Routage -généralités
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Avertissement
Les techniques de routage, principalement les algorithmes,
quand on les examine le détail, apparaissent très divers et compliqués.

On peut certes en comprendre assez rapidement les principes ;
c'est ce que je vous propose dans la suite.

Mais en aucun cas, je ne pourrai entrer dans l'examen exhaustif
des très nombreux cas de figure auxquels on aboutit.
Ce serait abominablement long, fastidieux et en somme improductif.
Car l'important est d'avoir suffisament de notions générales pour les mettre en oeuvre.
Par ailleurs, la plupart des algorithmes sont "propriétaires",
c.a.d. qu'ils sont couverts du secret de leurs concepteurs...

SOMMAIRE

Définitions générales

Qu'est-ce-que le "routage" ?

Ports d'un routeur

Métrique
Tables de routage

Fonction des tables de routage

Exemple de table de routage type
Protocoles de routage

Généralités :
statiques, dynamiques, centralisés, distribués, à vecteur de distance, à état des liens,
routage par la source etc.

Protocoles particuliers: RIP - OSFP - IGRP - EIGRP - OSFP - IS-IS - EGP - BGP - IDRP - etc.

Interconnexion des réseaux

Définitions
Un réseau peut être très complexe.
Telle la structure maillée ci-dessous qui donne une idée de la topologie des réseaux
d'échelles territoriale & internationale.

L'information circule sous forme de paquets à travers de très nombreux "relais" situés aux intersections des mailles.
Ces "relais" ont pour mission d'aiguiller ces paquets d'aprés les adresses de destination qu'ils portent en en-tête.
Suivant leur technologie on appelle ces "relais" des routeurs ou des communtateurs ( switch) .

Pour l'heure, nous examinons le cas des routeurs.

On appelle "routage" toute technique basée sur des adresses de niveau 3 réseau
permettant d'aiguiller une trame quelconque émise par un nœud d'un sous-réseau
vers un noeud de destination pouvant être situé sur un autre sous-réseau.

Des dispositifs matériels (comportant des logiciels)
permettant d'effectuer cette tâche s'appellent des ROUTEURS.

On étend aujourd'hui la dénomination de "routeur" à tout dispositif permettant d'aiguiller les trames
d'un noeud à un autre d'un réseau incluant l'hôte initial émetteur d'une trame
et l'hôte terminal destinataire de la trame.

Par exemple, une "machinBox" (pas de pub ici) qui permet de relier à travers ADSL
les divers ordinateurs familiaux par des liaisons câblées ou hertziennes ( Wi-Fi)
au réseau Internet.

En plus de leur fonction principale d'aiguillage des paquets, les routeurs actuels sont augmentés
de fonctions auxiliaires de sécurité comme les pare-feu (firewalls) et brouillages d'adresses (NAT)
permettant de se prémunir contre des attaques ou indiscrétions externes..

Moins complexes, les réseaux d'entreprise se subdivisent généralement en sous-réseaux
comme le montre le schéma ci-dessous.


Les petits cercles représentent des hôtes d'un sous-réseau tels que des ordinateurs ou des imprimantes etc... partageant un média de transmission commun.
Les quatre groupes représentent des sous-réseaux distincts dont les adresses de réseau sont : 128.75.0.0 - 192.48.17.0 - 191.15.0.0 - 223.89.21.0.
Pour bien comprendre la suite, il faut être familier de l'adressage IP, Voir dans ce site l'étude détaillée de cet exemple au lien :

Le routeur "central" permet ici d'échanger des données entre les quatre domaines d'adresses IP différents

Eléments constituant un routeur
Ports ( interfaces )

On appelle ainsi les accès matériels par lesquels les routeurs se raccordent physiquement aux divers réseaux, ou à d'autres routeurs avec lesquels ils communiquent.

  • La couche physique de chacun des ports doit correspondre à celle du réseau auquel il est relié.
  • La couche liaison de chacun des ports doit être compatible avec celles des divers noeuds du réseau auquel il est directement relié.

Exemples :
Si un routeur relie un réseau Ethernet par son port P1, à une réseau Token Ring sur son port P2, P1 doit satisfaire aux spécifications de couche physique (et MAC) d'Ethernet ; P2 doit satisfaire à celles du Tokent Ring.

