8 网络层

网络层

• 从发送主机向接收主机传送数据段(segment)
• 发送主机:将数据段封装到数据报(datagram）中
• 接收主机:向传输层交付数据段(segment)
• 每个主机和路由器都运行网络层协议
• 路由器检验所有穿越它的IP数据报的头部域
  • 决策如何处理IP数据报

网络层核心功能-转发与路由

• 转发(forwarding): 将分组从路由器的输入端口转移到合适的输出端口
• 路由(routing): 确定分组从源到目的经过的路径
  • 路由算法( routingalgorithms)

网络层核心功能-连接建立

• 某些网络的重要功能:
  • ATM，帧中继,×.25
• 数据分组传输之前两端主机需要首先建立虚拟/逻辑连接
  • 网络设备(如路由器）参与连接的建立
• 网络层连接与传输层连接的对比:
  • 网络层连接: 两个主机之间(路径上的路由器等网络设备参与其中)
  • 传输层连接: 两个应用进程之间(对中间网络设备透明)

网络层服务模型

• 无连接服务(connection-less service):
  • 不事先为系列分组的传输确定传输路径
  • 每个分组独立确定传输路径
  • 不同分组可能传输路径不同
  • 数据报网络(datagram network )
• 连接服务(connection service):
  • 首先为系列分组的传输确定从源到目的经过的路径(建立连接)
  • 然后沿该路径（连接）传输系列分组
  • 系列分组传输路径相同
  • 传输结束后拆除连接
  • 虚电路网络(virtual-circuit network )

连接服务与无连接服务

• 数据报(datagram)网络与虚电路(virtual-circuit)网络是典型两类分组交换网络
• 数据报网络提供网络层无连接服务
• 虚电路网络提供网络层连接服务
• 类似于传输层的无连接服务（UDP）和面向连接服务（TCP)，但是网络层服务:
  • 主机到主机服务
  • 网络核心实现

虚电路(Virtual circuits)

• 虚电路:一条从源主机到目的主机，类似于电路的路径(逻辑连接)
  • 分组交换
  • 每个分组的传输利用链路的全部带宽
  • 源到目的路径经过的网络层设备共同完成虚电路功能
• 通信过程:
  • 呼叫建立(call setup)→数据传输→拆除呼叫
• 每个分组携带虚电路标识(VCID)，而不是目的主机地址
• 虚电路经过的每个网络设备(如路由器），维护每条经过它的虚电路连接状态
• 链路、网络设备资源(如带宽、缓存等)可以面向VC进行预分配
  • 预分配资源=可预期服务性能
  • 如ATM的电路仿真(CBR)

VC的具体实现

每条虚电路包括:

1. 从源主机到目的主机的一条路径
2. 虚电路号(VCID)，沿路每段链路一个编号
3. 沿路每个网络层设备（如路由器），利用转发表记录经过的每条虚电路

• 沿某条虚电路传输的分组，携带对应虚电路的VCID，而不是目的地址
• 同一条VC，在每段链路上的VCID通常不同
  • 路由器转发分组时依据转发表改写/替换虚电路号
  • VC路径上 每个路由器 都需要维护VC连接的状态信息!

虚电路信令协议(signaling protocols）

• 用于VC的建立、维护与拆除
  • 路径选择
• 应用于虚电路网络
  • 如ATM、帧中继(frame-relay)网络等
• 目前的Internet不采用

数据报网络

• 网络层无连接
• 每个分组携带目的地址
• 路由器根据分组的目的地址转发分组
  • 基于路由协议/算法构建转发表
  • 检索转发表
  • 每个分组独立选路（IP地址范围：最长前缀匹配优先）

最长前缀匹配优先

• 在检索转发表时，优先选择与分组目的地址匹配前缀最长的入口(entry ) 。

数据报网络 or VC网络?

