This paper proposes an isolation layer -- a shim -- betweeninter-domain routing and packet forwarding. The job of this layer isto coordinate between Autonomous Systems (AS's) on when and how tomodify the forwarding state to ensure inter-domain routing loops donot cause forwarding loops. The benefits of a consistency layer aretwofold. First, it prevents the creation of transient inter-domainforwarding loops and the resulting packet loss, high latency, andconnection failures.Second, by taking the burden of forwarding consistency off theinter-domain routing protocol, it enables inter-domain routingprotocols with more complex convergence characteristics than BGP, suchas protocols that optimize route selection based on performance. Weoffer two possible designs for the consistency layer. We prove thatboth designs are free of forwarding loops and show they are easy todeploy in the current Internet.

Les protocoles de routage dans les réseaux peuvent être amenés à changer pour de nombreuses raisons : la détection d'un événement particulier, un changement de topologie planifié ou non, la mobilité des nœuds, l'obsolescence de version, etc. Ces changements ne pouvant être simultanément détectés ou pris en compte par tous les nœuds du réseau, il est nécessaire de considérer le cas où certains nœuds utilisent le protocole de routage initial, tandis que d'autres ont migré vers le nouveau protocole de routage. Les travaux de cette thèse portent sur le problème de boucles de routage susceptibles d'apparaître dans ce contexte, et qui dégradent considérablement les performances du réseau. Nous proposons des solutions d'ordonnancement des nœuds, dans le but de contrôler la migration afin d'éviter ces boucles. Premièrement, nous considérons le contexte des réseaux statiques et des protocoles centralisés avec pour cas particulier le changement de métriques dans le réseau. Nous proposons deux solutions d'évitement des boucles centralisées : SCH-m (amélioration mineure d'un protocole existant), et ACH (nouvelle contribution), basées sur l'identification des boucles de routage dans les composantes connexes que contient l'union des deux protocoles de routage. Nous accélérons la migration du réseau par une opération de fusion étape par étape des différentes transitions produites. Deuxièmement, nous évoluons vers les protocoles distribués en conservant le contexte statique du réseau, et considérons le cas particulier du retrait ou de la panne d'un nœud. Nous proposons également deux solutions : RTH-d (amélioration mineure d'un protocole existant) et DLF (nouvelle contribution traitant les boucles de taille 2) basées sur un échange de messages entre les nœuds tant pour la détection de la panne que pour la notification de la migration. Troisièmement, nous considérons le contexte de mobilité des nœuds, et étudions les performances de DLF-k (version améliorée de DLF qui prend en compte les boucles de taille inférieures ou égales à k, avec k >= 2) sur deux types d'applications : les applications avec un unique nœud mobile qui est la destination, et les applications avec un groupe de nœuds mobiles. / Routing protocols in networks may change for many reasons: detection of a particular event, planned or unplanned change of topology, mobility of nodes, version obsolescence, etc. As these changes can not be simultaneously detected or taken into account by all nodes of the network, it is necessary to consider the case where some nodes use the initial routing protocol, while others have migrated to the new routing protocol. The work of this thesis deals with the problem of routing loops that may appear in this context, and which considerably degrade the performance of the network. We propose node scheduling solutions to control migration to avoid these loops. First, we consider the context of static networks and centralized protocols with the particular case of changing metrics. We propose two centralized avoidance solutions: SCH-m (minor improvement of an existing heuristic), and ACH (new contribution), based on the identification of the routing loops in the strongly connected components contained in the union of the two routing protocols. We accelerate the migration of the network by a step-by-step merge operation of the different transitions produced. Second, we evolve towards the distributed protocols while preserving the static context of the network, and consider the particular case of the withdrawal or breakdown of a node. We also propose two solutions: RTH-d (minor improvement of an existing heuristic) and DLF (new contribution for loops of size 2) based on message exchange of nodes for both failure detection and for migration notification. Thirdly, we consider the context of nodes mobility, and study the performance of DLF- k (improved version of DLF which takes into account loops of size less than or equal to k, with k >= 2) on two types of applications: applications with a single mobile node that is the destination, and applications with a group of mobile nodes.

Avec le développement des applications temps-réel sur Internet, telles que la télévision, la voix sur IP et les jeux en ligne, les fournisseurs d'accès à Internet doivent faire face à des contraintes de plus en plus fortes quant aux performances de leurs services. Cependant, après chaque changement topologique, les protocoles de routage à état des liens, utilisés dans les réseaux de cœur de ces opérateurs, entrent dans une période de convergence durant laquelle des boucles de routage peuvent apparaître. Ce phénomène dégrade les performances du réseau (latence, congestions, pertes de paquets) et peut durer plusieurs secondes. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons de nouvelles solutions permettant de prévenir ces perturbations dans le cas de reconfigurations sur un lien ou un routeur. Notre approche a pour particularité de ne reposer que sur les mécanismes de base des protocoles de routage à état des liens, et d’être ainsi déployable de manière incrémentale dans n’importe quel réseau. Intuitivement, il s’agit de contrôler implicitement l’ordre de mise à jour des routeurs, à travers une modification progressive du poids d’un sous-ensemble de liens. Par exemple, l’augmentation du poids d’un lien aura pour effet de forcer les routeurs les plus éloignés de ce composant à se mettre à jour avant les routeurs plus proches. En adaptant finement l’amplitude de tels changements, il est alors possible de répartir la mise à jour de routeurs potentiellement impliqués dans une boucle sur plusieurs étapes. Cette opération peut ensuite être répétée jusqu’à ce que le composant ne soit plus utilisé pour acheminer des données dans le réseau, permettant un retrait sans impact sur le routage. / The use of real time media or mission critical applications over IP networks is making strong pressure on service providers to operate disruption free networks. However, after any topological change, link-state Interior Gateway Protocols (IGPs), such as IS-IS or OSPF, enter a convergence phase during which transient forwarding loops may occur. Such loops increase the network latency and cause packet losses for several seconds. In this thesis, we propose and evaluate innovative solutions to prevent these perturbations in case a planned modification on a link or a router. Our approach only relies on core functionalities of link-state routing protocols, thus being incrementally deployable in any network. Intuitively, it consists in implicitly controlling the routers update order through successive IGP weight reconfigurations on a subset of links. For example, progressively increasing the weight of a link forces farthest routers to update their routes first, before closest ones. Hence, finely tuning such changes may allow to spread the update of routers potentially implied in a loop across multiple steps. This operation can be repeated until the component to be removed is no longer used to forward traffic in the network, thus allowing its removal with no impact on the routing decisions.