5-03. Routage et protocoles de routage
Routage des paquets
Vous avez vu en première que, lorsqu’un ordinateur envoie des informations à un autre ordinateur, il fait appel au protocole TCP/IP.
- Le protocole TCP (Transmission Control Protocol) sert à mettre en forme les données à envoyer
- Le protocole IP (Internet Protocol) s’occupe de faire arriver à destination les paquets en utilisant l’adresse IP de l’ordinateur de destination.
Interconnexion de réseaux
Les réseaux locaux peuvent être reliés entre eux par l’intermédiaire de routeurs. Un routeur est composé d’un nombre plus ou moins important d’interfaces réseau (cartes réseau).
Internet résulte de l’interconnexion de réseaux par des routeurs.
Nous avons, sur ce schéma, 6 réseaux locaux, chaque réseau local possède son propre switch. Les ordinateurs M1, M2 et M3 appartiennent au réseau local 1. Les ordinateurs M4, M5 et M6 appartiennent au réseau local 2, etc.
Quelques exemples de communication entre deux appareils
| Communication | Route |
|---|---|
| M1 → M3 |
Le paquet est envoyé de M1 vers le switch R1, R1 constate que M3 se trouve sur le réseau local 1, le paquet est donc envoyé directement vers M3. M1 → R1 → M3 |
| M1 → M6 |
Le paquet est envoyé de M1 vers R1, qui constate que M6 n’est pas sur le réseau local 1, R1 envoie donc le paquet vers le routeur A. A n’est pas connecté directement au réseau local de M6, mais il sait que le routeur B est connecté à ce réseau. A envoie le paquet vers B. B est connecté au réseau local 2, il envoie le paquet à R2. R2 envoie le paquet à la machine M6. M1 → R1 → A → B → R2 → M6 |
| M1 → M9 |
Une route possibles est : M1 → R1 → A → B → D → E → R4 → M9 Mais on voit que ce n’est pas la seule. Une autre route possible est : M1 → R1 → A → H → F → E → R4 → M9 Il existe souvent plusieurs chemins possibles pour relier 2 ordinateurs |
Table de routage
Comment les routeurs procèdent pour amener les paquets à bon port ?
Chaque routeur possède une table de routage. Une table de routage peut être vue comme un tableau qui va contenir des informations permettant au routeur d’envoyer le paquet de données dans la « bonne direction ».
Dans ce schéma :
- le routeur A possède 3 interfaces réseau que l’on nomme
eth0,eth1eteth2. Les adresses IP liées à ces interfaces réseau sont : 172.168.255.254/16 (eth0), 172.169.255.254/16 (eth2) et 192.168.7.1/24 (eth1) - le routeur G qui possède 2 interfaces réseau que l’on nomme
eth0eteth1. Les adresses IP liées à ces interfaces réseau sont : 10.255.255.254/8 (eth0) et 192.168.7.2/24 (eth1)
Voici les informations présentes dans la table de routage de A :
| réseau | moyen de l’atteindre | métrique* |
|---|---|---|
| 172.168.0.0/16 (R1) | eth0 | 0 |
| 192.168.7.0/24 (réseau A-G) | eth1 | 0 |
| 172.169.0.0/16 (R3) | eth2 | 0 |
| 10.0.0.0/8 (R2) | 192.168.7.2/24 (G) | 1 |
* le contenu de la colonne métrique dépend du protocole de routage utilisé. On abordera ce point dans la prochaine section.
Table de routage
Proposer une table de routage pour le routeur G du schéma précédent.
| réseau | moyen de l’atteindre | métrique |
|---|---|---|
| 172.168.0.0/16 (R1) | ||
| 192.168.7.0/24 (réseau A-G) | ||
| 172.169.0.0/16 (R3) | ||
| 10.0.0.0/8 (R2) |
Correction
Comment un routeur arrive à remplir sa table de routage ?
La réponse est simple pour les réseaux qui sont directement reliés au routeur (métrique = 0), mais comment cela se passe-t-il pour les autres réseaux (métrique supérieure à zéro) ?
Il existe 2 méthodes :
- le routage statique : chaque ligne doit être renseignée manuellement. Cette solution est seulement envisageable pour des très petits réseaux de réseaux.
- le routage dynamique : tout se fait automatiquement, on utilise des protocoles qui vont permettre de découvrir les différentes routes afin de pouvoir remplir la table de routage. C’est cette méthode que nous allons étudié dans la section suivante.
Protocoles RIP et OSPF
- Identifier, suivant le protocole de routage utilisé, la route empruntée par un paquet.