Internet(数据报网络)

• 计算机之间的数据交换
  • “弹性”服务，没有严格时间需求
• 链路类型众多
  • 特点、性能各异
  • 统一服务困难
• “智能”端系统(计算机)
  • 可以自适应、性能控制、差错恢复
• 简化网络，复杂“边缘”

ATM(VC网络)

• 电话网络演化而来
• 核心业务是实时对话:
  • 严格的时间、可靠性需求
  • 需要有保障的服务
• “哑(dumb)”端系统(非智能)
  • 电话机
  • 传真机
• 简化“边缘”, 复杂网络

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IPV4协议

主机、路由器网络层主要功能:

IP数据报(分组)格式

• 版本号字段占4位:IP协议的版本号
  • E.g.4→lPv4，6→ IPv6
• 首部长度字段占4位: IP分组首部长度
  • 以4字节为单位
  • E.g. 5→IP首部长度为20(5×4)字节
• 服务类型(TOS) 字段占8位: 指示期望获得哪种类型的服务
  • 1998年这个字段改名为区分服务
  • 只有在网络提供区分服务(DiffServ)时使用
  • 一般情况下不使用，通常IP分组的该字段(第2字节)的值为00H
• 总长度字段占16位:IP分组的总字节数(首部+数据)
  • 最大IP分组的总长度:65535B
  • 最小的IP分组首部:20B
  • IP分组可以封装的最大数据:65535-20=65515B
• 生存时间(TTL) 字段占8位: IP分组在网络中可以通过的路由器数（或跳步数)
  • 路由器转发一次分组，TTL减1
  • 如果TTL=0，路由器则丢弃该IP分组
• 协议字段占8位: 指示IP分组封装的是哪个协议的数据包
  • 实现复用/分解
  • E.g.6为TCP，表示封装的为TCP段;17为UDP，表示封装的是UDP数据报
• 首部校验和字段占16位:实现对IP分组首部的差错检测.
  • 计算校验和时，该字段置全0
  • 采用反码算数运算求和，和的反码作为首部校验和字段
  • 逐跳计算、逐跳校验
• 源IP地址、目的IP地址字段各占32位: 分别标识发送分组的源主机/路由器(网络接口)和接收分组的目的主机/路由器(网络接口）的IP地址
• 选项字段占长度可变，范围在1~40B之间:携带安全、源选路径、时间戳和路由记录等内容
  • 实际上很少被使用
• 填充字段占长度可变，范围在0~3B之间: 目的是补齐整个首部，符合32位对齐，即保证首部长度是4字节的倍数

IP分片

最大传输单元(MTU)

网络链路存在MTU(最大传输单元)——链路层数据帧可封装数据的上限

• 不同链路的MTU不同

大IP分组向较小MTU链路转发时，可以被“分片”(fragmented)

• 1个IP分组分为多片IP分组
• IP分片到达目的主机后进行“重组”(reassembled)

• IP首部的相关字段用于标识分片以及确定分片的相对顺序
  • 标识字段占16位: 标识一个IP分组
    • IP协议利用一个计数器，每产生IP分组计数器加1，作为该IP分组的标识
  • 标志位字段占3位:
    • DF(Don’t Fragment)
    • MF (More Fragment)
      • DF =1:禁止分片;
      • DF=0:允许分片
      • MF =1:非最后一片;
      • MF =0:最后一片(或未分片)

• 片偏移字段占13位: 一个IP分组分片封装原IP分组数据的相对偏移量
  • 片偏移字段以8字节为单位

IP分片过程

• 假设原IP分组总长度为L，待转发链路的MTU为M
• 若L>M，且DF=0，则可以/需要分片
• 分片时每个分片的标识复制原IP分组的标识
• 通常分片时,除最后一个分片，其他分片均分为MTU允许的最大分片
• 一个最大分片可封装的数据应该是8的倍数，因此，一个最大分片可封装的数据为:

需要的总片数为:

IP编址(addressing)

• IP分组:
  • 源地址(SA)-从哪儿来
  • 目的地址(DA)-到哪儿去
• 接口(interface): 主机/路由器与物理链路的连接
  • 实现网络层功能
  • 路由器通常有多个接口
  • 主机通常只有一个或两个接口(e.g.，有线的以太网接口，无线的802.11接口)
• IP地址: 32比特(IPv4)
  • 编号标识主机、路由器的接口
• IP地址与每个接口关联
• 怎样为接口分配IP地址呢?

