Introduction aux réseaux informatiques - Routage

Info0702 – Réseaux
Informatiques!
Couche Réseau
• Routage

7 / 46
Routage - Généralités!
▶ Nœud du réseau :
▶ canaux en entrée
▶ canaux en sortie
▶ élément logiciel déterminant le canal de sortie d’émission
(ré-émission) d’un paquet
▶ mode orienté connexion : routage lors de l’établissement
de la connexion
▶ mode non connecté : routage individuel des paquets
▶ Garanties à assurer
▶ Exactitude
▶ Équité
▶ Stabilité

Rôles du routage!
▶ Détermination des chemins
▶ définition du meilleur chemin à utiliser
▶ maintenance de tables de routage en fonction
d’une métrique particulière
▶ Commutation
▶ réception depuis une interface vers une autre
interface
▶ choix de la meilleure interface pour l’efficacité

Routage et Protocoles!
▶ Protocole routé
▶ protocole dont l’adresse de couche réseau
fournit suffisamment d’informations pour
permettre l’acheminement des paquets
▶ définition du format des champs d’un paquet
▶ IP, IPX ...

Routage et Protocoles!
▶ Protocole de routage
▶ support d’un protocole routé
▶ mise en place des mécanismes de partage
des informations de routage
▶ fonctionnement par échange entre les
routeurs de messages des protocoles de
routage
▶ protocoles associés à TCP/IP : RIP, IGRP,
EIGRP, OSPF, BGP

Processus de Routage!
▶ Emission depuis la source
▶ détermination par la source de la localisation de la
destination (même sous-réseau ou non)
- même sous-réseau : émission directe
- sinon encapsulation de la trame avec l’adresse de la
passerelle par défaut, puis émission à celle-ci
▶ Relais par une la passerelle / routeur
▶ réception du paquet
▶ analyse de la destination
- routeur final : distribution du message
- routeur intermédiaire : relais du paquet selon les tables de
routage

Métriques!
▶ Types de métriques
▶ Bande passante (débit, mesuré en bits/s)
▶ Délai (temps d’acheminement d’un paquet)
▶ Charge (quantité de trafic par élément)
▶ Fiabilité (taux d’erreur sur chaque liaison/
équipement)
▶ Nombre de sauts (hop count) (nombre de routeurs
entre une source et une destination)
▶ Coût (basé sur une fonction de coût attribué par
l’administrateur)

Routage Statique!
▶ Principe
▶ À partir d'une connaissance préalable, calculer
les meilleur chemins "offline"
▶ Le réseau est vu comme un graphe
▶ Algorithmes (si nécessaire)
▶ Plus court chemin d'abord (Dijkstra)
▶ Limitations
▶ Manque de réactivité en cas de changement
des conditions (pannes, modifications, etc)

Routage Dynamique!
▶ Histoire
▶ ARPANet 1969-1979
- Liens de même capacité
- Routage basée sur la
charge des liens (file d'attente)
- Algorithme Bellman-Ford
▶ Internet 1979-1987
- Protocole à état de liens
- Algorithme Dijkstra
- Principe des zones
▶ Internet 1987-présent
- Séparation en protocoles extérieur et intérieurs
- BGP
- RIP, OSPF, EIGRP, IS-IS

Routage Dynamique!
▶ Fonctions de base
▶ gestion des tables de routage
▶ échange des informations avec les autres routeurs
▶ adaptation en cas de changement
▶ Constitution d’un protocole
▶ émission des mises à jour
▶ types d’informations contenues dans les mises à jour
▶ gestion des périodicités des émissions
▶ localisation des destinataires

Types de Routage!
▶ Vecteur de distance
▶ État de liens

Routage à Vecteur de Distance!
▶ Principe
▶ détermination de la direction et de la distance vers un lien de
l’inter-réseau
▶ transmission périodique entre les routeurs des tables de routage
▶ pas de connaissance globale de la topologie
▶ connaissance de :
▶ toutes les destinations
▶ toutes les distances
▶ du lien sortant pour les atteindre
▶ Protocoles à vecteur de distance
▶ RIP
▶ IGRP
▶ EIGRP

Algorithme Bellman-Ford
(1957)!
Initialisation des poids de tous les sommets à l'infini
Initialisation du poids du sommet initial à 0
for (i=1 … n−1){
foreach (arc (u, v) de G){
paux = poids(u) + poids (arc(u, v))
if (paux < poids (v)) {
pred (v) = u
poids (v) = paux
}
}
}
foreach ( arc (u, v) du graphe) {
if ( poids (u) + poids (arc (u, v) <poids(v))) {
retourner faux
}
}
retourner vrai

