Routage Multi-Chemins par Interface d’Entrée
Jury de soutenance
Jean-Jacques Pansiot, Université Louis Pasteur, Directeur de thèseStéphane Cateloin, Université Louis Pasteur, Co-encadrant de thèseThomas Noël, Université Louis Pasteur, Rapporteur interneOlivier Bonaventure, Université Catholique de Louvain, Rapporteur externeAbdelmadjid Bouabdallah, Université de Technologie de Compiègne, Rapporteur externeAnnie Gravey , TELECOM Bretagne, Brest, Examinatrice
Pascal MérindolPascal Mérindol
Plan Contexte
Etat de l’art• Le routage Internet• Problématique multi-chemins
Contributions & Propositions• Calcul des chemins : Dijkstra-Transverse• Validation des chemins : Routage sans boucles DT(p) • Cartographie et évaluation de la diversité
Evaluations et applications• Protection et restauration• Equilibrage de charge• Résultats de simulations
Conclusions & Perspectives2
Contexte Routage et modélisation
Protocole de routage intra-domaine
Protocole de routage inter-domaine
3
Système autonome
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Contexte Routage mono ou multi-chemins
4
14
3
2
76
D
5
S
Meilleur chemin
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des chemins •Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Avantages de la diversité des chemins :1. Contourner les pannes : diminution du temps de restauration
2. Equilibrer la charge : augmentation des débits
Chemin alternatif 1
Chemin alternatif 2
D D D
D
ContexteComposants du routage
Diffusion de l’information topologique Apprentissage du domaine de routage
Calcul des chemins Algorithme de cheminement (Routing Information Base : RIB)
Commutation des paquets Mécanisme de correspondance (Forwarding Information Base : FIB)
Destination
Prochain saut
Label d’entrée,Port d’entrée
Port de sortie,Label de sortie
5
Commutation classique
Commutation par étiquette
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Etat de l’art Contexte
Etat de l’art • Le routage Internet• Problématique multi-chemins distribués
Contributions & Propositions• Calcul des chemins : Dijkstra-Transverse• Validation des chemins : Routage sans boucles DT(p) • Cartographie et évaluation de la diversité
Applications• Protection et Restauration• Equilibrage de charge• Ingénierie de trafic et résultats de simulations
Conclusions & Perspectives6
Le routage internet
7
Plusieurs types de routage :
• Centralisé : serveur d’informations (topologique et/ou de trafic)• Par la source : positionnement des routes depuis un routeur
d’entrée• Distribué : au saut par saut
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Par la source
Centralisé Distribué
Routage par la source
Route signalée par étiquetage• Commutation par étiquettes (identifiants courts)• Protocole : Multi-Protocol Label Switching (MPLS)
[RFC3031]
• Positionnement des routes avec un protocole de signalisation explicite tel que RSVP-TE [RFC3209] ou CR-LDP [RFC3213]
• Mise en œuvre d’un algorithme multi-chemins : K meilleurs chemins [Eppstein94], totalement disjoints
[Suuberall79] , disjoints en bande passante, contraintes multiples
8
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
•Optimisation •Qualité de service (QoS)
•Répartition rigide de la charge (par chemin)•Coût de labellisation (par segment)
Routage saut par saut
Routage à vecteurs de distances• Algorithme : Bellman-Ford distribué [Bellman & Ford58]
• Protocoles : RIP [RFC1058], IGRP
Routage à états des liens• Algorithme : Dijkstra [Dijkstra69]
• Protocoles : OSPF [RFC2178], IS-IS [RFC1142] , EIGRP• Extension multi-chemins : ECMP Meilleurs coûts
égaux
Propriété de sous-optimalité des meilleurs chemins :
Un segment de meilleur chemin est un meilleur chemin
Composition cohérente des prochains sauts
9
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
1
4
3
2
76
D
5
S
TerminologieChemin • Entité de routage virtuelle calculée par un algorithme de
cheminement
