Prévention des congestions dans les réseaux MPLS

Définition des termes généraux

La bande passante

Dans ce mémoire, un des mots qui revient le plus souvent est « bande passante ». Sans explications supplémentaires, la bande passante peut se rapporter à plusieurs données totalement différentes. Les travaux présentés dans ce mémoire ne parlent que de la bande passante au niveau réseau. La bande passante offerte correspond au nombre d’informations (en bits) par seconde qu’un lien peut supporter. La bande passante utilisée représente le nombre moyen de données qui transitent effectivement dans le lien. L’unité de référence pour la bande passante est le bit. Il est également possible de parler en octets, mais cette unité sert plutôt pour la taille des données transmises. Un octet correspond à huit bits.

La congestion

La congestion est un évènement critique dans le fonctionnement des réseaux. Elle se produit lorsque trop de flux affluent vers une même interface et que le débit nécessaire à ces flux est plus grand que le débit disponible. On dit qu’une interface est congestionnée au moment où la file d’attente est pleine et que des paquets sont détruits. Lorsqu’une congestion se produit, le délai de transmission s’allonge et certains paquets supprimés entraînent l’exécution de mécanismes de retransmission. Ces paquets peuvent donc empirer l’état du réseau si aucune solution n’est mise en place.

La qualité de service

La demande croissante de nouveaux services tels que la voix dans les réseaux IP actuels a entraîné de nouvelles contraintes dans la gestion des capacités du réseau. La qualité de service (QdS) représente la qualité de transmission d’un flux nécessitant le respect de certains critères. Elle n’est pas quantifiable en tant que tel, mais représente le fait de mettre en œuvre des moyens pour acheminer des services en respectant leur priorité. La qualité de service est représentée par plusieurs critères quantifiables : • le délai : il représente le temps mis par un paquet pour passer d’un élément réseau à un autre. Il peut-être mesuré de bout en bout (de l’émetteur au récepteur) ou point à point sur un lien réseau (d’un routeur à un autre). • la gigue : elle représente la variation du délai. Elle est plus généralement mesurée entre un émetteur et un récepteur. La valeur de la gigue est la moyenne de décalage du délai par rapport au délai moyen. • le taux de perte : il représente le taux de paquets perdus par rapport au nombre de paquets envoyés.
Certains services critiques comme la voix sur IP nécessitent de respecter des contraintes basées sur ces variables (Hersent, Gurle et Petit, 2006). Pour un appel de voix sur IP de bonne qualité il est nécessaire d’avoir un délai inférieur à 150 ms de l’émetteur au récepteur, une gigue inférieure à 20 ms et un taux de perte inférieur à 10 %. Des valeurs supérieures à ces contraintes peuvent causer un décalage, de l’écho, des pertes de phrases ou la perte complète du signal.

La gestion de réseaux

Le terme gestion de réseaux désigne le fait de surveiller et gérer les équipements contenus dans un réseau. Ces équipements peuvent être des équipements réseau tels que des routeurs ou des commutateurs, mais aussi des serveurs ou des ordinateurs personnels. La gestion de réseau a pour but d’analyser le comportement de celui-ci pour aider au débogage et à la prévention des pannes. C’est un aspect important de la vie du réseau qui comprend l’analyse ainsi que la modification des configurations automatisées ou non. La gestion de réseaux est effectuée pour localiser les pannes le plus rapidement possible. Elle permet ainsi de rétablir rapidement les problèmes au sein des réseaux d’opérateurs qui comptent des milliers d’équipements. Le but de la gestion de réseaux est de localiser et de corriger les pannes avant que le client ne puisse ressentir les effets de celles-ci.

La gestion de réseaux avec SNMP

Le protocole SNMP pour Simple Network Management Protocol est le protocole le plus communément utilisé pour la gestion des réseaux informatiques. Il permet facilement d’obtenir des informations contenues sur des équipements réseau. Ces données peuvent être de diverses natures telles que le taux d’utilisation du processeur, l’état d’une interface ou la version logicielle de l’équipement. L’implémentation du protocole SNMP nécessite plusieurs éléments (Voir Figure 2.1) ayant des rôles distincts dans le traitement et l’organisation de ces données (Stallings, 1999).

La station de gestion

Une station de gestion est un serveur utilisé pour centraliser la gestion des équipements d’un réseau au travers de SNMP. Les fonctionnalités nécessaires sont les applications pour l’analyse du réseau et pour les corrections de pannes. La station doit avoir une interface réseau par laquelle elle peut contrôler les équipements ainsi qu’être contrôlée par le gestionnaire. Les applications pour l’analyse du réseau permettent généralement une analyse automatique du réseau. Les pannes ou les prémices d’une panne sont rapportées à l’administrateur de réseau qui décide de la marche à suivre.

Agent de gestion

L’agent de gestion est placé sur les équipements qui doivent être surveillés, c’est lui qui permet d’extraire des données de l’équipement et de les transmettre à la station de gestion. L’agent est souvent installé sur les équipements réseau par la configuration d’usine. Sur certains équipements comme les serveurs, il peut être installé par la suite par l’administrateur réseau.