Extension au cas Distribué!
▶ Version distribuée
▶ proposé par Ford et Fulkerson (1962)
▶ basé sur l’échange des vecteurs de distance
▶ construction de tous les plus courts chemins

Exemple d'Exécution!
▶ Initialisation en A
▶ Émission de la table de A vers B et D
Exemple d’exécution
A B C
D E
Initialisation en A
A Liaison Coût
A locale 0
Emission de la table de A vers B , D
B Liaison Coût
B locale 0
)
B Liaison Coût
B locale 0
A A 1
D Liaison Coût
)
D Liaison Coût
D locale 0
A B C
D E
Initialisation en A
A Liaison Coût
A locale 0
B Liaison Coût
B locale 0
)
B Liaison Coût
B locale 0
A A 1
D Liaison Coût
D locale 0
)
D Liaison Coût
D locale 0
A A 1
Olivier Flauzac (URCA) Routage : le protocole RIP olivier.flauzac@univ-reims.fr
A B C
D E
Initialisation en A
A Liaison Coût
A locale 0
B Liaison Coût
B locale 0
)
B Liaison Coût
B locale 0
A A 1
D Liaison Coût
D locale 0
)
D Liaison Coût
D locale 0
A A 1
Olivier Flauzac (URCA) Routage : le protocole RIP olivier.flauzac@univ-reims.fr

Exemple d'Exécution (suite)!
▶ Émission de la table de B
vers A, C et E
A B C
D E
Initialisation en A
A Liaison Coût
A locale 0
B Liaison Coût
B locale 0
)
B Liaison Coût
B locale 0
A A 1
D Liaison Coût
)
D Liaison Coût
D locale 0
Exemple d’exécution (suite)
A B C
D E
Emission de la table de B vers A , C , E
A Liaison Coût
A locale 0
)
A Liaison Coût
A locale 0
B B 1
C Liaison Coût
C locale 0
)
C Liaison Coût
C locale 0
B B 1
A B 2
E Liaison Coût
E locale 0
)
E Liaison Coût
E locale 0
B B 1
A B 2
Olivier Flauzac (URCA) Routage : le protocole RIP olivier.flauzac@univ-reims.fr 9 / 23
Et ainsi de
suite…
sur le tableau

Exemple d'Exécution (fin)!
▶ Résultat
A B C
D E
Initialisation en A
A Liaison Coût
A locale 0
B Liaison Coût
B locale 0
)
B Liaison Coût
B locale 0
A A 1
D Liaison Coût
)
D Liaison Coût
D locale 0
Exemple d’exécution (fin)
A B C
D E
Résultat
A Liaison Coût
A locale 0
B B 1
C B 2
D D 1
E B 2
B Liaison Coût
A A 1
B locale 0
C B 1
D A 2
E B 1
C Liaison Coût
A B 2
B B 1
C locale 0
D E 2
E E 1
D Liaison Coût
A A 1
B A 2
C E 2
D locale 0
E E 1
E Liaison Coût
A B 2
B B 1
C C 1
D D 1
E locale 0

Gestion de fautes!
▶ Rupture de Liaison
▶ Mise à jour des tables de A et B
Gestion des fautes : rupture de liaison
A B C
D E
Mise à jour des tables par A et B
A Liaison Coût
A locale 0
B B inf
C B inf
D D 1
E B inf
B Liaison Coû
A A inf
B locale 0
C B 1
D A inf
E B 1
A B C
D E
A Liaison Coût
A locale 0
B B inf
C B inf
D D 1
E B inf
B Liaison Coût
A A inf
B locale 0
C B 1
D A inf
E B 1
A B C
D E
A Liaison Coût
A locale 0
B B inf
C B inf
D D 1
E B inf
B Liaison Coût
A A inf
B locale 0
C B 1
D A inf
E B 1

