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4 : Network Layer4a-1 Couche réseau Objectifs : r Comprendre les principes sous-jacents de la couche réseau : m routage (choix du chemin) m Passage à léchelle.

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1 4 : Network Layer4a-1 Couche réseau Objectifs : r Comprendre les principes sous-jacents de la couche réseau : m routage (choix du chemin) m Passage à léchelle m Comment fonctionne un routeur r Description du routage dans Internet Sommaire : r Services de couche réseau r Principes du routage r Routage hiérarchique r IP r Protocole de routage dans Internet m intra-domaine m inter-domaine r Architecture de routeur ?

2 4 : Network Layer4a-2 Fonctionnalités de la couche réseau r Transporter des paquets de lémetteur vers le récepteur r Les protocoles de couche réseau sexécutent dans dans chaque hôte et routeur. Trois fonctions principales : r Choix du chemin : route suivie par les paquets de la source à la dest. Algorithmes de routage r Commutation : transporter les paquets du port d entrée vers le bon port de sortie. r Mise en place de lappel : Dans les réseaux à commutation de circuits, la mise en place du circuit est effectuée par la couche réseau. network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical application transport network data link physical application transport network data link physical

3 4 : Network Layer4a-3 Modèle de service de la couche réseau Q : Quel est le modèle de service pour les canaux transportant des paquets de la source à la destination ? r Bande passante garantie ? r Préservation du délai inter- paquet (pas de gigue) ? r Transmission sans pertes ? r Réception dans lordre ? r Annoncer une indication de congestion à lémetteur ? ? ? ? Circuit virtuel ou datagramme ? Labstraction que donne la couche réseau : service abstraction

4 4 : Network Layer4a-4 Circuits virtuels r Avant démettre des données, le circuit doit être mis en place r Chaque paquet contient un identificateur de VC (et non pas ladresse de la destination) r Chaque routeur maintient un « état » pour chaque connexion qui traverse le routeur m Les connexions dans la couche transport ne mettent en jeu que les systèmes terminaux r Des ressources du lien (bande passante) ou du routeur (mémoire) peuvent être allouées au VC m Pour garantir des performances Le « chemin » de la source à la destination se comporte comme un circuit téléphonique

5 4 : Network Layer4a-5 Circuits virtuels : protocoles de signalisation r Utilisés pour mettre en place et gérer un VC r Utilisés dans ATM, frame-relay et X.25 r Ne sont pas utilisés (du moins de façon visible) dans lInternet actuel application transport network data link physical application transport network data link physical 1. Initiate call 2. incoming call 3. Accept call 4. Call connected 5. Data flow begins 6. Receive data

6 4 : Network Layer4a-6 Réseaux Datagramme : le modèle Internet r Pas de mise en place de circuit r routeurs : aucun état mémorisé au sujet des connexions m Pas de notion de connexion au niveau réseau r Les paquets sont typiquement routés en fonction de ladresse de destination m Des paquets avec la même source et destination peuvent suivre des trajets différents application transport network data link physical application transport network data link physical 1. Send data 2. Receive data

7 4 : Network Layer4a-7 Modèle de service de la couche réseau Architecture Réseau Internet ATM Modèle de Service Au mieux CBR VBR ABR UBR Bande Passante aucun Constante Débit garantie Minimum garantie Aucun pertes non oui non Ordre non oui Délai non oui non Feedback de Congestion non (inférence par les pertes) Pas de congestion Pas de congestion oui non Garanties ? r Extension au modèle Internet : Intserv, Diffserv

8 4 : Network Layer4a-8 Datagramme ou VC ? Internet r Échange de données entre ordinateurs m Service élastique, pas de contrainte de délai stricte r Systèmes terminaux intelligents m Pouvant sadapter, contrôler leur émission et faire de la compensation de pertes m Réseau simple, complexité aux extrémités ATM r Évolution de la téléphonie r Parole humaine : m Contrainte de délai stricte m Besoin de qualité de services garanties r Systèmes terminauxsimplistes m téléphones m La complexité est interne au réseau

9 4 : Network Layer4a-9 Routage Abstraction du réseau en graphe r Les nœuds sont des routeurs r Les liens sont les liaisons physiques m Coût du lien : délai, prix du lien ou niveau de congestion Objectif : choisir un « bon chemin » (suite de routeurs) dans le réseau de la source à la destination. Protocole de routage A E D CB F r «Bon chemin» : m Typiquement un chemin de coût minimal m Autres définitions possibles