IP子网(Subnets)

IP地址:

• 网络号(NetlD)一高位比特
• 主机号(HostlD)一低位比特

IP子网:

• IP地址具有相同网络号的设备接口
• 不跨越路由器（第三及以上层网络设备)）可以彼此物理联通的接口

IP地址(Addresses)

特殊IP地址

私有（Private）IP地址

IP子网划分

IP地址:

• 网络号(NetlD)一高位比特
• 子网号(SubID)一原网络主机号部分比特
• 主机号(HostlD)一低位比特

Q：如何确定是否划分了子网? 利用多少位划分子网?

• 子网掩码

子网掩码

• 形如IP地址:
  • 32位
  • 点分十进制形式
• 取值:
  • NetlD、SubID位全取1
  • HostlD位全取0
• 例如:
  • A网的默认子网掩码为: 255.0.0.0
  • B网的默认子网掩码为: 255.255.0.0
  • C网的默认子网掩码为: 255.255.255.0
  • 借用3比特划分子网的B网的子网掩码为: 255.255.224.0

子网地址 + 子网掩码 一> 准确确定子网大小

划分为等长的4个子网，需要 HostID 的前两个比特位取1。因此，子网掩码为： 255.255.255.192

Q：路由器如何确定应该将 IP 分组转发到哪个子网?

• 将IP分组的目的IP地址与子网掩码按位与运算，提取子网地址

CIDR

无类域间路由(CIDR: Classless InterDomain Routing)

• 消除传统的A类、B类和C类地址界限
  • NetID+SubID—Network Prefix (Prefix)可以任意长度
  • 融合子网地址与子网掩码，方便子网划分
    • 无类地址格式: a.b.c.d/x，其中x为前缀长度
    • 例如：

• 子网描述：201.2.3.64，255.255.255.192—201.2.3.64/26
• 提高IPv4地址空间分配效率
• 提高路由效率
  • 将多个子网聚合为一个较大的子网
  • 构造超网( supernetting)
  • 路由聚合( route aggregation)
    • 选用更具体的路由: 最长前缀匹配优先!

DHCP协议

Q：如何获得IP地址?

• 硬编码
  • 静态配置

• 动态主机配置协议-DHCP: Dynamic Host ConfigurationProtocol
  • 从服务器动态获取:
    • IP地址
    • 子网掩码
    • 默认网关地址
    • DNS服务器名称与IP地址
  • “即插即用”
  • 允许地址重用
  • 支持在用地址续租
  • 支持移动用户加入网络

动态主机配置协议(DHCP)

• 主机广播“DHCP discover”(发现报文)
• DHCP服务器利用“DHCP offer”(提供报文)进行响应
• 主机请求IP地址:“DHCPrequest”(请求报文)
• DHCP服务器分配IP地址:“DHCP ack”(确认报文)

• DHCP协议在应用层实现
  • 请求报文封装到UDP数据报中
  • IP广播
  • 链路层广播(e.g.以太网广播)
  • DHCP服务器构造ACK报文
    • 包括分配给客户的IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器地址

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网络地址转换(NAT)

• 动机:
  • 只需/能从ISP（Internet Service Provider）申请一个IP地址
    • IPv4地址耗尽
  • 本地网络设备IP地址的变更，无需通告外界网络
  • 变更ISP时，无需修改内部网络设备IP地址
  • 内部网络设备对外界网络不可见，即不可直接寻址(安全)
• 实现:
  • 替换
    • 利用(NAT IP地址,新端口号)替换每个外出IP数据报的(源P地址,源端口号)
  • 记录
    • 将每对(NAT IP地址,新端口号)与(源IP地址,源端口号)的替换信息存储到NAT转换表中
  • 替换
    • 根据NAT转换表，利用(源IP地址,源端口号)替换每个进入内网IP数据报的(目的IP地址,目的端口号)，即(NAT IP地址,新端口号)

