2022/10/21
Chapter 5
第五章：网络层控制平面
网络层：控制平面
章节目标:
了解网络控制平面背后的原理：
Network Layer:
Control Plane
• 传统路由选择算法
• SDN控制器
• 网络管理，配置
 实例化，在Internet中实现:
•
•
•
•
OSPF, BGP
OpenFlow, ODL和ONOS 控制器
因特网控制报文协议: ICMP
SNMP, YANG/NETCONF
Network Layer: Data Plane
Introduction: 1‐1
网络层：“控制平面”的路线图
网络层功能
 概述
 路由选择协议Routing protocols
 链路状态Link State
 距离向量Distance-Vector
 ISP内部路由选择（routing）:
OSPF
 ISP间的路由选择（routing） :
BGP
 SDN 控制层
 因特网控制报文协议ICMP
4-2
 网络管理，配置
 转发forwarding: 将分组从一个输入端
口转移到适当的输出端口
数据平面
 路由选择routing:确定分组从源到目的
地所采用的路由或路径
控制平面
构造网络控制平面的两种方法:
• SNMP
• NETCONF/YANG
 每路由器控制 (传统)
 逻辑集中式控制 (软件定义网络)
Network Layer: 5-3
Network Layer: 5-4
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软件定义网络(SDN) 的控制平面
每路由器控制平面
每台路由器中的 路由选择算法组件在控制平面中的相互作用
远程控制器计算并分发转发表以供每台路由器使用
Remote Controller
Routing
Algorithm
控制平面
控制平面
数据平面
数据平面
CA
CA
到达分组中的首部值
CA
CA
CA
到达分组中的首部值
1
0111
3
1
0111
2
3
2
Network Layer: 5-5
网络层：“控制平面”的路线图
Network Layer: 5-6
路由选择协议
移动网络
 概述
 路由选择协议Routing protocols
目标:从发送方到接收方的过程中确
定一条通过路由器网络的好的路径
（等价于路由）
 路径: 分组从给定的初始源主机传
输到最终目标主机所经过的路由器
序列
 “好的”路径: 有最低开销的路径
如“成本”最少, “最快”, “最少拥堵”
 路由选择: 十大网络挑战之一!
 链路状态Link State
 距离向量Distance-Vector
 ISP内部路由选择（routing）:
OSPF
 ISP间的路由选择（routing） :
BGP
 SDN 控制层
 因特网控制报文协议ICMP
 网络管理，配置
• SNMP
• NETCONF/YANG
Network Layer: 5-7
国家或全球ISP
application
transport
network
link
physical
network
link
physical
network
link
physical
企业网络
network
link
physical
network
link
physical
network
link
physical
数据中心网络
application
transport
network
link
physical
Network Layer: 5-8
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一个计算机网络的抽象图：链路开销
5
2
u
v
2
1
x
3
w
3
1
y
ca,b: 节点a和b间边的链路开销
e.g., cw,z = 5, cu,z = ∞
5
z
1
2
路由选择算法分类
网络运营商定义的开销：所有直连链
路为1，或者与带宽成反比
图: G = (N,E)
N: 路由器集合= { u, v, w, x, y, z }
E: 链路集合={ (u,v), (u,x), (v,x), (v,w), (x,w), (x,y), (w,y), (w,z), (y,z) }
Network Layer: 5-9
集中式: 所有路由器都具有完
整的拓扑和链接开销信息
• “link state” “链路状态”算法
路由变化
（更新）
速度?
动态: 路由变化更快
静态: 路由随时间
变化缓慢,通常人工
进行调整
分散式: 迭代的计算过程，与邻居
交换信息
• 路由器初始时只知道相连邻居的
链路开销
• “distance vector” “距离向量”算
法
全局或局部信息?
• 随着网络流量负
载或拓扑变化而
改变路由选择路
径
• 周期性更新或响
应链路开销变化
• 受路由选择循环、
路由振荡问题的
影响
Network Layer: 5-10