Mise en oeuvre d'un coeur de réseau IP/MPLS

IV.1 INTRODUCTION

Les principaux atouts de la technologie MPLS concernent sa capacité à intégrer des solutions de gestion de la qualité de service et d'ingénierie de trafic sur un réseau IP. En effet, les opérateurs ont besoin de contrôler leur réseau plus finement que ce que leur permet le routage IP classique, sans pour autant abandonner la souplesse qu'il apporte. Du fait qu'un chemin virtuel est créé pour transporter les paquets IP, MPLS est un candidat idéal pour supporter des fonctions évoluées d'ingénierie de trafic et ajouter des fonctionnalités de gestion de la qualité de service dans les coeurs de réseau. De plus, MPLS permet de déployer des fonctions évoluées en reportant la complexité de mise en oeuvre aux frontières du réseau et en conservant de bonnes propriétés de résistance au facteur d'échelle.

IV.2 Ingénierie de trafic

Les application de La convergence des réseaux multiservices, qui transportent le trafic Internet, VoIP (Voice/Video over IP), IP TV, vidéo à la demande et le trafic VPN, nécessite une optimisation de l'utilisation des ressources pour limiter les coûts d'investissement, une garantie stricte de la qualité de service (QoS) et une disponibilité élevée. A tous ces besoins s'ajoute le besoin de limiter les coûts d'exploitation. Par conséquent, des mécanismes de trafic s'avèrent nécessaires pour répondre à tous ces besoins. On appelle ingénierie de trafic l'ensemble des fonctions permettant de contrôler l'acheminement du trafic dans le réseau afin d'optimiser l'utilisation des ressources et de réduire les risques de congestion tout en garantissant la QoS.

Dans cette section, nous introduisons l'ingénierie de trafic dans les réseaux IP. Ensuite, nous détaillons l'application de la technologie MPLS à l'ingénierie de trafic. Ceci inclura la présentation du mécanisme MPLS-TE, du routage par contrainte MPLS-TE et de quelques options qui se présentent lors de la conception d'un réseau MPLS-TE.

IV.2.1 Ingénierie de trafic sans MPLS

Il existe plusieurs méthodes d'ingénierie de trafic dans les réseaux IP. Une solution consiste à manipuler les métriques des protocoles de routage IP. En effet, le routage IP repose sur le plus court chemin vers une destination donnée. Tout le trafic vers une même destination ou un même point de sortie du réseau emprunte le même chemin. Il arrive que le chemin IP soit congestionné alors que des chemins alternatifs sont sous- utilisés. L'ingénierie de trafic avec IP (IP-TE) représente une solution pour dépasser les limitations du routage IP. Elle calcule un ensemble de chemins pour répondre aux demandes de la matrice de trafic sans saturer les liens, et calcule des métriques pour satisfaire ces chemins. Ensuite, un partage de charge offert par le protocole de routage peut être utilisé pour permettre à un routeur de partager équitablement la charge entre tous les chemins de coût égal.

Un routage optimal (selon un critère d'optimisation donné) nécessite la détermination des coûts sur chaque lien qui répondent au critère d'optimisation. Un large ensemble de solutions a été proposé pour l'IP-TE .Toutes ces solutions consistent à optimiser les poids des liens utilisés par la suite par le protocole de routage. Cette ingénierie de trafic basée sur l'optimisation des métriques IP peut bien fonctionner uniquement sur des petites topologies avec un faible nombre de routeurs d'accès. Changer les coûts des liens sur tous les chemins pour une grande topologie reste très difficile à mettre en oeuvre tenant compte des risques d'instabilité, des problèmes de convergence IGP et des problèmes liés aux boucles de routage. A fin de gérer l'aspect dynamique du réseau, ont proposé des ont considéré dans leur solution des cas de panne solutions qui prennent en compte les scénarios de cas de panne dans le

réseau. Les qui peuvent se produire et également le changement de la matrice de trafic. Cette solution simule des cas de changement périodique du trafic qui se produisent pendant un jour. Pour cela, elle se base sur quelques matrices représentatives de ces changements journaliers pour couvrir toutes les matrices de trafic possibles. Les auteurs ont montré que l'adaptation à ces changements ne nécessite pas un grand nombre de coûts de liens à changer.

Cette solution reste limitée car un changement brusque de la matrice de trafic, dû par exemple à une catastrophe naturelle (par exemple un séisme) ou à un événement à l'échelle nationale (par exemple résultats du baccalauréat ou fêtes de fin d'année), ainsi que les cas de pannes multiples, restent difficiles à prédire.

Aussi les solutions d'IP-TE ne s'appliquent généralement pas lorsque l'on a des chemins de capacités différentes. En effet, les routeurs ne sont pas capables de faire un partage de charge tenant compte de la capacité des liens.

La figure. IV.1 montre un exemple où les routages IP, IP-TE et MPLS-TE sont appliqués. La figure IV.1(a) représente un réseau comportant 9 noeuds et 9 liens bidirectionnels.

