11주차: NET) AS SDN

1. Making Routing Scalable

scalable은 확장의 가능성을 말한다. scalability란 확장의 용이성을 판단하는 지표이다.
실제로 몇 십 억 개의 destination이 존재하고 이를 전부 Routing Table에 집어 넣을 수는 없다.
따라서 라우터는 계층구조로 이루워져 있고, 각 계층마다 관리규모를 작게 유지한다. 
나눠진 하나의 네트워크 계층을 autonomous systems(AS)라고 한다.
*지금까지 배운 내용은 AS내에서의 라우터를 말한다.

Intra-AS: 
    *같은 AS 내부에서 이루워지는 라우팅
    AS에 속한 모든 라우터는 같은 Intra-AS 프로토콜을 사용해야 한다. 
    하나의 AS의 edge에 있는 다른 AS와 연결된 라우터를 gateway라우터(border router) 라고 한다.
    OSPF(Link State), RIP(Distance Vector)알고리즘을 주로 사용
Inter-AS: 
    *AS간의 라우팅
    gateway 라우터는 inter-AS 라우팅과 더불어, 다른 AS의 gateway 라우터와 inter-AS 라우팅을 수행한다.
    BGP(Path Vector)알고리즘을 주로 사용
 
라우터의 라우팅 테이블을 만들 때는 intra-AS, inter-AS 라우팅 알고리즘을 모두 사용하여 만든다.

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Intra-AS Routing

*IGP(Interior gateway protocols)라고도 한다.
RIP(Routing Information Protocol), OSPF(Open Shortest Path First), IGRP(Interior Gateway Routing Protocol) 등이 있다.
 

OSPF(Open Shortest Path First):

public하게 open되어 있다,
link state algorithm을 사용한다.
동작 방식:
    1. 각각의 라우터는 AS 내부의 모든 다른 라우터들에게 link state를 flood 한다.
    2. 각각의 라우터는 full topology를 가지고 있으며 , 다익스트라 알고리즘을 통해 다른 모든 라우터들까지의 최적 경로를 탐색한다.

Hierarchical OSPF:

두개의 계층:
    Local, Backbone
area border router:
    Local과 Backbone을 잇는 라우터 (Local Area의 대표로 backbone에 속함)
backbone router:
    OSPF routing을 backbone영역에 한정하여 돌림
boundary router: 
    다른 AS와 연결하는 라우터

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Inter-AS Routing(BGP(Border Gateway Protocol)):

빨간선과 파란선 구분.

inter-AS 라우팅에는 BGP(Border Gateway Protocol)이 사용된다.
eBGP: 
    이웃 AS들로부터 reachability information 을 받아온다(AS의 위치, 갈 수 있는 destination의 종류와 경로 정보 등)
    *reachability information은 두 라우터 간의 물리적 연결이 아니다. 다른 라우터를 거친 연결도 포함된다.
iBGP: 
    reachability information을 AS 내부의 모든 라우터들에게 전파한다. (propagate)
 

BGP:

gateway 라우터들은 서로 BGP 메시지를 교환한다.
이 메시지는 특정 destination으로 갈 수 있는 경로 정보를 담고 있다.
AS-PATH:
    목적지에 도달하기 위해 거쳐야 하는 AS들.
NEXT-HOP:
    다음 hop을 어느 라우터로 향해야 하는지에 대한 정보.
 
정보를 받은 gateway 라우터들은 내부 정책을 통해 이 경로를 받아들일지(accept) 혹은 거부할지(decline)를 선택한다.
정책을 따르기 때문에 BGP를 policy-based routing 을 한다고 한다.
아래는 예시이다.

 

목적지인 w에 도달하려면 A를 거쳐야함을 eBGP로 B, C에게 알린다. (A, w)

B는 정책에 따라 B, A, w를 C에게 보낼 수도 있고 안 보낼 수도 있다.

BGP Message:

TCP로 한다. (permanent하게 연결, 179번 포트)

• OPEN : 다른 BGP 피어와 TCP 연결을 시도한다.
• UPDATE : 새로운 경로 정보를 받아 이를 통해 정보를 갱신한다.
• KEEPALIVE : 연결을 수립한 상대방이 아직 살아 있는지 (연결이 유효한지), 또는 OPEN 메시지에 대한 ACK 로써 사용된다.
• NOTIFICATION : 에러가 발생하였음을 알리거나 연결을 끊고자 할 때 사용된다.

Hot Potato Routing:

 AS2는 현재 AS3으로 가는 두 가지 경로를 알고 있다. 2c -> 3a 경로가 있고, 2a -> 1c -> 3a 경로가 있다.
2d 라우터는 intra-AS cost가 가장 작은 경로를 사용한다.
2d에서 2a로 가는 비용은 201이고 2c로 가는 경로는 263이다.
이때 inter-AS cost는 고려하지 않는다.

BGP route selection:

하나의 라우터는 특정 목적지로 향하는 길을 n개 알고 있다. 그중 하나를 고르는 기준은 다음과 같다.
1. policy
2. shortest AS-PATH
3. 가장 싼 next-hop(hot potato routing)
4. 기타 기준

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Intra AS routing, Inter AS routing을 다르게 사용하는 이유?

policy:
    inter-AS routing: admin은 트래픽이 어떻게 라우팅되고 누가 net을 사용하는지 컨트롤 해야한다.
    intra-AS routing: single admin이기 때문에 가 필요하지 않다.
scale: 
    계층 구조는 라우팅 테이블의 사이즈를 줄이고 update traffic을 감소 시킬 수 있다.
performance: 
    inter-AS routing: policy>performance
    intra-AS routing: performance에만 집중할 수 있음
       

여러 라우팅 방식

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SDN Overview:

Q: 만약 network operator가 u~z로 가는 트래픽을 경로를 임의로 수정하고 싶다면?
A: Link Weight를 수정하여 routing algorithm을 그 경로로 유도해야한다.
Q: 만약 트래픽에 따라 다른 경로를 사용하고 싶다면?
A: LS, DV 라우팅 알고리즘으론 불가능하다.
 
기존방식:  
    distributed, Per-router approach:
        각각의 라우터는 Control Plane과 Data Plane를 가지고 있고 라우팅 알고리즘의 요소가 각각의 라우터에 전부 들어가 있다.
        (혼잡도 등)
        라우팅 알고리즘을 통해 라우팅 테이블을 구성하여 forwarding을 수행한다.
        *시간이 지나 데이터 전송 기술이 발전함에 따라 control plane이 굉장히 복잡해지게 되었다. 
        *장비의 성능이 향상됨에 따라 가격 또한 같이 상승하게 되었다. (SDN의 등장)
현재 방식: 
    Logically centralized control plane:
        하나의 control plane이 모든 Local control agents와 연결되어 있다.
        그 control plane에 라우팅 알고리즘, OS 등 필요한 정보를 적재한다.
 

OpenFlow protocol:

data plane과 control plane 사이를 이어주는 인터페이스. (TCP 메시지 교환)
controller to switch, switch to controller 두개의 클래스가 있다.
 
controller to switch Messages:

• feature : switch의 상태에 대해 질의
• configure : switch의 파라미터 확인 또는 설정
• modify-state : flow entry를 추가하거나 삭제 또는 수정
• packet-out : 스위치의 특정한 포트에서 패킷을 내보낼 때 사용

switch to controller Messages:

• packet-in : 패킷을 컨트롤러로 보낼 때 사용
• flow-removed : table entry가 삭제되었음을 알림
• port status : 포트의 상태 변화를 알림

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나중에 복습해보자,....