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Protocoles à vecteur de distance vs à état de liens : RIP et OSPF, calcul des routes, convergence, échelle

Un protocole de routage permet aux routeurs d’échanger des informations de routes et de construire automatiquement leurs tables de routage. Les protocoles utilisés au sein d’une organisation (IGP) suivent l’une de deux grandes approches. Dans un protocole à vecteur de distance, chaque routeur apprend de ses voisins « à quelle distance se trouve chaque destination » et choisit ses routes en ajoutant sa distance jusqu’à ce voisin. RIP, l’exemple classique, utilise comme distance le nombre de routeurs traversés (le nombre de sauts). Dans un protocole à état de liens, chaque routeur annonce l’état de ses propres liens afin que tous les routeurs partagent une carte du réseau (la topologie), et chacun calcule les plus courts chemins avec l’algorithme de Dijkstra. OSPF, l’exemple classique, choisit les routes d’après la somme des coûts attribués à chaque lien. Les protocoles à vecteur de distance sont simples et faciles à configurer, mais les routes se stabilisent (convergent) lentement après une panne : ils ne conviennent donc pas aux grands réseaux. Les protocoles à état de liens demandent plus de calcul et de mémoire, mais réagissent vite aux changements et passent à l’échelle des grands réseaux.

CritèreVecteur de distance (comme RIP)État de liens (comme OSPF)
Ce que sait chaque routeurSeulement la distance et le prochain saut pour chaque destination, tels qu’annoncés par ses voisins ; il ne connaît pas la structure de tout le réseauTous les routeurs et liens de sa zone et leurs coûts ; tous les routeurs de la zone détiennent la même carte (la base de données d’état de liens)
Calcul des routesAjoute la distance jusqu’à un voisin à la distance annoncée par celui-ci et retient la plus petite (l’idée de Bellman-Ford)Calcule à partir de la carte un arbre des plus courts chemins dont il est la racine, avec l’algorithme de Dijkstra
Métrique (valeur exprimant la qualité d’une route)RIP utilise le nombre de sauts, jusqu’à 15 ; 16 signifie « injoignable »OSPF utilise la somme des coûts de chaque lien ; le coût peut être fixé par l’administrateur et est souvent dérivé de la bande passante
Envoi des mises à jourRIP envoie le contenu de sa table de routage à ses voisins à intervalle fixe (30 secondes dans la RFC 2453), et envoie aussi immédiatement les changements (mises à jour déclenchées)En cas de changement, les informations d’état de liens (LSA) sont propagées dans toute la zone (inondation) ; sinon, des messages Hello vérifient que les voisins sont actifs et les LSA ne sont rafraîchies qu’à long intervalle (30 minutes)
Vitesse de convergence et bouclesLente ; après une panne, les distances peuvent augmenter pas à pas (comptage à l’infini) ; l’horizon partagé (split horizon) et des techniques similaires limitent ce phénomèneRapide ; une fois un changement propagé, chaque routeur recalcule aussitôt, et comme tous calculent à partir de la même carte, les boucles sont peu probables
Taille du réseauAdapté aux petits réseaux ; RIP ne peut pas gérer les destinations situées à 16 sauts ou plusConvient aussi aux grands réseaux ; le réseau est découpé en zones organisées autour de la zone dorsale (zone 0)
Ressources et configurationPeu gourmand en CPU et en mémoire ; configuration simpleDemande plus de CPU et de mémoire pour conserver la carte et calculer les plus courts chemins ; la configuration, comme la conception des zones, est plus complexe
ExemplesRIP (RIPv1, RIPv2 et RIPng pour IPv6)OSPF (OSPFv2 pour IPv4, OSPFv3 pour IPv6), IS-IS

Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.

Quand choisir l'un ou l'autre ?

Vecteur de distance (comme RIP)
Les petits réseaux comptant peu de routeurs et une structure presque fixe, où la simplicité de configuration prime. Sa convergence lente et la limite du nombre de sauts le rendent peu adapté aux réseaux grands ou redondants.
État de liens (comme OSPF)
Les réseaux comptant de nombreux routeurs et des chemins redondants, comme dans les entreprises et les centres de données, où les routes doivent basculer rapidement après une panne. Dans les grands réseaux, le découpage en zones limite la quantité de calcul et d’informations.

Questions fréquentes

Qu’est-ce que le comptage à l’infini ?

Dans un protocole à vecteur de distance, lorsqu’une destination devient injoignable, des routeurs voisins peuvent continuer à s’échanger des informations périmées : la distance augmente d’une unité à la fois et la route met longtemps à disparaître. Pendant ce temps, les paquets destinés à cette destination font des allers-retours entre les routeurs. RIP plafonne ce phénomène en définissant 16 comme « injoignable ». Il le rend aussi moins probable avec l’horizon partagé (ne pas réannoncer une route au voisin dont on l’a apprise), l’empoisonnement inverse (poison reverse, la réannoncer à ce voisin avec une distance de 16, injoignable) et les mises à jour déclenchées (envoi immédiat des changements).

