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2008 Problématique Réseaux I 1

Problématique des RéseauxM2 IFA

Jean-Jacques [email protected]


Bibliographie générale• Andrew Tanenbaum, Réseaux, Pearson, 4ème

édition 2003.• James Kurose et Keith Ross, Analyse structurée des

réseaux, Pearson 2003

• Srinivasan Keshav, An Engineering Approach toComputer Networking, Addison Wesley, 1997

• Christian Huitema, Le routage dans Internet,Eyrolles, 1995.


Réseau

• Collection de– Nœuds/processus applicatifs– Nœuds internes (ponts, routeurs, …)– Canaux de transmission entre ces nœuds

• « graphe du réseau »

• Qui coopèrent pour échanger desdonnées (informatiques ou autre)

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Quelques questions

• Comment identifier et localiser les nœuds ?– adressage

• Comment déterminer la (une) route (et qui le fait )?– routage

• Comment acheminer les données ?– commutation


Commutation

• Commutation de circuits (téléphone)• Commutation de messages (poste)• Commutation de paquets

– En mode circuit virtuel (X25, ATM)– En mode datagramme (IP, Ethernet)– Hybride (MPLS)


Commutation de circuit

• Etablir un circuit « physique »– Avant échange de données– Ressources garanties si succès– Multiplexage statique– Lien à 2 Mb/s => 30 circuits à 64 Kb/s– Signalisation/adressage séparé des données– Délai traversée faible (~ délai propagation) et fixe

• Entrée circuit => sortie circuit– Délai avant établissement (~ 1s)– Peu efficace si débit variable

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Commutation de paquets

• Données découpées en paquets– Taille fixe ou variable (53 octets => n Ko)– Multiplexage au niveau paquet (statistique)

• Délais de traversée variable– Comment commuter les paquets

• Informations de contrôle dans chaque paquet– N° CV, label, adresse(s), route, …

• Fonction de commutation– FC(info paquet, info locale) => propager(modifier)

paquet


Routeur/commutateur

RIB

FIB

Signalisation

Données

A, donnéesentrée

FC

Algo routage

sortiepaquet

configuration


Mode circuit virtuel

• Multiplexage statistique (Comm paquet)• Phase de connexion (Délai de connexion élevé)• Fonction FC calculée au préalable (délai de commutation

faible)• Séparation signalisation / données• Réservation de ressources (possibilité de garanties QoS)• Construire FC par nœud• Info paquet : N° CV (X25, ATM), label (MPLS)

– FC(N° CV entrant, if entrante ) => N° CV sortant, if sortante– Une ligne par CV dans la table

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Mode datagramme

• Pas de connexion préalable• Traitement des paquets au fil de l’eau• Fonction FC :

– Info dans le paquet suffisante• FC(« adresse_paquet », info_locale)• Identité destinataire => « adresse_paquet »• Comment le joindre => 2 possibilités


Mode datagramme (2)

• routage saut par saut (hop by hop)– Adresse destination : index dans

=> Table de « routage » (FIB)– Table construite indépendamment du flux

• Dynamiquement => adaptatif– Taille table = o(# destination) ?

• Internet ~ 108

• Agrégation, route par défaut– Utilisé dans Internet, réseaux Ethernet commutés


Mode datagramme (3)

• routage par la source– Route calculée par la source– Contenue dans le paquet

• Liste des sauts• Overhead• Contrôle de la route

– ~ circuit virtuel non marqué

– peu adaptatif• Coupure de la route ?

– Ex : Source routing IP, Source route bridging

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Adressage

• Identifier un nœud/processus distant• Localiser un nœud/processus distant

– Dans l’absolu– Dans un réseau donné

• Identifier et localiser en même temps ?• Portée d’une adresse

– Locale/globale– Hiérarchique

• Qui les alloue ?


Exemples identifieur

• N° sécu– Identification parfaite et permanente– Aucune notion de localité– SAAMMDDCCCnnn (« hiérarchique par morceau »)

• N° téléphone portable- Identification parfaite (temporaire, du téléphone)- Pas de localisation (portabilité) => indirection


Exemples Localisateur• Coordonnées géographiques (ex GPS)

– Indépendant de toute infrastructure réseau– Comment y aller (labyrinthe) ?

