Tables de routage

Cours n° 4
Couche réseau
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Masters IIGLI et IGLII – Intranet internet extranet – 2006-2007 – Claude Montacié
Sommaire
1. Modes de commutation
2. Algorithmes de routage


Algorithmes statiques
Algorithmes dynamiques
3. Contrôle de la congestion


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Boucle ouverte
Boucle fermée
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INTRODUCTION
Principes
Transmission entre 2 machines non nécessairement
connectés
Données sont fractionnées en paquets.
Transmission indirecte par l’intermédiaire de routeur/commutateur
routeur/commutateur
src
réseau local
réseau local
dst
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INTRODUCTION
Description
couche transport
couche transport
message
couche réseau
message
couche réseau
paquet
couche liaison
couche réseau
paquet
couche liaison
couche liaison
trame
trame
couche physique
Emetteur
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couche physique
couche physique
Routeur
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Récepteur
INTRODUCTION
Description
Sur la machine source
Récupération par la couche réseau des messages de la couche transport
Construction pour chaque message d’un (ou de plusieurs) paquet(s),
Envoi par la couche réseau de chaque paquet à la couche liaison.
Sur chaque machine intermédiaire
Récupération par la couche réseau des paquets de la couche liaison,
Construction d’un nouveau paquet pour chacun d’entre eux
Envoi par la couche réseau de chaque paquet à la couche liaison.
Sur la machine destination,
Récupération par la couche réseau des paquets de la couche liaison,
Extraction des données de chaque paquet et envoi des messages à la couche
transport
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1. MODES DE COMMUNICATION
Principes
Mode de comunication
Méthode d’acheminement des informations du paquet à la bonne destination à
travers le réseau
Circuit virtuel
Constitution d’une connexion entre réseaux locaux différents par utilisation
successive de réseaux intermédiaires
Mode de communication connecté
Circuit virtuel calculé et établi à chaque connexion préalablement à tout envoi,
Ajout à chaque paquet d’une référence représentant le numéro du circuit virtuel
Mode de communication non connecté
Pas de circuit virtuel
Route calculée pour chaque paquet
Ajout à chaque paquet de l’adresse de destination
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1. MODES DE COMMUNICATION
Fonction de commutation
Aiguillage du trafic établissant un circuit virtuel temporaire
Approche des opérateurs des réseaux de télécommunication
Calcul d’une route au moment de la connexion
Transmission de tous les paquets d’un message par cette route
mode connecté
Equipement réseau spécialisé permettant la fonction commutation
commutateur
Gain en qualité de service de la commutation
Pas de calcul d’une route pour chaque paquet
Pas de perte de l’ordre des paquets
Adaptée aux réseaux fiables
Perte du message complet en cas de panne d’un commutateur
Prix élevé du service
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1. MODES DE COMMUNICATION
Fonction de routage
Aiguillage du trafic établissant une route à chaque
paquet du message
Approche des opérateurs des réseaux informatiques
Transmission possible des paquets par des routes différentes
mode non connecté
Equipement réseau spécialisé permettant la fonction de routage
routeur
Adaptée aux réseaux peu fiables
Choix d’une autre route en cas de panne d’un routeur
Perte en qualité de service du routage
Entrelacement possible des paquets
Perte de paquet
Remise en ordre et demande de retransmission à la charge de l’utilisateur
Prix faible du service
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2. ALGORITHMES DE ROUTAGE
Problématique
Choix des points intermédiaires entre deux machines
Problème de théorie des graphes
Src
Dst
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2. ALGORITHMES DE ROUTAGE
Solution logicielle
Logiciels intégrés dans l’équipement réseau
Décision d’aiguillage à partir d’une table de routage
choix de la ligne de sortie pour la retransmission d’un paquet entrant
Commutateur : décision prise au cours de l'établissement du circuit virtuel
Routeur : décision prise pour chaque paquet entrant
Table de données de routage
Entrée par adresse du réseau de destination
port de sortie correspondant,
nom du prochain équipement réseau (routeur/commutateur),
métrique, …
Métrique
Nombre de points intermédiaires (hops) du réseau à franchir pour atteindre le réseau
de destination
Temps évalué de la durée de transmission jusqu’au réseau de destination
Coût financier estimé de la transmission
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2. ALGORITHMES DE ROUTAGE
Caractéristiques
Propriétés
Exactitude
Bonne évaluation de la métrique
Justice
service équilibré entre tous les usagers
Robustesse
capacité d'adaptation aux pannes et changement de topologie
Simplicité
taille mémoire du logiciel et des données
Classes d’algorithme
Algorithmes statiques (ou non adaptatifs)
Calcul d’une route optimale unique entre deux réseaux
Algorithmes dynamiques (ou adaptatifs)
Prise en compte des modifications de trafic et de topologie,
Modifications des tables de routage
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2.1 ALGORITHMES STATIQUES
Algorithme du plus court chemin (1/4)
Calcul des plus courts chemins entre tout couple de
routeurs
Codage en terme de théorie des graphes
Soit G = (N,A,V) un graphe orienté pondéré défini par :
un ensemble N de nœuds représentant les routeurs
un ensemble A d'arcs représentant les routeurs reliés entre eux
un ensemble V de valeurs représentant les métriques entre routeurs reliés
entre eux
Recherche du plus court chemin entre deux noeuds
Utilisation de la méthode de Dijkstra (1959)
Algorithme glouton (greedy)
Construction incrémentale de la solution
Choix à chaque étape de la direction la plus prometteuse
Construction d’une table de routage pour chaque routeur
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Méthode de Dijkstra
2.1 ALGORITHMES STATIQUES
Algorithme du plus court chemin (2/4)
pour chaque n de N Distance(n) := infini; fin pour
M1 := {n0}; M2 := {};Distance(n0) := 0;
pour chaque arc(n0, n) de A avec n de N
Distance(n) := V(n0, n); M2 := M2 UNION {n}
fin pour
tant que l'ensemble M2 n'est pas vide
choisir le n de M2 avec Distance(n) minimal
M2 := M2 \ {n}
M1 := M1 UNION {n}
pour chaque arc (n, ns) de A avec n,ns de N
M3 := N \ ( M1 UNION M2)
si ns dans M3 alors
M2 = M2 UNION {ns}
Distance(ns) := Distance(n) + V(n, ns);
sinon si Distance(ns) > Distance(n) + V(n, ns)
Distance(ns) := Distance(n) + V(n, ns)
fin si
fin pour
fin tant que
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alors
Exemple
2.1 ALGORITHMES STATIQUES
Algorithme du plus court chemin (3/4)
Construction de la table de routage du routeur 1
2
2
4
1
1
3
3
1
4
2
6
3
1
3
n=2
n=4
n=3
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M1
{1}
{1}
{1, 2}
{1, 2, 4}
{1, 2, 3, 4}
M2 M3 s2 d2 s3 d3 s4 d4
{}
{}



