cours réseaux chapitre 4 la couche réseau et les principes de routage Jean Seguin

Couche réseau ISO 10022 & UIT X211 7 application 6 présentation 5 connexions de réseau entre systèmes ouverts établissement, maintien, libération des connexions gestion du sous-réseau acheminement des paquets source destination fonctionnalités : adressage routage contrôle de flux modes connecté / non connecté 5 session 4 transport 3 réseau X25.3 IP ATM 2 liaison quels services offerts ? 1 physique

Réseau et routage E F D C B A ordinateur ? routeur ? sous-réseau ? réseau local (LAN) A

Réseau et routeurs système extrémité système extrémité 7 application 6 présentation présentation 5 session session système intermédiaire système intermédiaire 4 transport transport 3 réseau réseau réseau réseau 2 liaison liaison liaison liaison 1 physique physique physique physique routeur routeur

Nœud de commutation- table de routage nœud n°3 et sa table de commutation V 1 message pour 1 message pour 4 V 3 message pour 7 destination voie sortie V 2 1,2,7 V3 4,5 V2 6,8 V1 voie physique routage d’une voie logique

Principe d’un routeur File d’entrée Table de routage Algorithme File de sortie File de sortie File de sortie

Divers types de commutation Commutation de circuits (virtuels) établissement d’une connexion (mode circuit virtuel) transfert des données : le chemin est identique pour toutes les données libération des ressources circuit virtuel : couple voie physique / identificateur logique table de commutation / routage par la source Commutation de paquets/cellules pas de chemin pré-établi décision en fonction d’information du PDU [@] tenir compte de problèmes de congestion, pannes, ... réseau de files d’attente / store-and-forward mode connecté / non-connecté (datagrammes)

Comparaison des sous-réseaux en mode datagrammes et circuits virtuels caractéristiques s/réseau datagramme s/réseau circuit virtuel (CV) établissement du circuit pas nécessaire nécessaire adressage adresses complètes source & destination  paquet chaque paquet contient le N° de CV informations de routage infos de routage des paquets non mémorisées chaque CV établi prend de la place dans les tables de routage routage chaque paquet a un routage indépendant chaque paquet suit la route établie à l’initialisation du CV conséquences d’une panne de routeur seuls paquets perdus : ceux dans le routeur en panne tous les CV(s) qui traversent le routeur en panne sont détruits qualité de service difficile à garantir facile si ressources suffisantes allouables par avance à chaque CV contrôle de congestion difficile & complexe facile si ressource mémoire suffisante à l’établissement du CV

L’adressage SAP ISO Problématique Adressage hiérarchique information désignant de manière unique et non ambiguë un abonné du service. Problématique @ impose un peu de topologie du réseau, manque de sens pour les utilisateurs @ libre, plus simple pour l’utilisateur mais gestion plus complexe [ex. plaque minéralogique] Adressage hiérarchique si l’@ comprend une structure hiérarchique, le routage est plus simple, mais il faut vérifier la bonne composition des adresses Adressage logique si l’@ est unique et universelle, elle peut être choisie par l’utilisateur : l’accès est plus facile mais la complexité du routage est masquée.

Algorithme de routage (1) Objectif Définir le contenu des tables de routage des nœuds de commutation selon divers critères Sélection du « meilleur » chemin de A à B Critères de « meilleur » chemin : le moins cher (argent) le plus rapide (délai) le plus sûr (sécurité) le moins de nœuds (simplicité) le plus court (distance) le plus utilisé (débit) ? Quels compromis ?

Algorithme de routage (2) Critères de « bonne gestion du réseau » : le maximum de trafic le plus de clients le bon usage des ressources l’équité entre les clients l’évitement des congestions l’adaptabilité aux évolutions ? Quels compromis ?

Efficacité d’un routage Congestion un « bouchon » local peut paralyser l’écoulement global d’un réseau. Pannes il faut être capable de contourner des liens ou des commutateurs hors fonctionnement. Topologie globale une administration globale est impossible pour une interconnexion de réseaux Inaccessibilité solutions pour des @ non valides

Exemple de congestion V1=V2=V3=2Mbit/s voie logique entrée (LCN) voie sortie voie logique sortie (LCN) V1 12 V2 405 LCN 13 : rafale 2Mbits 2s 13 V3 20 V3 (4Mbits à écouler) LCN 35 : rafale 2Mbits 2s V2 voie logique entrée (LCN) voie sortie voie logique sortie (LCN) 34 V1 45 35 V3 21 voie physique routage d’une voie logique

Exemple de conflit entre équité et optimisation G Y X B F H si Σ trafics (A-B, E-F, G-H) saturent les liaisons horizontales alors si on privilégie l’efficacité globale alors on arrête le trafic X-Y sinon on respecte l’équité

