Réseaux grande distance Jean-Patrick Gelas Université de Lyon
Sources «High Performance Communication Networks», Jean Walrand, Pravin Varaiya, 2 nd édition, MK. Cours de Pr. Cong-Duc Pham (Université de Pau). Hobbes' Internet Timeline v8.1 (http://www.zakon.org/robert/internet/timeline/) Computer Networking A Top-Down Approach Featuring the Internet, Kurose and Ross Addison Wesley http://www.caida.org/research/topology/as_core_network/ http://thyme.apnic.net/current/data-summary
Internet : à quoi cela ressemble? 10-100 machines connectées à des concentrateurs et des routeurs, quelques dizaines de routeurs connectés sur le réseau d'un bâtiment, quelques dizaines de réseaux de bâtiment connectés sur un campus/ville, quelques dizaines de réseaux campus/ville connectés sur un réseau régional, quelques centaines de réseaux régionaux connectés sur un réseau national, quelques dizaines de réseaux nationaux connectés par des liens internationaux. => Une hiérarchie de réseaux. 3
Périphérie du réseau Machines hôtes Contient les programmes applicatifs Web, e-mail, etc. Modèle client/serveur Client a une requête Reçoit un service d un serveur Ex. Web, e-mail Modèle pair-à-pair Serveur limité ou inexistant Ex. Gnutella, Kazaa Copyright J. Kurose, K. Ross
Cœur du réseau Maillage de routeurs interconnectés Transfer des données via ce maillage Mode circuit Mode paquet Copyright J. Kurose, K. Ross
Cœur du réseau Mode circuit Circuit dédié par appel Téléphonie Permet la réservation de ressources de bout en bout Bande passante, capacité des routeurs Ressources dédiées Pas de partage Ressources parfois inutilisées Nécessite une phase de mise en place du circuit Copyright J. Kurose, K. Ross
Réseaux d accès Connecter les machines hôtes aux routeurs de périphérie Réseaux d accès Résidentiels Institutionnels Sans fil et mobiles Caractéristiques importantes Bande passante Accès dédié ou partagé Copyright J. Kurose, K. Ross
Complexité des réseaux Beaucoup de choses à assembler et à faire fonctionner ensemble Machines hôtes Routeurs Liens de communications Applications Protocoles Systèmes / Hardwares Grande hétérogénéité Comment organiser tout cela?
Pile protocolaire de l Internet Application Support des applications FTP, HTTP Transport Transfert des données de bout-en-bout TCP, UDP Réseau Routage des données IP, protocoles de routage Liaison de données Transfert de données entre deux éléments voisins Ethernet, 802.11 Physique Véritable transport des données application transport network link Copyright physical J. Kurose, K. Ross
Pile protocolaire de l Internet Chaque couche prend les données de la couche supérieure, puis Ajoute son en-tête Passe les données à la couche inférieure source destination Hl Ht Hn Ht Hn Ht M M M M application transport network link physical application transport network link physical Hl Ht Hn Ht Hn Ht M M M M message segment datagram frame Copyright J. Kurose, K. Ross
Internet : bref historique... 1960 : le DoD/ARPA lance le projet d'un réseau flexible et fiable 1969 : ARPANET : UCLA, UCSB, SRI et Univ. Utah 1974 : Développement de TCP/IP pour l'interconnexion de réseaux hétérogènes 1983 : ARPANET possède 200 noeuds de transit.... Version détaillée de l'historique disponible sur Internet : www.isoc.org/internet/history et www.zakon.org/robert/internet/timeline 11
Nombre de postes Internet 12
Nombre de sites WWW 13
Nombre de domaines 14
Le trafic dans l'internet Circuit traffic : increase 8-10% per year Packet traffic : increase 200% per year! 15
Ce qui tient l'internet en un ensemble cohérent L'adressage : comment identifier une machine dans le monde. Le routage : comment accéder à/retrouver une machine Le protocole Internet IP (Internet Protocol) : comment formater les données, communiquer et se comprendre. RFC 791 protocole de niveau 3 dans la hiérarchie OSI Mode non connecté (datagramme) 16
Hiérarchie dans l'internet Deux niveaux de hiérarchie dans les adresses : adresses réseaux ; adresses machines. Les réseaux de backbone ne publient les routes qu des réseaux (et pas des sous réseaux). Malgré cela il y a environ 269 000 adresses de réseaux dans les routeurs de backbones (septembre 2008). Les gateways communiquent avec le backbone pour trouver le meilleur noeud suivant pour chaque réseau dans l'internet. 17
Contrainte de performance Avec les débits actuellement rencontrés, un routeur doit effectuer des millions d'opérations à la seconde. Line Line Rate Pkt Rate (40B) Pkt Rate (240B) T1 1.5 Mbps 4.68 Kpps 0.78 Kpps OC3 155 Mbps 480 Kpps 80 Kpps OC12 622 Mbps 1.94 Mpps 323 Kpps OC48 2.5 Gbps 7.81 Mpps 1.3 Mpps OC192 10 Gbps 31.25 Mpps 5.21 Mpps OC768 40 Gbps 125 Mpps 20.84 Mpps 18
Distribution de la taille des paquets et difficultés du lookup Sur un lien de réseau dorsale (backbone) 75% des paquets sont plus petits que 552 octets, environ 50% des paquets sont plus petits que 44 octets (paquets d'acquittements), 10% des paquets sont plus grand que 1500 octets. Difficultés du lookup Les tables de routage peuvent avoir des milliers d'entrées, Le préfixe des adresses de destination est de longueur variables (ex: 100101* ou 1* ou 11001100 00110001 01010001) L'adresse de destination peut correspondre à plusieurs préfixes, il faut prendre la plus longue. 19
Les réseaux haute performance Le volume du trafic généré sur Internet augmente (pièces jointes aux emails, contenu des pages web riche,...). Plus il y a de bande passante disponible, plus les applications des utilisateurs l'utilisent. Les modems, les liens longues distances et les commutateurs doivent être de plus en plus rapides. On définit un réseau haute-performance (HPN) comme un réseau de communication qui supporte : - une grande variété d'applications, - le passage à l'échelle (scalable). 20
Deux extrêmes... Le réseau téléphonique transfert de données à vitesse faible beaucoup de noeuds grande distance Donc scalable mais support pour une seule application. Un bus d'ordinateur très rapide ne connecte que quelques périphériques courte distance L'inverse... 21
Les goulots d'étranglement des réseaux haute performance (1/2) La bande passante De plus en plus abondante. Cependant, il y a toujours de «méchantes» applications (greedy applications). L'accès aux hôtes parfois très lent. Une large bande passante ne résout pas les problèmes de délais et de pertes. Les commutateurs Besoin d'augmenter la rapidité des décisions de transmission (forwarding decision) et donc améliorer les algorithmes de correspondance des ports (lookup forwarding). 22
Les goulots d'étranglement des réseaux haute performance (2/2) Les protocoles de routage Besoin de réduire la tache des commutateurs. Usage d'étiquettes (label) appliquées sur les paquets en fonction des besoins de l'application ou de routes pré-calculées (l'usage de label est plus efficace que des adresses de destination). Les protocoles de transport Ce sont les hôtes (source et destination) qui contrôlent le rythme de transmission des paquets. Les liens étant de plus en plus rapides, le nombre de paquets en transit est plus important. Besoin de modifier les mécanismes de contrôle. Les applications L'accès à des réseaux plus rapides autorise la création de nouvelles applications. L'optimisation de l'usage des ressources reste critique. Rendre payant certains services risque d'être nécessaire pour protéger les applications essentielles. 23