Python实现基于DV算法的路由选择协议

清疚 2024-03-25 09:44 29阅读 0赞

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## 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

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