10 4 : Network Layer4a-10 Classification des algorithmes de routage Information globale ou locale ? Globale : r Chaque routeur connaît toutes les informations de topologie, de coût des liens, etc. r Algorithme link state (LS) Locale : r Le routeur ne connaît que le côut des liens vers les voisins. r Calcul itératif et échange régulier dinfos avec les voisins r Algorithmes distance vector (DS) Statique ou dynamique ? Statique : r Les routes ne changent pas dans le temps Dynamique : r Les routes changent régulièrement m Mise à jour régulière m En réponse aux changement de coût des liens

11 4 : Network Layer4a-11 Un Algorithme de routage Link-State Algorithme de Dijkstra La topologie et le coût des liens sont connus de tous les nœuds m accompli avec une diffusion de létat des liens m Tout les nœuds ont la même info r Calculer le plus court chemin (le chemin le moins coûteux) dun nœud à tout les autres m Génère la table de routage du noeud m De façon itérative : après k itérations, on connaît le chemin le plus cours vers K destinations Notation : c(i,j) : coût du lien de i à j. Est infini si i et j ne sont pas voisins D(v) : Valeur courante du coût du chemin de la source à la destination V p(v) : noeud précédant v dans le chemin de la source à v N : Ensemble des nœuds dont on connaît le coût minimal

12 4 : Network Layer4a-12 Algorithme de Dijksra 1 Initialisation : 2 N = {A} 3 Pour tout noeud v 4 si v est adjacent à A 5 alors D(v) = c(A,v) 6 Sinon D(v) = infinity 7 boucle 8 Trouver w N tel que D(w) est minimal 10 ajouter w à N 11Mettre à jour D(v) pour tout les nœuds v N adjacents à w 12 D(v) = min( D(v), D(w) + c(w,v) ) 13 jusquà la fin des nœuds de N

13 4 : Network Layer4a-13 Algorithme de Dijkstra : exemple étapes start N A AD ADE ADEB ADEBC ADEBCF D(B),p(B) 2,A D(C),p(C) 5,A 4,D 3,E D(D),p(D) 1,A D(E),p(E) inf 2,D D(F),p(F) inf 4,E A E D CB F

14 4 : Network Layer4a-14 Discussion Complexité de lalgorithme : n noeuds r n*(n+1)/2 comparaisons : O(n**2) r implémentation plus efficace possible : O(nlogn) Oscillations possibles : r Ex : coût du lien = niveau de trafic A D C B 1 1+e e 0 e A D C B 2+e e 1 A D C B 0 2+e 1+e A D C B 2+e 0 e 0 1+e 1 initialement … recalculer le routage … recalcul

15 4 : Network Layer4a-15 Algorithme de routage DV itératif : r Continue jusquà ce que les nœuds ne séchangent plus dinfo r Auto-terminaison : pas de «signal» darrêt asynchrone : r Léchange des infos ne nécessite pas dhorloge distribué : r Chaque nœud ne communique quavec ses voisins Structure de la Table de distance r Propre à chaque nœud r Une ligne par destination possible r Une colonne par voisin r exemple : dans le noeud X, pour la dest. Y via le voisin Z : D (Y,Z) X distance de X à Y, via Z c(X,Z) + min {D (Y,w)} Z w = =

16 4 : Network Layer4a-16 Table de distance : exemple A E D CB D () A B C D A1764A1764 B D5542D5542 E coût destination via destination D (C,D) E c(E,D) + min {D (C,w)} D w = = 2+2 = 4 D (A,D) E c(E,D) + min {D (A,w)} D w = = 2+3 = 5 D (A,B) E c(E,B) + min {D (A,w)} B w = = 8+6 = 14 boucle!

17 4 : Network Layer4a-17 Table de routage D () A B C D A1764A1764 B D5542D5542 E coût destination via destination ABCD ABCD A,1 D,5 D,4 Lien sortant, coût destination Table de distance Table de routage

18 4 : Network Layer4a-18 Algorithme de routage DV Itératif, asynchrone : chaque itération locale est causée par : r Changement de coût dun lien adjacent r Message dun voisin du au changement de sa table de distance Distribué : r Chaque nœud annonce à ces voisins seulement quand sa table de distance change attend (un changement dans le coût local ou un msg du voisin) Recalcule la table de distance Si la table de distance change, annonce aux voisins Chaque noeud :

19 4 : Network Layer4a-19 Algorithme de routage DV 1 Initialisation : 2 Pour tout nœud adjacent v : 3 D (*,v) = inf 4 D (v,v) = c(X,v) 5 pour toute destination y 6 envoyer min D (y,w) à tous les voisins w X X X w Dans chaque nœud, X :

