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Fonctionnement d'un routeur

Résumé

Un routeur est un équipement qui fait le lien entre différents réseaux ou sous-réseaux.

Un peu plus en détail

Les types de routeurs

Il existe plusieurs types de routeurs, la différence essentielle est que certains sont des ordinateurs normaux dotés de plusieurs cartes réseau, et que d'autres sont des équipements dédiés au routage.

Conception d'un routeur

Un routeur (dédié) peut se décomposer en deux parties :

Un backplane.
Un ensemble de port d’entrées/sorties.

Les entrées/sorties

Les entrées sont connectées aux sorties par l’intermédiaire du backplane avec soit :

Une mémoire partagée (PC, routeurs bas de gamme).
Un bus partagé (routeurs milieu de gamme).
Une crossbar point à point (routeurs haut de gamme).

Le backplane

Le backplane est la carte mère du routeur, on y trouve tous les composants (processeur, mémoire vive, mémoire morte) nécessaires pour embarquer un système d'exploitation spécialisé (par exemple IOS pour les routeurs CISCO). Ainsi le système gère l’aiguillage des paquets entre les ports d’entrées et de sorties ainsi que la gestion de la congestion.

De ce fait un routeur peut être assimilé à un ordinateur basique, qui n’est destiné qu’à l’exécution d’une seule tâche : l’acheminement des paquets entre l’expéditeur et le destinataire et ce de façon optimisée.

Actuellement, les routeurs sont optimisés en fonction de ce qu’ils doivent faire transiter. Ainsi un routeur peut jouer sur plusieurs points pour augmenter ses performances :

La vitesse de l’interconnexion (le backplane).
La taille des mémoires.
La capacité de routage des interfaces d’entrées.
La capacité de service sur les interfaces de sorties.

Le traitement des paquets

Pour effectuer le traitement des paquets, un routeur met en place des files d’attente sur les entrées et les sorties, ainsi les files d’entrées sont utilisées pour la commutation, le routage, la classification et les files de sorties pour l’ordonnancement, mais le vrai coeur du routeur c'est sa table de routage, c'est elle qui permet de faire la correspondance entre l'adresse de destination et la sortie à prendre.

Exemple de traitement dans le cas d’un routeur IP :

Un paquet est récupéré sur la file d’entrée.
L’adresse IP de destination du paquet est utilisée conjointement avec la table de routage pour déterminer le prochain routeur (prochain saut) ou si la destination est atteinte.
L’en-tête du paquet est mis à jour pour y inscrire des informations de traitement comme le nombre de sauts effectués.
Le paquet est mis dans la file de sortie choisie puis il est expédié.

Voir la fiche : Les routeurs IP

Les algorithmes de routage

Pour pouvoir transmettre un paquet vers la bonne sortie, un routeur a besoin d'une table de routage à jour, pour cela il utilise un algorithme de routage.

Le but d’un algorithme de routage est de calculer une route entre un nœud source et un nœud destination selon certains critères, et dans certains cas, de permettre la diffusion des informations nécessaires à ce calcul.

Ainsi un algorithme de routage doit pouvoir répondre à un ou plusieurs objectifs :

Répartition des ressources du réseau, c'est-à-dire éviter que certains liens soient surchargés alors que d’autres restent inutilisés.
Assurer une qualité de service, c'est-à-dire que l’algorithme de routage doit trouver le meilleur chemin possible entre la source et la destination pour satisfaire les critères de qualité imposés.
Exécution rapide de l’algorithme pour que le réseau puisse accepter le maximum de requêtes.

Les différents types de routage

Le routage fixe et adaptatif : c’est la méthode de gestion des informations de routage.
Le routage nœud par nœud, par source, aléatoire et par inondation : c’est la façon par laquelle l’algorithme choisis la route.
Le routage local, centralisé et distribué : c’est la manière par laquelle les informations de routage sont réparties.

Ainsi un algorithme de routage résulte d’un choix dans ces trois directions.

Les algorithmes de routage actuels doivent être avant tout aptes à répondre aux critères de bonne gestion des ressources du réseau, pour cette raison les algorithmes de routage les plus utilisés sont adaptatifs et distribués avec un routage source pour les petits réseaux et un routage nœud par nœud pour les réseaux plus importants (comme Internet par exemple).

Pour fonctionner ces algorithmes doivent avoir un calcul de route optimisé ainsi qu'un protocole d’échanges d’information entre nœuds (c'est le protocole de routage). Pour cela il existe actuellement 2 méthodes, le distance vector route et le link state.

Le distance vector route : chaque nœud connaît la distance (coût d’un lien) vers les nœuds adjacents et diffuse cette information à tous ses voisins. Ces informations sur les distances ne sont stockées que si elles sont meilleures que celle déjà connues.
Le link state : Le principe consiste à distribuer les informations sur la topologie du réseau à tous les nœuds de manière à ce que chaque nœud calcul sa table de routage

Protocoles de routage actuels

Il existe principalement 2 protocoles de routage interne (utilisés dans un réseau autonome) en utilisation actuellement.

RIP (Routing Information Protocol) : protocole de routage IP créé à l'université de Berkeley de type distance vector. Chaque routeur communique aux autres la distance avec un réseau en comptant le nombre de sauts. Mais ce protocole est limité à 15 sauts et ne prend pas en compte la qualité des transmissions. Chaque routeur diffuse toute sa table de routage. Il est basé sur l’algorithme de Ford-Fulkerson.
OSPF (Open Shortest Path First) : protocole de routage de type link state. L'algorithme utilisé est celui du Shortest Path First Algorithm du scientifique Dijkstra, celui-ci permet de calculer le meilleur chemin en terme de qualité.

Conclusion

Comme nous venons de le voir, le travail d’un routeur est simple de nature mais peux se révéler être extrêmement complexe suivant les différentes configurations possibles. Il existe pour résoudre au mieux la problématique posée, différents algorithmes, différentes méthodes mais aucune ne peut être considérée comme parfaite ou encore complètement inefficace. Le choix d’une méthode plutôt qu’une autre est dû aux différents protocoles utilisés, à la taille et la configuration du réseau et à d’autres facteurs extérieurs.