Représentation matricielle du maillage v2 6 1 v6 v7 v1 v3 5 2 v4 1 2 3 4 5 6 7 8 4 v11 v8 1 2 3 4 5 6 7 8 v3 v2 v1 3 7 v10 v3 v4 v6 v11 A v9 v5 v4 v5 v9 4 v2 v5 v8 8 B v8 v7 v6 v7 v10 7 v1 v11 v9 v10

Routage centralisé Principe Intérêt Election d’un centre de gestion CG (nœud 2) Demande de connexion de A vers B [A-CG] CG détermine le chemin optimal selon son algorithme de routage CG informe les nœuds sur le chemin de la réservation de ressources CG informe A qu’il peut émettre ses informations Intérêt la matrice est toujours à jour… utile si liens permanents ou semi-permaments

Algorithme du plus court chemin (1) Principe Dijkstra (1959) tout sous-chemin du chemin optimal est lui-même optimal Algorithme soient 1 et n, les nœuds source et destination P : étiquette du nœud prédécesseur sur le chemin Ci : cumul du coût du chemin depuis l’origine Mij : coût d’une voie « i-j » = « distance » init  Oj : indice du nœud précédent le nœud courant

Algorithme du plus court chemin (2) faire pour i := 1 à n-1 faire pour j := 1 à n /* calcul du coût pour aller vers les voisins en passant par i */ si (Mij fini) et ((Ci + Mij) < Cj) alors Cj := Ci + Mij ; Oj := i fsi ; fin faire fin faire ; /* regarde si  un coût moindre pour venir en i à partir des voisins */ si (Mnj fini) et ((Cj + Mnj) < Cn) alors Cn := Cj + Mnj ; On := j

Algorithme du plus court chemin (3) 1 = nœud source (., ) 2 (., 0) 6 1 2 4 3 (., ) 3 5 2 (., ) (., ) 5 1 3 3 7 2 (., ) 2 1 4 (., ) 8 8 = nœud destination (., ) (n° du nœud précédent, coût ou distance depuis l’origine) État initial

Algorithme du plus court chemin (4) (., ) 2 (., 0) 6 1 2 4 3 (., ) 3 5 2 5 (., ) (1, 3) 1 3 3 7 2 (1, 3) 2 1 4 8 (1, 2) (., ) Itération 1

Algorithme du plus court chemin (5) (2, 5) 2 (., 0) 6 1 2 4 3 (., ) 3 5 2 5 (1, 3) (2, 8) 1 3 3 7 2 (1, 3) 2 1 4 8 (1, 2) (., ) Itération 2

Algorithme du plus court chemin (6) (2, 5) 2 (., 0) 6 1 2 4 3 (., .) 3 5 2 5 (1, 3) (2, 8) 1 3 3 7 2 (1, 3) 2 1 4 8 (1, 2) (3, 10) Itération 3

Algorithme du plus court chemin (7) (2,5) 2 (.,0) 6 1 2 4 3 (4,5) 3 5 2 5 (1,3) (4,3) 1 3 3 7 2 (1,3) 2 1 4 8 (1,2) (3,10) Itération 4

Algorithme du plus court chemin (8) (2,5) 2 (.,0) 6 1 2 4 3 (4,5) 3 5 2 5 (1,3) (4,3) 1 3 3 7 2 (1,3) 2 1 4 8 (1,2) (3,10) Itération 5

Algorithme du plus court chemin (9) (2,5) 2 (.,0) 6 1 2 4 3 (4,5) 3 5 2 5 (1,3) (4,3) 1 3 3 7 2 (1,3) 2 1 4 8 (1,2) (6,7) Itération 6

Algorithme du plus court chemin (10) (2,5) 2 (.,0) 6 1 2 4 3 (4,5) 3 5 2 5 (1,3) (4,3) 1 3 3 7 2 (1,3) 2 1 4 8 (1,2) (6,7) Itération 7

Algorithme du plus court chemin (11) (2,5) 2 (.,0) 6 1 2 4 3 (4,5) 3 5 2 5 (1,3) (4,3) 1 3 3 7 2 (1,3) 2 1 4 8 (1,2) (3,5) Itération 8

Chemin optimal par «backtracking» (2,5) 2 (.,0) 6 1 2 4 3 (4,5) 3 5 2 5 (1,3) (4,3) 1 3 3 7 2 (1,3) 2 1 4 8 (1,2) (3,5)

Table de routage - CG vecteur de routage 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 4 4 4 2 7 2/4 8 4 1 1 3 5 3 1 3 6 5 4 6 4 4 6 4 4/6 1 6 2 2 8 8 5 2 8 7 1 2 2 1 2 2 2 2 1,-,3,1,6,6,7,6 8 3 6 3 3 6/3 6 6 3 7 - diffusion des vecteurs de routage vers les nœuds. - problème de cohérence lors de la mise à jour des informations