20 4 : Network Layer4a-20 Algorithme de routage DV : exemple X Z Y

21 4 : Network Layer4a-21 Algorithme de routage DV : exemple X Z Y D (Y,Z) X c(X,Z) + min {D (Y,w)} w = = 7+1 = 8 Z D (Z,Y) X c(X,Y) + min {D (Z,w)} w = = 2+1 = 3 Y

22 4 : Network Layer4a-22 Comparaison des algorithmes LS et DV complexité r LS : avec n noeuds, E liens, O(nE) msgs sont envoyés r DV : échange entre les voisins seulement m Le temps de convergence varie Vitesse de Convergence r LS : O(n**2) m Peut osciller r DV : Le temps de convergence varie m Boucle possible m Comptage à linfini possible Robustesse : Quarrive til si le routeur tombe en panne ? LS : m Le nœud peut annoncer un coût erroné m Chaque nœud ne calcule que sa propre table de routage DV : m Le nœud peut annoncer un coût erroné m Tout les nœuds utilisent la table des autres nœuds Lerreur se propage dans le réseau

23 4 : Network Layer4a-23 Routage Hiérarchique Facteur déchelle : avec 50 millions de destinations : r On ne peut enregistrer toutes les destinations dans la table de routage! autonomie administrative r internet = réseau des réseaux r Chaque administrateur de réseau veut contrôler le routage dans son réseau Jusquici nous avons étudié un réseau idéal r Tous les routeurs sont identiques r Un seul réseau … pas vrai en pratique

24 4 : Network Layer4a-24 Routage Hiérarchique r Agréger les routeurs en régions autonomes, autonomous systems (AS) r Les routeurs dun même AS exécutent le même protocole de routage m protocole de routage intra-AS r Routeurs spéciaux dans un AS r Exécutent les protocoles de routage intra-AS r Responsables du routage à des destinations extérieurs à lAS m exécutent des protocoles de routage inter-AS avec dautres routeurs de passerelle routeurs de passerelle

25 4 : Network Layer4a-25 Routage Intra-AS et Inter-AS Passerelles : Exécutent le routage inter-AS entre elles Exécutent le routage intra-AS avec les autres routeurs de lAS Routage inter-AS, intra-AS dans la passerelle A.c Couche réseau Couche liaison Couche physique a b b a a C A B d A.a A.c C.b B.a c b c

26 4 : Network Layer4a-26 Routage Intra-AS et Inter-AS Host h2 a b b a a C A B d c A.a A.c C.b B.a c b Host h1 Routage Intra-AS dans lAS A Routage Inter-AS entre A et B Routage Intra-AS Dans lAS B

27 4 : Network Layer4a-27 Couche réseau dans Internet Table de routage Protocoles de Routage Choix du chemin RIP, OSPF, BGP Protocole IP Adressage Format des datagrammes Traitement des paquets Protocole ICMP Rapport derreur signalisation Couche Transport : TCP, UDP Couche de liaison Couche Physique Couche Réseau

28 4 : Network Layer4a-28 Routage Intra-AS r Plus connus sous le nom de Interior Gateway Protocols (IGP) r IGPs les plus utilisés : m RIP : Routing Information Protocol m OSPF : Open Shortest Path First m IGRP : Interior Gateway Routing Protocol (Cisco propr.)

29 4 : Network Layer4a-29 RIP r Algorithme Distance vector r Inclu dans BSD-UNIX depuis 1982 r métrique de coût : # de hops (max = 15 hops) r Vecteurs de Distance : échangés toutes les 30 sec via des advertisements r Chaque advertisement est envoyé à au plus 25 réseaux

30 4 : Network Layer4a-30 OSPF r open : dans le domaine public r Algorithme Link State m Utilise l algorithme de Dijkstras r Les advertisement OSPF sont envoyés à tout lAS par inondation (flooding)

31 4 : Network Layer4a-31 Fonctionnalités avancées dOSPF r Sécurité : tous les messages OSPF sont authentifiés ; des connexions TCP sont utilisées r Multipath est autorisé (pas dans RIP) r Pour chaque lien, plusieurs métriques de coût en fonction des TOS peuvent être définies r Support intégré de lunicast et du multicast : m Multicast OSPF (MOSPF) utilise la même topologie quOSPF r OSPF Hiérarchique dans les grands domaines.