Prochains sauts• Entité de routage concrète : premier saut d’un chemin
Route• Une suite de prochains sauts composés de proche en proche
Problème :Boucles de routage si coûts inégaux
10
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
d
Routage saut par sautBoucles de routage
Règles pour un routage sans boucle : Niveau routeur
• Equal Cost Multipath Routing (vision locale) : ECMP [RFC2178], [RFC1142]
• Downstream Criteria [DC] (vision à un saut) : OSPF-OMP [Villamizar99], LFI [Vutukury2001]
Niveau lien• Vision à deux sauts [X. Yang & D. Wetherall2006]
Boucle au niveau routeur
Cohérence des routes : Composition des prochains sauts
11
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
d
Boucles de routage
12
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
d)(s,NH v d)(s,C d)(s,C j1j
d)(s,C d)(v,C 11
d)(p,C d)(v,C 11
d)(s,C j
d)(s,NH j
a b f
5
9
6
NH1(b,f)
NH3(b,f)
4
64
5C3(b,f)
C1(b,f)
c
e
d
• Un prochain saut alternatif v calculé sur s est viable si :• Vision local : (sous-
optimalité)
• Vision à un saut (DC) : (stricte décroissance)
• Vision à deux sauts : (p en amont de s)
: jeme meilleur coût entre s et d: jeme meilleur saut entre s et d
Méthode
Calcul local des arbres voisins• Problème : complexité calcul
Diffusion de vecteurs de distance• Récursivement transmis de proche en
proche
Messages de validation «demande/réponse»• A l’initiative de chaque nœud
Obtention des meilleurs coûts des nœuds voisins :
13
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Routage multi-chemins saut par saut
1
4
3
2
76
D
5
S
•Répartition de charge réactive•Extensibilité
•Nombre de chemins générés (boucles)•Gain de bande passante
D 4 2
D 5 2
Meilleur prochain sautSecond meilleur prochain
saut
14
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
2
Synthèse de l’existant
15
Réactif
Proactif
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Contributions Contexte
Etat de l’art• Le routage Internet• Problématique multi-chemins
Contributions & Propositions• Calcul des chemins : Dijkstra-Transverse• Validation des chemins : Routage sans boucles DT(p) • Cartographie et évaluation de la diversité
Evaluations sur applications• Protection et Restauration• Equilibrage de charge• Ingénierie de trafic et résultats de simulations
Conclusions & Perspectives16
Présentation générale
Trois objectifs :• Nombre de routes important Diversité accrue• Faible complexité Calcul des chemins peu coûteux• Extensibilité Déploiement incrémental
Deux étapes :• Un algorithme de cheminement : Dijkstra –
TransverseCalcul local des chemins Prochains sauts
candidats• Validation en profondeur et à l’initiative de chaque
nœud sur le graphe de composition de DT : DT(p)Validation distribuée des prochains sauts candidats
Routes
17
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Calcul des cheminsTerminologie
s
Nœud racine
Arcs des meilleurs chemins (+ orientation opposée) :3 meilleurs prochains sauts 3 branches Arcs transverses :
Liens entre branches
Arcs internes :Liens entre nœuds d’une même branche
Partitionnement des arcs :
18
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Calcul des chemins
L’algorithme Dijkstra Transverse :
s
2 4
1 6
3 5
Arbre des meilleurs chemins
Arcs transverses
Arcs retour
Chemin transverse simple : Meilleur chemin + un arc transverse
Exemples : S-5-3 et S-2-3-5
Chemin transverse retour : Chemin transverse simple + un segment de meilleur chemin retour
Exemples : S-5-3-2 et S-5-6-4
Chemin transverse avant : Chemin transverse simple ou chemin transverse retour + un segment de meilleur chemin
Exemples : S-5-3-2-1 et S-4-2-3
3 branches:
•S-5
•S-4 et S-4-6
•S-2, S-2-1 et S-2-3
19
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Synthèse Dijkstra-Transverse
Propriétés de DT :• Complexité équivalente à celle de l’algorithme
de Dijkstra• Deux prochains sauts au minimum :
• Prochains sauts candidats Matrice à deux dimensions :