Un réseau de réseaux comportant des routeurs peut être modélisé par un graphe. Chaque routeur est un sommet et chaque liaison entre les routeurs ou entre un routeur et un switch est une arête. Les algorithmes utilisés par les protocoles de routages sont donc des algorithmes issus de la théorie de graphes.
On trouve plusieurs protocoles de routage, nous allons en étudier deux : RIP (Routing Information Protocol) et OSPF (Open Shortest Path First).
Le protocol RIP
Au départ, les tables de routage contiennent uniquement les réseaux qui sont directement reliés au routeur. Chaque routeur envoie périodiquement à tous ses voisins (routeurs adjacents) un message. Ce message contient la liste de tous les réseaux qu’il connait. À la fin de cet échange, les routeurs mettent à jour leur table de routage avec les informations reçues.
Dans ce protocole, la colonne « métrique », correspond au nombre de routeurs qui doivent être traversés pour atteindre le réseau cible.
Prenons le réseau ci-dessus comme exemple.
Pour être clair et concis, on va utiliser les noms de réseaux plutôt que leur adresse IP. Le tableau ci-dessous donne cette correspondance.
| IP | Réseau |
|---|---|
| 172.168.0.0/16 | R1 |
| 10.0.0.0/8 | R2 |
| 172.169.0.0/16 | R3 |
| 192.168.7.0/24 | A-G |
À l’origine, la table de routage de A contient uniquement les réseaux R1, A-G et R3. Celle de G contient les réseaux R2 et A-G
Le routeur A envoie un message au routeur G avec les informations suivantes : « je connais les réseaux R1, A-G et R3 ». De la même manière G envoie un message à A avec les informations suivantes : "je connais les réseaux A-G et R2".
À la fin de cet échange, le routeur A va pouvoir ajouter le réseau 10.0.0.0/8 à sa table de routage. Il sait maintenant qu’un paquet à destination du réseau R2 devra transiter par G
Table de routage RIP
Établir les tables de routage des routeurs du réseau ci-dessous dans le cadre du protocole RIP.
Correction
Le protocole RIP est aujourd’hui très rarement utilisé dans les grandes infrastructures. En effet, il génère, du fait de l’envoi périodique de message, un trafic réseau important. De plus, le protocole RIP est limité à 15 sauts. On lui préfère donc souvent le protocole OSPF.
Le protocole OSPF
Comme dans le cas du protocole RIP, il y a des échanges d’informations entre les routeurs. Nous n’allons pas rentrer dans les détails de ces échanges et nous allons principalement insister sur la métrique produite par OSPF. Ce protocole n’utilise pas le nombre de sauts nécessaire pour établir la métrique, mais la coût de la route. Dans les messages échangés par les routeurs, on trouve le coût de chaque liaison (plus le coût est grand et moins la liaison est intéressante). Le coût d’une route est la somme des coûts de chaque liaison traversée.
La notion de coût est directement liée au débit des liaisons entre les routeurs. Le débit correspond au nombre de bits qu’il est possible de faire passer dans un réseau par seconde.
Pour obtenir la métrique d’une route, il suffit d’additionner les coûts de chaque liaison. Évidemment, comme dans le cas de RIP, les routes ayant les métriques les plus faibles sont privilégiées.
Table de routage OSPF
Établir les tables de routage des routeurs du réseau ci-dessous dans le cadre du protocole OSP.
Données
- liaison routeur A - routeur B : 1 Mbps
- liaison routeur A - routeur C : 10 Mbps
- liaison routeur C - routeur B : 10 Mbps
Correction
Révision & entraînement
Annales zéro 2024
Cet exercice est l’exercice 1 du sujet d’Annales zéro n°1 2024.
On considère un réseau local N1 constitué de trois ordinateurs M1, M2 et M3 dont les adresses IP sont les suivantes :
- M1 :
192.168.1.1/24 - M2 :
192.168.1.2/24 - M3 :
192.168.2.3/24
On rappelle que le /24 situé à la suite de l’adresse IP de M1 signifie que l’adresse réseau du réseau local N1 est 192.168.1.0.
Depuis l’ordinateur M1, un utilisateur exécute la commande ping vers l’ordinateur M3 comme suit :
user@M1 ˜ % ping 192.168.2.3
PING 192.168.2.3 (192.168.2.3): 56 data bytes
Hôte inaccessible
1. Expliquer le résultat obtenu lors de l’utilisation de la commande ping (on part du principe que la connexion physique entre les machines est fonctionnelle).
On ajoute un routeur R1 au réseau N1.
