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Réseaux IP, routage avancé
C. Pham Université de Pau et des Pays de l’Adour Département Informatique http://www.univ-pau.fr/~cpham [email protected]
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Routage 3 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
La diversité des réseaux
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Le routage de proche en proche illustré
R3
A
B
C
R1
R2
R4 D
E
F R5
R5 F
R3 E
R3 D
Next Hop Destination
D D
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Le routage IP
R3
A
B
C
R1
R2
R4 D
E
F R5
R5 F
R3 E
R3 D
Next Hop Destination
D D D
16 32 4 1
Data
Options (if any)
Destination Address
Source Address
Header Checksum Protocol TTL
Fragment Offset Flags Fragment ID
Total Packet Length T.Service HLen Ver
20 b
ytes
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Routage 6 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
High Performance Routers
©cisco
©Juniper
©Procket Networks
©Nortel Networks
©Alcatel ©Lucent
and more…
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Routage 7 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
Internal Components of a 2600 Router
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Routage 8 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
External Connections on a 2600 Router
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Les protocoles de l ’Internet
Couche transport dans l'Internet (light, détaillé) TCP/IP sur les réseaux locaux Couche application
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Les protocoles de routage
Fonctions de base, protocole de routage – déterminer et mise à jour des tables de routages, – répartition des charges pour éviter les congestions, – critères pour déterminer le coût d'une liaison (nombre de noeuds,
temps de traversée, taille des files d'attente etc.)
Fonctions avancées, liées à la qualité de service – définir des classes de trafic, ordonnancement, – instaurer la sécurité, – contrôle de flux et contrôle de congestion, – qualité de service: temps-réel, multimédia etc.
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Hiérarchie dans l’Internet
Trois niveaux de hiérarchie dans les adresses – adresse réseaux, – adresse sous-réseaux, – adresse de la machine.
Le réseaux de backbone ne publient les routes qu’aux réseaux, et pas aux sous-réseaux. – e.g. 135.104.*, 192.20.225.*
Malgré cela, il y a environ 118,000 adresses de réseaux dans les routeurs de backbones (2003)
Les gateways communiquent avec le backbone pour trouver le meilleur noeud suivant pour chaque réseau dans l’Internet.
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Les protocoles de routages pour réseaux paquets
Vecteur de distance (Distance-Vector, DV) – chaque routeur ne connaît initialement que le coût de ses propres
liaisons, les routeurs échangent entre-eux des informations de coûts,
– chaque routeur n'a qu'une vision partielle du réseau: coût vers chaque destination,
– fonctionne bien sur des systèmes de petite taille.
Etat des liens (Link-State, LS) – chaque routeur construit une vision complète de la topologie du
réseau à partir d'informations distribuées, – ne pas confondre connaître la topologie et connaître tous les
noeuds terminaux, – fonctionne sur des grands réseaux.
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Routage 13 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
L’approche vecteur de distance (1)
Vecteur de distance (Distance-Vector, DV) – chaque routeur ne connaît initialement que le coût de ses propres
liaisons vers ses voisins direct. C’est le vecteur initial – chaque routeur va échanger son vecteur initial avec tous ses
voisins – après un certain nombre d’itérations, chaque routeur va connaître
le coût vers chaque destination, – fonctionne bien sur des systèmes de petite taille.
DV(A)=(0,7, ∞,∞,1)
A
E D
C B 7
8 1
2
1
2
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Routage 14 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
L’approche vecteur de distance (2)
DV(C)=(∞,1,0,2,∞))
Pas obligatoirement de synchronisation dans les envois de messages
A
E D
C B 7
8 1
2
1
2
DV(A)=(0,7,∞,∞,1)
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Routage 15 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
A
E D
C B 7
8 1
2
1
2
Réseau d’étude
A
E D
C B 7
8 1
2
1
Vision de A à 2-sauts (après la 2nd itération)
A
E
B 7
1
Vision de A à 1-saut (après la 1ère itération)
L’approche vecteur de distance (2)
Condition de consistence: D(i,j) = c(i,k) + D(k,j) L’algorithme DV (Bellman-Ford) évalue cette
condition de manière récursive – À la m-iéme itération, le critère de consistence est vérifié, en
supposant que chaque nœud N “voit” les noeuds et les liens à m-sauts (ou moins) de lui (i.e. on a une vision à m-sauts)
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Routage 16 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
DV(B)=(7,0,1,∞,8)
A
E D
C B 7
8 1
2
1
2
DV(A)=(0,7,∞,∞,1)
Algorithme DV (3)
A reçoit de B: DV(B,*)=(7,0,1, ∞,8) Pour tout voisin k, si c(i,k) + D(k,j) < D(i,j), alors:
– D(i,j) = c(i,k) + D(k,j) – prochain-saut(j) = k
Pour voisin B, si c(A,B)+D(B,C) < D(A,C), alors: – D(A,C) = c(A,B) + D(B,C) – prochain-saut(C) = B
DV(A)=(0,7,∞,∞,1)
DV(B)=(7,0,1,∞,8)
+ c(A,B)=(14,7,8,∞,15)
MIN
DV(A)=(0,7,8,∞,1)
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Routage 17 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
i k
j D(i,k)
Approche “état des liens” (2)
L’approche état des liens est itérative, et pivote autour des destinations j, and leur prédécesseurs k = p(j)
– Une autre vue de du critère de consistence est utilisée: – D(i,j) = D(i,k) + c(k,j)
Chaque noeud i collecte tous les états c(*,*) d’abord puis exécute localement l’algorithme de plus court chemin (Dijkstra).