32 4 : Network Layer4a-32 OSPF hiérarchique

33 4 : Network Layer4a-33 Routage inter-AS : BGP r BGP (Border Gateway Protocol) : standard de facto r Protocole Path Vector : m similaire au protocole Distance Vector m Chaque Border Gateway diffuse à ces voisins la totalité du chemin entire path (I.e, la suite des ASs) jusquà la destination m Ex : la passerelle X envoie son chemin à la dest. Z : Path (X,Z) = X,Y1,Y2,Y3,…,Z

34 4 : Network Layer4a-34 Routage inter-AS : BGP Hypothèse : la passerelle X envoie son chemin à la passerelle W r W peut choisir ou ne pas choisir le chemin offert par X m coût, politique (ne pas router via les autres ISPs) r Si W choisit le chemin annoncé par X, alors : Path (W,Z) = w, Path (X,Z) r Note : X peut contrôler le trafic entrant en contrôlant ces advertisements m Ex : nous ne voulons pas router le trafic de Z -> ne rien annoncer à Z

35 4 : Network Layer4a-35 Adresse IP : introduction r Addresse IP : identificateur sur 32 bits m identifie pour chaque interface hôte et routeur r interface : connexion entre un hôte ou routeur et la couche physique m Les routeurs ont typiquement plusieurs interfaces m Les hôtes peuvent avoir plusieurs interfaces m Les adresses IP sont associées à une interface =

36 4 : Network Layer4a-36 Adresse IP r Adresse IP m Partie réseau (bits de poids forts) m Partie hôte (bits de poids faible) r Réseau ? (du point de vue IP) m Les interfaces avec la même partie réseau de ladresse IP m Et qui peuvent communiquer sans avoir besoin dun routeur de passerelle Le réseau est constitué de 3 réseaux IP (Les 24 premiers bits sont ladresse réseau) LAN

37 4 : Network Layer4a-37 Adresse IP 0 réseau hôtehôte 10 réseau hôtehôte 110 réseauhôtehôte 1110 Adresse multicast A B C D classe to to to to bits classe dadressage :

38 4 : Network Layer4a-38 Adresse IP : CIDR r Adressage par classe : m utilisation inefficace de lespace dadressage m Ex : une adresse de classe B a assez de place pour pour 65K hôtes, même si il ny a que 2K hôtes dans ce réseau m CIDR : Classless InterDomain Routing m La taille de la partie réseau est arbitraire m Format de ladresse : a.b.c.d/x, où x est le # de bits dans la partie réseau de ladresse network part host part /23

39 4 : Network Layer4a-39 Adresse IP : the last word... Q : Comment un ISP récupère-t-il un bloc dadresses IP ? R : ICANN : Internet Corporation for Assigned Names and Numbers m alloue les adresses m Gère le DNS m Assigne les noms de domaines

40 4 : Network Layer4a-40 Adressage hiérarchique : agrégation de route Envoie-moi tout ce dont ladresse commence par / / / /23 Fly-By-Night-ISP Organisation 0 Organisation 7 Internet Organisation 1 ISPs-R-Us Envoie-moi tout ce dont ladresse commence par / /23 Organisation

41 4 : Network Layer4a-41 Envoyer un datagramme de la source à la dest. Datagramme IP : A B E Champs divers addr IP source addr IP dest data r Le datagramme reste inchangé durant sa traversé du réseau Dest. Ner. next router Nhops table de routage de A

42 4 : Network Layer4a-42 Envoyer un datagramme de la source à la dest A B E r Regarder la partie réseau de ladresse de B r Vérifier si B est sur le même réseau que A r La couche liaison envoie directement le datagramme à B m B et A sont directement connectés Dest. Net. next router Nhops Champs divers data

43 4 : Network Layer4a-43 Envoyer un datagramme de la source à la dest A B E Dest. Net. next router Nhops r Regarder la partie réseau de ladresse de E r E est sur un réseau différent m A et E ne sont pas directement attachés m Regarder dans la table de routage : le routeur suivant pour le réseau de E est r La couche liaison envoie le datagramme au routeur Champs divers data

44 4 : Network Layer4a-44 Envoyer un datagramme de la source à la dest A B E Arrivée à dun paquet destiné à r Regarde la partie réseau de ladresse de E r E est sur le même réseau que linterface routeur m Envoyer le paquet à ce routeur r La couche liaison envoie le datagramme à via linterface r Le datagramme arrive à !!! Champs divers data network router Nhops interface Dest. next

45 4 : Network Layer4a-45 Format de datagramme IP ver length 32 bits data (variable length, typically a TCP or UDP segment) 16-bit identifier Internet checksum time to live 32 bit source IP address IP protocol version number header length (bytes) max number remaining hops (decremented at each router) for fragmentation/ reassembly total datagram length (bytes) upper layer protocol to deliver payload to head. len type of service type of data flgs fragment offset upper layer 32 bit destination IP address Options (if any) E.g. timestamp, record route taken, pecify list of routers to visit.


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