4a-1

1
Couche réseau

• Sommaire
• Services de couche réseau
• Principes du routage
• Routage hiérarchique
• IP
• Protocole de routage dans Internet
• intra-domaine
• inter-domaine
• Architecture de routeur ?

• Objectifs
• Comprendre les principes sous-jacents de la
  couche réseau
• routage (choix du chemin)
• Passage à léchelle
• Comment fonctionne un routeur
• Description du routage dans Internet

2
Fonctionnalités de la couche réseau

• Transporter des paquets de lémetteur vers le
  récepteur
• Les protocoles de couche réseau sexécutent dans
  dans chaque hôte et routeur.
• Trois fonctions principales
• Choix du chemin route suivie par les paquets de
  la source à la dest. Algorithmes de routage
• Commutation transporter les paquets du port
  d entrée vers le bon port de sortie.
• Mise en place de lappel Dans les réseaux à
  commutation de circuits, la mise en place du
  circuit est effectuée par la couche réseau.

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 ?
• Bande passante garantie ?
• Préservation du délai inter-paquet (pas de gigue)
  ?
• Transmission sans pertes ?
• Réception dans lordre ?
• Annoncer une indication de congestion à
  lémetteur ?

Labstraction que donne la couche réseau
?
?
Circuit virtuel ou datagramme ?
?
service abstraction
4
Circuits virtuels

• Le  chemin  de la source à la destination se
  comporte comme un circuit téléphonique

• Avant démettre des données, le circuit doit être
  mis en place
• Chaque paquet contient un identificateur de VC
  (et non pas ladresse de la destination)
• Chaque routeur maintient un  état  pour chaque
  connexion qui traverse le routeur
• Les connexions dans la couche transport ne
  mettent en jeu que les systèmes terminaux
• Des ressources du lien (bande passante) ou du
  routeur (mémoire) peuvent être allouées au VC
• Pour garantir des performances

5
Circuits virtuels protocoles de signalisation

• Utilisés pour mettre en place et gérer un VC
• Utilisés dans ATM, frame-relay et X.25
• Ne sont pas utilisés (du moins de façon visible)
  dans lInternet actuel

6. Receive data
5. Data flow begins
4. Call connected
3. Accept call
1. Initiate call
2. incoming call
6
Réseaux Datagramme le modèle Internet

• Pas de mise en place de circuit
• routeurs aucun état mémorisé au sujet des
  connexions
• Pas de notion de connexion au niveau réseau
• Les paquets sont typiquement routés en fonction
  de ladresse de destination
• Des paquets avec la même source et destination
  peuvent suivre des trajets différents

1. Send data
2. Receive data
7
Modèle de service de la couche réseau
Garanties ?
Architecture Réseau Internet ATM ATM ATM ATM
Modèle de Service Au mieux CBR VBR ABR UBR
Feedback de Congestion non (inférence par les
pertes) Pas de congestion Pas de congestion oui n
on
Bande Passante aucun Constante Débit garantie
Minimum garantie Aucun
pertes non oui oui non non
Ordre non oui oui oui oui
Délai non oui oui non non

• Extension au modèle Internet Intserv, Diffserv

8
Datagramme ou VC ?

• Internet
• Échange de données entre ordinateurs
• Service élastique, pas de contrainte de délai
  stricte
• Systèmes terminaux intelligents
• Pouvant sadapter, contrôler leur émission et
  faire de la compensation de pertes
• Réseau simple, complexité aux extrémités

• ATM
• Évolution de la téléphonie
• Parole humaine
• Contrainte de délai stricte
• Besoin de qualité de services garanties
• Systèmes terminaux simplistes
• téléphones
• La complexité est interne au réseau

9
Routage
Objectif choisir un  bon chemin  (suite de
routeurs) dans le réseau de la source à la
destination.

• Abstraction du réseau en graphe
• Les nœuds sont des routeurs
• Les liens sont les liaisons physiques
• Coût du lien délai, prix du lien ou niveau de
  congestion

• Bon chemin
• Typiquement un chemin de coût minimal
• Autres définitions possibles

10
Classification des algorithmes de routage

• Information globale ou locale ?
• Globale
• Chaque routeur connaît toutes les informations de
  topologie, de coût des liens, etc.
• Algorithme link state (LS)
• Locale
• Le routeur ne connaît que le côut des liens vers
  les voisins.
• Calcul itératif et échange régulier dinfos avec
  les voisins
• Algorithmes distance vector (DS)

• Statique ou dynamique ?
• Statique
• Les routes ne changent pas dans le temps
• Dynamique
• Les routes changent régulièrement
• Mise à jour régulière
• En réponse aux changement de coût des liens

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Un Algorithme de routage Link-State