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Diffusion de la topologie
Un routeur décrit son voisinage avec un link state packet (LSP)
Utilise une diffusion contrôlée pour distribuer l’information dans le réseau – Garde le LSP dans une base de données de LSP – Si nouvelle, transmet sur chaque interface, sauf l’interface entrante – Un réseau avec E sommets transmettra au plus 2E fois
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Routage 19 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
Link State (LS) Approach…
After each iteration, the algorithm finds a new destination node j and a shortest path to it.
After m iterations the algorithm has explored paths, which are m hops or smaller from node i. – It has an m-hop view of the network just like the distance-vector
approach
The Dijkstra algorithm at node i maintains two sets: – set N that contains nodes to which the shortest paths have been
found so far, and – set M that contains all other nodes. – For all nodes k, two values are maintained:
• D(i,k): current value of distance from i to k. • p(k): the predecessor node to k on the shortest known path from i
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Routage 20 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
Dijkstra’s algorithm: example
Step 0 1 2 3 4 5
set N A
AD ADE
ADEB ADEBC
ADEBCF
D(B),p(B) 2,A 2,A 2,A
D(C),p(C) 5,A 4,D 3,E 3,E
D(D),p(D) 1,A
D(E),p(E) infinity
2,D
D(F),p(F) infinity infinity
4,E 4,E 4,E
A
E D
C B
F 2
2 1 3
1
1 2
5 3
5
The shortest-paths spanning tree rooted at A is called an SPF-tree
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Routage 21 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
Misc: How to assign the Cost Metric?
Choice of link cost defines traffic load – Low cost = high probability link belongs to SPT and will attract
traffic
Tradeoff: convergence vs load distribution – Avoid oscillations – Achieve good network utilization
Static metrics (weighted hop count) – Does not take traffic load (demand) into account.
Dynamic metrics (cost based upon queue or delay etc) – Highly oscillatory, very hard to dampen (DARPAnet experience)
Quasi-static metric: – Reassign static metrics based upon overall network load (demand
matrix), assumed to be quasi-stationary
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Routing dynamics
Added by C. Pham
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Les protocoles de routage (interne)
RIP (v1 et v2) – Routing Information Protocol, v2 supporte le VLSM – Nombre de saut comme métrique – Nombre de saut maximum = 15 – Mise à jour des tables de routage toutes les 30s
IRGP – Interior Gateway Routing Protocol (Cisco) – Bande passante et délai comme métrique – Mise à jour des tables de routage toutes les 30s
OSPF – Open Shortest Path First, supporte le VLSM – Notion de zones administratives – Utilise SPF (Dijkstra) pour calculer le plus court chemin – Le coût d’un lien dépend de la capacité (108/capacité) – Paquet HELLO toutes les 10s ou 30s
EIGRP – Enhanced IGRP (Cisco), supporte le VLSM – Utilise l’équilibrage – Utilise DUAL (Diffused Update Algorithm) pour calculer le + court chemin
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Le routage dans l'Internet
Interior Routing – utilise RIP (Routing Information Protocol, DV), IGRP/EIGRP (cisco,
DV), IS-IS (LS) et OSPF (Open Shortest Path First, LS). Ce dernier est celui qui est préféré
– protocole d'échange de données de routage périodiques entre routeurs adjacents.
Exterior Routing – utilise EGP (Exterior Gateway Protocol, DV), BGP (Border Gateway
Protocol, DV). Ce dernier est celui qui est préféré. – connexion TCP entre les routeurs pour les échanges
d'informations, – routage politique.
Notion de peering et d'accords entre AS
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Routage 25 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
Le vrai routage dans l’Internet
Couche réseau Liaison
Couche physique
a
b
b
a a C
A
B d
Passerelles: - routage externe (inter-AS) entres eux
- Participent au routage interne (intra-AS) avec les autres routeurs de l’AS
A.c A.a
C.b B.a
c b
c
Systèmes autonomes
(AS)
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Routage 26 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
Exemple de routage interne et externe
h2
a
b
b
a a C
A
B d c
A.a A.c
C.b B.a
c b
h1
Routage intra-AS dans l’AS A
Routage inter-AS entre A et B
Routage intra-AS dans l’AS B
Seulement quelques routeurs (de 0 à 50) dans chaque AS
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Organisation en systèmes autonomes
L ’Internet est organisée en un ensemble de systèmes autonomes (Autonomous System)
Chaque AS est un ensemble de réseaux et de routeurs sous une administration communes – entreprise, campus, réseau régional… – toutes les parties d ’un AS doivent être connexes
Les numéros d’AS sont délivrés par le NIC-France – un numero = 16 bits (ex: Renater = AS 1717)
Le routage entre AS est appelé routage externe
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Systèmes autonomes et routage externe
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BGP background (1)
From CISCO
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Evolution du nombre d’entrée dans un routeur inter-domaine BGP (1)
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Evolution du nombre d’entrée dans un routeur inter-domaine BGP (2)
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Toutes les entrées BGP
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Routage 35 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
Peering is not transit…
Peering consists in establishing a commercial relationship to give subscribers of both providers full connectivity to each other.
No transitivity! WestNet has not access to EastNet, and vice-versa
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Routage 36 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
Transit
Transit consists in establishing a commercial relationship in which an ISP give (sell) the access of all (or in part, Europe) destinations in its routing table
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Routage 37 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
Peering or transit?
Transit deals can be very expensive ($150000/month for an OC-3 capacity)
Private peering is often very beneficial
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Routage 38 Cours de C. Pham, Université de Pau et des Pays de l’Adour
But beware of asymetrical traffic flows
An ISP with a lot of interesting contents can consume a lot of resources in its neighboring ISP! A ratio of (4:1) is oftenly put in the transit deal.
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Asymétrie du routage
ou comment se débarrasser des packets le plus vite possible…
source L. Toutain