• 16-bit端口号字段:
  • 可以同时支持60,000多并行连接!
• NAT主要争议:
  • 路由器应该只处理第3层(网络层)功能
  • 违背端到端通信原则
  • 应用开发者必须考虑到NAT的存在，e.g. P2P应用
  • 地址短缺问题应该由IPv6来解决

NAT穿透问题

• Q: 客户期望连接内网地址为10.0.0.1的服务器
  • 客户不能直接利用地址10.0.0.1直接访问服务器
  • 对外唯一可见的地址是NAT地址:138.76.29.7
• 解决方案1: 静态配置NAT，将特定端口的连接请求转发给服务器
  • e.g., (138.76.29.7,2500)总是转发给(10.0.0.1,25000)
• 解决方案2: 利用UPnP(Universal Plug and Play)互联网网关设备协议( IGD-Internet Gateway Device )自动配置:
  • 学习到NAT公共P地址(138.76.29.7)
  • 在NAT转换表中，增删端口映射

• 解决方案3: 中继(如Skype)
  • NAT内部的客户与中继服务器建立连接
  • 外部客户也与中继服务器建立连接
  • 中继服务器桥接两个连接的分组

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互联网控制报文协议(ICMP)

• 互联网控制报文协议ICMP (Internet Control MessageProtocol)支持主机或路由器:
  • 差错(或异常)报告
  • 网络探询
• 两类ICMP报文:
  • 差错报告报文(5种)
    • 目的不可达
    • 源抑制(Source Quench)
    • 超时/超期
    • 参数问题
    • 重定向(Redirect)
  • 网络探询报文(2组)
    • 回声(Echo)请求与应答报文(Reply)
    • 时间戳请求与应答报文

例外情况

• 几种不发送ICMP差错报告报文的特殊情况:
  • 对ICMP差错报告报文不再发送ICMP差错报告报文
  • 除第1个IP数据报分片外，对所有后续分片均不发送ICMP差错报告报文
  • 对所有多播IP数据报均不发送ICMP差错报告报文
  • 对具有特殊地址（如127.0.0.0或0.0.0.0）的IP数据报不发送ICMP差错报告报文
• 几种ICMP报文已不再使用
  • 信息请求与应答报文
  • 子网掩码请求和应答报文
  • 路由器询问和通告报文

ICMP报文的格式

• ICMP 报文封装到 IP 数据报中传输

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IPv6简介

• 最初动机:
  • 32位IPv4地址空间已分配殆尽
• 其他动机:改进首部格式
  • 快速处理/转发数据报
  • 支持QoS（区分服务质量）
• IPv6数据报格式:
  • 固定长度的40字节基本首部
  • 不允许分片

IPv6数据报格式

• 版本号：与IPv4相同，兼容IPv4.
• 优先级(priority): 标识数据报的优先级
• 流标签(flow Label): 标识同一 “流” 中的数据报
• 载荷长度-16位，对应64KB
• 下一个首部(next header): 标识下一个选项首部或上层协议首部(如TCP首部)
• 对应 IPv4 的 TTL: 数据报能转发的最大设备（路由器）数

其他改变 vs IPv4

• 校验和(checksum): 彻底移除，以减少每跳处理时间
• 选项(options): 允许，但是从基本首部移出，定义多个选项首部，通过“下一个首部”字段指示
• ICMPv6: 新版ICMP
  • 附加报文类型，e.g. “Packet Too Big”
  • 多播组管理功能

IPV6地址表示形式

• 一般形式(16进制，以冒号分割): 1080:0:FF:0:8:800:200C:417A
• 压缩形式: FF01:0:0:0:0:0:0:43
  • 压缩→FF01::43
• IPv4-嵌入形式: 0:0:0:0:O:FFFF:13.1.68.3 或 ::FFFF:13.1.68.3
• 地址前缀: 2002:43c:476b:/48 (注:IPv6不再使用掩码!)
• URLs: http://[3FFE::1:800:200C:417A]:8000

