C 语言距离矢量路由程序

28 Aug 2024 | 5 分钟阅读

引言

一种称为距离矢量路由的网络路由技术确定网络节点之间的最短路径。每个节点的路由表根据其从周围节点接收的数据反复更新以发挥作用。本文将探讨如何在 C 编程语言中实现距离矢量路由程序。

理解距离矢量路由

在继续程序实现之前，让我们快速了解一下距离矢量路由的功能。为了找到到达目的地的最佳路径，距离矢量路由算法基于以下前提：相邻节点交换路由信息。每个节点都有一个路由表，其中详细说明了到达网络中其他节点所涉及的成本。

该算法在网络中的每个节点循环时，会使用最低成本路径更新路由表。路由表会反复执行此过程，直到它们稳定并收敛。通过与附近节点共享数据并权衡到达目的地的各种路径的成本，路由表会得到更新。

程序设计

在用 C 语言开发距离矢量路由程序之前，我们必须指定数据结构和算法函数。让我们讨论一下程序的布局

数据结构

节点：此结构表示网络节点。它包含节点 ID、路由表信息和附近节点列表等详细信息。
路由表：网络中的每个节点都保留一个路由表，其中包含所有其他节点的条目。每个条目包含目标节点 ID、下一跳节点 ID 以及到达那里所需的传输成本。

函数

initialize_node：此函数创建一个空白路由表并使用其 ID 初始化一个节点。
add_neighbor：此函数通过添加一个相邻节点来扩展给定节点的邻居列表。
update_routing_table：根据从节点的附近节点接收到的数据，此函数修改该节点的路由表。它权衡到达每个目的地的各种路径的成本，并选择成本最低的路径。
print_routing_table：此函数显示节点的路由表。
main：程序的主要目的。首先建立网络，连接节点，然后运行距离矢量路由算法直到收敛。

程序实现

现在让我们深入了解用于距离矢量路由的 C 程序的具体细节。关键如下

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define MAX_NODES 10

// Structure to represent a node in the network
typedef struct Node {
    int id;
    int routing_table[MAX_NODES][3]; // [destination, next_hop, cost]
    int num_neighbors;
    struct Node* neighbors[MAX_NODES];
} Node;

// Function to initialize a node
void initialize_node(Node* node, int id) {
    node->id = id;
    node->num_neighbors = 0;
    for (int i = 0; i < MAX_NODES; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            node->routing_table[i][j] = -1;
        }
    }
}

// Function to add a neighbor to a node
void add_neighbor(Node* node, Node* neighbor) {
    if (node->num_neighbors < MAX_NODES) {
        node->neighbors[node->num_neighbors] = neighbor;
        node->num_neighbors++;
    }
}

// Function to update the routing table of a node
void update_routing_table(Node* node) {
    for (int i = 0; i < node->num_neighbors; i++) {
        Node* neighbor = node->neighbors[i];
        for (int j = 0; j < MAX_NODES; j++) {
            if (neighbor->routing_table[j][0] != -1) {
                int destination = neighbor->routing_table[j][0];
                int cost = neighbor->routing_table[j][2];
                int total_cost = cost + 1; // Assuming a cost of 1 for each hop
                if (node->routing_table[destination][0] == -1 ||
                    total_cost < node->routing_table[destination][2]) {
                    // Update the routing table entry
                    node->routing_table[destination][0] = destination;
                    node->routing_table[destination][1] = neighbor->id;
                    node->routing_table[destination][2] = total_cost;
                }
            }
        }
    }
}

// Function to print the routing table of a node
void print_routing_table(Node* node) {
    printf("Routing table of Node %d:\n", node->id);
    printf("---------------------------\n");
    printf("| Destination | Next Hop | Cost |\n");
    printf("---------------------------\n");
    for (int i = 0; i < MAX_NODES; i++) {
        if (node->routing_table[i][0] != -1) {
            printf("|     %2d      |    %2d    |  %2d  |\n", node->routing_table[i][0],
                   node->routing_table[i][1], node->routing_table[i][2]);
        }
    }
    printf("---------------------------\n");
}

int main() {
    // Create nodes
    Node nodes[MAX_NODES];
    for (int i = 0; i < MAX_NODES; i++) {
        initialize_node(&nodes[i], i);
    }

    // Add neighbors
    add_neighbor(&nodes[0], &nodes[1]);
    add_neighbor(&nodes[0], &nodes[2]);
    add_neighbor(&nodes[1], &nodes[0]);
    add_neighbor(&nodes[1], &nodes[3]);
    add_neighbor(&nodes[2], &nodes[0]);
    add_neighbor(&nodes[2], &nodes[3]);
    add_neighbor(&nodes[3], &nodes[1]);
    add_neighbor(&nodes[3], &nodes[2]);

    // Run distance vector routing algorithm
    int convergence = 0;
    int iteration = 0;
    while (!convergence) {
        convergence = 1;
        printf("Iteration %d\n", iteration);
        for (int i = 0; i < MAX_NODES; i++) {
            update_routing_table(&nodes[i]);
        }

        // Check for convergence
        for (int i = 0; i < MAX_NODES; i++) {
            for (int j = 0; j < MAX_NODES; j++) {
                if (nodes[i].routing_table[j][0] != -1 &&
                    nodes[i].routing_table[j][2] != nodes[i].routing_table[j][2]) {
                    convergence = 0;
                    break;
                }
            }
            if (!convergence) {
                break;
            }
        }

        // Print routing tables
        for (int i = 0; i < MAX_NODES; i++) {
            print_routing_table(&nodes[i]);
        }

        iteration++;
        printf("\n");
    }

    return 0;
}

输出

Iteration 0
Routing table of Node 0:
---------------------------
| Destination | Next Hop | Cost |
---------------------------
---------------------------
Routing table of Node 1:
---------------------------
| Destination | Next Hop | Cost |
---------------------------
---------------------------
Routing table of Node 2:
---------------------------
| Destination | Next Hop | Cost |
---------------------------
---------------------------
Routing table of Node 3:
---------------------------
| Destination | Next Hop | Cost |
---------------------------
---------------------------
Routing table of Node 4:
---------------------------
| Destination | Next Hop | Cost |
---------------------------
---------------------------
Routing table of Node 5:
---------------------------
| Destination | Next Hop | Cost |
---------------------------
---------------------------
Routing table of Node 6:
---------------------------
| Destination | Next Hop | Cost |
---------------------------
---------------------------
Routing table of Node 7:
---------------------------
| Destination | Next Hop | Cost |
---------------------------
---------------------------
Routing table of Node 8:
---------------------------
| Destination | Next Hop | Cost |
---------------------------
---------------------------
Routing table of Node 9:
---------------------------
| Destination | Next Hop | Cost |
---------------------------
---------------------------

结论

在本文中，我们探讨了如何在 C 编程语言中实现距离矢量路由程序。该程序使用数据结构和函数表示和更新网络节点的路由表。您可以运行该程序，查看路由表的收敛以及距离矢量路由算法确定的最佳路径。这种方法为更深入的路由研究和实验提供了一个强大的起点。

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