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Routage Multi-Chemins par Interface d’Entrée

Routage Multi-Chemins par Interface d’Entrée. Pascal Mérindol. Jury de soutenance Jean-Jacques Pansiot, Université Louis Pasteur, Directeur de thèse Stéphane Cateloin, Université Louis Pasteur, Co-encadrant de thèse Thomas Noël, Université Louis Pasteur, Rapporteur interne

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Routage Multi-Chemins par Interface d’Entrée

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  1. Routage Multi-Chemins par Interface d’Entrée Pascal Mérindol Jury de soutenance Jean-Jacques Pansiot, Université Louis Pasteur, Directeur de thèse Stéphane Cateloin, Université Louis Pasteur, Co-encadrant de thèse Thomas Noël, Université Louis Pasteur, Rapporteur interne Olivier Bonaventure, Université Catholique de Louvain, Rapporteur externe Abdelmadjid Bouabdallah, Université de Technologie de Compiègne, Rapporteur externe Annie Gravey , TELECOM Bretagne, Brest, Examinatrice

  2. 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 & Perspectives

  3. Contexte Routage et modélisation Protocole de routage inter-domaine • 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 Système autonome Protocole de routage intra-domaine

  4. Contexte Routage mono ou multi-chemins • Avantages de la diversité des chemins : • Contourner les pannes : diminution du temps de restauration • Equilibrer la charge : augmentation des débits 1 D Meilleur chemin 4 D 2 S • 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 D D D Chemin alternatif 1 5 Chemin alternatif 2 6 3 7

  5. 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) • 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 Commutation classique Commutation par étiquette

  6. 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 & Perspectives

  7. Le routage internet • 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 Centralisé Distribué Par la source

  8. 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 • 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 rigide de la charge (par chemin) • Coût de labellisation (par segment) • Optimisation • Qualité de service (QoS)

  9. 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 • 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 D 4 S 2 5 6 3 7

  10. Terminologie • Chemin • 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 • 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

  11. Routage saut par sautBoucles de routage • Cohérence des routes : • Composition des prochains sauts • 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 Règles pour un routage sans boucle : • Niveaurouteur • 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 deuxsauts[X. Yang & D. Wetherall2006] d Boucle au niveaurouteur

  12. Boucles de routage • 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) • 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 C1(b,f)‏ NH1(b,f)‏ c 4 5 6 4 a b d f 6 9 5 e C3(b,f)‏ NH3(b,f)‏ : jeme meilleur coût entre s et d : jeme meilleur saut entre s et d

  13. 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 : • 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

  14. Routage multi-chemins saut par saut 1 D 4 2 • 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 S 5 6 3 7 Meilleur prochain saut Second meilleur prochain saut • Nombre de chemins générés (boucles) • Gain de bande passante • Répartition de charge réactive • Extensibilité

  15. Synthèse de l’existant • 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 Réactif Proactif

  16. 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 & Perspectives

  17. 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 –Transverse Calcul 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 • 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

  18. Calcul des cheminsTerminologie Partitionnement des arcs : Arcs des meilleurs chemins (+ orientation opposée) : 3 meilleurs prochains sauts  3 branches • 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 Arcs transverses : Liens entre branches Nœud racine s Arcs internes : Liens entre nœuds d’une même branche

  19. Calcul des chemins L’algorithme Dijkstra Transverse : • 3 branches: • S-5 • S-4 et S-4-6 • S-2, S-2-1 et S-2-3 • 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 Arbre des meilleurs chemins 2 4 Arcs transverses 1 s 6 Arcs retour 3 5 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 Chemin transverse retour : Chemin transverse simple + un segment de meilleur chemin retour Exemples : S-5-3-2 et S-5-6-4 Chemin transverse simple : Meilleur chemin + un arc transverse Exemples : S-5-3 et S-2-3-5

  20. 1 4 2 2 3 4 1 5 3 2 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 • 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 C Arc interne A D s B Arc transverse E A B C D E A B

  21. Validation des candidats • Locale (ou distribuée) • DT + validation sans distinction sur l’origine du trafic • Coûtstrictementdécroissant 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 • 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 directe sur Dijkstra-Transverse : DT(1) • Composition de prochains sauts sans boucles • Critère de validation à un saut :

  22. Exemple de validation DT(1) : IE DST NH COÛT 5 • 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 D D C1(5,D) 1 D 4 5 D 4 C2(5,D) S 2 2 D D C1(5,D) 5 2 D 4 C2(5,D) 6 4 D D C1(5,D) 3 7 Meilleur prochain saut Second prochain saut Troisième prochain saut

  23. Extension de DT(1) : DT(p) • 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

  24. DT à profondeur p, DT(p)Messages de validation • Message Query(s,d,c,q,P) : • q : nb de sauts restants (q ≤ p)‏ • P : chemin de composition • c : meilleur coût sur s • Message Response(s,d,c,P) : • P : chemin de composition • c : code de retour (SKIP<VALID<LOOP) • 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 Response(a,d,VALID,[b])‏ d 2 b query(d,3)‏ a 3 e 4 2 2 3 response(d,VALID)‏ c DT(1)‏ DT(2)‏ Query(a,d,3,1,[b])‏