IPv6基本地址类型

IPv4向IPv6过渡

• Q：不可能在某个时刻所有路由器同时被更新为IPv6
  • 不会有“标志性的日期”
  • IPv4和IPv6路由器共存的网络如何运行?
• 隧道(tunneling): IPv6数据报作为IPv4数据报载荷进行封装，穿越IPv4网络

例题：

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路由算法

路由算法分类

静态路由 vs 动态路由?

• 静态路由:
  • 手工配置
  • 路由更新慢
  • 优先级高
• 动态路由:
  • 路由更新快
    • 定期更新
    • 及时响应链路费用或网络拓扑变化

全局信息vs分散信息?

• 全局信息: 所有路由器掌握完整的网络拓扑和链路费用信息
  • E.g. 链路状态(LS)路由算法
• 分散(decentralized)信息: 路由器只掌握物理相连的邻居以及链路费用
  • 邻居间信息交换、运算的迭代过程
  • E.g. 距离向量(DV)路由算法

链路状态(LS)路由算法

• Dijkstra算法
  • 所有结点(路由器)掌握网络拓扑和链路费用
    • 通过“链路状态广播”
    • 所有结点拥有相同信息
  • 计算从一个结点(“源”)到达所有其他结点的最短路径
    • 获得该结点的转发表
  • 迭代: k次迭代后，得到到达k个目的结点的最短路径

符号:

• c(x,y): 结点x到结点y链路费用;如果x和y不直接相连，则=oo
• D(v): 从源到目的v的当前路径费用值
• p(v): 沿从源到v的当前路径，v的前序结点
• N’: 已经找到最小费用路径的结点集合

• 算法复杂性: n个结点
  • 每次迭代:需要检测所有不在集合N’中的结点,w
  • n(n+1)/2次比较:O(n2)
  • 更高效的实现: O(nlogn)
• 存在震荡(oscillations)可能:
  • e.g.,假设链路费用是该链路承载的通信量:

距离向量路由算法

• 异步迭代:
  • 引发每次局部迭代的因素局部链路费用改变
  • 来自邻居的DV更新
• 分布式:
  • 每个结点只当DV变化时才通告给邻居
    • 邻居在必要时(其DV更新后发生改变)再通告它们的邻居

距离向量DV: 链路费用变化

链路费用变化:

• 结点检测本地链路费用变化
• 更新路由信息，重新计算距离向量
• 如果DV改变，通告所有邻居

t0: y检测到链路费用改变，更新DV，通告其邻居.
t1: z收到y的DV更新，更新其距离向量表，计算到达x的最新最小费用，更新其DV，并发送给其所有邻居.
t2: y收到z的DV更新，更新其距离向量表，重新计算y的DV, 未发生改变，不再向z发送DV.

距离向量DV: 无穷计数问题

• 好消息传播快
• 坏消息传播慢

A：毒性逆转

A：定义最大度量(maximum metric)

• 定义一个最大的有效费用值，如15跳步，16跳步表示无穷

层次路由

提出动机

将任意规模网络抽象为 一个图计算路由-过于理想化

• 标识所有路由器
• “扁平”网络
• 在实际网络（尤其是大规模网络）中，不可行!

网络规模: 考虑6亿目的结点的网络

• 路由表几乎无法存储!
• 路由计算过程的信息( e.g.链路状态分组、DV)交换量巨大，会淹没链路!