« Un routeur moderne se présente comme un boîtier regroupant carte mère, microprocesseur, ROM, RAM ainsi que les ressources réseaux nécessaires (Wi-Fi, Ethernet…). On peut donc le voir comme un ordinateur minimal dédié, dont le système d’exploitation peut être un Linux allégé. De même, tout ordinateur disposant des interfaces adéquates (au minimum deux, souvent Ethernet) peut faire office de routeur s’il est correctement configuré (certaines distributions Linux minimales spécialisent la machine dans cette fonction). »
Source : Wikipédia
2. Définir l’acronyme RAM.
3. Expliquer le terme Linux.
4. Expliquer pourquoi il est nécessaire d’avoir au minimum deux interfaces réseau dans un routeur.
Le réseau N1 est maintenant relié à d’autres réseaux locaux (N2, N3, N4) par l’intermédiaire d’une série de routeurs (R1, R2, R3, R4, R5, R6) :
5. Attribuer une adresse IP valide à l’interface eth0 du routeur R1 sachant que l’adresse réseau du réseau N1 est 192.168.1.0/24.
Dans un premier temps, on utilise le protocole de routage RIP (Routing Information Protocol). On rappelle que dans ce protocole, la métrique de la table de routage correspond au nombre de routeurs à traverser pour atteindre la destination.
La table de routage du routeur R1 est donnée dans le tableau suivant :
| destination | interface de sortie | métrique |
|---|---|---|
| N1 | eth0 | 0 |
| N2 | eth1 | 2 |
| N2 | eth2 | 4 |
| N3 | eth1 | 3 |
| N3 | eth2 | 3 |
| N4 | eth1 | 1 |
| N4 | eth2 | 3 |
6. Déterminer le chemin parcouru par un paquet de données pour aller d’une machine appartenant au réseau N1 à une machine appartenant au réseau N2.
Le routeur R3 tombe en panne. Après quelques minutes, la table de routage de R1 est modifiée afin de tenir compte de cette panne.
7. Dresser la table de routage du routeur R1 suite à la panne du routeur R3.
Le routeur R3 est de nouveau fonctionnel. Dans la suite de cet exercice, on utilise le protocole de routage OSPF (Open Shortest Path First). On rappelle que dans ce protocole, la métrique de la table de routage correspond à la somme des coûts. On rappelle également que le coût d’une liaison est donnée par la relation :
Le réseau est constitué de trois types de liaison de communication :
- Fibre avec un débit de 1 Gbit/s
- Fast-Ethernet avec un débit de 100 Mbit/s
- Ethernet avec un débit de 10 Mbit/s
8. Calculer le coût de chacune de ces liaisons de communication.
La table de routage du routeur R1 est donnée dans le tableau suivant :
| destination | interface de sortie | métrique |
|---|---|---|
| N1 | eth0 | 0 |
| N2 | eth1 | 10,1 |
| N2 | eth2 | 1,3 |
| N3 | eth1 | 11,3 |
| N3 | eth2 | 0,3 |
| N4 | eth1 | 10 |
| N4 | eth2 | 1,2 |
D’autre part, le type des différentes liaisons inter-routeurs sont les suivantes :
- R1 - R2 : Fibre
- R1 - R3 : Ethernet
- R2 - R6 : INCONNU ;
- R3 - R6 : Fast-Ethernet
- R3 - R4 : Fibre
- R4 - R5 : Fast-Ethernet
- R5 - R6 : Fibre
9. Déduire de la table de routage de R1 et du schéma du réseau le type de la liaison inter-routeur R2 - R6.
Des travaux d’amélioration ont été réalisés sur ce réseau : la liaison inter-routeur R1 – R3 est désormais de type Fibre.
10. Modifier la table de routage de R1 en tenant compte de cette amélioration.
On ajoute un réseau local N5 et un routeur R7 au réseau étudié ci-dessus. Le routeur R7 possède trois interfaces réseaux eth0, eth1 et eth2. eth0 est directement relié au réseau local N5. eth1 et eth2 sont reliés à d’autres routeurs (ces liaisons inter-routeur sont de type Fibre).
Les deux tableaux suivants présentent un extrait des tables de routage des routeurs R1 et R3 :
| destination | interface de sortie | métrique |
|---|---|---|
| … | … | … |
| N5 | eth1 | 1,2 |
| N5 | eth2 | 0,2 |
| destination | interface de sortie | métrique |
|---|---|---|
| … | … | … |
| N5 | eth1 | 1,3 |
| N5 | eth2 | 1,1 |
| N5 | eth3 | 0,3 |
11. Recopier et compléter le schéma du réseau (Figure 1) en ajoutant le routeur R7 et le réseau local N5.