.timerDict: 节点计时器字典
  • self.neighbor: 将初始化列表中的邻居信息备份
  • self.routeTable: 路由表字典
  • self.isOn = True: 表示存储器正处于运行状态
  • self.sendSequenceNumber: 发送包的序列号
  • self.recvSequenceNumber: 接收包的序列号
  • self.routeTableLock: 路由表线程锁

• 交换的路由信息

  • SrcNode: 发送节点的ID(该值会成为路由表中Neighbor值)
  • DestNode: 目的节点的ID
  • Distance: 发送节点到达目的节点的距离

• 节点维护的路由表

  • DestNode: 目的地节点ID
  • Distance: 自身到达目的节点所需的距离
  • Neighbor: 下一跳路由器节点ID, 若直达, 该变量值为目的地节点ID

2.1.2 方法

初始化函数：

• def find_neighbor：邻居初始化
• def config_init：config初始化
• def timer_init：timer初始化

def send_info(self.isOn, self.neighbor, self.routeTable)

• 功能: 如果当前节点处于活动状态，每三秒向该节点的所有邻居发送路由信息
• 参数:
  • neighbor: 节点邻居列表
  • routeTable: 节点路由表
• 无返回值

def refreshRouteTable(switchInfoList)

• 功能:
  • 根据收到的路由信息更新本节点路由表
  • 将收到路由信息的邻居节点的计时器关闭
• 参数：
  • switchInfoList: 接收的信息
  • routeTable: 原路由表
• 实现：
  • 将发来的路由更新信息转换成路由表格式：将路由表中的下一跳（路由表的neighbor）设置为路由信息中srcNode
  • 根据转换得到的路由表中的每个项目：
    • 若原表中没有destNode，填入路由表
    • 如果原表中有destNode，查看下一跳路由器ID：如果原表下一跳和转换得到表下一跳相同，直接替换项目；如果不相同，如果新距离比较近就更新，否则不做处理
    • 如果xx秒没有收到相邻路由器的更新路由表，则把其设为不可达路由器，对应neighbor中的值也会修改
    • 检测到有来自重启路由器消息后的特殊操作: 将路由表中对应重启路由器的项恢复到初始状态(使用路由表备份实现)
• 返回值: RouteTable(更新后的路由表), receivedRouteTable(接收到的路由表)

def receive_info(self)

• 功能：

  • 启动每个邻居节点的计时器并开始循环接收端口信息
  • 更新路由表

• 实现：

  实现:

  • 使用UDPsocket循环接收端口的信息

  • 对接收的每条信息进行分析，调用self.refreshRouteTable函数更新路由表

  • 对接受到的消息进行记录

def set_invalid_node

• 功能：处理已经失效的节点
• 实现：将路由表中失效节点距离设置为self.unreachable

def check

• 功能:
  • 检测无效节点并记录
  • 对无效节点进行处理
• 实现:
  • 遍历节点计时器字典, 检查是否有超时计时器, 超时计时器对应的节点为无效节点, 并将无效节点写入日志文件
  • 调用set_invalid_node对无效节点进行处理

def display

• 功能: 直观显示当期时刻节点路由表情况(调试用)
• 实现: 每10s遍历一次节点路由表并记录在日志文件中

2.2 packet类

定义路由表信息打包和解包方法

2.2.1 方法

• packet.make(currentNode, self.routeTable)

  • 功能: 使用路由表制作交换路由信息

  • 参数: 节点当前路由表(List)

    e.g: 当前节点ID为c, 路由表如下

    [[a, 10.0, b], [d, 10.0, b]]

  • 返回值: 交换的路由信息(String)

    'c;10;a&c;10;d'

• packet.extract(self.switchInfo)

  • 功能: 提取交换路由信息中内容
  • 参数: switchInfo(交换路由信息(String))
  • 返回值: switchInfoList(路由信息的List形式(List))

2.3 timer类

定义计时器

• def __init__: 初始化
• def start: 启动计时器
• def timeout: 判断计时器超时
• def refresh: 计时器重置

2.4 dvsim类(控制)

指令形式

# 初始化节点
init a 50001 a.txt
# 关闭某节点：结束节点进程
stop a
# 打开某节点: 为节点创建进程
start a

2.4.1 变量

• self.nodeDict: 存储当前存在的所有节点

2.4.2 方法

• init指令: 初始化节点, 将初始化的节点加入self.nodeDict中
• stop指令: 关闭节点, 将当前节点状态(node.isOn)设置为False
• start指令:
  • 重置该节点的邻居计时器: 因为节点被暂停时没有设置暂停计时器, 所以此处直接重置
  • 将当前节点状态(node.isOn)设置为True