{2, 3} {} 2   

{3, 4} {4} 2     
{3}
{} 2     
{}
{} 2 1 2 4 2 
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Tables de routage
2.1 ALGORITHMES STATIQUES
Algorithme du plus court chemin (4/4)
Construction des tables de routage
Source Destination Sortie
Métrique
1
2
2
1
1
3
2
4
1
4
2
2
2
1
1
1
2
3
4
2
2
4
4
1
3
1
1
3
3
2
2
3
3
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2
4
1
3
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4
2
2
4
4
3
3
1
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2.1 ALGORITHMES STATIQUES
Autres algorithmes
Méthode de l’inondation (flooding)
Emission sur chaque ligne de sortie (excepté sur la ligne d'arrivée) de chaque paquet
Ajout d’un compteur de sauts dans chaque paquet
initialisation à une valeur maximale
Décrémentation du compteur à chaque saut
Gestion par le routeur de la liste des paquets déjà traités
Elimination d’un paquet déjà rencontré ou en cas de compteur nul
Routage fondé sur le flux
Algorithme utilisant à la fois la topologie et la charge des lignes de communications
Connaissance a priori du trafic moyen de chaque ligne
Stabilité du trafic indispensable (réseau propriétaire)
Prise en compte du temps d’attente de traitement d’un paquet
utilisation de la théorie des files d’attente
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2.2 ALGORITHMES DYNAMIQUES
Principes
Echange local d’information globale
Routage à vecteur de distance
Mesure de la distance (temps de transmission) avec ses voisins
Envoi par chaque routeur de sa table de routage à ses voisins
Mise à jour des tables de routage des voisins
Protocole RIP (Routing Information Protocol) du réseau Internet
Echange global d’information locale
Routage à état de lien
Découverte des routeurs voisins et mesure de la distance à ses voisins
Construction d’un paquet spécial contenant ces informations
Envoi du paquet spécial à tous les routeurs
Calcul de la table de routage à partir des informations des paquets reçus
Protocole OSPF (Open Shortest Path First) utilisé du réseau Internet
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3. CONTRÔLE DE LA CONGESTION
Description
Facteurs de la congestion
Performance des processeurs des routeurs
Trafic trop important en entrée par rapport aux capacités des lignes en sortie
Taille insuffisante des files d’attente des routeurs
perte de paquets
Phénomène de congestion
Auto-entretien et aggravation
réémission des paquets perdus
Diminution des performances puis arrêt total des transmissions
Propagation en amont
blocage des acquittements
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3.1 APPROCHE BOUCLE OUVERTE
Principes et algorithmes
Prévention structurelle de la congestion
Résolution des problèmes lors de la phase de conception
Pas de correction en phase d’utilisation
Canalisation du trafic (traffic shaping)
Régulation de la vitesse d'écoulement des données
élimination des saccades
Algorithme du seau percé
Placement en file d’attente de tout paquet en sortie
File d’attente pour chaque sortie du routeur,
Envoi périodique des paquets en tête de leur file d’attente
Transformation d’un flux irrégulier en flux régulier
Approche adaptée aux réseaux propriétaires
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3.2 BOUCLE FERMEE
Description
Méthode de rétroaction
Résolution des problèmes lors de l’apparition de la congestion
Détection de la congestion
Pourcentage de paquets détruits
Longueur des files d'attente
Nombre de paquets hors délai et à retransmettre
Temps moyen d'acheminement des paquets
Envoi de l’alerte de congestion
Définition rapide d’un plan global d’action
Envoi de paquets spéciaux aux routeurs accessibles choisis
Action des routeurs
Réduction du trafic en sortie
Délestage par reconfiguration des tables de routage
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