• Nombres de successeurs• Nombre de destinations
s
A
CArc interne
Arc transverse
1 4 2 2 3
4 1 5 3 2
A B C D EA
B
E
D
B
20
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Validation des candidatsLocale (ou distribuée)• DT + validation sans distinction sur l’origine du traficCoût strictement décroissant à un saut (DC) :
Routage spécifique à l’interface d’entrée • Trafic local et trafic en transit règles différentes
Complexité paramétrable• Profondeur de validation configurable
Validation directe sur Dijkstra-Transverse : DT(1)• Composition de prochains sauts sans boucles• Critère de validation à un saut :
21
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives d)(s,C d)(v, C 1j
d)(s,C d)(v, C 11
Exemple de validation
S
1
4
3
2
76
D
5
D D C1(5,D) 5
D 4 C2(5,D) 5
D D C1(5,D) 2
D 4 C2(5,D) 2
D D C1(5,D) 4
Meilleur prochain sautSecond prochain
sautTroisième prochain saut
DT(1) :IE DST NH COÛT
22
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
5
Extension de DT(1) : DT(p)
23
• Règle formelle :
x, terminaison « positive » d’un chemin de composition P pour
un couple {s = source initiatrice, d = destination}
• Objectif :Augmentation du nombre de prochains sauts validés
• Méthode :• Procédure de validation étendue en profondeur si
un prochain saut n’est pas validé avec DT(1)• Vague de messages « Query/Response » avec
traitement des réponses en largeur d’abord• Chemin de composition : suite des prochains
sauts évaluée
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Ps)d,s(C)d,x(C,P)d,x(NHj 1jj
DT à profondeur p, DT(p)Messages de validation
query(d,3)
response(d,VALID)
ab
d
DT(1)
DT(2) Query(a,d,3,1,
[b])
2
4
32 2
Response(a,d,VALID,[b])
c
e
3
24
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
•Message Query(s,d,c,q,P) :q : nb de sauts restants (q ≤ p)P : chemin de compositionc : meilleur coût sur s
•Message Response(s,d,c,P) :P : chemin de compositionc : code de retour (SKIP<VALID<LOOP)
Propriétés DT(p)Propriété de couverture NH(Trafic en transit) NH( Trafic local) ( Code SKIP)NH : Ensemble de prochains sauts validés
Absence de boucle au niveau lien• Terminaison d’un chemin de composition garantit un
coût strictement décroissant ( Code VALID)• Aucun chemin de composition ne contient la source
initiatrice s ( Code LOOP)Absence de boucle au niveau routeur• Même propriété niveau lien• Il existe un nœud en amont sur le chemin de
composition dont le meilleur coût est plus petit ou égal à celui de s
25
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Simulation & topologies
Network Simulator 2 : Intégration d’un module de calcul/validation multi-chemins
Mrinfo : Sonde utilisée pour la découverte de topologie réels4 topologies d’évaluation non valuées + 1
topologie valuéeGlobal Crossing 112 340 11
Alternet 83 334 8
Open Transit 76 206 11
Renater 79 198 9
#noeuds #liens Diamètre
26
Geant 23 74 4
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Alternet Global
Crossing
Nombre de prochains sauts
27
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Alternet Open-Transit Renater Global-Crossing
DT(1)/DCDT(2)/DCDT(3)/DC
Facteur d’augmentation du nombre de prochains sauts
DC
Distribution des routes
Open Transit & Alternet
28
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Open Transit & Alternet≈7000 et 6000 meilleurs
routes
SPFDCDT(1)DT(3)
Échelle logarithmiqueLongueur des meilleurs routes
Nombre de routes
Temps de convergence et couverture
•Deux types de panne : • Lien de cœur (PARIS-LYON) • Lien de bordure (BORDEAUX-TOULOUSE)
Renater
29
Alternet 18% 98% 99%
Open Transit 16% 60% 78%
Global Crossing
19% 71% 87%
Renater 10% 50% 67%
GEANT 37% 37% 75%
PARIS-LYON
BORDEAUX-TOULOUSE
Couverture
SPF DT(1) DT(2) DT(3)
SPF DT(1)DT(2) DT(3)
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
DC DT(1) DT(3)
=> 9-17ms
=> 7-18ms
Evaluations sur applications Contexte