• Adresse postale– Hiérarchique => traitement distribué

• N° téléphone fixe– hiérarchique PP ZZ AAAA NNNN– Dépend de la structure du réseau– Possibilité d’abréger (adresse relative)– Déplacement ?– Exceptions 18, 112, 3615 et (0 800)

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Et les réseaux informatiques ?

• Adressage à quel niveau ?– Adresses Mac (Ethernet) dans les LAN– Adresses IP niveau « internet »– Noms de domaine dpt-info.u-strasbg.fr– Niveau applicatif URL :

• http://dpt-info.u-strasbg.fr:8080


Adresses Mac

• Adresses Ethernet/mac/IEEE 802• Identifiant de 48 bits (d’interface LAN)

• 2 bits indicateurs– Bit 0 : multicast ou unicast– Bit 1 : adresse gérée localement ou globalement

• 22 bits identifiant le constructeur (si global)• 24 bits numéro de série (si global)• 00:0d:93:c8:91:9c 000D93 => Apple

• Uniques mondialement/ allouées statiquement (mais modifiable)• Indépendantes de la localisation (routage ?)


Adresses IP (v4)– Initialement identificateur « presque plat »

• Ident. court (car intégré dans les paquets) 32 bits• Ident. d’interface réseau (pas de machine)• N° réseau | N° machine dans le réseau (hôte)• 8, 16 ou 24 bits | 24, 16 ou 8 bits• 3 classes de réseaux A ( 0xxx), B (10xx), C ( 110x)• Lien avec topologie ( 1 réseau est connexe)• Routage plat dans réseau de classe A ou B ?

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Adresses IPv4 (suite)– Notion de sous-réseau

• Niveau hiérarchique supplémentaire• 130.79.90.153 netmask 255.255.254.0• 10000010 01001111 01011010 10011001• 11111111 11111111 11111110 00000000 netmask• Routage réseau > sous-réseau > hôte

– Problèmes• Extinction des adresses de classes A et B

– => multiplication classes C• Explosion des tables de routage

– # réseaux + #sous réseaux voisins


Adresses IPv4 (suite)

• CIDR Classless InterDomain Routing– « super réseau » agrégation de réseau– Notion de préfixe

• Ex : 192.168.72.0/21 23 réseaux de classe C, 211 adresses

– adresses PA : allouées par fournisseur• Allocation cohérente avec la topologie• Préfixe client ∈ Préfixe fournisseur

– permet l’agrégation• Changt fournisseur => Changt préfixe

– Renumérotation :-(( - fournisseurs multiples ?

– adresses PI (indépendantes fournisseurs)– pas d’agrégation (taille RIB ?)


Adresses IP

• Localisateur + identificateur :• Adresse de niveau transport

– Connexion TCP via socket– @ IP SRC, @IP DST, port SRC, port DST– Chgt @ IP => Chgt connexion

• Mobilité ?– Identificateur unique vs

• Adresses privées / NAT

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Adresses IPv6

• Codées sur 128 bits• Ex :inet6 fe80::20d:93ff:fec8:919c prefixlen 64 scopeid 0x4inet6 2001:660:4701:1001:20d:93ff:fec8:919c prefixlen 64 autoconfinet 130.79.90.153 netmask 0xfffffe00 broadcast 130.79.91.255ether 00:0d:93:c8:91:9c• Standard

– préfixe du lien 64 bits (obtenu du routeur, lien local, …)– identificateur d’interface 64 bits

• (autoconf : contient 48 bits adresse mac)• Anonymat ?


Routage

• Deux étapes– Collecter des informations sur la topologie

• Dynamiquement ?• Info complète ou abrégée• Qui (tous, centralisé)

– Calculer les routes• Qui (source , serveur de route, tous )• Quand (permanence, à la demande, chgt )• Quelles propriétés ( + court chemin ?, contraintes ?)


