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第五章 网络层：控制平面
5.1 路由选择算法
路由基础知识
路由：按照某种指标（传输延迟、经过的站点数量等）找到一种从源节点到目标节点的较好路径。
路由选择算法：网络层软件的一部分，完成路由功能。
路由的原则：
- 稳定性：产生的路由不应该摇摆
- 公平性：对每一个站点都公平
- 最优性：某一个指标（时间、费用等）的最优；实际上获取最优的代价较高，可以是次优解。
路由选择算法分类：
- 全局算法：链路状态算法
所有的路由器都拥有完整的拓扑和边的代价信息。 - 分布式算法：距离矢量算法
路由器只知道与它有物理连接关系的邻居路由器，和到邻居路由器的代价值。
链路状态算法（link state） --全局
整体思路
- 各点通过各种渠道获得整个网络拓扑，网络中所有链路代价等信息
- 使用LS路由算法，计算本站点到其他站点的最优路径，得到路由表
- 按照此路由表转发分组
执行流程：
- 发现相邻接点，获知对方网络地址。
- 测量到相邻节点的代价（延迟、开销等）
- 组装一个LS分组，描述它到相邻接点的代价情况
- 将分组通过泛洪的方式发送到所有其他路由器
- 通过Dijkstra算法找到最短路径
距离矢量算法（distance vector） --分布式
基本思想：
- 各路由器维护一张路由表
- 各路由器与相邻路由器交换路由表
- 根据获取的路由信息，更新路由表
| 目标地址 | 邻居地址 | 代价 |
|---|---|---|
| Z | B | 15 |
上面的路由表是A获取的B的路由表
即B到达Z的代价是15， A到B的代价+15就等于A通过B路线到Z的代价。
特点：
- 异步、迭代：
什么时候更新路由表（本地链路代价发生变化、从邻居传来了DV的更新消息） - 分布式：
每个节点只是在自己的DV改变之后向邻居通告；每个节点只管自己和邻居，不操心其他节点。 - 好消息传得快，坏消息传的慢
LS和DV的比较
- 时间复杂度（DV好）
LS:需要泛洪获取整个网络拓扑
DV：只和邻居交换信息 - 收敛时间（LS好）
LS：只要获取到拓扑即可
DV：可能存在环装路由问题（坏消息传的慢） - 健壮性（LS好）
LS：每个节点只计算自己的路由表，错误信息影响较小
DV：每个节点的路由表可能被其他节点使用，错误可以扩散到全网
5.2 自治系统内部的路由选择
RIP(Routing Information Protocol)
采用距离矢量DV算法
定期，每隔30秒交换通告报文
如果180秒没有收到通告信息–》邻居或者链路失效
网络层的协议使用了传输层的服务，以应用层实体的方式实现
OSPF(Open Shortest Path First)
采用链路状态（LS）算法
LS分组在一个网络中分发
全局网络拓扑、代价在每一个节点中都保持
高级特性（RIP中没有）：
安全：所有的OSPF报文都是经过认证的
允许有多个代价相同的路径存在
在大型网络中支持层次性SOPF（本地路由器、骨干路由器）
5.3 ISP之间的路由选择
层次路由：将互联网分成一个个AS（路由器区域）
路由器变成了2个层次路由：
eBGP
从相邻的AS获取子网可达信息，更关注策略
iBGP
将获得的子网可达信息传遍AS内部的所有路由器，关注性能
5.4 SDN控制平面（Software Defined Network）
传统方式：在每一个路由器中的单独路由器算法元件，在控制平面进行交互
SDN方式：一个通用的控制器和本地代理（CAS）交互
SDN特点：
- 通用，基于流的匹配+行动
- 控制平面和数据平面分离
- 控制平面功能在数据交换设备之外实现
- 可编程控制应用
- SDN控制器
维护网络状态信息
通过上面的北向API和控制应用交互
通过下面的南向API和网络交换机交互
逻辑上集中，但是实现上可能是分布式的 - 数据平面交换机
采用硬件实现通用转发功能
流表被控制器计算和安装 - 控制应用
控制的大脑
SDN面临的挑战：
强化可靠、可信、可扩展、安全的分布式系统
网络、协议满足特殊任务需求：如实时性