La base de données d’information

La base de données d’informations (Management Information Base ou MIB) permet de hiérarchiser toutes les informations des équipements disponibles avec SNMP. Il existe deux MIB, MIB-I et MIB-II qui est une extension de MIB-I. Dans ces MIB, chaque donnée est représentée par un objet et possède un identifiant unique (Object Identifier ou OID). Ces objets sont hiérarchisés par type et leurs identifiants sont relatifs aux branches dans lesquelles ils se trouvent (Voir Figure 2.2). Les informations stockées sont de multiple nature (Voir Tableau 2.1). Il existe quatre formes de stockage pour ces valeurs : un compteur (Counter), une jauge (Gauge), un chiffre (Integer) ou du texte (String). Les compteurs et les jauges peuvent être de 32 ou de 64 bits. La particularité du compteur est que celui-ci fait des tours complets; lorsqu’il atteint la valeur maximale il repasse par zéro. La jauge, lorsqu’elle atteint le maximum, ne peut que descendre ou rester au maximum (par exemple : le pourcentage d’utilisation du processeur). Généralement la base de données est contenue dans la station de gestion.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 PRESENTATION APPROFONDIE DE LA RECHERCHE
3 1.1 Problématique
1.2 Objectif
1.3 Limites du projet
1.4 Méthodologie
CHAPITRE 2 ÉTAT DE L’ART
2.1 Définition des termes généraux
2.1.1 La bande passante
2.1.2 La congestion
2.1.3 La qualité de service
2.1.4 La gestion de réseaux
2.2 La gestion de réseaux avec SNMP
2.2.1 La station de gestion
2.2.2 Agent de gestion
2.2.3 La base de données d’information
2.2.4 Le protocole SNMP
2.3 MPLS
2.3.1 Architecture MPLS
2.3.2 Établissement d’un lien
2.3.3 Regroupement des flux
2.3.4 Ingénierie de trafic
2.4 Mécanismes de lutte contre la congestion
2.4.1 Mécanismes curatifs
2.4.2 Mécanismes proactifs
2.4.3 Nouveau mécanisme de prévention
2.4.3.1 Architecture et hypothèses
2.4.3.2 Fonctionnement
2.5 Conclusion
CHAPITRE 3 ÉTUDE DU COMPORTEMENT D’UNE CONGESTION
3.1 Mesures en environnement réel
3.1.1 Matériel
3.1.2 Applications
3.1.2.1 Application Quagga
3.1.2.2 Application Iperf
3.1.2.3 Application Lagrit Poller
3.1.3 Configuration du banc d’essai
3.1.4 Étude de la congestion
3.1.5 Méthode d’analyse
3.2 Mesures sur simulateur
3.2.1 Présentation de NS-
3.2.2 Architecture
3.2.3 Étude de la congestion
3.3 Résultats
3.3.1 Résultats du banc d’essai
3.3.2 Résultats sur simulateur
3.3.3 Comparaison des résultats
3.4 Éléments problématiques des mesures
3.4.1 Mesures du pourcentage d’utilisation de la bande passante
3.4.2 Reproductibilité des expériences
3.4.3 Configuration de l’application Iperf
3.4.4 Performance des serveurs
3.5 Conclusion
CHAPITRE 4 DÉFINITION DE L’ALGORITHME DE PRÉVISION
4.1 Définition des termes et globalités
4.1.1 But de l’algorithme
4.1.2 Informations utilisées
4.2 Le module de relevé
4.2.1 La mesure des données
4.2.2 Lissage des données
4.3 Module d’extrapolation
4.3.1 Modèle linéaire
4.3.2 Modèle logarithmique
4.3.3 Modèle polynomial de Lagrange
4.3.4 Illustration des modèles d’extrapolation
4.3.5 Choix du modèle d’extrapolation
4.4 Module décisionnel
4.4.1 Définition des niveaux
4.4.2 Comportement du module
4.4.2.1 Trafic croissant
4.4.2.2 Détection des rafales
4.4.2.1 Trafic Stagnant ou décroissant
4.5 Résumé de l’algorithme
CHAPITRE 5 IMPLÉMENTATION DE L’ALGORITHME
5.1 Tests sur le banc d’essai
5.1.1 Implémentation de l’algorithme
5.1.2 Cheminement de l’analyse
5.2 Test sur simulateur
5.2.1 Implémentation de l’algorithme
5.2.2 Implémentation des modules d’extrapolation
5.2.3 Module décisionnel
5.3 Définition des données
CHAPITRE 6 SCÉNARIOS DE TESTS ET RÉSULTATS
6.1 Scénarios de tests
6.1.1 Scénario de congestion sur le banc d’essai
6.1.1 Scénario de test sur le simulateur
6.1.2 Comparaison avec des méthodes différentes
6.1.2.1 Random Early Detection
6.1.2.2 Pre-Congestion Notification
6.2 Résultats
6.2.1 Expérience sur le banc d’essai
6.2.2 Expérience sur le simulateur
6.2.3 Comparaison des résultats entre banc d’essai et simulation
6.2.4 Comparaison avec RED
6.2.5 Pre-Congestion Notification
6.3 Discussion
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS
ANNEXE I EXEMPLE DE CONFIGURATION DES ROUTEURS CISCO
ANNEXE II CONFIGURATION D’UN SERVEUR AVEC QUAGGA
ANNEXE III APPLICATION LAGRIT POLLER
ANNEXE IV CONFIGURATION DE L’ARCHITECTURE SUR NS-2
ANNEXE V SCRIPT TCL DE SIMULATION
ANNEXE VI CODE DE L’ALGORITHME SUR NS-2
BIBLIOGRAPHIE

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