Routage Multi-Chemins par Interface d’Entrée

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1 Routage Multi-Chemins par Interface d’Entrée
Pascal Mérindol Jury de soutenance Jean-Jacques Pansiot, Université Louis Pasteur, Directeur de thèse Stéphane Cateloin, Université Louis Pasteur, Co-encadrant de thèse Thomas Noël, Université Louis Pasteur, Rapporteur interne Olivier Bonaventure, Université Catholique de Louvain, Rapporteur externe Abdelmadjid Bouabdallah, Université de Technologie de Compiègne, Rapporteur externe Annie Gravey , TELECOM Bretagne, Brest, Examinatrice

2 Plan Contexte Etat de l’art Contributions & Propositions
Le routage Internet Problématique multi-chemins Contributions & Propositions Calcul des chemins : Dijkstra-Transverse Validation des chemins : Routage sans boucles DT(p) Cartographie et évaluation de la diversité Evaluations et applications Protection et restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations Conclusions & Perspectives

3 Contexte Routage et modélisation
Protocole de routage inter-domaine 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Système autonome Protocole de routage intra-domaine

4 Contexte Routage mono ou multi-chemins
1 D 4 Meilleur chemin D S 2 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des chemins Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives D D D Chemin alternatif 1 5 Chemin alternatif 2 6 3 7 Avantages de la diversité des chemins : Contourner les pannes : diminution du temps de restauration Equilibrer la charge : augmentation des débits

5 Contexte Composants du routage
Diffusion de l’information topologique Apprentissage du domaine de routage Calcul des chemins Algorithme de cheminement (Routing Information Base : RIB) Commutation des paquets Mécanisme de correspondance (Forwarding Information Base : FIB) 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Destination Prochain saut Commutation classique Label d’entrée, Port d’entrée Port de sortie, Label de sortie Commutation par étiquette

6 Etat de l’art Contexte Etat de l’art Contributions & Propositions
Le routage Internet Problématique multi-chemins distribués Contributions & Propositions Calcul des chemins : Dijkstra-Transverse Validation des chemins : Routage sans boucles DT(p) Cartographie et évaluation de la diversité Applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Ingénierie de trafic et résultats de simulations Conclusions & Perspectives

7 Le routage internet Plusieurs types de routage :
Centralisé : serveur d’informations (topologique et/ou de trafic) Par la source : positionnement des routes depuis un routeur d’entrée Distribué : au saut par saut 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Centralisé Distribué Par la source

8 Routage par la source Route signalée par étiquetage
Commutation par étiquettes (identifiants courts) Protocole : Multi-Protocol Label Switching (MPLS) [RFC3031] Positionnement des routes avec un protocole de signalisation explicite tel que RSVP-TE [RFC3209] ou CR-LDP [RFC3213] Mise en œuvre d’un algorithme multi-chemins : K meilleurs chemins [Eppstein94], totalement disjoints [Suuberall79] , disjoints en bande passante, contraintes multiples 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Répartition rigide de la charge (par chemin) Coût de labellisation (par segment) Optimisation Qualité de service (QoS)

9 Un segment de meilleur chemin est un meilleur chemin
Routage saut par saut Propriété de sous-optimalité des meilleurs chemins : Un segment de meilleur chemin est un meilleur chemin Composition cohérente des prochains sauts 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Routage à vecteurs de distances Algorithme : Bellman-Ford distribué [Bellman & Ford58] Protocoles : RIP [RFC1058], IGRP Routage à états des liens Algorithme : Dijkstra [Dijkstra69] Protocoles : OSPF [RFC2178], IS-IS [RFC1142] , EIGRP Extension multi-chemins : ECMP  Meilleurs coûts égaux 1 D 4 S 2 5 6 3 7

10 Terminologie Chemin Prochains sauts Route Problème :
Entité de routage virtuelle calculée par un algorithme de cheminement Prochains sauts Entité de routage concrète : premier saut d’un chemin Route Une suite de prochains sauts composés de proche en proche Problème : Boucles de routage si coûts inégaux 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives d

11 Routage saut par saut Boucles de routage
Cohérence des routes : Composition des prochains sauts 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Règles pour un routage sans boucle : Niveau routeur Equal Cost Multipath Routing (vision locale) : ECMP [RFC2178], [RFC1142] Downstream Criteria [DC] (vision à un saut) : OSPF-OMP [Villamizar99], LFI [Vutukury2001] Niveau lien Vision à deux sauts [X. Yang & D. Wetherall2006] d Boucle au niveau routeur