• Algorithme de Dijkstra
• La topologie et le coût des liens sont connus de
  tous les nœuds
• accompli avec une diffusion de létat des liens
• Tout les nœuds ont la même info
• Calculer le plus court chemin (le chemin le moins
  coûteux) dun nœud à tout les autres
• Génère la table de routage du noeud
• 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
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
• Mettre 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
Algorithme de Dijkstra exemple
D(B),p(B) 2,A 2,A 2,A
D(D),p(D) 1,A
étapes 0 1 2 3 4 5
D(C),p(C) 5,A 4,D 3,E 3,E
D(E),p(E) inf 2,D
start N A AD ADE ADEB ADEBC ADEBCF
D(F),p(F) inf inf 4,E 4,E 4,E
14
Discussion

• Complexité de lalgorithme n noeuds
• n(n1)/2 comparaisons O(n2)
• implémentation plus efficace possible O(nlogn)
• Oscillations possibles
• Ex coût du lien niveau de trafic

1
1e
0
2e
0
0
0
0
e
0
1
1e
1
1
e
recalcul
recalculer le routage
recalcul
initialement
15
Algorithme de routage DV

• itératif
• Continue jusquà ce que les nœuds ne séchangent
  plus dinfo
• Auto-terminaison pas de signal darrêt
• asynchrone
• Léchange des infos ne nécessite pas dhorloge
• distribué
• Chaque nœud ne communique quavec ses voisins

• Structure de la Table de distance
• Propre à chaque nœud
• Une ligne par destination possible
• Une colonne par voisin
• exemple dans le noeud X, pour la dest. Y via le
  voisin Z

16
Table de distance exemple
boucle!
boucle!
17
Table de routage
Lien sortant , coût
A B C D
A,1 D,5 D,4 D,4
destination
Table de distance
Table de routage
18
Algorithme de routage DV

• Itératif, asynchrone chaque itération locale
  est causée par
• Changement de coût dun lien adjacent
• Message dun voisin du au changement de sa table
  de distance
• Distribué
• Chaque nœud annonce à ces voisins seulement quand
  sa table de distance change

Chaque noeud
19
Algorithme de routage DV
Dans chaque nœud, X
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
20
Algorithme de routage DV exemple
21
Algorithme de routage DV exemple
22
Comparaison des algorithmes LS et DV

• complexité
• LS avec n noeuds, E liens, O(nE) msgs sont
  envoyés
• DV échange entre les voisins seulement
• Le temps de convergence varie
• Vitesse de Convergence
• LS O(n2)
• Peut osciller
• DV Le temps de convergence varie
• Boucle possible
• Comptage à linfini possible

• Robustesse Quarrive til si le routeur tombe
  en panne ?
• LS
• Le nœud peut annoncer un coût erroné
• Chaque nœud ne calcule que sa propre table de
  routage
• DV
• Le nœud peut annoncer un coût erroné
• Tout les nœuds utilisent la table des autres
  nœuds
• Lerreur se propage dans le réseau

23
Routage Hiérarchique

• Jusquici nous avons étudié un réseau idéal
• Tous les routeurs sont identiques
• Un seul réseau
• pas vrai en pratique

• Facteur déchelle avec 50 millions de
  destinations
• On ne peut enregistrer toutes les destinations
  dans la table de routage!

• autonomie administrative
• internet réseau des réseaux
• Chaque administrateur de réseau veut contrôler le
  routage dans son réseau

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Routage Hiérarchique

• Agréger les routeurs en régions autonomes,
  autonomous systems (AS)
• Les routeurs dun même AS exécutent le même
  protocole de routage
• protocole de routage intra-AS

• Routeurs spéciaux dans un AS
• Exécutent les protocoles de routage intra-AS
• Responsables du routage à des destinations
  extérieurs à lAS
• exécutent des protocoles de routage inter-AS avec
  dautres routeurs de passerelle

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

b
a
a
C
B
d
A
Couche réseau
Routage inter-AS, intra-AS dans la passerelle A.c
Couche liaison
Couche physique
26
Routage Intra-AS et Inter-AS
Routage Inter-AS entre A et B
Host h2
Routage Intra-AS Dans lAS B
Routage Intra-AS dans lAS A
27
Couche réseau dans Internet
Couche Transport TCP, UDP

• Protocoles de
• Routage
• Choix du chemin
• RIP, OSPF, BGP

Couche Réseau
Table de routage
Couche de liaison
Couche Physique
28
Routage Intra-AS

• Plus connus sous le nom de Interior Gateway
  Protocols (IGP)
• IGPs les plus utilisés
• RIP Routing Information Protocol
• OSPF Open Shortest Path First
• IGRP Interior Gateway Routing Protocol (Cisco
  propr.)

29
RIP

• Algorithme Distance vector
• Inclu dans BSD-UNIX depuis 1982
• métrique de coût de hops (max 15 hops)
• Vecteurs de Distance échangés toutes les 30 sec
  via des advertisements
• Chaque advertisement est envoyé à au plus 25
  réseaux

30
OSPF

• open dans le domaine public
• Algorithme Link State
• Utilise l algorithme de Dijkstras
• Les advertisement OSPF sont envoyés à tout lAS
  par inondation (flooding)

31
Fonctionnalités avancées dOSPF

• Sécurité tous les messages OSPF sont
  authentifiés des connexions TCP sont utilisées
• Multipath est autorisé (pas dans RIP)
• Pour chaque lien, plusieurs métriques de coût en
  fonction des TOS peuvent être définies
• Support intégré de lunicast et du multicast
• Multicast OSPF (MOSPF) utilise la même topologie
  quOSPF
• OSPF Hiérarchique dans les grands domaines.