Diffusion des Informations!
▶ Mise à jour AàD
▶ Mise à jour BàC
▶ Mise à jour BàE
▶ Mise à jour DàA
▶ Mise à jour DàE
Mise à jour
A ! D donc
(D)
A A E locale E
1 inf 2 0 1
B ! C , B ! E
(C)
B B locale E E
inf 1 0 2 1
D ! A , D ! E
(A)
locale B D D D
0 inf 3 1 2
Olivier Flauzac (URCA) Routage : le protocole R
Mise à jour
A ! D donc
(D)
A A E locale E
1 inf 2 0 1
B ! C , B ! E
(C)
B B locale E E
inf 1 0 2 1
D ! A , D ! E
(A)
locale B D D D
0 inf 3 1 2
ffusion de “l’information”
se à jour
A ! D donc
(D)
A A E locale E
1 inf 2 0 1
B ! C , B ! E
(C)
B B locale E E
inf 1 0 2 1
(E)
B B C D locale
inf 1 1 1 0
D ! A , D ! E
(A)
locale B D D D
0 inf 3 1 2
(E)
D B C D locale
2 1 1 1 0
Olivier Flauzac (URCA) Routage : le protocole RIP olivier.flauzac@univ-reims.fr 12 / 23
Diffusion de “l’information”
Mise à jour
A ! D donc
(D)
A A E locale E
1 inf 2 0 1
B ! C , B ! E
(C)
B B locale E E
inf 1 0 2 1
D ! A , D ! E
(A)
locale B D D D
0 inf 3 1 2
fusion de “l’information”
se à jour
A ! D donc
(D)
A A E locale E
1 inf 2 0 1
B ! C , B ! E
(C)
B B locale E E
inf 1 0 2 1
(E)
B B C D locale
inf 1 1 1 0
D ! A , D ! E
(A)
locale B D D D
0 inf 3 1 2
(E)
D B C D locale
2 1 1 1 0

Vers la Convergence!
▶ Suite des échanges
▶ C → B , C → E
▶ E → B, E → C , E → D
▶ A → D
▶ B → C , B → E
▶ D → A , D → E
▶ E → B, E → C , E → D
▶ Convergence !
▶ Remarque : Convergence longue !
A B C
D E
A Liaison Coût
A locale 0
B B inf
C B inf
D D 1
B Liaison C
A A
B locale
C B
D A

Convergence!
▶ Définition
▶ reflet local de l’état réel du réseau
▶ nécessité d’une convergence la plus rapide
possible
▶ Problèmes
▶ création de boucles de routage
- paquet qui circulent à l’infini dans les boucles
- surcharge du réseau par des paquets sans
destination existante

Convergence : solutions!
▶ Métrique de mesure infinie
▶ “infini” : nombre maximum défini
▶ Horizon partagé (Split Horizon)
▶ pas de mise à jour émise pas la voie par
laquelle on a appris la modification
▶ Compteurs de retenue (Hold Downs)
▶ décalage entre la réception de l’information et
la mise à jour des tables
▶ permet à une information d’atteindre la totalité
du réseau avant modification

Routage à État des Liens!
▶ Principe
▶ Recréer l’ensemble de la topologie
- Gestion de la base de données de routeurs et de
leurs liens
▶ Moyens utilisés
- une base de données topologique
- algorithme du plus court chemin d’abord
- mises à jour déclenchées par modifications
topologiques
▶ Arbre du plus court chemin d’abord résultant
- table de routage déduite à partir de l’arbre

Algorithme de Dijkstra (1959)!
Dijkstra (noeuds, fils, distance, début, fin)
for n in noeuds
n.parcouru = infini; n.précédent = 0
début.parcouru = 0
pasEncoreVu = nœuds
while pasEncoreVu != liste vide
n1 = minimum(pasEncoreVu) // Le noeud dans pasEncoreVu avec
parcouru le plus petit
pasEncoreVu.enlever(n1)
for n2 in fils(n1) // Les nœuds reliés à n1 par un arc
if n2.parcouru > n1.parcouru + distance(n1, n2)
n2.parcouru = n1.parcouru + distance(n1, n2)
n2.précédent = n1 // Pour aller à n2, faut passer par n1
chemin = liste vide
n = fin
while n != début
chemin.ajouterAvant(n)
n = n.précédent
chemin.ajouterAvant(debut)
return chemin

Routage à États des Liens!
▶ Impératifs
▶ ressource CPU : recalcul des tables
▶ mémoire : stockage de la base de données
▶ Protocoles
▶ OSPF, IS-IS

Exemples de Protocoles de
Routage!