Algorithmes distribués Routage dit « la patate chaude » chaque nœud de commutation cherche à se débarrasser au plus vite de son message choix de la file d’attente la plus rapide Routage par inondation on teste tous les chemins possibles le message est recopié sur toutes les sorties l’un de ces chemins s’avérera le meilleur Inconvénient du « centralisé » le centre de gestion est vulnérable Routage adaptatif « la patate chaude » + vecteur de routage

Routage par inondation (flooding) Idée recherche du chemin optimal, non plus par calcul, mais de manière expérimentale Principe de fonctionnement d’un nœud à la réception d’un paquet, le nœud ajoute son nom + information de coût dans le corps du message le paquet est envoyé sur toutes les voies de sortie dont les @ ne sont pas contenues dans la liste des nœuds visités (pour éviter les boucles) si le nœud est destinataire, le paquet contient la route cherchée - « source routing » : chemin mémorisé dans l’en tête de paquet.

Routage adaptatif (1) : vecteur et matrice 2 3 4 5 6 7 8 vecteur des coûts du nœud 2 3, - , 5, 5, 6, 2, 1, 4 2 V2+(2,2,2,2,2,-,2,2) 5 V5+(4,4,4,4,4,-,4, 4) 8 V8+(2,2,2,2,2,-,2,2) 2 1 2 6 4 3 5 3 2 5 1 3 7 3 2 2 1 4 8 1 2 3 4 5 6 7 8 vecteur des coûts du nœud 4 2, 5, 1, -, 3, 7, 5, 3 2 V2+(5,5,5,5,5,-,5,5) 4 V4+(1,1,1,1,1,-,1, 1) 8 V8+(2,2,2,2,2,-,2,2) vecteur des coûts du nœud 8 7, 4, 2 ,3, 6, 2, 5, -

Routage adaptatif (2) : évaluation des coûts Mise à jour des coûts des nœuds adjacents Pour un nœud i, si un delta de coût sur une ligne de sortie, on modifie la ligne entière de la matrice des coûts (+c, -c, infini). Le nœud i vérifie si son vecteur minimal change, si oui informe ses voisins par un message Un nœud j, adjacent à i, réitère l’étape précédente. Famille d’algorithmes adaptée aux réseaux datagramme ; sur IP : Distant vector Link State

Routage par vecteur de distance (1) Distant vector Bellman, Ford, Fulkerson chaque routeur envoie un vecteur de coûts à ses voisins le vecteur contient les coûts vers chaque nœud du réseau A B C D E G H F I J K L

Routage par vecteur de distance (2) Distant vector un peu dépassé…problème de la valeur infinie A B C D E A B C D E passif actif initialement après 1 échange après 2 échanges après 3 échanges après 4 échanges actif passif initialement après 1 échange après 2 échanges après 3 échanges après 4 échanges après 5 échanges après 6 échanges 1 2 3 4 1 3 2 3 4 . . 1 2 3 4 3 4 1 2 3 5 4 5 4 1 2 3 4 5 6 5 6 7 6 7 6 7 8 7 8 . Les bonnes nouvelles se propagent vite, pas les mauvaises ...

Routage par informations d’état de lien (1) Link State en 5 points : 1 - découvrir les routeurs voisins et leur adresse réseau 2 - pour atteindre chaque voisin : quel coût ? ou quel délai d’acheminement ? 3 - construire le paquet spécial contenant les informations découvertes 4 - envoyer ce paquet à tous les autres routeurs 5 - calculer le plus court chemin vers chaque routeur méthode récente déployée sur les réseaux actuels : OSPF, IS-IS

Routage par informations d’état de lien (2) 1- la découverte des voisins : modèle de graphe de réseau B H B H E E D I D I G A G A F F C C LAN modèle de LAN nœud de routage artificiel N

Routage par informations d’état de lien (3) 2 - mesure du coût de la ligne : prise en compte du trafic ? H D G E B I A F C 3 - élaboration des paquets d’état de lien : gérer les incohérences et les duplications de paquets. paquet B 2 C 4 3 D A 1 6 7 E 8

Routage hiérarchique routeurs répartis en régions système hiérarchique à plusieurs niveaux pour 1A table table complète hiérarchique région 1 région 2 1B 2A 2B 1A 1C 2C 2D 5B 4A 5A 3A 5C 3B 4B 4C 5E 5D région 3 région 5 région 4

Autres formes de routage Broadcast : par diffusion générale par inondation par routage multidestination par diffusion sur un arbre recouvrant Multicast par diffusion multidestinataire sur un arbre recouvrant Routage pour hôtes mobiles et routeurs fixes Routage pour routeurs mobiles Routage pour réseaux peer-to-peer - (d’égal à égal)