12 Boucles de routage Un prochain saut alternatif v calculé sur s est viable si : Vision local : (sous-optimalité) Vision à un saut (DC) : (stricte décroissance) Vision à deux sauts : (p en amont de s) 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives C1(b,f)‏ NH1(b,f)‏ c 5 4 6 4 a b d f 6 9 5 e C3(b,f)‏ NH3(b,f)‏ : jeme meilleur coût entre s et d : jeme meilleur saut entre s et d

13 Méthode Obtention des meilleurs coûts des nœuds voisins :
Calcul local des arbres voisins Problème : complexité calcul Diffusion de vecteurs de distance Récursivement transmis de proche en proche Messages de validation «demande/réponse» A l’initiative de chaque nœud 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives

14 Routage multi-chemins saut par saut
1 D 4 2 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives D 4 2 5 S 2 5 6 3 7 Meilleur prochain saut Second meilleur prochain saut Nombre de chemins générés (boucles) Gain de bande passante Répartition de charge réactive Extensibilité

15 Synthèse de l’existant
Avantages Inconvénients Saut par saut Réactivité Extensibilité Nombre de routes validées (boucles de routage) Contraintes QoS (vue partielle de la route) Par la source Optimisation et QoS Détermination complète de la route Coût de labellisation (segment)  Réactivité aux congestions (chemin) 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Réactif Proactif

16 Contributions Contexte Etat de l’art Le routage Internet
Problématique multi-chemins Contributions & Propositions Calcul des chemins : Dijkstra-Transverse Validation des chemins : Routage sans boucles DT(p) Cartographie et évaluation de la diversité Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Ingénierie de trafic et résultats de simulations Conclusions & Perspectives

17 Présentation générale
Trois objectifs : Nombre de routes important  Diversité accrue Faible complexité  Calcul des chemins peu coûteux Extensibilité  Déploiement incrémental Deux étapes : Un algorithme de cheminement : Dijkstra –Transverse Calcul local des chemins  Prochains sauts candidats Validation en profondeur et à l’initiative de chaque nœud sur le graphe de composition de DT : DT(p) Validation distribuée des prochains sauts candidats  Routes 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives

18 Calcul des chemins Terminologie
Partitionnement des arcs : Arcs des meilleurs chemins (+ orientation opposée) : 3 meilleurs prochains sauts  3 branches 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Arcs transverses : Liens entre branches Nœud racine s Arcs internes : Liens entre nœuds d’une même branche

19 Calcul des chemins L’algorithme Dijkstra Transverse : 2 4 1 s 6 3 5
3 branches: S-5 S-4 et S-4-6 S-2, S-2-1 et S-2-3 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Arbre des meilleurs chemins 2 4 Arcs transverses 1 s 6 Arcs retour 3 5 Chemin transverse avant : Chemin transverse simple ou chemin transverse retour + un segment de meilleur chemin Exemples : S et S-4-2-3 Chemin transverse retour : Chemin transverse simple + un segment de meilleur chemin retour Exemples : S et S-5-6-4 Chemin transverse simple : Meilleur chemin + un arc transverse Exemples : S-5-3 et S-2-3-5

20 Synthèse Dijkstra-Transverse
Propriétés de DT : Complexité équivalente à celle de l’algorithme de Dijkstra Deux prochains sauts au minimum : Prochains sauts candidats  Matrice à deux dimensions : Nombres de successeurs Nombre de destinations 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives C Arc interne A D s B Arc transverse E A B C D E A B 1 4 2 3 5

21 Validation des candidats
Locale (ou distribuée) DT + validation sans distinction sur l’origine du trafic Coût strictement décroissant à un saut (DC) : Routage spécifique à l’interface d’entrée Trafic local et trafic en transit  règles différentes Complexité paramétrable Profondeur de validation configurable 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Validation directe sur Dijkstra-Transverse : DT(1) Composition de prochains sauts sans boucles Critère de validation à un saut :

22 Exemple de validation DT(1) : IE DST NH COÛT 5 5 D D C1(5,D) 1 D 4 5
1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives 5 D D C1(5,D) 1 D 4 5 D C2(5,D) S 2 2 D D C1(5,D) 5 2 D C2(5,D) 6 4 D D C1(5,D) 3 7 Meilleur prochain saut Second prochain saut Troisième prochain saut