Exemples d’Architecture

• Commutation de trames / bridging• Commutation de CV et ATM• Routage IP

– Intra domaine– Inter domaine– Routage QoS et MPLS

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Commutation de trames/bridging

• LAN simple : diffusion, filtrage en réception

• Des ponts (commutateurs de trames)– Commutent des trames entre LAN ≠

• => notion de LAN étendu

• Adressage plat : identifieur = @MAC– Trame : @destination, @source

• Table de commutation (forwarding) :– Entrée : (@MAC, interface de sortie, âge)– Maintenue par les ponts (bridge)


Algo commutation trames

• Arrivée trame (D, S) par i1– Mettre à jour table pour S : (S, i1, age) (learning)– Si (D, i1) ∈ table => ignorer trame– Sinon si (D, i2) ∈ table => propager par i2– Sinon D ∉ table (inconnu ou multicast/broadcast)

• => envoyer par tout ik ≠ i1• Table renseignée par les données

– Taille en o(#machines) pas d’agrégation– Mobilité ?


Commutation de trames : STP

• STP : Spanning Tree Protocol• Risque de boucles

– Si le graphe contient des cycles• Parcours N1, N2, …,N1, N2

• Idée : commuter sur une topologie en arbre– Spanning Tree Protocol [ Perlman, IEEE802.1D]– Construction distribuée, dynamique– Autorise la redondance (et tolère les erreurs)

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STP

• Modèle de réseau– Graphe biparti

• Nœuds : ponts, réseaux (LAN)– Ponts identifiés par leur adresse Mac et priorité– Réseaux non identifiés explicitement

• Arêtes : connexions pont - réseau (interface)– Identifié par N° interface du pont et priorité– Coût attribué par le pont (ex : k/débit)

• # ponts arbitraire par réseau (et réciproq.)


STP : arbre

• Construction d’un arbre recouvrant– Enraciné en un pont élu R

• ordre sur ident.– Arbre des plus courts chemins depuis R– Ex aequo départagés

• Ident du père• Ident interface

– Construction distribuée et dynamique– Déterministe (reproductible)


STP : ponts• Chaque pont P

– Détermine son interface racine r (sauf s’il est racine)• Le meilleur chemin de R à P passe par r (r ∈ arbre)

– Pour chaque autre interface i ≠ r (vers L)• Désignée ssi

– le meilleur chemin de R à L passe par i (i ∈ arbre)– donc une seule interface désignée vers un L

• Non-désignée (bloquante)– sinon ( i ∉ arbre)

– Trames de données• transmises de et vers les interfaces racine et désignée(s)• Filtrées depuis les interfaces bloquantes

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STP : messages

• HELLO(R, d, P, I)– R identité racine– d distance de P à la racine– P identité du pont émetteur– I identité de l’interface émettrice

• Emis cycliquement par le pont racine– Hello_intervalle (p.e. 2s)

• Propagés (après MaJ) sur les interfacesdésignées et mis en cache


Algo STP

• Périodiquement– Supprimer entrées périmées du cache

• Cache_intervalle = K * Hello_intervalle– Si aucun message en cache

• Devenir racine• Émettre cycliquement Hello par interfaces désignées

– Sinon mettre à jour interfaces racine, désignée• Si réception Hello (R,d,P,I)

– Comparer lexicographiquement au meilleur Helloen cache


Algo STP suite• Si identique

– Pas de changement => propager + MaJ cache• Si meilleur

– Nouveau meilleur chemin• Recalculer racine, interface racine et désignées• Propager + MaJ cache

• Si moins bon et connu– MaJ cache

• Si moins bon et inconnu– Recalculer int. désignées + insérer cache

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Analyse STP

• Protocole « unidirectionnel »– Sorte de vecteur de distance pour 1 dest ( R )

• Trafic signalisation par réseau indépendant # ponts• Infos par pont (« état ») dépend # voisins

