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面向ForCES架构的分布式OSPF协议的研究与实现
随着互联网的迅速发展，网络规模越来越大，网络设备数量也越来越多。为了增强网络设备的处理能力和网络的可扩展性，ForCES架构被提了出来。ForCES架构通过将网络设备的控制逻辑和数据路径分离，将网络设备变成了受控的基础设施，从而使得网络设备更加智能化、可编程化和可管理。OSPF是一种基于链路状态的路由协议，广泛应用于互联网和企业内部网络的路由器中。在ForCES架构下，如何实现分布式OSPF协议是一个重要的问题。本文将介绍这个问题的研究和实现。
一、ForCES架构的概述
ForCES是ForwardingandControlElementSeparation的缩写，即转发和控制元素分离。ForCES架构是一种将控制面与数据面分离的网络设备架构，它将网络设备分成两个部分：控制器和前向器。在ForCES架构中，控制器负责处理控制平面，前向器负责处理数据平面。通过这种分割，网络设备的处理能力得到了增强，而网络的可扩展性也得到了提高。
前向器主要完成数据路径处理，比如路由器的流量转发和过滤。控制器主要完成网络的控制逻辑处理，比如路由器的路由算法、链路状态检测和故障检测等。ForCES架构解决了一个很重要的问题，就是网络设备处理高速数据流的能力与替换控制逻辑的灵活性之间的矛盾。因为控制器可以进行软件开发，所以可以使网络设备更加智能化、可编程化和可管理。
二、OSPF协议的建立
OSPF（OpenShortestPathFirst）协议，是内部网关协议，是基于链路状态（LS）的路由选择协议。已经成为企业级和互联网的标准路由协议之一。OSPF协议的核心是建立和维护链路状态数据库（LSDB），并基于该数据库进行路由计算和转发。
OSPF协议首先在同一个广播域内协商选出一台路由器作为DR（DesignatedRouter）和BDR（BackupDesignatedRouter），然后通过LSA（LinkStateAdvertisement）来传递路由信息，并建立链路状态数据库。OSPF协议使用Dijkstra算法计算最短路径。在计算路径上，OSPF会考虑带宽、延迟和路径类型等因素，选择最优的路径。
三、ForCES架构下的分布式OSPF协议
在ForCES架构下，OSPF协议需要完成两个方面的任务：一方面是维护链路状态数据库，另一方面是计算最短路径。因为ForCES架构将控制平面和数据平面分离，所以实现分布式OSPF协议需要解决由此产生的问题。
1、维护链路状态数据库
在ForCES架构下，需要将链路状态数据库分开进行处理。控制器和前向器之间需要进行链路状态信息交换，以保证链路状态数据库的同步。链路状态数据库需要有两份，一份存储在控制器上，一份存储在前向器上。
控制器需要发现整个网络的拓扑结构，并维护LSDB，将链路状态信息同步到前向器。在ForCES架构下，控制器需要与前向器进行频繁的信息交换，以保证前向器的链路状态数据库与控制器的链路状态数据库一致。如果出现无法同步的情况，需要重新计算链路状态数据库。
2、计算最短路径
在ForCES架构下，最短路径计算需要解决两个问题：一是确定指定前向器的最短路径，二是解决控制器和前向器之间计算路径的问题。
通常在OSPF协议的广播域内选举出DR和BDR，控制器通过选举产生的DR和BDR与前向器进行交互，以计算最短路径。选举出的DR和BDR需要能够与前向器接口直接相连。
在控制器和前向器之间可以通过分布式算法实现最短路径计算。在分布式算法中，每台路由器只需要计算自己到目的地的最短路径，然后将最短路径信息向周围的路由器传播。
四、实现分布式OSPF协议的方法
在ForCES架构下，实现分布式OSPF协议需要解决控制器和前向器之间通信、链路状态数据同步等问题。需要使用一种协议来实现这个过程。这种协议需要具有可扩展性、高可用性和可编程性等特点。
一种比较实用的方案是使用PCEP协议（PathComputationElementCommunicationProtocol）来实现分布式OSPF协议。PCEP协议是一个通信协议，主要用于协调路径计算元素（PCE）之间的通信。在ForCES架构下，控制器可以被看作是一个PCE，前向器可以被看作是一个PCC（PathComputationClient，路径计算客户端）。控制器和前向器之间可以通过PCEP协议进行通信，以进行链路状态数据库同步和最短路径计算。
通过使用PCEP协议，可以将链路状态数据库的同步过程放到PCEP协议中进行，控制器和前向器之间不需要进行复杂的协议操作，只需要发送链路状态信息即可。同时，PCEP协议支持多种拓扑结构，可以适应不同的网络场景。因此，使用PCEP协议实现分布式OSPF协议是比较优秀的