Cours n° 4 Couche réseau

2. Algorithmes de routage Sommaire 1. Modes de commutation 2. Algorithmes de routage Algorithmes statiques Algorithmes dynamiques 3. Contrôle de la congestion Boucle ouverte Boucle fermée

Transmission entre 2 machines non nécessairement connectés INTRODUCTION Principes Transmission entre 2 machines non nécessairement connectés Données sont fractionnées en paquets. Transmission indirecte par l’intermédiaire de routeur/commutateur routeur/commutateur dst réseau local src

Description couche transport couche transport message message INTRODUCTION Description couche transport couche transport message message couche réseau couche réseau couche réseau paquet paquet couche liaison couche liaison couche liaison trame trame couche physique couche physique couche physique Emetteur Routeur Récepteur

Sur chaque machine intermédiaire 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 Sur la machine destination, Extraction des données de chaque paquet et envoi des messages à la couche transport

Mode de communication connecté 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

Aiguillage du trafic établissant un circuit virtuel temporaire 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

Aiguillage du trafic établissant une route à chaque paquet du message 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

Choix des points intermédiaires entre deux machines 2. ALGORITHMES DE ROUTAGE Problématique Choix des points intermédiaires entre deux machines Problème de théorie des graphes Src Dst

Logiciels intégrés dans l’équipement réseau 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

Propriétés Classes d’algorithme Caractéristiques 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

Calcul des plus courts chemins entre tout couple de routeurs 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

Méthode de Dijkstra Algorithme du plus court chemin (2/4) 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) alors Distance(ns) := Distance(n) + V(n, ns) fin si fin tant que

Construction de la table de routage du routeur 1 Exemple 2.1 ALGORITHMES STATIQUES Algorithme du plus court chemin (3/4) Construction de la table de routage du routeur 1 3 2 1 4 6 n=2 n=4 n=3

Construction des tables de routage 2.1 ALGORITHMES STATIQUES Algorithme du plus court chemin (4/4) Construction des tables de routage

Méthode de l’inondation (flooding) 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

Echange local d’information globale 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

Facteurs de la congestion 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

Prévention structurelle de la congestion 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

Méthode de rétroaction Détection de la congestion 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