Etat de l’art• Le routage Internet• Problématique multi-chemins
Contributions & Propositions• Calcul des chemins : Dijkstra-Transverse• Validation des chemins : Routage sans boucles DT(p) • Cartographie et évaluation de la diversité
Evaluations sur applications• Protection et Restauration – pannes de liens/routeurs• Equilibrage de charge – congestions et optimisation globale • Ingénierie de trafic et résultats de simulations
Conclusions & Perspectives
30
Restauration rapide sur IP•Objectif :Réduire le temps de reprise sur panne •Méthode :Alternative locale et pré-calculée1. Détection physique de la panne {20ms}
• Niveau physique : alarmes SONET ou SDH• Niveau liaison : messages Hello
2. Notification de la panne• Avertissement de l’état des liens (LSA) {10ms+diamètre
réseau}
3. Calcul de l’arbre des plus courts chemins• Calcul de la table de routage (RIB) {dimension, ex : 10ms/100
routeurs}
4. Mise à jour de la table de commutation (FIB) {nombre de préfixes}
31
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
IP Fast ReRouting (IPFRR IETF)
• Protection locale simple : Faible complexité
LFA [Atlas & Zinin2007] v alternative de secours loop free alternate sur s vers d si :
UTURN [Atlas2006]
et v dispose d’une sortie LFA vers d ne contenant pas le lien en panne
• Protection locale complète : Complexité croissante
• Tunnels orientés [Shand et Bryant2008]
• Adresse Notvia [Bryant et al2006]
32
d)(s,C s)(v,C - d)(v,C 111
d)(s,C s)(v,C - d)(v,C 111
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
d)(s,NHs, 1
Reroutage local / global
•Protection locale•Prochain saut alternatif différent du lien incriminé
•Protection globale•Pas d’alternative locale
(pour un couple {interface d’entrée, destination} donné)
•Protocole de notification en amont
Existence d’un chemin alternatif en amont ne contenant pas le lien incriminé
33
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Résultats de couverture
Alternet 18% 98% 99% 99% 34% ~100%
Open Transit 16% 62% 78% 87% 33% 92%
Global Crossing
19% 73% 87% 91% 44% 96%
Renater 10% 51% 67% 69% 21% 85%
Geant 37% 83% 75% 87% 63% 94%
DC LFA DT(3) UTURN DC DT(3)
Taux de protection local / global
34
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Répartition de la chargeMéthodes proactives • Matrices de trafic : demandes moyennes point-à-
point• Cas normaux / pires cas (pannes…) ?
Saut par saut : modification de la valuation Par la source : modification des proportions à la
source
Méthodes réactives • Protocoles sondes : délais, bande passante
résiduelle• Heuristiques incrémentales
Risques d’oscillations 35
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Diversité et partage de Diversité et partage de chargecharge
36
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Développement d’un module de partage de charge destiné à l’évaluation de l’impact de la diversité :• Partage local (pas de coordination inter-routeurs)• Utilisation de deux seuils : Trois états : surchargé α > transitoire β > non chargé
Partage de charge : proportions de S vers D
S D
A
B
C
A BC
100%
Technique de répartition Technique de répartition
Flux 1Flux 2
37
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Trois types de répartition :
Niveau paquet : tourniquet Niveau flux (<src,dest,port,...>) : fonction de
hachage, estampille Niveau fenêtrage TCP
Qualité de service
Résultats d’évaluation
38
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Pour chaque entrée, k flux TCP (Reno → Sack)
Distribution de Pareto pour la taille, uniforme pour
les départs
GEANT est sur-provisionné
Congestions artificielles : 11, 1n, n1
Totem : matrices de trafic collectés sur GEANT
Réseau de recherche européen GEANT
Résultats moyens Configuration et indicateurs de performances
α=50%, β=25%, échelle de temps t =1s et fenêtre de 65 paquets
Utilisation du lien le plus chargé et nombre de paquets
perdus
39Charge cumulée (%)