管理自治:

• 每个网络的管理可能都期望自主控制其网内的路由
• 互联网(Internet)=网络之网络(network of networks)

• 聚合路由器为一个区域: 自治系统AS
  (autonomous systems)
  • 同一AS内的路由器运行相同的路由协议(算法)
    • 自治系统内部路由协议( “intra-AS” routing protocol)
    • 不同自治系统内的路由器可以运行不同的AS内部路由协议
• 网关路由器(gateway router):
  • 位于AS“边缘”
  • 通过链路连接其他AS的网关路由器

• 转发表由AS内部路由算法与AS间路由算法共同配置
  • AS内部路由算法设置 AS内部目的网络路由入口(entries)
  • AS内部路由算法与AS间路由算法 共同设置 AS外部目的网络路由入口

自治系统间(Inter-AS)路由任务

假设AS1内某路由器收到一个目的地址在AS1之外的数据报:

• 路由器应该将该数据报转发给哪个网关路由器呢?

AS1必须:

1. 学习到哪些目的网络可以通过AS2到达，哪些可以通过AS3到达
2. 将这些网络可达性信息传播给AS1内部路由器

假设AS1通过AS间路由协议学习到: 子网x通过AS3和AS2均可到达
为了配置转发表，路由器1d必须确定应该将去往子网x的数据报转发给哪个网关?

• 这个任务也是由AS间路由协议完成!

A: 热土豆路由: 将分组发送给最近的网关路由器.

Internet 路由

• Internet采用层次路由
• AS内部路由协议也称为内部网络协议 IGP(interior gateway protocols)
• 最常见的AS内部路由协议:
  • 路由信息协议: RIP(Routing Information Protocol)
  • 开放最短路径优先: OSPF(Open Shortest Path First)
  • 内部网关路由协议: IGRP(Interior Gateway RoutingProtocol)
    • Cisco私有协议

RIP 协议

• 最早于1982年随BSD-UNIX操作系统发布
• 采用距离向量路由算法
  • 距离度量: 跳步数(max = 15 hops), 每条链路1个跳步
  • 每隔30秒，邻居之间交换一次DV，成为通告(advertisement)
  • 每次通告:最多25个目的子网(IP地址形式)

RIP: 链路失效、恢复

• 如果180秒没有收到通告→邻居/链路失效
  • 经过该邻居的路由不可用，重新计算路由
    • 向邻居发送新的通告
    • 邻居再依次向外发送通告（如果转发表改变）
    • 链路失效信息能否快速传播到全网?
      • 可能发生无穷计数问题
    • 毒性逆转技术用于预防乒乓(ping-pong)环路(另外:无穷大距离=16 hops)

RIP 路由表的处理

• RIP路由表是利用一个称作route-d (daemon)的应用层进程进行管理
  • 位于网络层，应用进程实现
• 通告报文周期性地通过UDP数据报发送

OSPF (Open Shortest Path First)

• “开放”:公众可用
• 采用链路状态路由算法
  • LS分组扩散（通告)
  • 每个路由器构造完整的网络(AS)拓扑图
  • 利用Dijkstra算法计算路由
• OSPF通告中每个入口对应一个邻居
• OSPF通告在整个AS范围泛洪
  • OSPF报文直接封装到 IP数据报 中
• 与OSPF极其相似的一个路由协议: IS-IS路由协议

OSPF优点(RIP不具备）

• 安全(security): 所有OSPF报文可以被认证(预防恶意入侵)
• 允许使用 多条 相同费用的路径 (RIP只能选一条)
• 对于每条链路，可以针对不同的TOS设置多个不同的费用度量(e.g.，卫星链路可以针对“尽力”(best effort)ToS设置“低”费用;针对实时ToS设置“高”费用)
• 集成单播路由与多播路由:
  • 多播OSPF协议(MOSPF) 与OSPF利用相同的网络拓扑数据
• OSPF支持对大规模AS分层(hierarchical)

分层的OSPF

• 两级分层: 局部区(Area),主干区(Backbone).
  • 链路状态通告只限于区内
  • 每个路由器掌握所在区的详细拓扑
  • 只知道去往其他区网络的“方向”(最短路径)

• 区边界路由器(Area Border Routers): “汇总”到达所在区网络的距离，通告给其他区边界路由器
• 主干路由器(BackboneRouters): 在主干区内运行OSPF路由算法.
• AS边界路由器(ASboundary routers): 连接其他AS.