  • Dans ce cas les couches liaison doivent être compatibles aux protocoles IEEE 802.2 - LLC-1,2,3 utilisés.
  • Si les protocoles au niveau liaison sont différents, il y a lieu de convertir.

En somme, dans des configurations multi-réseaux et de protocoles liaison différents, un routeur doit avoir, entre autre, les fonctions physiques et liaison d'un pont.

Interfaces de niveau liaison

En tant que noeuds d'un réseau, les routeurs doivent disposer, sur chacun de leurs ports, d'un protocole de niveau liaison compatible avec les types de trames que chacun des ports est censé recevoir.

Or, pour un même réseau physique, on connaît plusieurs types d'en têtes de trames suivant les protocoles utilisés par les divers noeuds rattachés au réseau.

Exemple :
Sur un réseau Ethernet des hôtes peuvent être conformes aux trames Ethernet 1, d'autres au protocole IEEE 802.3.

Il est donc nécessaire, dans de tels cas que certains ports soient multi-protocoles liaison.

En somme, dans des configurations multi-protocoles de liaison, un routeur doit avoir, entre autre, les fonctions de couche liaison d'un pont.

Fonctions spécifiques d'un routeur : routage


Alors que les ponts et les commutateurs (switch) aiguillent les trames
suivant les adresses physiques de destination contenues dans les en têtes de trame,
les routeurs le font d'après les adresses de niuveau 3 (réseau) contenues dans les entêtes de paquet.

Comparaison des techniques

Les adresses matérielles (ex. MAC) se trouvent en tête de trame
et sont donc plus rapidement décodables que celles de niveau 3.

De plus, les premières peuvent être décodées par des comparateurs matériels dont la rapidité est sans commune mesure plus élevée que le décodage par programme des adresses de niveau 3.

Remonter au niveau 3 prend du temps et rend, en principe, les routeurs plus lents que les ponts.

Cependant, basés sur l'adresage matériel,
et en absence de protocoles permettant de localiser l'ensemble de ce type d'adresses
dans toute l'étendue d'un réseau, les commutateurs se limitent à l'interconnexion de réseaux locaux de proximité.

Tables de routage


Toute trame entrante ayant subi avec succès les épreuves de validité de la couche liaison
est débarassée de sont entête de trame
et l'adresse destination de couche réseau est examinée dans l' entête de paquet .

La première action du routeur est de chercher une correspondance de cette adresse de destination
dans une table interne appelée "table de routage".

Cette table met en correspondance des adresses destination connues du routeur
(nous verrons plus loin comment elles sont connues de lui)
avec le numéro de port par lesquel il convient d'acheminer le paquet pour atteindre cette adresse.

Nous laissons en suspens pour le moment les diverses méthodes de constitution,
plus ou moins automatiques, de cette table de routage.

La figure ci-dessous illustre très schématiquement ces actions.


La trame n'est pas toujours envoyée directement.
Des tampons ( buffers) de type "file d'attente" sont prévus en sortie et en entrées de chacun des ports.
On les appelle aussi des "piles" ( stack ).

Dans les routeurs haut-de-gamme, un logiciel multi-tâche gère simultanément :
  • l'aiguillage des trames disponibles dans les files d'attente de chacun des ports d'entre vers le port de sortie choisi en fonction de la table de routage.
  • la mise en file d'attente des sur trames reçues sur chacun des ports d'entrée dans la pile attribuée à ce port..
  • la mise en file d'attente des trames à renvoyer, dans la pile des ports de sortie correspondants.
  • la mise à jour des tables de routage par un protocole conversationnel avec les routeurs voisins aux fins de mise à jour de la table de routage.


Cette organisation multi-tâches permet de traiter simultanément plusieurs réceptions et émissions de trames .
Et ce, pour augmenter la puissance de traitement du routeur

On peut conclure que la vitesse de traitement (bits par seconde) d'un tel routeur est
égale au débit (bits par seconde) du réseau multiplié par le nombre de ports du routeur.

Comment est-ce possible ? ... me direz-vous.
Voici l'explication :

Le temps de traitement informatique d'une trame entièrement parvenue dans la pile d'entrée d'un port,
(passage d'une file d'attente d'entrée à une file d'attente de sortie après consultation de la table de routage)
est quasi-négligeable vis à vis du temps que met une trame pour parvenir entièrement dans sa pile d'entrée,
ou à partir entièrement, au rythme du débit binaire du réseau, de sa pile de sortie.

