Cours n° 4 Couche réseau

Masters IIGLI et IGLII – Intranet internet extranet – 2006-2007 – Claude Montacié1

Cours n° 4Cours n° 4

Couche réseauCouche réseau


1. Modes de commutation

2. Algorithmes de routage Algorithmes statiques Algorithmes dynamiques

3. Contrôle de la congestion Boucle ouverte Boucle fermée

Sommaire


Transmission entre 2 machines non nécessairement connectésDonnées sont fractionnées en paquets.

Transmission indirecte par l’intermédiaire de routeur/commutateur

INTRODUCTIONINTRODUCTION

PrincipesPrincipes

routeur/commutateur

dst

réseau local

src

réseau local


INTRODUCTION INTRODUCTION

DescriptionDescription

couche réseau

couche liaison

couche physique

couche réseau

couche liaison

couche physique

paquet

trame

Emetteur Récepteur

couche transport couche transport

message message

couche réseau

couche liaison

couche physique

paquet

trame

Routeur


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 intermédiaireRécupération par la couche réseau des paquets de la couche liaison,

Construction d’un nouveau paquet pour chacun d’entre eux

Envoi par la couche réseau de chaque paquet à la couche liaison.

Sur la machine destination,

Récupération par la couche réseau des paquets de la couche liaison,

Extraction des données de chaque paquet et envoi des messages à la couche transport

INTRODUCTION INTRODUCTION



Mode de comunicationMéthode d’acheminement des informations du paquet à la bonne destination à travers le réseau

Circuit virtuelConstitution d’une connexion entre réseaux locaux différents par utilisation successive de réseaux intermédiaires

Mode de communication connectéCircuit 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 connectéPas de circuit virtuelRoute calculée pour chaque paquet

Ajout à chaque paquet de l’adresse de destination

1. MODES DE COMMUNICATION 1. MODES DE COMMUNICATION

PrincipesPrincipes


Aiguillage du trafic établissant un circuit virtuel temporaireApproche 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 routemode connecté

Equipement réseau spécialisé permettant la fonction commutation commutateur

Gain en qualité de service de la commutationPas de calcul d’une route pour chaque paquet

Pas de perte de l’ordre des paquets

Adaptée aux réseaux fiablesPerte du message complet en cas de panne d’un commutateur

Prix élevé du service


Fonction de commutationFonction de commutation


Aiguillage du trafic établissant une route à chaque paquet du messageApproche des opérateurs des réseaux informatiques

Transmission possible des paquets par des routes différentesmode non connecté

Equipement réseau spécialisé permettant la fonction de routage routeur

Adaptée aux réseaux peu fiablesChoix d’une autre route en cas de panne d’un routeur

Perte en qualité de service du routage Entrelacement possible des paquetsPerte de paquet

Remise en ordre et demande de retransmission à la charge de l’utilisateur

Prix faible du service


Fonction de routageFonction de routage


2. ALGORITHMES DE ROUTAGE 2. ALGORITHMES DE ROUTAGE

ProblématiqueProblématique

Src

Dst

Choix des points intermédiaires entre deux machinesProblème de théorie des graphes


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 routageEntrée par adresse du réseau de destination

port de sortie correspondant,nom du prochain équipement réseau (routeur/commutateur),métrique, …

MétriqueNombre 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


Solution logicielleSolution logicielle


PropriétésExactitude

Bonne évaluation de la métrique

Justice service équilibré entre tous les usagers

Robustessecapacité d'adaptation aux pannes et changement de topologie

Simplicitétaille mémoire du logiciel et des données

Classes d’algorithmeAlgorithmes 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


CaractéristiquesCaractéristiques


Calcul des plus courts chemins entre tout couple de routeursCodage en terme de théorie des graphes

Soit G = (N,A,V) un graphe orienté pondéré défini par :

un ensemble N de nœuds représentant les routeursun ensemble A d'arcs représentant les routeurs reliés entre euxun ensemble V de valeurs représentant les métriques entre routeurs reliés

entre euxRecherche 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

2.1 ALGORITHMES STATIQUES 2.1 ALGORITHMES STATIQUES

Algorithme du plus court chemin (1/4)Algorithme du plus court chemin (1/4)


pour chaque n de N Distance(n) := infini; fin pourM1 := {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 pourfin tant que



Méthode de Dijkstra




Exemple

3

2

1 4

2

3

3 1

1

2

4

31

6

Construction de la table de routage du routeur 1

M1 M2 M3 s2 d2 s3 d3 s4 d4{1} {} {} {1} {2, 3} {} 2

{1, 2} {3, 4} {4} 2 {1, 2, 4} {3} {} 2

{1, 2, 3, 4} {} {} 2 1 2 4 2

n=2n=4n=3


Construction des tables de routage



Tables de routage

Source Destination Sortie Métrique1 2 2 11 3 2 41 4 2 22 1 1 12 3 4 22 4 4 13 1 1 33 2 2 33 4 4 24 1 3 44 2 2 44 3 3 1



Autres algorithmesAutres 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 paquetinitialisation 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 fluxAlgorithme 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 globaleRoutage à vecteur de distanceMesure de la distance (temps de transmission) avec ses voisinsEnvoi par chaque routeur de sa table de routage à ses voisinsMise à jour des tables de routage des voisinsProtocole RIP (Routing Information Protocol) du réseau Internet

Echange global d’information localeRoutage 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

2.2 ALGORITHMES DYNAMIQUES 2.2 ALGORITHMES DYNAMIQUES

PrincipesPrincipes


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 routeursperte de paquets

Phénomène de congestionAuto-entretien et aggravation

réémission des paquets perdusDiminution des performances puis arrêt total des transmissions

Propagation en amontblocage des acquittements

3. CONTRÔLE DE LA CONGESTION 3. CONTRÔLE DE LA CONGESTION



Prévention structurelle de la congestion

Résolution des problèmes lors de la phase de conceptionPas 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 percéPlacement 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

3.1 APPROCHE BOUCLE OUVERTE 3.1 APPROCHE BOUCLE OUVERTE

Principes et algorithmesPrincipes et algorithmes


3.2 BOUCLE FERMEE 3.2 BOUCLE FERMEE


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 congestionDéfinition rapide d’un plan global d’action

Envoi de paquets spéciaux aux routeurs accessibles choisis

Action des routeursRéduction du trafic en sortie

Délestage par reconfiguration des tables de routage

Documents

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