Les réseaux informatiques/Le matériel de couche réseau : les routeurs

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Routage.

Il est maintenant temps de laisser les réseaux locaux derrière nous et de passer aux réseaux composés d'une interconnexion de réseaux locaux plus simples. Internet est l'un d'entre eux, mais il ne faut pas oublier l'ensemble des réseaux étendus. On a vu au début du cours que, sur Internet, les paquets sont propagés de proche en proche, d'intermédiaire en intermédiaire, jusqu’à la destination. Cette propagation doit cependant être gérée, histoire que la donnée arrive bien à destination. Déterminer quel est le chemin que doit parcourir la donnée pour arriver la destination est ce qu'on appelle le routage.

Sur Internet, les intermédiaires en question, qui propagent les paquets et s'occupent du routage, s’appellent des routeurs. A la réception d'un paquet, le routeur prend une décision et décide vers quel routeur ou ordinateur il doit propager la donnée. Il n'y a pas de serveur central qui déciderait comment router la donnée. En conséquence, cette opération demande des ressources matérielles pour décider vers quel voisin il faut envoyer la donnée. Et cela demande du temps de calcul, de la mémoire, et potentiellement d'autres ressources.

La table de routage[modifier | modifier le wikicode]

Un routeur peut être vu comme l'équivalent d'un commutateur, mais pour une interconnexion de réseaux : là où le commutateur connecte des machines dans un même réseau local, le routeur connecte et sert d'interface à deux réseaux différents. Il reçoit des paquets sur certains ports, et les renvoie sur d'autres : il doit juste envoyer les paquets reçus vers le meilleur port de sortie, celui qui rapprochera le paquet de sa destination. Pour cela, le routeur doit savoir quelle est la meilleure sortie pour chaque adresse IP de destination possible. Du moins, c'est la théorie, vu que le routeur peut compresser ces informations de différentes manières.

Les routeurs sont similaires aux commutateurs, si ce n'est qu'ils gèrent des adresses IP au lieu d'adresses MAC. Ils reçoivent des trames sur un port d'entrée, trames qui destinées à une adresse IP de destination. Cette trame doit être envoyée à l'ordinateur de destination, et donc envoyée sur un des ports de sortie du routeur, celui qui mènera ultimement la trame à destination. Son fonctionnement est similaire à celui d'un commutateur amélioré. Dans les grandes lignes, la table CAM est remplacée par une table de routage, qui associe une adresse IP de destination au port de sortie qui correspond. Le reste de l'architecture interne du routeur est basée soit sur un bus, soit sur une switch fabric.

Quoiqu’il en soit, le routeur doit bel et bien garder des correspondance entre une adresse IP de destination et le numéro du port sur lequel il doit envoyer le paquet. Tout cela est mémorisé dans une sorte de mémoire RAM : la table de routage. Cependant, ces tables de routage sont rarement complètes : elles ont une taille limitée, et elles ne peuvent pas mémoriser toutes les correspondances possibles et imaginables. Et cela peut poser quelques problèmes. Mettons-nous dans le cas où un routeur doit router un paquet vers une IP de destination, et où le routeur n'a pas de correspondance pour cette IP dans sa table de routage. Celui-ci ne sait pas sur quel port il doit router le paquet. Mais le routeur a une solution : router le paquet vers une route par défaut, vers un port choisi par défaut en cas d'absence de correspondance.

Les générations de routeurs[modifier | modifier le wikicode]

Les tout premiers routeurs, dits de première génération, relient leurs ports d'entrée et de sortie avec un bus. ils contiennent aussi un processeur tout ce qu'il y a de plus normal pour traiter les trames IP, ainsi qu'une mémoire RAM pour stocker les trames et la table de routage. Chaque port est relié à de circuits chargés de gérer le port. Ces circuits reçoivent des trames, les envoient et effectuent quelques traitements basiques. Ils gèrent notamment tout ce qui a trait aux adresses MAC. Une fois que ces circuits ont fait leur office, ils envoient la trame traitée sur le bus interne au routeur. La trame est alors réceptionnée par le processeur, éventuellement stockée en mémoire RAM. Celui-ci accède alors à la table de routage, pour identifier le port de sortie. Enfin, le processeur envoie la trame vers le port de sortie qu'il a déduit de ses traitements. La trame est alors envoyée sur le réseau. Le défaut principal de ce type de routeur est que les transferts en direction du processeur principal saturent le bus dans certaines situations critiques.

1st-generation router architecture

Les routeurs de seconde génération sont plus complexes. Ceux-ci multiplient le processeur, la RAM et la table de routage en plusieurs exemplaires : un exemplaire par port. Ainsi, les trames reçues sur un port sont directement traités dans les circuits de gestion de ce port. Une fois traitée, elles sont envoyées directement sur le port de sortie, et envoyée immédiatement sur le réseau. Cependant, cela ne vaut que pour des trames simples. Les trames plus complexes doivent être traitées par un processeur plus complexe, non-attaché à un port. Ce processeur, le superviseur, est unique dans le routeur.

2nd-generation router architecture

Cependant, les deux types de routeurs précédents utilisent un bus pour afin de faire communiquer les différents composants. Or, il se peut que les conflits d'accès au bus minent les performances. Pour éviter cela, certains routeurs remplacent le bus par une switch fabric, pour gagner en performance. Ainsi, les transfert n'entrent pas en conflit pour l'accès à un unique bus, chaque transfert pouvant se faire en parallèle des autres.

3rd-generation router architecture