Dans son régime de fonctionnement maximum, on peut imaginer que le routeur :

  • reçoit simultanément autant de trames que de ports dont il dispose.
  • renvoie simultanément autant de trames que de ports dont il dispose.

Rappelons que les ports sont bi-directionnels simultanément.

Enfonçons le clou : un routeur à deux ports peut recevoir deux trames en même temps
et, dans ce même temps, simultanément, renvoyer deux (autres) trames.
Si vous faites le bilan, ce routeur fait circuler simultanément deux trames de ses entrées vers ses sorties.
Le débit est le double du débit nominal du réseau, qui, lui est immuable.


Tables de routage

Ce sont, concrètement, des espaces de mémoire interne.

Chaque entrée d'une table de routage classique comporte au moins les deux entrées :

  • Adresse du réseau de destination
  • N° de port de sortie correspondant (pouvant être avantageusement désigné par le nom attribué au routeur sur lequel il aboutit)

Mais on peut y trouver, suivant les protocoles de routage utilisés (c.f. suite) :

  • La métrique ( Voir aussi Routage distribué )
  • Des paramètres temporels pour les protocoles de routage
  • Des indicateurs pour les protocoles de routage
Adresses des réseaux de destination
ID Prochain Routeur
Métrique
Temps
Indicateurs
192.55.1.0
Nom_Routeur_1
5
t1, t2,t2
x,y
192.55.2.0
Nom_Routeur_2
2
t1, t2,t2
x,y
145.27.9.0
Nom_Routeur_3
1
t1, t2,t2
x,y
etc.
etc
etc
etc
etc

Quelques remarques :

  • L' ID (identification) du prochain routeur équivaut pratiquement au numéro de port par lequel on atteint ce routeur.
    Pour des raisons pratiques, il vaut mieux donner des noms clairs à ces routeurs voisins
    plutôt que de les désigner par les numéros des ports de sortie qui y aboutissent.

  • L'ensemble : Adresse de destination - Nom du prochaine routeur - Métrique
    s'appelle "vecteur de distance"

 

Métrique(s)

Métrique(s)

Dans un réseau complexe, il peut et doit exister plusieurs routes pour atteindre une destination lointaine.

  1. Pourquoi plusieurs routes ?
    Pour des raisons de sécurité d'acheminement, il est préférable, en cas de copure d'une liaison, de disposer au moins d'une voie de repli.
    Et l'une des principales fonctions des routeurs sera de trouver automatiquement une autre route de en cas dé défaillance de celle initialement empruntée.
    C'est d'ailleurs cette faculté qui est à l'origine de création des réseaux par l'ARPA pour rester opérationnelle après une agression armée sur les voies de communication.

  2. Ces routes sont-elles équivalentes ?
    Certainement pas !
    Certaines sont obligatoirement plus longues ou moins directes que d'autres, plus ou moins encombrées offrant une qualité de service (QoS) (rapidité, immunité vis-à-vis des perturbateurs...) différente.


Les routeurs (ou les superviseurs dans un routage centralisé)
sont donc réputés trouver la "meilleure route" pour atteindre une destination.

Le paramètre qualifiant l'accessibilité d'une destination s'appelle la métrique.

Suivant le degré de perfection technique des algorithmes de routage
mis en oeuvre par les routeurs - donc leur prix -
cette acessibilité peut être mesurée par :

  • Le nombre de "sauts" (en anglais hops), c'est à dire le nombre de routeurs du réseau à franchir pour atteindre le réseau de destination.

  • Un temps évalué, pour chaque saut, en fonction des délais de mise en connexion avec le prochain routeur.
  • Un coût financier compte tenu de la qualité de la liaison, en anglais "cost" .

  • Une peréquation où peuvent entrer en ligne de compte les considérations précédentes plus une qualité de service demandée en termes de bande passante et de disponibilité des liaisons.

( Voir aussi Routage distribué )


Maintenant que les notions de base sont acquises,
nous allons passer à l'examen des fonctionnalités des logiciels
animant les routeurs pour qu'ils réalisent les fonction annoncées :

  1. Constituer la table de routage
  2. Trouver la meilleure route pour chaque adresse de destination.
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Orientation

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Qu'est-ce-que le routage ?
Ports d'un routeur
Métrique
Tables de routage
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