Les liens sont caractérisés par leurs métriques IP (égales à 1) et leurs capacités en Mbit/s (égales à 100 Mbit/s). Toutes les métriques du réseau sont égales à 1. Deux demandes de trafic arrivent au réseau. Le premier est de 60 Mbit/s entre A et H et la deuxième demande est de 50 Mbit/s entre B et I. Les trafics A-H et B-I emprunteront le plus court chemin IP, c'est-àdire le chemin C-D-G avec un coût de 2. Le tronçon C-D-G de capacité 100 Mbit/s est donc soumis à une charge de 110 Mbit/s. Par conséquent, un cas de congestion, entraînant une perte de paquets, s'est produit ; cela engendre une dégradation de la qualité de service. Une solution pour remédier à ce problème est d'utiliser le routage IP-TE avec un partage de charge donné par le protocole de routage IGP.

Lorsqu'il y a plusieurs plus courts chemins de même coût pour aller à une destination donnée, un routeur peut partager équitablement la charge sur ces chemins. Il envoie alors la même quantité de trafic sur tous les chemins. Ce mécanisme est appelé ECMP.

La figure IV.1(b) montre que si on applique le routage IP-TE, en mettant les métriques à 2 sur les liens C-D, D-G et C-E, on se retrouve alors avec deux chemins de coût égal (coût de 4) entre C et G. Dans ce cas, le routeur G effectue un partage de charge entre les deux chemins. Il envoie 50% du trafic sur le tronçon du haut et 50% du trafic sur le tronçon du bas.

On a donc une charge de 55 Mbit/s sur les deux chemins. En conséquence, la congestion est évitée. Dans cet exemple, le routage IP-TE est efficace ; il a permis d'éviter la congestion et de router tout le trafic arrivant. En revanche, il ne fonctionne pas lorsque l'on a des chemins de capacités différentes. La figure IV.1(c) montre que si le lien E-F est à 50 Mbit/s et tous les autres liens restent à 100 Mbit/s, le partage de charge ECMP ne permet pas d'éviter la congestion. Le chemin d'en bas est soumis à une charge de 55 Mbit/s alors qu'il a une capacité de 50 Mbit/s.

(a) Cas de congestion avec le routage IP

(b) Routage IP-TE avec partage de charge (EGMP)

(c) Gas de congestion avec EGMP
Figure IV.1 Limitation du routage IP et IP-TE

L'application de MPLS à l'ingénierie de trafic, appelée MPLS-Trafic Engineering (MPLSTE), représente une alternative pour répondre aux limitations de l'IP-TE. Elle Offre essentiellement un routage explicite entre deux points du réseau. Geci consiste à Laisser une entité spécialisée décider des chemins et procéder à leur établissement dans le réseau. Le routage explicite assure une bonne souplesse pour optimiser l'utilisation des ressources. En plus de cette propriété fondamentale (le routage explicite), MPLS-TE offre aussi la fonctionnalité de re-routage rapide (MPLS Fast Re-route). Gette fonctionnalité, permet, en cas de panne dans le réseau, de garantir un temps de réparation très court (moins de 100 ms).

IV.2.2 Ingénierie de trafic avec MPLS IV.2.2.a Mécanisme MPLS-TE

L'ingénierie de trafic MPLS (MPLS-TE) représente une solution pour pallier aux limitations du routage IP en terme d'ingénierie de trafic. MPLS-TE permet d'établir des LSP pour l'ingénierie de trafic, appelés TE-LSP. Les TE-LSP sont routés de façon explicite en prenant compte des contraintes de trafic (bande passante, etc.) et les ressources disponibles dans le réseau. Ges TE-LSP peuvent être utilisés par la suite pour transporter du trafic entre les routeurs d'accès du réseau.

MPLS-T'assure des fonctions d'ingénierie de trafic telles que l'optimisation de l'utilisation des ressources, la garantie de la qualité de service (QoS) et le re-routage rapide après une panne de noeud ou de lien dans le réseau.

MPLS-TE permet de résoudre le problème de partage de charge présenté dans l'exemple de la figure IV.2. Gomme le montre la figure 1.5, deux tunnels MPLS-TE peuvent être établis pour router les trafics A-H et B-I. Le tunnel T1 de A à H, de bande passante 60 Mbit/s emprunte le tronçon du haut et le tunnel T2 de B à I, de bande passante 50 Mbit/s emprunte le tronçon du bas.

Chapitre IV	LES APPLICATIONS DE MPLS

Figure IV.2 Routage MPLS-TE

MPLS-TE combine le routage explicite offert par MPLS et le routage par contrainte

Ce routage par contrainte repose sur une fonction de découverte dynamique de la bande passante réservable sur un lien, une fonction de calcul de chemin explicite contraint, ainsi qu'une fonction d'établissement de LSP explicites avec réservation de ressources et distribution de label le long du chemin explicite. Avant de commencer à détailler le Routage par contrainte MPLS-TE, il est intéressant d'introduire le concept de "Trafic Engineering Trunk" (TE-Trunk) utilisé dans MPLS-TE.