23 Extension de DT(1) : DT(p)
Objectif : Augmentation du nombre de prochains sauts validés Méthode : Procédure de validation étendue en profondeur si un prochain saut n’est pas validé avec DT(1) Vague de messages « Query/Response » avec traitement des réponses en largeur d’abord Chemin de composition : suite des prochains sauts évaluée 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Règle formelle : x, terminaison « positive » d’un chemin de composition P pour un couple {s = source initiatrice, d = destination}

24 DT à profondeur p, DT(p) Messages de validation
Message Query(s,d,c,q,P) : q : nb de sauts restants (q ≤ p)‏ P : chemin de composition c : meilleur coût sur s Message Response(s,d,c,P) : P : chemin de composition c : code de retour (SKIP<VALID<LOOP) 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Response(a,d,VALID,[b])‏ d query(d,3)‏ b 2 a 3 e 4 2 2 3 response(d,VALID)‏ c DT(1)‏ DT(2)‏ Query(a,d,3,1,[b])‏

25 Propriétés DT(p) Propriété de couverture
NH(Trafic en transit) NH( Trafic local) ( Code SKIP) NH : Ensemble de prochains sauts validés Absence de boucle au niveau lien Terminaison d’un chemin de composition garantit un coût strictement décroissant ( Code VALID) Aucun chemin de composition ne contient la source initiatrice s ( Code LOOP) Absence de boucle au niveau routeur Même propriété niveau lien Il existe un nœud en amont sur le chemin de composition dont le meilleur coût est plus petit ou égal à celui de s 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives

26 Simulation & topologies
Network Simulator 2 : Intégration d’un module de calcul/validation multi-chemins Mrinfo : Sonde utilisée pour la découverte de topologie réels 4 topologies d’évaluation non valuées + 1 topologie valuée 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives #noeuds #liens Diamètre Global Crossing 112 340 11 Alternet 83 334 8 Open Transit 76 206 Renater 79 198 9 Geant 23 74 4 Alternet Global Crossing

27 Nombre de prochains sauts
Facteur d’augmentation du nombre de prochains sauts 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives DT(1)/DC DT(2)/DC DT(3)/DC DC Alternet Open-Transit Renater Global-Crossing

28 Distribution des routes
SPF DC DT(1) DT(3) 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Nombre de routes Open Transit & Alternet Échelle logarithmique Longueur des meilleurs routes Open Transit & Alternet ≈7000 et 6000 meilleurs routes

29 Temps de convergence et couverture
Deux types de panne : Lien de cœur (PARIS-LYON) Lien de bordure (BORDEAUX-TOULOUSE) 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives SPF DT(1) DT(2) DT(3) Renater PARIS-LYON => 9-17ms DC DT(1) DT(3) Alternet 18% 98% 99% Open Transit 16% 60% 78% Global Crossing 19% 71% 87% Renater 10% 50% 67% GEANT 37% 75% SPF DT(1) DT(2) DT(3) BORDEAUX-TOULOUSE => 7-18ms Couverture

30 Evaluations sur applications
Contexte Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins Contributions & Propositions Calcul des chemins : Dijkstra-Transverse Validation des chemins : Routage sans boucles DT(p) Cartographie et évaluation de la diversité Evaluations sur applications Protection et Restauration – pannes de liens/routeurs Equilibrage de charge – congestions et optimisation globale Ingénierie de trafic et résultats de simulations Conclusions & Perspectives

31 Restauration rapide sur IP
Objectif : Réduire le temps de reprise sur panne Méthode : Alternative locale et pré-calculée 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Détection physique de la panne {20ms} Niveau physique : alarmes SONET ou SDH Niveau liaison : messages Hello Notification de la panne Avertissement de l’état des liens (LSA) {10ms+diamètre réseau} Calcul de l’arbre des plus courts chemins Calcul de la table de routage (RIB) {dimension, ex : 10ms/100 routeurs} Mise à jour de la table de commutation (FIB) {nombre de préfixes}

32 IP Fast ReRouting (IPFRR IETF)
Protection locale simple : Faible complexité LFA [Atlas & Zinin2007] v alternative de secours loop free alternate sur s vers d si : UTURN [Atlas2006] et v dispose d’une sortie LFA vers d ne contenant pas le lien en panne Protection locale complète : Complexité croissante Tunnels orientés [Shand et Bryant2008] Adresse Notvia [Bryant et al2006] 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives

33 Reroutage local / global
Protection locale Prochain saut alternatif différent du lien incriminé Protection globale Pas d’alternative locale (pour un couple {interface d’entrée, destination} donné) Protocole de notification en amont Existence d’un chemin alternatif en amont ne contenant pas le lien incriminé 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives

