第5章：网络层：控制平面（一）

声明：以下所有内容均来自陈老师的课件，此博客只是为了方便日后复习

本章目标

• 理解网络层控制平面的工作原理：
  • 传统路由选择算法
  • SDN控制器
  • 网络管理
• 它们在Internet中的实例与实现
  • OSPF，BGP
  • OpenFlow、ODL、ONOS控制器
  • ICMP：因特网控制报文协议
  • SNMP

提纲

• 概述
• 路由选择算法
  • 链路状态
  • 距离向量
• Internet中自治系统内部的路由选择：OSPF
• ISP之间的路由选择：BGP
• SDN控制平面
• 因特网控制报文协议
• 网络管理和SNMP

概述

回顾：网络层的两大功能

• 转发forwarding：将分组从路由器的一个输入端口移动到合适的输出端口
• 路由选择routing：决定分组从源主机到目的主机的路径
• 两种构建网络层控制平面的方法：
• 每路由器控制（传统）
• 逻辑集中式控制（软件定义网络）
  

每路由器控制平面

• 在每一台路由器中的单独路由选择组件，在控制平面进行交互
  

软件定义网络（SDN）控制平面：

• 远程控制器（是用软件实现的）计算、分发转发表以供每台路由器使用
  

路由选择算法

• 路由选择的概念

  • 路由选择：按照某种指标，在网络中找到一条从源到目的地的较好路径

    • 路径：分组遍历过的一系列路由器
    • “较好”：按照某种指标较小
    • 指标：站数、时延、费用等，或是一些单纯指标的加权平均
    • 采用什么样的指标，表现网络使用者希望网络在什么方面表现突出以及网络使用者比较重视什么指标
    • TOP-10的网络概念之一
    • 

  • 以网络为单位的路由选择（路由信息通告+路由计算）

    • 以网络为单位进行路由选择，路由信息传输、计算和匹配的代价低
    • 前提条件是：一个网络所有节点的地址前缀相同，且物理上聚集
    • 此时的路由选择就是：计算网络到其他网络如何走的问题

  • 网络到网络的路由选择 = 路由器与路由器之间的路由选择

    • 一个网络对应的路由器到其他网络对应的路由器的路由选择
    • 在一个网络内部，路由器与主机之间的通信由链路层解决
    • 到了这个网络对应的路由器，就是到了这个网络

• 路由选择问题的形式化描述：图抽象
  

  • 
    • 每条链路的开销可以总为1
    • 或者是链路带宽的倒数
    • 或者是拥塞程度
  • 路径的开销：
    • 
  • 图：G=（N,E）
    • 节点集N：路由器集合{u,v,w,x,y,z}.
    • 边集E：链路集合={(u,v),(u,x),(u,w),(v,x),(v,w),(x,w),(x,y),(w,y),(w,z),(y,z)}.
  • 路由选择问题：从源节点到目的节点的最低开销路径是什么？
  • 路由选择算法：寻找最低开销路径的算法

• 路由选择算法的原则

  • 正确性：算法必须是正确的和完整的
    • 使分组一站一站接力，正确发向目的地（“正确”）
    • 所有目的地址都能在路由表中找到相应的表项；没有处理不了的目的地址（完整）
  • 简单性：算法在计算上应简单
    • 最优但复杂的算法，时间上延迟很大，不实用
    • 不应为了获取路由信息增加更多的通信量
  • 健壮性：算法应能适应通信量和网络拓扑的变化
    • 算法能很快适应通信量变化以及网络拓扑变化
    • 不向很拥挤的链路发送数据，不向断了的链路发送数据
  • 稳定性：算法产生的路由不应摇摆
  • 公平性：对每一个节点都公平
  • 最优性：某一个指标最优
    • 实际上，获取最优的结果代价很高，可以是次优的

• 路由选择算法的分类