  25. 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 • 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

  26. Simulation & topologies • Network Simulator 2 : Intégration d’un module de calcul/validation multi-chemins • Mrinfo : Sonde utilisée pour la découverte de topologie réels • 4 topologies d’évaluation non valuées + 1 topologie valuée • 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 #noeuds #liens Diamètre Alternet Global Crossing

  27. Nombre de prochains sauts Facteur d’augmentation du nombre de prochains sauts • 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(1)/DC DT(2)/DC DT(3)/DC DC Alternet Open-Transit Renater Global-Crossing

  28. Distribution des routes SPF DC DT(1) 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 Nombre de routes Open Transit & Alternet Échelle logarithmique Longueur des meilleurs routes Open Transit & Alternet ≈7000 et 6000 meilleurs routes

  29. Temps de convergence et couverture • Deux types de panne : • Lien de cœur (PARIS-LYON) • Lien de bordure (BORDEAUX-TOULOUSE) • 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 SPF DT(1) DT(2) DT(3) Renater PARIS-LYON => 9-17ms DC DT(1) DT(3) SPF DT(1) DT(2) DT(3) BORDEAUX-TOULOUSE => 7-18ms Couverture

  30. 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

  31. Restaurationrapidesur IP • Objectif : • Réduire le temps de reprise sur panne • Méthode : • Alternative locale et pré-calculée • 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 • Détection physique de la panne{20ms} • Niveau physique : alarmes SONET ou SDH • Niveau liaison : messages Hello • Notification de la panne • Avertissement de l’état des liens (LSA) {10ms+diamètre réseau} • Calcul de l’arbre des plus courts chemins • Calcul de la table de routage (RIB) {dimension, ex : 10ms/100 routeurs} • Mise à jour de la table de commutation (FIB) {nombre de préfixes}

  32. IP Fast ReRouting (IPFRR IETF) • Protection locale simple : • Faible complexité • LFA[Atlas & Zinin2007] v alternative de secours loop free alternatesur 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] • 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

  33. 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 • 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

  34. Résultats de couverture Taux de protection local / global • 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 LFA DT(3) UTURN DC DT(3)

  35. Répartition de la charge • Méthodes 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 • 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

  36. Diversité et partage de charge • 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 • 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 A S B D C 100% Partage de charge : proportions de S vers D A C B

  37. Technique de répartition • Trois types de répartition : • Niveaupaquet : tourniquet • Niveau flux (<src,dest,port,...>) : fonction de hachage, estampille • Niveaufenêtrage TCP • Qualité de service • 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 Flux 1 Flux 2

  38. Résultats d’évaluation • Réseau de recherche européen GEANT • 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 • Totem : matrices de trafic collectés sur GEANT • Pour chaque entrée, k flux TCP (Reno →Sack)‏ • Distribution de Pareto pour la taille, uniforme pour les départs • GEANT est sur-provisionné • Congestions artificielles : 11, 1n, n1

  39. 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 • 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) α Temps cumulé (%) DT(3) DC SPF Charge cumulée (%)

  40. Exemple sur un lien critique • Utilisation du lien le plus chargé • Slovénie Autriche, congestion : 1N SPF, DC & 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 8% 4% 2% 1% 100%= 2.5Mbs 50% Charge du lien Pertes cumulées

  41. 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

  42. Synthèse & contributions • Algorithme Dijkstra-Transverse • Deux prochains sauts au minimum • Faible complexité calcul • Procédure de validation sans boucles • Diversité des routes validées • Complexité message/mémoire configurable • Modularité • Combinaison DT et procédure de validation : DT(p) • Extensibilité et convergence  Déploiement incrémental  Temps de convergence relatif à p • 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

  43. 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 • 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

  44. Publications • Publications 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.

  45. Routage Multi-Chemins par Interface d’Entrée Pascal Mérindol MERCI Jean-Jacques Pansiot, Université Louis Pasteur, Directeur de thèse Stéphane Cateloin, Université Louis Pasteur, Co-encadrant de thèse Thomas Noël, Université Louis Pasteur, Rapporteur interne Olivier Bonaventure, Université Catholique de Louvain, Rapporteur externe Abdelmadjid Bouabdallah, Université de Technologie de Compiègne, Rapporteur externe Annie Gravey , TELECOM Bretagne, Brest, Examinatrice

  46. 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 NumerischeMathematik, 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.

  47. 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.

  48. slides BONUS

  49. Exemple sur un segment critique • Utilisation du lien le plus chargé • Slovénie Autriche, congestion : 1N SPF, DC & 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 8% 4% 2% 1% Warm up 100%= 2.5Mbs 50% Charge du lien Pertes cumulées

  50. Passage à l’échelleet routage multi-chemins • Border Gateway Protocol Chemin d’AS choisi par tie-breaking (attributs : nb d’AS,…) • Réseaux couvrants • Multi-domiciliation « Chemin d’overlay » AS dst AS source Chemin BGP direct ISP 1 AS source ISP 2 AS dst ISP 3

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