La garantie de performance dans les réseaux TCP/IP Olivier Bonaventure Groupe Infonet Institut d Informatique FUNDP Rue Grandgagnage 21, B 5000 Namur (Belgium) Email : Olivier.Bonaventure@info.fundp.ac.be URL : http://www.infonet.fundp.ac.be
Hypothèses de base de l Internet S R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 D Deux hypothèses de base Transmission en mode datagramme chaque paquet contient les adresses source et destination routage hop by hop chaque routeur décide de façon "autonome" de la direction dans laquelle un paquet qu il reçoit est renvoyé Service best effort tous les utilisateurs sont égaux et le réseau fait son possible pour acheminer chaque paquet à sa destination
Comment fournir le service best effort? Deux principes de base perte d un paquet = indication de congestion les sources s adaptent à la charge du réseau S R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 D TCP permet une transmission fiable mais surtout module son débit en fonction de la charge du réseau TCP self clocking TCP slow start TCP congestion avoidance En cas de congestion, tout routeur du réseau peut supprimer un ou plusieurs paquets IP
Mécanismes de contrôle du trafic Comment contrôler le trafic dans un réseau? Contrôle microscopique identification des différents flux suppression de paquets (RED, tail drop, policing) retard de paquets (scheduling, shaping) Input links Classification Shaping Policing Q[1] Q[2] Q[3] Q[N] Scheduler Output link Buffer acceptance Contrôle macroscopique sélectionner le chemin optimal permettant d acheminer les paquets vers leurs destinations
D autres services que le best effort Integrated services première solution envisagée sur Internet l objectif est de permettre à chaque application d obtenir des garanties de performances S RSVP RSVP R1 R2 R3 RSVP R4 R5 RSVP R6 R7 RSVP D Source Informe le réseau et la destination des besoins de l application avec RSVP Routeurs Connaissent grâce à RSVP les besoins de l application et peuvent fournir des garanties de performance (délai, débit, pertes) pour chaque flux applicatif les standards existent mais sont rarement utilisés difficile d utiliser integrated services à grande échelle
D autres services que le best effort (2) Differentiated services nettement plus raisonable qu integrated services l objectif est de supporter dans le réseau quelques services avec des garanties globales services identifiés par une marque dans les paquets Cust2 Cust2 Edge routers complexes ER Cust7 Backbone routers Border routers seuls qq services complexes Diffserv domain A R Diffserv domain B R R BR ER BR standards en voie de finalisation certains ISPs le supportent dans leur réseau
Objectif Un autre mode de transmission permettre à deux routeurs d établir une "connexion" pour transporter des gros flux Routeur "normal" convertit les paquets IP en un format acceptable par le backbone Paquets IP normaux Ra Paquets IP normaux Rb Flow 1 Flow 2 R1 R2 Flow 3 Rc R3 Paquets IP normaux Rd "Routeur" backbone est capable de retransmettre efficacemment les gros flux aggrégés Paquets IP normaux
Un autre mode de transmission (2) Pourquoi un nouveau mode de transmission? Motivations technologiques construction de switches à hautes performances ATM, frame relay et MPLS B évolution des réseaux optiques C A dans les réseaux optiques, la connexion existe naturellement switches entièrement optiques, dwdm, GMPLS de plus en plus contrôlés par les protocoles de routage et signalisation IP R1 A Y X R1 Label forwarding table Inport Inlabel Outport Outlabel West A East X West B East Y West C South A F1 F2 F3 F4 F5 F1 F2 F3 F1 F2 F3 F4 F5 Fiber switching table Inport InFiber OutPort OutFiber West F1 East F5 West F2 East F3 West F3 South F2 East F1 West F4
Un autre mode de transmission (3) Motivations du point de vue du contrôle l existence de gros flux aggrégés permet de mieux contrôler la répartition du trafic à l intérieur du réseau ingéniérie de trafic restauration rapide en cas de panne R1 R4 R8 R3 R7 R5 R6 R9 R2 Motivations du point de vue des services nouveaux services comme les réseaux privés (VPN)
Internet aujourd hui AS1 AS2 AS3 AS10 AS4 AS5 AS11 ISP Topologie physique AS12 AS14 AS13 AS0 AS15 AS de accepte de retransmettre des paquets qui ne lui sont pas directement destinés AS multi homed accepte uniquement les paquets pour ses clients directs
Internet aujourd hui (2) AS1 AS10 AS11 AS13 AS2 AS3 AS4 AS5 ISP Topologie vue par ISP AS12 AS14 AS0 AS15 ISP peut supporter des services avancés dans son réseau, mais pas à l échelle de l Internet global. Internet ne supporte que le best effort restauration en cas de panne dizaines ou centaine de secondes Avec BGP, un ISP dispose de très peu de contrôle sur les routes interdomaines (in et out). Or, l interdomaine est le plus coûteux...
Une autre organisation d Internet AS1 AS2 AS3 AS10 AS4 AS5 AS11 ISP Ligne virtuelle AS12 AS14 AS13 AS0 AS15 Lignes normales utilisées pour le traffic best effort de faible volume Liaisons virtuelles entre AS utilisées comme peerings virtuels contrôlés par chacun des AS connectés
Une autre organisation de l Internet (2) Lignes virtuelles interdomaines Objectif établir dynamiquement des liens de peerings entre AS durée de vie d une ligne virtuelle : au moins qq heures Encapsulation il faut encapsuler les paquets transmis sur les lignes virtuelles pour ne pas interférer avec le routage normal MPLS semble une bonne méhode d encapsulation Intérêts possibilité d associer des garanties de performance aux lignes virtuelles pour supporter des QoS possibilité de court circuit les ISP de possibilité d obtenir des récupérations plus rapides
Une autre organisation de l Internet (3) Problèmes à résoudre Caractéristiques du trafic sur les lignes virtuelles étude en cours sur base des statisitques d ISPs Routage interdomaine BGP est insuffisant BGP distribue uniquement des routes pas de support de qualité de service Nouveau protocole de routage interdomaine permettant de diffuser des cartes de façon flexible taille de l Internet (10.000 AS, 120.000 routes) support de la qualité de service types d interconnexions entre AS (client fournisseur, peer, AS d un même ISP,...) interopérabilité avec BGP
Activités de recherche du groupe Infonet Recherche de base : grands réseaux IP Projet ATRIUM Notre objectif est de développer de nouveaux mécanismes d ingéniérie de trafic et de restoration rapide fonctionnant à l échelle de l Internet global Projet ARTHUR Notre objectif est de développer de nouveaux mécanismes et protocoles efficaces pour les réseaux IP mobiles Service à la communauté Développement des cours en ligne (LIHD) 300h de cours universitaires d informatique sur http://enligne.info.fundp.ac.be
Activités d enseignement du groupe Infonet Cours universitaires Cours de base applications, réseaux locaux, TCP/IP, routage, laboratoire Cours avancé lié aux dernières avancées dans les réseaux IP QoS, IP Multicast et MPLS en 2001 Séminaires de transfert de technologie liés aux activités de recherche du groupe Contrôle de trafic dans les réseaux IP séminaire d une journée en 1999 séminaire de deux jours en 2000 Tous les cours du groupe Infonet sont accessibles depuis http://www.infonet.fundp.ac.be/learn