Comment le coût OSPF est-il déterminé ?

La RFC 2328 traite le coût de chaque interface comme une valeur fixée par l’administrateur. De nombreux équipements utilisent comme coût par défaut une bande passante de référence divisée par la bande passante du lien. Si la bande passante de référence reste à 100 Mbps, tout lien à 100 Mbps ou plus reçoit un coût de 1 et les liens rapides ne peuvent plus être distingués : on fixe donc la bande passante de référence à une valeur plus élevée, de façon cohérente sur tous les routeurs.

De quel type est BGP ?

BGP utilise une approche appelée vecteur de chemins (path vector) : il joint la suite des AS traversés par une route (AS_PATH) et la transmet à ses voisins. Choisir des routes d’après ce qu’annoncent les voisins rappelle le vecteur de distance, mais comme il transporte le chemin lui-même plutôt qu’une distance, il peut éviter les boucles en rejetant les routes qui contiennent son propre numéro d’AS. BGP est utilisé entre organisations (entre AS), tandis qu’OSPF et les protocoles similaires sont utilisés au sein d’une organisation.

Si un routeur apprend une route vers la même destination à la fois par RIP et par OSPF, laquelle utilise-t-il ?

Le nombre de sauts et le coût n’ont pas la même signification : les métriques ne peuvent pas être comparées directement. Pour des routes vers la même destination de même longueur de préfixe, le routeur installe celle dont la distance administrative, une préférence propre à chaque source, est la plus faible. Les valeurs diffèrent selon les constructeurs, mais sur un équipement qui utilise 110 pour OSPF et 120 pour RIP, c’est la route OSPF qui est choisie.

Vérifier vos connaissances

Quelle description d'un protocole à état de liens est correcte ?

  1. AChaque routeur construit sa table de routage uniquement à partir des destinations et des distances (comme le nombre de sauts) qu'il reçoit des routeurs voisins
  2. BChaque routeur diffuse l'état de ses propres liens pour que tous les routeurs partagent la topologie de l'ensemble du réseau, et chaque routeur calcule les plus courts chemins avec l'algorithme de Dijkstra
  3. CUn administrateur configure les routes à la main sur chaque routeur, et les routeurs n'échangent aucune information de routage
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Réponse : B. Chaque routeur diffuse l'état de ses propres liens pour que tous les routeurs partagent la topologie de l'ensemble du réseau, et chaque routeur calcule les plus courts chemins avec l'algorithme de Dijkstra

Dans un protocole à état de liens (comme OSPF ou IS-IS), chaque routeur annonce l'état de ses liens (ses voisins et le coût pour les atteindre), et tous les routeurs d'une même zone disposent de la même carte. À partir de cette carte, chaque routeur calcule avec l'algorithme de Dijkstra un arbre des plus courts chemins dont il est lui-même la racine. Un protocole à vecteur de distance (comme RIP) choisit les routes en ajoutant sa propre distance à la « distance jusqu'à chaque destination » apprise de ses voisins ; c'est simple, mais les routeurs ne connaissent pas la topologie de l'ensemble du réseau et les routes peuvent mettre du temps à se stabiliser après une panne. Les protocoles à état de liens demandent plus de calcul et de mémoire, mais réagissent vite aux changements.

En OSPF, le routeur R1 dispose de 3 chemins vers un réseau situé au-delà de R4. Le chemin A emprunte une liaison de 10 Gbit/s R1–R5 et une liaison de 1 Gbit/s R5–R4 ; le chemin B est une liaison directe de 100 Mbit/s R1–R4 ; le chemin C emprunte des liaisons de 1 Gbit/s R1–R2, R2–R3 et R3–R4. Le coût de chaque liaison est « bande passante de référence de 10 Gbit/s ÷ bande passante de la liaison », et le coût au-delà de R4 est le même pour tous les chemins. Quel chemin R1 choisit-il ?

  1. ALe chemin A
  2. BLe chemin B
  3. CLe chemin C
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Réponse : A. Le chemin A

Les coûts valent 10 ÷ 10 = 1 pour une liaison de 10 Gbit/s, 10 ÷ 1 = 10 pour 1 Gbit/s et 10 ÷ 0,1 = 100 pour 100 Mbit/s. Le chemin A coûte 1 + 10 = 11, le chemin B 100 et le chemin C 10 × 3 = 30 : c'est donc le chemin A, au coût total le plus faible, qui est choisi. Si la bande passante de référence reste à 100 Mbit/s, longtemps la valeur par défaut de nombreux équipements, toute liaison de 100 Mbit/s ou plus coûte 1, ce qui donne 2 au chemin A, 1 au chemin B et 3 au chemin C, et c'est le chemin le plus lent, B, qui est choisi. Les réseaux à liaisons rapides règlent donc la bande passante de référence sur une valeur plus grande, la même sur tous les routeurs.