DC DT(1) DT(3)Moyenne de la
réduction en perte (comparé à SPF)
3.8 4.2 6.5
Moyenne de la charge du pire lien (SPF : 76%)
61 61 51
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
DT(3)DCSPF
Temps cumulé (%)
α
Exemple sur un lien critique Utilisation du lien le plus chargé• Slovénie Autriche, congestion : 1N
Pertes cumulées
Charge du lien
SPF, DC & DT(3)SPF, DC & DT(3)
40
8%
4%
2%
1%
100%=
2.5Mbs
50%
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Conclusion Contexte
Etat de l’art• Le routage Internet• Problématique multi-chemins
Contributions & Propositions• Calcul des chemins : Dijkstra-Transverse• Validation des chemins : Routage sans boucles DT(p) • Cartographie et évaluation de la diversité
Applications• Protection et restauration• Equilibrage de charge• Ingénierie de trafic et résultats de simulations
Conclusions & Perspectives
41
Synthèse & contributions• Algorithme Dijkstra-Transverse
Deux prochains sauts au minimumFaible complexité calcul
• Procédure de validation sans bouclesDiversité des routes validéesComplexité message/mémoire configurable
• Modularité Combinaison DT et procédure de validation : DT(p)
• Extensibilité et convergence Déploiement incrémental
Temps de convergence relatif à p
42
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Diversité utile à la protection et à l’équilibrage de charge
Perspectives
Protection globale• Rayon de couverture et temps de notification
Ingénierie de trafic• Notification des congestions et granularité• Coordination des routeurs et risques
d’oscillations
Extension vers routage inter-domaine• Combinaison diversité intra et inter-domaine
43
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
PublicationsPublicationsPublications nationales • Mérindol P., Pansiot J.J., Cateloin S., Multiroutage par interface
d'entrée, ALGOTEL’06, Tregastel FRANCE.
• Publications internationales• Mérindol P., Pansiot J.J., Cateloin S., Path Computation for
Incoming Multipath Routing, ECUMN'07, Toulouse FRANCE.
• Mérindol P., Pansiot J.J., Cateloin S., Providing Protection and Restoration with Distributed Multipath Routing, SPECTS'08, Edinburgh UK.
• Mérindol P., Pansiot J.J., Cateloin S., Improving Load Balancing with Multipath Routing, ICCCN'08, Virgin Island US.
44
Routage Multi-Chemins par Interface d’Entrée
MERCI
Jean-Jacques Pansiot, Université Louis Pasteur, Directeur de thèseStéphane Cateloin, Université Louis Pasteur, Co-encadrant de thèseThomas Noël, Université Louis Pasteur, Rapporteur interneOlivier Bonaventure, Université Catholique de Louvain, Rapporteur externeAbdelmadjid Bouabdallah, Université de Technologie de Compiègne, Rapporteur externeAnnie Gravey , TELECOM Bretagne, Brest, Examinatrice
Pascal MérindolPascal Mérindol
Références (1)Références (1) [Bellman & Ford] R. Bellman. On a routing problem. Quarterly of Applied Mathematics, 16 :87–
90,1958.
[RFC1058] C. Hedrick. Routing information protocol. RFC 1058, IETF, 1988.
[Dijkstra59] E.W. Dijkstra. A note on two problems in connection with graphs. In Numerische Mathematik, vol. 1, pages :269-271, 1959.
[RFC2178] J. Moy. Ospf version 2. RFC 2178, IETF, April 1998.
[RFC1142] D. Oran. Is-is intra-domain routing protocol. RFC 1142, IETF, February 2001.
[RFC3031] E. Rosen, A. Viswanathan, and R. Callon. Multiprotocol label switching (mpls), RFC 3031, IETF, January 2001.
[Eppstein94] D. Eppstein. Finding the k shortest paths. In IEEE Symposium on Foundations of Computer Science, pages 154–165, 1994.
[Suurballe74] J. W. Suurballe. Disjoint paths in a network. Networks, pp. 125–45, 1974.
[RFC3209] D. Awduche, L. Berger, D. Gan, T. Li, V. Srinivasan, and G. Swallow. RSVP-TE : Extensions to RSVP for lsp tunnels. RFC 3209, IETF, 2001.
[RFC3213] B. Jamoussi, L. Andersson, R. Callon, R. Dantu, L. Wu, P. Doolan, T. Worster, and N. Feldman. Constraint-based lsp setup using ldp. RFC 3213, IETF, January 2002.
