Interconnexion des réseaux – Routage

Généralité

Le concept d’interconnexion ou d’internet repose sur la mise en œuvre d’une couche réseau masquant les détails de la communication physique du réseau et détachant également les applications des problèmes de routage. L’interconnexion : faire transiter des informations depuis un réseau vers un autre réseau par des nœuds spécialisés appelés passerelles (Gateway) ou routeurs (router)Les routeurs (ou passerelles) possèdent une connexion sur chacun des réseaux: Le routeur P interconnecte les réseaux A et B. Le rôle du routeur P est de transférer sur le réseau B, les paquets circulant sur le réseau A et destinés au réseau B et inversement.P1 transfère sur le réseau B, les paquets circulant sur le réseau A et destinés aux réseaux B et C.P1 doit avoir connaissance de la topologie du réseau; à savoir que C est accessible depuis le réseau B. Le routage n’est pas effectué sur la base de la machine destinataire mais sur la base du réseau destinataire, donc de l’identifiant du réseau A l’intérieur de chaque réseau, les routeurs utilisent la technologie spécifique de leur réseau (Ethernet, Wifi, ATM, etc.).Le logiciel d’interconnexion (couche réseau) encapsule ces spécificités et offre un service commun à tous les applicatifs, faisant apparaître l’ensemble de ces réseaux disparates comme un seul et unique réseau.

Vue utilisateur Vue réelle du réseau

Principe : Protocole routé et protocole de routage
Protocoles routés Transporte des données utiles pour les couches applicatives Routables : IP
Protocoles de routage (RIP, OSPF…) Partage des informations sur les tables de routage

Réception d’un paquet IP par un hôte
Réception d’un paquet IP par un routeur
Réception d’un datagramme par un hôte et un routeur
Parmi les opérations communes, figurent : Vérification de la validité des champs IP « Header Length », « Total Length » « Header Checksum » – Datagramme détruit en cas d’anomalie Traitement des options éventuelles Réassemblage en cas de fragmentation
Parmi les opérations qui diffèrent Un hôte termine le traitement par la transmission du champ « Data » du paquet réassemblé au protocole de niveau supérieur, identifié par le champ « protocol » de l’en-tête IP. Un routeur quant à lui, retransmet le datagramme vers une autre machine. Il doit procéder en outre à la décrémentation de la valeur du champ « TTL », et si nécessaire à la fragmentation du paquet avant de le transmettre au driver de l’interface de niveau liaison approprié.

Equipement de la couche 3 – Symbole
Routeur Équipement de couche 3 permettant d’interconnecter deux réseaux ou plus en se basant sur les adresses de couche 3. Le routeur permet également une segmentation des domaines de broadcast et des domaines de collisions.

Processus de routage des datagrammes

Le routage est le processus permettant à un datagramme d’être acheminé vers le destinataire lorsque celui-ci n’est pas sur le même réseau physique que l’émetteur.
Le chemin parcouru est le résultat du processus de routage qui effectue les choix nécessaires afin d’acheminer le datagramme. Les routeurs forment une structure coopérative de telle manière qu’un datagramme transite de routeur en routeur jusqu’à ce que l’un d’entre eux le délivre à son destinataire. Un routeur possède plusieurs connexions réseaux tandis qu’une machine possède généralement qu’une seule connexion. Machines et routeurs participent au routage : les machines doivent déterminer si le datagramme doit être délivré sur le réseau physique sur lequel elles sont connectées (routage direct) ou bien si le datagramme doit être acheminé vers un routeur; dans ce cas (routage indirect), elle doit identifier le routeur approprié. Les routeurs effectuent le choix de routage vers d’autres routeurs afin d’acheminer le datagramme vers sa destination finale.

Composante d’un routeur

Chaque routeur doit connaître l’adresse du routeur suivant sur le chemin. C’est pourquoi, le routeur doit gérer de manière statique ou dynamique une table de routage qui contient tous les réseaux accessibles et une entrée de routage par défaut pour les destinations qui ne sont pas connues directement. L’algorithme de routage est la partie logiciel de la couche réseau Décider sur quelle ligne de sortie un paquet entrant doit être retransmis Décision prise pour chaque paquet entrant. La table de routage constitue la base d’informations mise à jour par l’algorithme de routage (composée en général d’un triplet adresse destination, route à prendre, coût)