– mais pas # ponts

• Autoconfigurable• Sensible délai

– Plusieurs secondes Cache_intervalle


Analyse STP

• Présence de ponts non STP ?• Pas de boucle même transitoire =>

– Enlever avant d’ajouter– Délai avant d’ajouter =>

• Réaction lente, dépend taille réseau

• Ponts transparents– Aucune modification des hôtes


Pont SRB

• Source Route Bridging (inclus dans IEEE802.5)• Numérotation

– des Ponts P1, P2,– Des LAN L1, L2

• Trame de données contient une route : L1 P1 L2 P3 L4 P5 …

• Découverte des routes– Inondation et enregistrement (route recording)

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Ponts SRB

• Avantages– Utilisation de tous les liens/ponts– Si aucune perturbation => route inchangée

• Inconvénients– Overhead (entête SR)– Changements de routes– Non transparent (hôtes participent)


STP améliorations

• Accélérer mise à jour de l’arbre (RSTP)• Meilleure utilisation des ressources

– VLAN : trames taggées• Plusieurs réseaux virtuels sur le même réseau

– Sécurité, confinement du broadcast

– Tag = « préfixe d’adresse »– Un STP par VLAN

• Répartition de charge• Utilisation liens redondants


Routeur/commutateurBridging transparent

RIB

FIB

SignalisationHELLO

Données

A, donnéesentrée

FC(D)

Algo routageSTP

sortiepaquet

Configuration (priorité)

Learning SA = @Mac S,D

Liste interfaces actives

CacheHello

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Routage IP « classique »• Adresse IP : localisateur + identificateur

– Adressage hiérarchique• Réduction taille FIB (et RIB)• FIB : préfixes réseau, sous-réseaux voisins, défaut• Longest match routing

• Calcul RIB/FIB distribué– Routage saut par saut (risque incohérence, boucle)– Pas de réservation

• Best effort (perte, deséquencement, délai)– Grande robustesse aux changements


Routage vecteur de distance

• Exemple RIP– Envoyer à ses voisins vecteur

• (Di, di), i= 1…n (extrait de la RIB)– Pour chaque Di (dest.) choisir minimum sur voisins Vj

• di = Min (distance à Vj + d(Vj, Di)) ; le Next Hop est Vj

• Construction FIB : Di, Vj

– Bellman-Ford– Distribué, très simple– Risque de boucle, lenteur convergence– Purement soft state


Routage Etat des liens

• Exemples OSPF, IS-IS– Routeur responsable liens voisins (arcs)

• Modèle de graphe biparti nœud = routeur ou réseau• Adjacence, routeur désigné d’un réseau

– A chaque changement d’état de lien• Diffusion de proche en proche à tous• Fiabilité diffusion (indispensable)

– Acquittement, N° de série

– A délai près• Base d’état des liens identique sur chaque routeur (RIB)

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Etat des liens

• A chaque changement base EL– Calculer plus court chemin vers toutes

destination ( = adresse d’un lien)• Algorithme de Dijkstra arbre + courts chemins• 1er fils chemin vers D = Next hop vers D FIB

– RIB identiques, algo identique• => calcul cohérent (pas de boucle)


Etat des liens

• Complexité calcul• Pas extensible à très grande échelle

– Taille RIB– Fréquence changements/ diffusion

• Possibilité de découpage hiérarchique– Notion de zones– Liens « résumés » autres zones– Routage hiérarchique (sans adresse hiér.)


Routeur/commutateurrouteur IP/Ospf

RIB

FIB

Signalisation

Données

A, donnéesentrée

FC

Algo routage

sortiepaquet

configuration

IP destination

Base état des liens

DijkstraOspf EL

SynchroBDEL

longest match

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Routage inter-domaine

• Internet découpé en domaines (AS)– Un AS géré par autorité unique

• Entreprise/établissement (propre trafic)• Opérateur, ISP/FAI

– Dans AS : routage par critère technique• Plus court chemin, …• Tout trafic doit être acheminé• RIP, OSPF• Taille du réseau limitée


Inter-domaine• Trafic entre AS

– Trafic entre voisins

– Trafic en transit

• Source et destinataire hors de l’AS• Faut-il l’accepter ?