[Vutukury2001] S. Vutukury. Multipath Routing Mechanisms for Traffic Engineering and Quality of Service in the Internet. PhD thesis, University of California, Santa Cruz, 2001.
[Villamizar99] C. Villamizar. Ospf optimized multipath (ospf-omp) : draft-ietf-ospf-omp-02.txt.Draft, IETF, February 1999.
[Xang & Wetherall2006] X. Yang and D. Wetherall. Source selectable path diversity via routing deflections.In SIGCOMM, volume 36, pages 159–170, october 2006.
[Atlas & Zinin2007] A. Atlas and A. Zinin. Basic specification for ip fast-reroute : Loop-free alternates draft-ietf-rtgwg-ipfrr-spec-base-06. Draft, IETF, mar 2007.
[Atlas2006] A. Atlas. U-turn alternates for ip/ldp fast-reroute draft-atlas-ip-local-protect-uturn-03. Draft, IETF, February 2006. 46
Références (2)Références (2) [Bryant et al2006] S. Bryant, M. Shand, and S. Previdi. Ip fast reroute using not-via addresses
draftbryant-shand-ipfrr-notvia-addresses-03.txt. Draft, IETF, October 2006.
[Shand et Bryant2008] M. Shand and S. Bryant. Ip fast reroute framework draft-ietf-rtgwg-ipfrr-framework-08.txt. Draft, IETF, February 2008.
[Fortz & Thorup2002] B. Fortz and M. Thorup. Optimizing ospf/is-is weights in a changing world. In IEEEJSAC vol. 20, pages 756–767, May 2002.
[Wang et al.2001] Y. Wang, Z. Wang, and L. Zhang. Internet traffic engineering without full meshoverlaying. In INFOCOM, 2001.
[Sridharan et al.2005] A. Sridharan, R. Guérin, and C. Diot. Achieving near-optimal traffic engineering solutions for current ospf/is-is networks. IEEE/ACM Trans. Netw., 13(2) :234–247,2005.
[Applegate & Cohen2003] D. Applegate and E. Cohen. Making intra-domain routing robust to changing and uncertain traffic demands : understanding fundamental tradeoffs. In SIGCOMM, pages 313–324, New York, NY, USA, 2003. ACM.
[Zhang et al.2005] C. Zhang, J. Kurosea, D. Towsley, Z. Ge, and Y. Liu. Optimal routing with multiple traffic matrices tradeoff between average and worst case performance. In ICNP, pages 215–224, Washington, DC, USA, 2005. IEEE Computer Society.
[Applegate et al.2004] D. Applegate, L. Breslau, and E. Cohen. Coping with network failures : routing strategies for optimal demand oblivious restoration. In SIGMETRICS, pages 270–281, New York, NY, USA, 2004. ACM.
[Elwalid et al2001] A. Elwalid, C. Jin, S. H. Low, and I. Widjaja. MATE : MPLS adaptive traffic engineering. In INFOCOM, pages 1300–1309, 2001.
[Kandula et al.2005] S. Kandula, D. Katabi, B. Davie, and A. Charny. Walking the tightrope : Responsive yet stable traffic engineering. In SIGCOMM, pages 253–264, 2005.
[Gojmerac et al2003] I. Gojmerac, T. Ziegler, and P. Reichl. Adaptative multipath routing based on local distribution of link load information. In Proc. 4th COST 263 International Workshop on Quality of Future Internet Services, 2003.