Le protocole RIP!
▶ RIP : Routing Information Protocol
▶ algorithme de Bellman-Ford
▶ utilisé pour les réseaux homogènes
▶ Caractéristiques
▶ mise à jour toutes les 30 secondes
▶ défaut de routage après 180 secondes sans
émissions (routes non accessibles)
▶ suppression des routes après 120 secondes sans
mise à jour
▶ métrique : nombre de sauts (hop count)
▶ la “valeur infinie” est de 16

Algorithme!
▶ Toutes les 30 secondes
▶ émission de la table de routage complète
▶ Réception d’une table de routage
▶ création d’une nouvelle route
- ajout de la nouvelle route
- incrémentation de la distance de 1
- vérification de la distance (<15)
- émission de la nouvelle table
- mise en place de la “tempo de route” (180 s)
▶ route existante avec une valeur inférieure
- modification de la route connue
- réinitialisation de la “tempo de route”
▶ route existante avec une valeur supérieure
- la valeur est ignorée

RIP : gestion des erreurs!
▶ Défaut de réception de tables (tempo de route)
▶ affectation de la distance infinie (16)
▶ mise en place du temporisateur de maintien (120 s)
▶ émission d’un vecteur infini
▶ Défaut de temporisation de maintien
▶ suppression de la route

RIPv1!
▶ Généralités
▶ normalisé en 1988 (RFC 1058)
▶ routage de type IGP (routage intérieur)
▶ protocole d’échange UDP, port 520
▶ gestion très limitée des sous-réseaux
- Utilisation des masques par défaut des classes

Format des Messages!
Aucun
masque
envoyé

Champs!
▶ Commande
▶ REQUEST (1) : demande spécifique
(démarrage, test ...)
▶ RESPONSE (2) : échange de tables
▶ Version : 1
▶ ID de la famille d’adresse
▶ 2 : adresses IP

RIPv2!
▶ Généralités
▶ Publié en 1993 (RFC 1388)
▶ Nouveautés
▶ gestion des masques des sous-réseaux
▶ Diffusion via multicast (224.0.0.9)
▶ Exploitation de formats de paquets identiques
de RIPv1

OSPF!
▶ Généralités
▶ basé sur l’algorithme de plus court chemin (Dijkstra)
▶ protocole basé sur l'état des liens
- réponse apportée au temps de convergence de RIP
▶ exploite le principe d’adjacence
- deux routeurs sont adjacents sur leurs bases de données sont
synchronisées
▶ Notions élémentaires
▶ système autonome : réseaux qui utilisent un système de
routage commun, autorité d’administration unique
▶ notion de zone : partie du réseau avec une
connaissance limitée à la topologie de la zone locale
▶ zone backbone : zone d’interconnexion de routeurs,
connectés à toutes les zones

OSPF : Principe!
▶ Initialisation
▶ découverte des voisins
▶ initialisation des fonctions de coût
▶ Diffusion (inondation)
▶ émission à tous les routeurs des coûts du routeur
▶ Changement d’état
▶ réception d’une modification
▶ diffusion de la modification
▶ Construction
▶ Construction de la carte du réseau
▶ Calcul des plus courts chemins

Comparaison!
Vecteur de distances États des Liens
Vue de la topologie du réseau à
partir des voisins
Vue commune et complète de la
topologie du réseau
Ajout de vecteur de distance d’un
routeur à l’autre
Calcul des chemins les plus court
vers les autres routeurs
Mise à jour périodique fréquente
(convergence lente)
Mise à jour déclenchée par les
événements (convergence rapide)
Transmission des copies de tables
de routage aux routeurs voisins
Transmission des informations de la
base de données topologique

Routage intérieur et extérieur!
▶ Routage intérieur
▶ IGP : Interior Gateway Protocol
▶ routage dans un système autonome
▶ RIP, IGRP, EIGRP, OSPF, IS-IS
▶ Routage extérieur
▶ EGP : Exterior Gateway Protocol
▶ communication entre les systèmes autonomes
▶ BGP

BGP!
▶ LE SEUL protocole extérieur sur Internet
▶ Première version 1989
▶ Version actuelle (BGPv4) – 2006
▶ Principe
▶ Relier des "systèmes autonomes" plutôt que des routeurs
- Simplicité, diminution des tables de routage
- Les AS sont officiellement désignés
▶ Permettre un contrôle sur les choix de routage

Algorithme à Vecteur de
Chemins!
▶ Construction d'un graphe de AS
▶ Principe similaire à celui de SPF
▶ Définition du chemin le plus adapté
▶ À la base : plus courte distance
▶ Autres paramètres
- Préférences locales
- Suggestions aux voisins
- Équilibrage
- Coût

Exemples de Politiques BGP!
▶ Ne pas laisser le trafic vers "youtube.com"
passer par notre réseau
▶ Ne jamais mettre l'Irak sur une route prenant la
source au Pentagone
▶ Suggérer aux voisins de prendre le lien moins
rapide
▶ On évite de surcharger notre lien vers le client
▶ etc

Introduction aux réseaux informatiques - Routage

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