– Utilisation ressources propres– Comment le contrôler


Inter-domaine

• Relation entre AS– Pair à pair

• Établissements partenaires• Opérateurs (échange de trafic)• Avantage réciproque

– Client fournisseur• Entreprise /FAI• En général payant

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Graphe de domaines

• Hiérarchie de domaines• Au sommet AS uniquement

fournisseurs– Tier oneEn bas AS feuille (uniquement client)


Evolution # AS 89-97


Evolution #AS 97-08

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Nombre entrées FIB


BGP

• Border Gateway Protocol– Annonces de destinations (préfixes)

• Accessibles (ou devenus inaccessibles)• Hard state (limitation du trafic)

– Attributs associés aux annonces• Permettent de mettre en œuvre la politique

– AS Path (BGP = vecteur de chemin)– Local Preference (interne à l’AS)– MED Multi Exit Discriminator etc


BGP

• Dans un AS– Différents routeurs BGP

• Même base d’annonce• => iBGP entre routeurs

– Full mesh ou réflecteurs

• Routeurs IGP intermédiaires– Redistribution IGP <=> BGP

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BGP

• Entre AS– Frontières entre routeurs BGP (eBGP)– Filtrer, modifier, utiliser (FIB) et propager

les annonces– Points de peering (PIX)

• n AS (routeurs BGP) interconnectés localement


Algo BGP

• Annonce entrante– Filtrer si indésirable– Comparer aux autres annonces même préfixe

(tous attributs)– Si pas la meilleure

• Garder en base, ne pas utiliser ni propager– Si meilleure

• Utiliser (FIB, redistribution IGP)• Pour chaque voisin BGP

– Envoyer en mettant à jour attributs– Ou filtrer (interdire transit)


BGP analyse

• Métrique BGP– Pas bien définie ( # AS traversés, …)– Non liée à la « distance » au sens IGP– Préfixe peut être injoignable dans réseau connexe

(cohérence des politiques)• Lenteur convergence (à la RIP)• Extensibilité (route flapping) ?• Cohérence/sécurité (trous noirs)

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Problème de convergence• Exemple :

Ref : Labovitz et al, Delayed Internet Routing Convergence, IEEE TON, Vol 9, 2001

RAS1

AS0

AS2

Etat initial 0(*R, 1R, 2R) 1(0R,*R,2R) 2(0R, 1R, *R)


Convergence (1)

• Notation– Asi -> Asj { AS-Path | W } W = withdraw

• On considère un préfixe P accessibleseulement par R

• R perd ce préfixe– R -> 0 W– R -> 1 W– R -> 2 W


Convergence (2)• Traitement R -> 0 W R -> 1 W R -> 2 W

– 0(∞, *1R, 2R) 1(*0R, ∞,2R) 2(*0R,1R, ∞)• Emission 0 -> 1 01R, 0-> 2 01R, 1 -> 0, 10R 1-> 2 10R, 2 -> 0

20R, 2 -> 1 20R• Traitement 0 -> 1 01R, 0-> 2 01R

– 1(∞, ∞, *2R) 2(01R, *1R, ∞)• Emission 1 -> 0 12R, 1 -> 2 12R, 2 -> 0 21R, 2 -> 1 21R• Traitement 1 -> 0, 10R 1-> 2 10R

– 0(∞, ∞, *2R) 2(*01R, 10R, ∞) (ex æquo : ordre as)• Emission 0 -> 1 02R, 0 -> 2 02R, 2 -> 0 201R, 2 -> 1 201R• …. 48ème étape

– 0(∞, ∞, ∞), 1 (∞, ∞, ∞) ,2 (∞, ∞, ∞)– Updates inutiles émis vers extérieur pendant 47 étapes

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Routeur/commutateurrouteur IP/Ospf/BGP

RIB

FIB

Signalisation

Données

A, donnéesentrée

FC

Algo routage

sortiepaquet

configuration

IP destination

Base état des liens

DijkstraOspf EL

SynchroBDEL

RIB

Annonce BGP redistribution

Choix multiprotocole

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