47
slides
BONUS
48
Exemple sur un segment critique Utilisation du lien le plus chargé• Slovénie Autriche, congestion : 1N
Pertes cumulées
Charge du lien
SPF, DC & DT(3)SPF, DC & DT(3)
49
8%
4%
2%
1%
100%=
2.5Mbs
50%
Warm up
1- Contexte
2- Etat de l’art •Le routage Internet•Problématique multi-chemins
3- Contributions & Propositions•Calcul des chemins •Validation des routes•Evaluation de la diversité
4- Evaluations sur applications•Protection et Restauration •Equilibrage de charge•Résultats de simulations
5 -Conclusions & Perspectives
Passage à l’échelleet routage multi-chemins
Border Gateway ProtocolChemin d’AS choisi par tie-breaking (attributs : nb
d’AS,…)
Réseaux couvrants
Multi-domiciliation
ASdst
ASdst
AS source
AS source
AS source
AS source
ISP 1
ISP 1
ASdst
ASdst
ISP 3
ISP 3
ISP 2
ISP 2
Chemin BGP direct
« Chemin d’overlay »
50
AS2
AS1
ExtensibilitéLa complexité de DT(p) est liée au
nombre de destinations internes au domaine
Combinaison diversité intra et inter domaine
Partitionner le domaine en sous aires / préfixe.
Diffusion d’un préfixe P
In GWR
Out GWR 1
Out GWR 2
Choix du GWR de sortie Choix du
prochain saut 51
Présentation généraleCouche Réseau : Routage IPI. Diffusion de l’information
topologique
II. Algorithmique de cheminement
III.CommutationApplicatio
n
Session
Présentati
on
Transport
Réseau
Liaison
Physique
Applicatio
n
Session
Présentati
on
Transport
Réseau
Liaison
Physique
Réseau
Liaison
Physique
Réseau
Liaison
Physique
52
Distribution des degrés
Degré
Fréquence
NormalVision à un saut
Trafic en transit
53
Procédure générale
Construction d’une table de prochains sauts candidats
Validation par interface entrante(trafic en transit)
Validation pour le trafic local
d v cv(s,d)
d w cw(v,d)
d w cw(v,d) s
Validation du prochain saut w pour s en entrée
d v cv(s,d) s
s d
v w
Validation du prochain saut v pour s en entrée
Destination Prochain saut Coût
s
v
v
s
Interface d’entrée
s
v
s
54
IP-FRR Couverture complète
Tunnels et tunnels orientés [Shand et Bryant2008]
• Encapsulation vers le point de sortie• Un calcul de SPT inversé / interface local à
protéger
Addresse Notvia [Bryant et al2006]
• Adresse et commutation spécifique• Un calcul de SPT / interface globale à
protéger
s d
r
r/n/d
n
dd
d
Commutation normal : d | s| 2
Commutation Not via {s,d} : d | r| 4
55
Modification de la valuation [Fortz & Thorup2002], [Wang & al.2001], etc
Matrice de trafic / Evaluation des demandes point à point - Programmation linéaire
ECMP - partage statique inéquitable
Problème d’optimisation sur chemins MPLS• Hors ligne (matrice de trafic) [Applegate & Cohen2003], COPE [Applegate2003],
etc
Analyse des demandes dans les pires cas et/ou dans les cas nominaux
• En ligne (protocoles sondes) MATE [Elwalid et al2001], TeXCP [Kandula et al.2005], etc
Heuristiques saut par saut ECMP, LFI, OSPF-OMP, [Gojmerac &al.2005] etc
Méthodes incrémentales, proportions mobiles Analyse du segment critique, estimation des délais, bande passante
résiduelle, etc
Risque d’oscillations
Equilibrage de chargeEquilibrage de chargeÉtat de l’artÉtat de l’art
56
Contraintes : intégrité des proportions
Objectif : minimiser l’utilisation maximum des
liens
Procédure local pour le mouvement des
proportions :
1)( pxp dj
)(maxmin lUl
)()()(,
lUpxpxdp d
jdj
)(,),(,),(1 pxpxpx dn
dj
d Vecteur de proportions :
Ratio d’utilisation :
)(,
)()()(
spredpNd l
dj
d
c
pVpxlU
Seuil de réaction :
esurch
etransitoir
esurchsans argarg
1,,,,,,0
Si correspond au lien l)( pxdj
Equilibrage de chargeRoutage proportionnel réactif
57
58
sv
2
3
3
d
2
n est un LFA pour {s,v} →d
n
p
Meilleur chemin entre s et d
p est un UTURN pour {s,v} →d
59
Warm up
Warm up
59
60
RenaterOpen
Transit
Degré des nœuds
DC
DT(1
)
DT(2
)
DT(3
)
AlternetGlobal
Crossing
Top Related