Institut Supérieur d'Informatique1

Réseaux et Protocoles de Communications

La couche réseau

2

Les couches OSI

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison de données

Physique

Réseau

Liaison de données

Physique

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison de données

Physique

Protocole de bout en bout

3

La couche réseau

La couche réseau fait essentiellement du routage. Elle

transporte les paquets en traversant plusieurs nœuds

appelés routeurs ou commutateurs.

Elle connaît la topologie du sous-réseau de communication

et l ’ensemble des routeurs qui le compose.

Elle doit être capable de choisir les chemins appropriés à

travers un sous-réseau.

Sous-Réseau

Un routeur

Une ligne de communication

4

Circuits virtuels et datagrammes

Les protocoles de la couche réseau peuvent fonctionner

selon deux modes :

mode connecté (circuit virtuel):

établissement d ’un chemin unique appelé circuit virtuel

Service fiable, mais complexe

Exemple de protocoles : le protocole X.25

5

Circuits virtuels et datagrammes

Mode non connecté (datagramme)

une seule phase : transfert de données

service non fiable, mais simple

plusieurs chemins possibles

Exemples de protocoles : le protocole IP

6

Primitives du service réseau(mode connecté)

Niveaux 1 et 2 :

Liaison de données

Et

physique

Station A Station B

Couche Transport

Couche Réseau

Couche Transport

Couche Réseau

N_CONNECT.Request

N_CONNECT.Indication

N_CONNECT.Response

N_CONNECT.confirmation

7

Routage

Fonction qui permet de déterminer un chemin dans un

réseau maillé vers une destination identifiée par une

adresse.

Utilisation de :

Table de routage (ou table d ’acheminement) dans chaque

nœud : information nécessaire pour atteindre le prochain

nœud vers la destination.

Algorithmes de routage : calcul d ’un chemin optimal pour

atteindre une destination.

8

Routage

File du commutateurdes paquets

Vers le nœud_1

Vers le nœud_2

Vers le nœud_3

A1

A2

A3

Table de routage associée au nœud de commutation

@_D1

@_D2

@_D3

@_D4

A1, A2

A2

A3, A2

A1

9

Algorithmes de routage

Algorithmes non adaptatifs (statiques) :

Ils ne fondent pas leurs décisions de routage sur des mesures

ou des estimations de trafic et de la topologie.

Le choix de la route est calculé à l ’avance (hors ligne) pour

chaque paire de stations.

Généralement la route la plus courte.

La route est téléchargée dans le routeur lorsque le réseau est

en phase d ’initialisation (algorithme centralisé).

10

Algorithmes de routage

Algorithmes adaptatifs :

basés sur des algorithmes complexes qui prennent en

considération l ’environnement d ’un réseau .

Mise à jour périodique des tables de routage. Routage centralisé :

• chemins établis par un seul nœud du réseau

• traite les décisions quand aux définitions des nouvelles tables de

routage

• collecte les informations de la part de tous les composants du réseau

• utilise un algorithme déterminé pour concevoir les nouvelles tables

• envoi des tables aux stations et nœuds du réseau.

Routage distribué :

• chemins déterminés par chaque nœud en fonction des informations

locales ou reçues par ses nœuds voisins.

11

Routage du plus court chemin

définitions de la longueur d ’un chemin

Le nombre de sauts entre la source et la destination

la distance géographique en kilomètres

le chemin le plus rapide en calculant le temps moyen d ’attente

et de transmission d ’un paquet par un nœud de commutation

En général, c ’est une pondération entre la distance, la capacité de

transport, le trafic moyen, le coût de communication, la longueur

moyenne des files d ’attente, des délais mesurés, etc.

S

A

2

7

2

16

2

4

33

2 2

C

B

E

F

G

D

12

Algorithme de Dijkstra (1959)

Principe d ’optimalité :

Si un routeur J est sur le chemin optimal qui va du routeur I vers

le routeur K, alors le chemin optimal de J vers K suit la même

route.

Exemple d ’application de l ’algorithme :

calcul du plus court chemin entre une source et une destination

détermination de la route ayant la plus faible valeur de la somme

de tous les arcs.

S

A

2

7

2

16

2

4

33

2 2

C

B

E

F

G

D

13

Algorithme de Dijkstra (1959)

Principes de l ’algorithme :

Chaque nœud est étiqueté par sa distance au nœud source

en suivant le meilleur chemin connu ( [distance, routeur

précédent] )

Initialement aucun chemin n ’est connu et chaque nœud et

étiqueté d ’une valeur << >>

S

A (,-)

2

7

2

16

2

4

33

2 2

C(,-)

B (,-)

E(,-)

F(,-)

G(,-)

D(,-)

14

Algorithme de Dijkstra (1959)

Principes de l ’algorithme (suite): Marquage du nœud source I=S en l ’entourant d ’un cercle plein.

a) Calcul des valeurs de l ’ étiquette des nœuds adjacents à I non marqués.

b) On identifie celui qui a la plus petite valeur de l ’étiquette parmi tous les nœuds non marqués et on le marque par un cercle plein, soit le nœud J.

c) si J D (nœud destination), alors a) avec I=J

S

A(2,S)

2

7

2

16

2

4

33

2 2

C(,-)

B(6,S)

E(,-)

F(,-)

G(,-)

D(,-)

15

Algorithme de Dijkstra (1959)

S

A (2,S)

2

7

2

16

2

4

33

2 2

C(4,A)

B (5,C)

E(6,C)

F(9,A)

G(,-)

D(,-)

S

A (2,S)

2

7

2

16

2

4

33

2 2

C(4,A)

B (5,C)

E(6,C)