Un routeur a appris des routes vers la même destination, 192.168.50.0/24, à la fois par OSPF et par RIP. Sur ce routeur, la distance administrative, qui exprime la préférence accordée à chaque source de routes (la plus petite valeur l'emporte), vaut 110 pour OSPF et 120 pour RIP. Quelle route est installée dans la table de routage ?

  1. ALes deux routes sont installées et utilisées en alternance, paquet par paquet
  2. BSeule la route RIP est installée
  3. CSeule la route OSPF est installée
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Réponse : C. Seule la route OSPF est installée

Les protocoles de routage expriment la qualité d'une route (la métrique) de manières différentes, comme le coût d'OSPF et le nombre de sauts de RIP : leurs métriques ne sont donc pas directement comparables. Lorsque des routes vers la même destination, avec la même longueur de préfixe, sont apprises de plusieurs sources, c'est donc celle dont la distance administrative est la plus petite qui est installée dans la table de routage ; cette valeur mesure la confiance accordée à chaque source. Ici, le 110 d'OSPF est inférieur au 120 de RIP : c'est donc la route OSPF qui entre dans la table de routage. Les réseaux directement connectés reçoivent couramment 0 et les routes statiques 1, ce qui donne des valeurs plus faibles à ce que configurent les personnes, mais le nom et les valeurs par défaut varient selon les fabricants d'équipements.

  1. Sur Internet, quel protocole échange des informations sur les routes entre les réseaux gérés par des organisations comme les fournisseurs d'accès (AS, systèmes autonomes) et choisit les routes en fonction d'attributs comme la suite d'AS traversés par une route (AS_PATH) et de la politique de chaque organisation ?
  2. Quelle description du routage dynamique est correcte ?

Questions d'entraînement sur Conception et exploitation des réseaux

Termes clés expliqués

Routage (routage IP)
Choix du chemin que suivent les paquets pour atteindre leur destination sur un réseau IP. Chaque routeur possède une table de routage, choisit la route dont le préfixe correspond le plus longuement à l'adresse IP de destination (correspondance du plus long préfixe) et transmet le paquet au routeur suivant. La table est construite par routage statique, configuré à la main, ou par routage dynamique, construit automatiquement par des protocoles de routage comme OSPF, RIP et BGP.
Routeur
Équipement de la couche réseau (couche 3) qui achemine les paquets entre réseaux différents. Il compare l'adresse IP de destination de chaque paquet à sa table de routage, choisit le routeur suivant (prochain saut) et l'interface de sortie, puis réexpédie le paquet. Les routeurs domestiques intègrent aussi la NAPT, un serveur DHCP et un pare-feu.
OSPF (Open Shortest Path First)
Protocole de routage à état de liens utilisé au sein d'une organisation. Chaque routeur diffuse l'état de ses propres liens pour que tous les routeurs partagent la topologie du réseau, et calcule avec l'algorithme de Dijkstra le chemin dont le coût total est le plus faible. Les coûts sont généralement déduits de la bande passante des liaisons, et la division du réseau en plusieurs zones (areas) lui permet de s'adapter aux grands réseaux.
BGP (Border Gateway Protocol)
Protocole de routage qui échange des informations de routage entre AS (systèmes autonomes, unités de réseau gérées par des organisations comme les fournisseurs d'accès) sur Internet. Il choisit les routes en fonction des attributs qui leur sont attachés, comme la suite d'AS qu'elles ont traversés (AS_PATH), et de la politique de chaque organisation. Les routeurs se connectent entre eux sur le port TCP 179 pour échanger les informations.
Algorithme de Dijkstra
Algorithme qui trouve les plus courts chemins d'un sommet de départ vers tous les sommets d'un graphe dont les poids des arêtes sont supérieurs ou égaux à 0. Il fixe de façon répétée le sommet le plus proche dont la distance n'est pas encore définitive et met à jour les distances de ses voisins. Il ne fonctionne pas correctement avec des poids d'arêtes négatifs.
Distance administrative (administrative distance)
Valeur de préférence attribuée à chaque source de routes, qui sert à décider quelle route installer dans la table de routage lorsque des routes vers la même destination, avec la même longueur de préfixe, sont apprises de plusieurs sources, comme les routes statiques, OSPF et RIP. Les valeurs les plus petites sont préférées. Elle ne sert pas à choisir entre des routes de longueurs de préfixe différentes, ce que tranche la correspondance du plus long préfixe. Le nom et les valeurs par défaut varient selon les fabricants d'équipements.

Comparatifs associés