34 Résultats de couverture
Taux de protection local / global Alternet 18% 98% 99% 34% ~100% Open Transit 16% 62% 78% 87% 33% 92% Global Crossing 19% 73% 91% 44% 96% Renater 10% 51% 67% 69% 21% 85% Geant 37% 83% 75% 63% 94% 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives DC LFA DT(3) UTURN DC DT(3)

35 Répartition de la charge
Méthodes proactives Matrices de trafic : demandes moyennes point-à-point Cas normaux / pires cas (pannes…) ? Saut par saut : modification de la valuation Par la source : modification des proportions à la source Méthodes réactives Protocoles sondes : délais, bande passante résiduelle Heuristiques incrémentales Risques d’oscillations 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives

36 Diversité et partage de charge
Développement d’un module de partage de charge destiné à l’évaluation de l’impact de la diversité : Partage local (pas de coordination inter-routeurs) Utilisation de deux seuils :  Trois états : surchargé α > transitoire β > non chargé 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives A S B D C 100% Partage de charge : proportions de S vers D A C B

37 Technique de répartition
Trois types de répartition : Niveau paquet : tourniquet Niveau flux (<src,dest,port,...>) : fonction de hachage, estampille Niveau fenêtrage TCP Qualité de service 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Flux 1 Flux 2

38 Résultats d’évaluation
Réseau de recherche européen GEANT 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Totem : matrices de trafic collectés sur GEANT Pour chaque entrée, k flux TCP (Reno → Sack)‏ Distribution de Pareto pour la taille, uniforme pour les départs GEANT est sur-provisionné Congestions artificielles : 11, 1n, n1

39 Résultats moyens Configuration et indicateurs de performances
α=50%, β=25%, échelle de temps t =1s et fenêtre de 65 paquets Utilisation du lien le plus chargé et nombre de paquets perdus 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives DC DT(1) DT(3) Moyenne de la réduction en perte (comparé à SPF) 3.8 4.2 6.5 Moyenne de la charge du pire lien (SPF : 76%) 61 51 α Temps cumulé (%) DT(3) DC SPF Charge cumulée (%)

40 Exemple sur un lien critique
Utilisation du lien le plus chargé Slovénie Autriche, congestion : 1N SPF, DC & DT(3) 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives 8% 4% 2% 1% 100%= 2.5Mbs 50% Charge du lien Pertes cumulées

41 Conclusion Contexte Etat de l’art Le routage Internet
Problématique multi-chemins Contributions & Propositions Calcul des chemins : Dijkstra-Transverse Validation des chemins : Routage sans boucles DT(p) Cartographie et évaluation de la diversité Applications Protection et restauration Equilibrage de charge Ingénierie de trafic et résultats de simulations Conclusions & Perspectives

42 Synthèse & contributions
Algorithme Dijkstra-Transverse Deux prochains sauts au minimum Faible complexité calcul Procédure de validation sans boucles Diversité des routes validées Complexité message/mémoire configurable Modularité Combinaison DT et procédure de validation : DT(p) Extensibilité et convergence  Déploiement incrémental  Temps de convergence relatif à p 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Diversité utile à la protection et à l’équilibrage de charge

43 Perspectives Protection globale Ingénierie de trafic
Rayon de couverture et temps de notification Ingénierie de trafic Notification des congestions et granularité Coordination des routeurs et risques d’oscillations Extension vers routage inter-domaine Combinaison diversité intra et inter-domaine 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives

44 Publications Publications nationales Publications internationales
Mérindol P., Pansiot J.J., Cateloin S., Multiroutage par interface d'entrée, ALGOTEL’06, Tregastel FRANCE.   Publications internationales Mérindol P., Pansiot J.J., Cateloin S., Path Computation for Incoming Multipath Routing, ECUMN'07, Toulouse FRANCE.         Mérindol P., Pansiot J.J., Cateloin S., Providing Protection and Restoration with Distributed Multipath Routing, SPECTS'08, Edinburgh UK.     Mérindol P., Pansiot J.J., Cateloin S., Improving Load Balancing with Multipath Routing, ICCCN'08, Virgin Island US.