Internet AS 间路由协议: BGP

• 边界网关协议BGP(Border Gateway Protocol): 事实上的标准 域间路由协议
  • 将Internet“粘合”为一个整体的关键
• BGP为每个AS提供了一种手段:
  • eBGP（外部 external）: 从邻居AS获取子网可达性信息.
  • iBGP（内部 internal）: 向所有AS内部路由器传播子网可达性信息.
  • 基于可达性信息与策略，确定到达其他网络的“好”路径.
• 容许子网向 Internet 其余部分通告它的存在：“我在这儿!”

BGP基础

• BGP会话(session): 两个BGP路由器(“Peers”)交换BGP报文:
  • 通告去往不同目的前缀( prefix）的路径（“路径向量(path vector)”协议)
  • 报文交换基于半永久的TCP连接
• BGP报文:
  • OPEN: 与peer建立TCP连接，并认证发送方
  • UPDATE: 通告新路径(或撤销原路径)
  • KEEPALIVE: 在无UPDATE时，保活连接;也用于对OPEN请求的确认
  • NOTIFICATION: 报告先前报文的差错;也被用于关闭连接

• 当AS3通告一个前缀给AS1时:
  • AS3承诺可以将数据报转发给该子网
  • AS3在通告中会聚合网络前缀

BGP基础: 分发路径信息

• 在3a与1c之间, AS3利用eBGP会话向AS1发送前缀可达性信息.
  • 1c则可以利用iBGP向AS1内的所有路由器分发新的前缀可达性信息
  • 1b可以（也可能不）进一步通过1b-到-2a的eBGP会话，向AS2通告新的可达性信息
• 当路由器获得新的前缀可达性时，即在其转发表中增加关于该前缀的入口（路由项）.

路径属性与BGP路由(route)

• 通告的前缀信息包括BGP属性
  • 前缀+属性=“路由”
• 两个重要属性:
  • AS-PATH(AS路径):包含前缀通告所经过的AS序列: e.g., AS 67, AS 17
  • NEXT-HOP(下一跳):开始一个AS-PATH的路由器接口, 指向下一跳AS.
    • 可能从当前AS到下一跳AS存在多条链路

BGP路由选择

• 网关路由器收到路由通告后，利用其输入策略(import policy)决策接受/拒绝该路由
  • e.g.,从不将流量路由到AS x
  • 基于策略(policy-based)路由
• 路由器可能获知到达某目的AS的多条路由，基于以下准则选择:
  • 1．本地偏好(preference)值属性:策略决策(policy decision)
  • 2．最短AS-PATH
  • 3.最近NEXT-HOP路由器:热土豆路由(hot potato routing)
  • 4．附加准则

BGP路由选择策略

• A,B,C是提供商网络/AS(provider network/AS)
• X,W,Y是客户网络(customer network/AS)
• W,Y是桩网络(stub network/AS):只与一个其他AS相连
• X是双宿网络(dual-homed network/AS):连接两个其他AS
  • X不期望经过他路由B到C的流量
  • 因此，X不会向B通告任何一条到达C的路由

假设：

• A向B通告一条路径:AW
• B向X通告路径:BAW
• Q：B是否应该向C通告路径BAW呢?
• 绝不! B路由CBAW的流量没有任何“收益”，因为W和C均不是B的客户。
  • B 期望强制 C 通过 A 向 W 路由流量
  • B 期望只路由去往/来自其客户的流量!

为什么采用不同的AS内与AS间路由协议?

• 策略(policy):
  • inter-AS: 期望能够管理控制流量如何被路由，谁路由经过其网络等.
  • intra-AS: 单一管理，无需策略决策
• 规模(scale):
  • 层次路由节省路由表大小，减少路由更新流量
  • 适应大规模互联网
• 性能(performance):
  • intra-AS: 侧重性能
  • inter-AS: 策略主导