F(9,A)

G(9,B)

D(,-)

16

Algorithme de Dijkstra (1959)

S

A (2,S)

2

7

2

16

2

4

33

2 2

C(4,A)

B (5,C)

E(6,C)

F(9,A)

G(8,E)

D(,-)

S

A (2,S)

2

7

2

16

2

4

33

2 2

C(4,A)

B (5,C)

E(6,C)

F(9,A)

G(8,E)

D(10,G)

17

Algorithme de Dijkstra (1959)

S

A (2,S)

2

7

2

16

2

4

33

2 2

C(4,A)

B (5,C)

E(6,C)

F(9,A)

G(8,E)

D(10,G)

S

A (2,S)

2

7

2

16

2

4

33

2 2

C(4,A)

B (5,C)

E(6,C)

F(9,A)

G(8,E)

D(10,G)

18

Routage à vecteur de distance

C ’est un algorithme de routage dynamique qui met à jour

régulièrement la table de routage par échange mutuel des

listes de vecteurs de distance entre routeurs voisins.

La table de routage contient dans chaque ligne

La ligne préférentielle à utiliser pour atteindre la destination

l ’estimation du temps ou de la distance

La métrique utilisée peut dépendre

du temps d ’acheminement (en ms)

du nombre total de paquets en file d ’attente sur la route

etc.

19

Routage à vecteur de distance Exemple : calcul du temps d ’acheminement minimal par le routeur J.

Chaque routeur du réseau connaît la distance qui le sépare de son voisin (le temps d ’acheminement).

Le routeur J calcule la valeur minimale du temps d ’acheminement vers une destination en examinant toutes les tables de routage communiquées par ses voisins.

A B C D

E F G H

I J K L

20

Routage à vecteur de distance

A B C D

E F G H

I J K L

0

12

25

40

14

23

18

17

21

8

24

29

24

36

18

27

7

20

31

20

0

10

22

33

20

31

19

8

30

19

6

0

14

12

22

9

21

28

36

24

22

40

31

19

22

6

0

9

8

20

28

20

17

30

18

12

10

0

6

15

A

A

I

H

I

I

H

H

I

-

K

K

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

vers A I H K Ligne

Temps d ’acheminement estimé depuis J

TempsJA=8

TempsJI=10

TempsJH=12

TempsJK=6

Nouvelle table de routage de J

21

Contrôle de congestion

La congestion est une dégradation des performances du

réseau due à une forte augmentation du nombre de

paquets dans le réseau.

Trafic idéal

Trafic souhaité

Trafic congestionné

Trafic idéal : le nombre de

paquets

délivré est proportionnel au

nombre

de paquet transmis dans le

réseau.Trafic congestionné : trafic

très élevé où un bon nombre de

paquets dans la file d ’attente

des routeurs seront détruits.

Nombre de paquets transmisNom

bre

de p

aquet

rem

is

aux d

est

inati

ons

22

Contrôle de congestion

Fonction pour éviter la dégradation des performances d ’un

réseau dû à la présence d ’un trop grand nombre de

paquets dans ce même réseau.

Contrôle de congestion par notification Envoie de paquets d ’engorgement pour prévenir la source de

diminuer son émission lorsqu ’une congestion est détectée dans

un nœud.

Contrôle de congestion par destruction des paquets Destruction des paquets arrivant dans un nœud congestionné et

ne peuvent pas être stockées dans les tampons (cas de l’ATM).

Destruction des paquets résidents dans une file d ’attente au

delà d ’un certain délai (cas de l’IP)

23

Contrôle de congestion versus contrôle de flux

Exemple 1: contrôle de flux

Cas d ’un réseau Gigabit Ethernet Transfert de fichier entre une station Fast Ethernet (100Mbits/s)

et une station Ethernet (10Mbits/s)

Exemple 2 : contrôle de congestion

Cas d ’un réseau WAN avec des liens à 1Mbits/s et 1000

stations connectées Transfert de fichiers à 100Kbits/s par la moitié des stations (50

Mbits/s requis)

24

Canalisation du trafic

La nature aléatoire du trafic est une des principales causes

de la congestion.

rendre uniforme le rythme et la vitesse d ’envoi de

données : canalisation du trafic (ATM).

L ’Algorithme de seau percé permet la canalisation du trafic.

C ’est un algorithme en boucle ouverte

25

Algorithme du sceau percé

Seaupercé

L ’eau s ’écoulegoutte à goutte

à débit constant

Ordinateursource

paquet

Flux irrégulier

Le seau maintientles paquet

Flux régulier

Réseau

Dispositifde gestion du paquet

26

Algorithme du sceau percé

La régulation du rythme d ’envoi de donnée par un sceau

percé peut se faire en utilisant des jetons :

Le sceau dispose d ’un certain nombre de jetons générés par

une horloge au rythme d ’un jeton tous les T secondes.

Lorsqu ’un paquet est transmis un jeton est détruit

Si le sceau ne contient pas de jeton, le paquet qui arrive doit

attendre la génération d ’un nouveau jeton pour qu ’il soit

transmis.

La taille de la file d ’attente est limité : un paquet qui trouve

la file pleine est éliminé.n 2 1

T

Générateur de jetons

Trafic canalisé

File de taille n

27

Contrôle de congestion sur un circuit virtuel

C ’est une méthode de contrôle en boucle fermée où le

contrôle de la congestion est dynamique (contrôle

d ’admission)

Si une congestion est signalée en un nœud du réseau, aucun

circuit virtuel ne peut être établi en passant par ce nœud

jusqu ’à ce que le problème soit résolu.

congestion

S

D

S

D

Circuit virtuel