45 Routage Multi-Chemins par Interface d’Entrée
Pascal Mérindol MERCI Jean-Jacques Pansiot, Université Louis Pasteur, Directeur de thèse Stéphane Cateloin, Université Louis Pasteur, Co-encadrant de thèse Thomas Noël, Université Louis Pasteur, Rapporteur interne Olivier Bonaventure, Université Catholique de Louvain, Rapporteur externe Abdelmadjid Bouabdallah, Université de Technologie de Compiègne, Rapporteur externe Annie Gravey , TELECOM Bretagne, Brest, Examinatrice

46 Références (1) [Bellman & Ford] R. Bellman. On a routing problem. Quarterly of Applied Mathematics, 16 :87–90,1958. [RFC1058] C. Hedrick. Routing information protocol. RFC 1058, IETF, 1988. [Dijkstra59] E.W. Dijkstra. A note on two problems in connection with graphs. In Numerische Mathematik, vol. 1, pages : , 1959. [RFC2178] J. Moy. Ospf version 2. RFC 2178, IETF, April 1998. [RFC1142] D. Oran. Is-is intra-domain routing protocol. RFC 1142, IETF, February 2001. [RFC3031] E. Rosen, A. Viswanathan, and R. Callon. Multiprotocol label switching (mpls), RFC 3031, IETF, January 2001. [Eppstein94] D. Eppstein. Finding the k shortest paths. In IEEE Symposium on Foundations of Computer Science, pages 154–165, 1994. [Suurballe74] J. W. Suurballe. Disjoint paths in a network. Networks, pp. 125–45, 1974. [RFC3209] D. Awduche, L. Berger, D. Gan, T. Li, V. Srinivasan, and G. Swallow. RSVP-TE : Extensions to RSVP for lsp tunnels. RFC 3209, IETF, 2001. [RFC3213] B. Jamoussi, L. Andersson, R. Callon, R. Dantu, L. Wu, P. Doolan, T. Worster, and N. Feldman. Constraint- based lsp setup using ldp. RFC 3213, IETF, January 2002. [Vutukury2001] S. Vutukury. Multipath Routing Mechanisms for Traffic Engineering and Quality of Service in the Internet. PhD thesis, University of California, Santa Cruz, 2001. [Villamizar99] C. Villamizar. Ospf optimized multipath (ospf-omp) : draft-ietf-ospf-omp-02.txt.Draft, IETF, February 1999. [Xang & Wetherall2006] X. Yang and D. Wetherall. Source selectable path diversity via routing deflections.In SIGCOMM, volume 36, pages 159–170, october 2006. [Atlas & Zinin2007] A. Atlas and A. Zinin. Basic specification for ip fast-reroute : Loop-free alternates draft-ietf-rtgwg- ipfrr-spec-base-06. Draft, IETF, mar 2007. [Atlas2006] A. Atlas. U-turn alternates for ip/ldp fast-reroute draft-atlas-ip-local-protect-uturn-03. Draft, IETF, February

47 Références (2) [Bryant et al2006] S. Bryant, M. Shand, and S. Previdi. Ip fast reroute using not-via addresses draftbryant-shand-ipfrr- notvia-addresses-03.txt. Draft, IETF, October 2006. [Shand et Bryant2008] M. Shand and S. Bryant. Ip fast reroute framework draft-ietf-rtgwg-ipfrr-framework-08.txt. Draft, IETF, February 2008. [Fortz & Thorup2002] B. Fortz and M. Thorup. Optimizing ospf/is-is weights in a changing world. In IEEEJSAC vol. 20, pages 756–767, May 2002. [Wang et al.2001] Y. Wang, Z. Wang, and L. Zhang. Internet traffic engineering without full meshoverlaying. In INFOCOM, 2001. [Sridharan et al.2005] A. Sridharan, R. Guérin, and C. Diot. Achieving near-optimal traffic engineering solutions for current ospf/is-is networks. IEEE/ACM Trans. Netw., 13(2) :234–247,2005. [Applegate & Cohen2003] D. Applegate and E. Cohen. Making intra-domain routing robust to changing and uncertain traffic demands : understanding fundamental tradeoffs. In SIGCOMM, pages 313–324, New York, NY, USA, ACM. [Zhang et al.2005] C. Zhang, J. Kurosea, D. Towsley, Z. Ge, and Y. Liu. Optimal routing with multiple traffic matrices tradeoff between average and worst case performance. In ICNP, pages 215–224, Washington, DC, USA, IEEE Computer Society. [Applegate et al.2004] D. Applegate, L. Breslau, and E. Cohen. Coping with network failures : routing strategies for optimal demand oblivious restoration. In SIGMETRICS, pages 270–281, New York, NY, USA, ACM. [Elwalid et al2001] A. Elwalid, C. Jin, S. H. Low, and I. Widjaja. MATE : MPLS adaptive traffic engineering. In INFOCOM, pages 1300–1309, 2001. [Kandula et al.2005] S. Kandula, D. Katabi, B. Davie, and A. Charny. Walking the tightrope : Responsive yet stable traffic engineering. In SIGCOMM, pages 253–264, 2005. [Gojmerac et al2003] I. Gojmerac, T. Ziegler, and P. Reichl. Adaptative multipath routing based on local distribution of link load information. In Proc. 4th COST 263 International Workshop on Quality of Future Internet Services, 2003.

