广播路由算法：我是如何优雅着把悄悄话带给其他人的

来自：苦逼的码农（微信号：di201805）

作者：帅地

个人简介：一个热爱编程的在校生，我的世界不只有coding，还有writing。目前维护订阅号「苦逼的码农」，专注于写「算法与数据结构」，「Java」,「计算机网络」。

本文字数：2280字

阅读本文大概需要：6 分钟

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。

途中不同箭头的颜色表示R1给不同的节点发广播分组。

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？下面提供一种基于中心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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