Procédure appliquée pour router un datagramme

Étape N°1 : Appliquer le(s) masque(s) du (des) réseau(x) local (aux) à l’adresse destination du datagramme; Comparer le résultat à l’entrée Réseau destination correspondante pour déterminer si la destination appartient à un réseau local; si c’est le cas, faire sortir le datagramme par l’interface liée à ce réseau; sinon passer à l’étape N°2
Étape N°2 : Appliquer les masques contenus dans la table de routage et comparer le résultat à l’entrée réseau destination correspondante; si la destination appartient à l’un de ces réseaux, faire sortir le paquet par la sortie correspondante, et l’envoyer au prochain routeur indiqué dans la table. Si aucune entrée de la table ne contient la destination du datagramme, le détruire. En pratique, on définit une route par défaut caractérisée par l’adresse destination 0.0.0.0 et la masque 0.0.0.0

Algorithme de routage

Propriétés d’un algorithme de routage Exactitude, simplicité Robustesse – Acceptation des défaillances, changement de topologie et de trafic Stabilité et performance – Convergence rapide vers un équilibre« Il faut distinguer une politique d’acheminement qui indique comment est choisie une route, du protocole de routage qui décrit comment sont construites les tables d’acheminement, c’est-à-dire que ce protocole spécifie les échanges d’information entre nœuds, le mode de calcul de route et de coût. »
Compromis à faire – « Dilemme » minimiser le délai moyen de traversée des paquets appartenant à une même connexion versus maximiser le flux total du réseau pour l’ensemble des connexions.
Solution de compromis pour une majorité de réseau Minimiser le nombre de sauts (de nœuds traversés) qu’un paquet doit faire Réduire ce nombre améliore les délais et réduit aussi la capacité de transport consommée et donc améliore le débit global
Les routeurs ont besoin de découvrir la topologie réseau
Les routeurs s’échangent des informations Les routes valides et coûts associés
Les routeurs dialoguent entre eux en utilisant un protocole de routage

Détermination du chemin

Les méthodes de sélection du chemin permettent aux équipements de couche 3, les routeurs, de déterminer la route à suivre pour acheminer les informations au travers de différents réseaux. Les services de routage utilisent les informations de topologie du réseau pour évaluer les chemins. Ce processus prend en compte les « métriques » comme : Nombre de routeurs à franchir pour joindre la destination : Hop count Vitesse des liaisons (débit) , etc.

Détermination du chemin : les métriques

Quel est le meilleur chemin si le métrique est le nombre de sauts et si le métrique est le débit ?
En rouge, le meilleur chemin, avec le métrique basé sur le nombre de sauts En marron, le meilleur chemin avec le métrique basé sur la vitesse des liaisons
Famille d’algorithmes de routage
Famille des algorithmes de routage Algorithmes non adaptatifs – routage statique : ne fondent pas leurs décisions de routage sur des mesures ou des estimations du trafic et de la topologie
Algorithmes adaptatifs : modifient leurs décisions en fonction des changements de topologie, du trafic dans le réseau
Environnement
Les routeurs ou les lignes de communication peuvent tomber en panne et redevenir opérationnel en un court instant ….Entraînant des perturbations au niveau des routeurs et certains peuvent avoir une vision inexacte de la topologie courante du réseau.

Routage statique
Configuré manuellement par l’administrateur Interface de sortie du routeur Prochaine adresse IP à atteindre (Next Hop)

Famille d’algorithmes de routage

Algorithmes de routage adaptatifs diffèrent selon : L’endroit où ils se procurent l’information (routeur adjacent, toutes les « x » ms, lorsque le trafic réseau change ou bien la topologie)Le métrique d’optimisation utilisé : nombre de sauts, temps de traversée du réseau, vitesse des liaisons Deux types d’algorithmes de routage dynamique existent Les algorithmes à vecteurs de distance pour lesquels les informations échangées permettent pour chaque routeur de retenir la plus courte distance (le plus petit nombre de sauts) pour atteindre une destination. Les algorithmes à état des liens basés sur la transmission d’une carte complète des liens possibles entre les routeurs, ceux-ci doivent ensuite localement calculer les meilleures routes pour une destination.

Routage dynamique à Vecteur de distance

Principe Chaque routeur dispose d’une table de routage précisant pour chaque destination, la meilleure distance connue et par quelle ligne l’atteindre Distance Vectoring Routing Métrique : nombre de sauts Connaissance de la distance qui sépare le routeur avec tous ses voisins Vecteur de distance : pour une destination donnée, la meilleure distance connue et par quelle ligne l’atteindre. Ces vecteurs sont contenus dans la table de routage Se référer au livre Le réseau Internet Dunod.