48 slides BONUS

49 Exemple sur un segment critique
Utilisation du lien le plus chargé Slovénie Autriche, congestion : 1N SPF, DC & DT(3) 1- Contexte 2- Etat de l’art Le routage Internet Problématique multi-chemins 3- Contributions & Propositions Calcul des chemins Validation des routes Evaluation de la diversité 4- Evaluations sur applications Protection et Restauration Equilibrage de charge Résultats de simulations 5 -Conclusions & Perspectives Warm up 8% 4% 2% 1% 100%= 2.5Mbs 50% Charge du lien Pertes cumulées

50 Passage à l’échelle et routage multi-chemins
Border Gateway Protocol Chemin d’AS choisi par tie-breaking (attributs : nb d’AS,…) Réseaux couvrants Multi-domiciliation « Chemin d’overlay » AS dst AS source Chemin BGP direct ISP 1 AS source ISP 2 AS dst ISP 3

51 Extensibilité Partitionner le domaine en sous aires / préfixe.
La complexité de DT(p) est liée au nombre de destinations internes au domaine Combinaison diversité intra et inter domaine Partitionner le domaine en sous aires / préfixe. AS1 Out GWR 1 In GWR Diffusion d’un préfixe P AS2 Choix du GWR de sortie Out GWR 2 Choix du prochain saut

52 Présentation générale
Couche Réseau : Routage IP Diffusion de l’information topologique Algorithmique de cheminement Commutation Application Session Présentation Transport Réseau Liaison Physique Application Session Présentation Transport Réseau Liaison Physique Réseau Liaison Physique Réseau Liaison Physique

53 Distribution des degrés
Normal Vision à un saut Fréquence Trafic en transit Degré

54 Procédure générale Construction d’une table de
Destination Prochain saut Coût Construction d’une table de prochains sauts candidats s d v cv(s,d) v w s d v v Validation par interface entrante (trafic en transit) d w cw(v,d) Validation du prochain saut w pour s en entrée v s d w cw(v,d) s Interface d’entrée Validation pour le trafic local Validation du prochain saut v pour s en entrée s s d v cv(s,d)

55 IP-FRR Couverture complète
Tunnels et tunnels orientés [Shand et Bryant2008] Encapsulation vers le point de sortie Un calcul de SPT inversé / interface local à protéger Addresse Notvia [Bryant et al2006] Adresse et commutation spécifique Un calcul de SPT / interface globale à protéger Commutation normal : d | s| 2 Commutation Not via {s,d} : d | r| 4 s d r/n/d d d d r n

56 Equilibrage de charge État de l’art
Modification de la valuation [Fortz & Thorup2002], [Wang & al.2001], etc Matrice de trafic / Evaluation des demandes point à point - Programmation linéaire ECMP - partage statique inéquitable Problème d’optimisation sur chemins MPLS Hors ligne (matrice de trafic) [Applegate & Cohen2003], COPE [Applegate2003], etc  Analyse des demandes dans les pires cas et/ou dans les cas nominaux En ligne (protocoles sondes) MATE [Elwalid et al2001], TeXCP [Kandula et al.2005], etc Heuristiques saut par saut ECMP, LFI, OSPF-OMP, [Gojmerac &al.2005] etc Méthodes incrémentales, proportions mobiles Analyse du segment critique, estimation des délais, bande passante résiduelle, etc Risque d’oscillations

57 Equilibrage de charge Routage proportionnel réactif
Contraintes : intégrité des proportions‏ Vecteur de proportions : Objectif : minimiser l’utilisation maximum des liens Ratio d’utilisation : Si correspond au lien l Procédure local pour le mouvement des proportions : Seuil de réaction :

58 p est un UTURN pour {s,v} →d
Meilleur chemin entre s et d s v 2 p 3 d p est un UTURN pour {s,v} →d n est un LFA pour {s,v} →d 3 2 n

59 Warm up Warm up 59

60 DC DT(1) DT(2) DT(3) Renater Open Transit Alternet Global Crossing
Degré des nœuds Global Crossing