32
OSPF hiérarchique
33
Routage inter-AS BGP

• BGP (Border Gateway Protocol) standard de facto
• Protocole Path Vector
• similaire au protocole Distance Vector
• Chaque Border Gateway diffuse à ces voisins la
  totalité du chemin entire path (I.e, la suite des
  ASs) jusquà la destination
• Ex la passerelle X envoie son chemin à la dest.
  Z
• Path (X,Z) X,Y1,Y2,Y3,,Z

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Routage inter-AS BGP

• Hypothèse la passerelle X envoie son chemin à
  la passerelle W
• W peut choisir ou ne pas choisir le chemin offert
  par X
• coût, politique (ne pas router via les autres
  ISPs)
• Si W choisit le chemin annoncé par X, alors
• Path (W,Z) w, Path (X,Z)
• Note X peut contrôler le trafic entrant en
  contrôlant ces advertisements
• Ex nous ne voulons pas router le trafic de Z -gt
  ne rien annoncer à Z

35
Adresse IP introduction
223.1.1.1

• Addresse IP identificateur sur 32 bits
• identifie pour chaque interface hôte et routeur
• interface connexion entre un hôte ou routeur et
  la couche physique
• Les routeurs ont typiquement plusieurs interfaces
• Les hôtes peuvent avoir plusieurs interfaces
• Les adresses IP sont associées à une interface

223.1.2.9
223.1.1.4
223.1.1.3
223.1.1.1 11011111 00000001 00000001 00000001
223
1
1
1
36
Adresse IP
223.1.1.1

• Adresse IP
• Partie réseau (bits de poids forts)
• Partie hôte (bits de poids faible)
• Réseau ?
• (du point de vue IP)
• Les interfaces avec la même partie réseau de
  ladresse IP
• Et qui peuvent communiquer sans avoir besoin dun
  routeur de passerelle

223.1.2.1
223.1.1.2
223.1.2.9
223.1.1.4
223.1.2.2
223.1.1.3
223.1.3.27
LAN
223.1.3.2
223.1.3.1
Le réseau est constitué de 3 réseaux IP (Les 24
premiers bits sont ladresse réseau)
37
Adresse IP
classe dadressage
classe
1.0.0.0 to 127.255.255.255
A
réseau
0
hôte
128.0.0.0 to 191.255.255.255
B
192.0.0.0 to 223.255.255.255
C
224.0.0.0 to 239.255.255.255
D
32 bits
38
Adresse IP CIDR

• Adressage par classe
• utilisation inefficace de lespace dadressage
• 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
• CIDR Classless InterDomain Routing
• La taille de la partie réseau est arbitraire
• Format de ladresse a.b.c.d/x, où x est le de
  bits dans la partie réseau de ladresse

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
• alloue les adresses
• Gère le DNS
• Assigne les noms de domaines

40
Adressage hiérarchique agrégation de route
Organisation 0
Organisation 1
Envoie-moi tout ce dont ladresse commence par
200.23.16.0/20
Organisation 2
Fly-By-Night-ISP
Internet
Organisation 7
Envoie-moi tout ce dont ladresse commence par
199.31.0.0/16
ISPs-R-Us
41
Envoyer un datagramme de la source à la dest.
table de routage de A

• Datagramme IP

• Le datagramme reste inchangé durant sa traversé
  du réseau

42
Envoyer un datagramme de la source à la dest.
Champs divers
data
223.1.1.1
223.1.1.3

• Regarder la partie réseau de ladresse de B
• Vérifier si B est sur le même réseau que A
• La couche liaison envoie directement le
  datagramme à B
• B et A sont directement connectés

43
Envoyer un datagramme de la source à la dest.
Champs divers
data
223.1.1.1
223.1.2.3

• Regarder la partie réseau de ladresse de E
• E est sur un réseau différent
• A et E ne sont pas directement attachés
• Regarder dans la table de routage le routeur
  suivant pour le réseau de E est 223.1.1.4
• La couche liaison envoie le datagramme au routeur
  223.1.1.4

44
Envoyer un datagramme de la source à la dest.
Champs divers
data
223.1.1.1
223.1.2.3

• Arrivée à 223.1..1.4 dun paquet destiné à
  223.1.2.2
• Regarde la partie réseau de ladresse de E
• E est sur le même réseau que linterface routeur
  223.1.2.9
• Envoyer le paquet à ce routeur
• La couche liaison envoie le datagramme à
  223.1.2.2 via linterface 223.1.2.9
• Le datagramme arrive à 223.1.2.2!!!

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