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Architecture réseaux INSIA 2007 – ING3 Partie 2. Commutation de paquets -Principes - X25 - Frame-relay.

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1 Architecture réseaux INSIA 2007 – ING3 Partie 2

2 Commutation de paquets -Principes - X25 - Frame-relay

3 Structure générale dune chaîne de transmission Information numérique ETTD ETCD Interfaces numériques Equipement terminal de transmission (circuit) de données

4 Structure générale dune chaîne de transmission Information numérique ETTD ETCD Interfaces analogiques

5 Commutation: Techniques en présence TYPES DE COMMUTATION: comment établir une connexion à travers le réseau ? Commutation de circuits Commutation de paquets TECHNIQUES DE ROUTAGE: comment sélectionner le chemin à travers le réseau ? Routage fixe, adaptatif, par diffusion, … TECHNIQUE DE CONTROLE DE FLUX: comment adapter des différences de débits à travers le réseau ? transmission "élastique" des paquets dans le réseau

6 La commutation de circuits connexion directe, transparente à travers le réseau (ex. commutation temporelle), circuit physique temps de transfert fixes et minimum Capacités temps-réel optimum: idéal pour la voix mais.... exige des débits, codes,formats... identiques aux extrémités inefficacité, risque de blocage en cas d'incident EXEMPLE: le réseau téléphonique commuté (RTC) N1 N2 N4 N3 N6 N5 information

7 WAN Link Options To connect to a packet-switched network, a subscriber needs a local loop to the nearest location where the provider makes the service available. This is called the point-of-presence (POP) of the service. Normally this will be a dedicated leased line. This line will be much shorter than a leased line directly connected to the subscriber locations, and often carries several VCs.

8 Analog Dialup When intermittent, low-volume data transfers are needed, modems and analog dialed telephone lines provide low capacity and dedicated switched connections. The advantages of modem and analog lines are simplicity, availability, and low implementation cost. The disadvantages are the low data rates and a relatively long connection time. The dedicated circuit provided by dialup will have little delay or jitter for point-to-point traffic, but voice or video traffic will not operate adequately at relatively low bit rates.

9 6. Technologies WAN 6.1 ISDN (RNIS) Commutation de circuits Offre commerciale nationale : Numéris Accès de base : 2B + D (B : 64 kb/s) Agrégation de canaux Accès primaire : 30 B + D Backup de LS

10 ISDN Integrated Services Digital Network (ISDN) turns the local loop into a TDM digital connection. The connection uses 64 kbps bearer channels (B) for carrying voice or data and a signaling, delta channel (D) for call set-up and other purposes.

11 ISDN A common application of ISDN is to provide additional capacity as needed on a leased line connection. The leased line is sized to carry average traffic loads while ISDN is added during peak demand periods. ISDN is also used as a backup in the case of a failure of the leased line. ISDN tariffs are based on a per-B channel basis and are similar to those of analog voice connections.

12 ISDN In North America PRI corresponds to a T1 connection. The rate of international PRI corresponds to an E1 connection. For small WANs, the BRI ISDN can provide an ideal connection mechanism. BRI has a call setup time that is less than a second, and its 64 kbps B channel provide greater capacity than an analog modem link.

13 Exemple de configuration hostname TEST1 username TEST2 password F isdn switch-type vn3 interface Ethernet0 ip address interface Serial0 backup delay 0 0 backup interface BRI0 ip address encapsulation ppp interface BRI0 ip address encapsulation ppp dialer map ip name TEST dialer load-threshold 1 dialer-group 1 ppp authentication chap (double intérêt …)

14 ip route access-list 101 permit ip any any dialer-list 1 protocol ip list 101 Paramètres optionnels IDLE Time-out Sh int dialer bri0 (occupation des 2 canaux, n° appelé, idle timeout réarmé) Debug ppp auth : pour vérifier le succès du challenge CHAP Limites et problèmes Risque de Facturation lié aux échanges non utiles

15 La commutation de paquets N1 N2 N4 N3 N6 N5 information établissement d'un circuit virtuel à travers le réseau optimisation des ressources du réseau adaptation des débits par contrôle de flux, redondance des chemins, découpage des informations en paquets : idéal pour les data, mais.... temps de transfert fluctuants, non déterministes et plus élevés complexité des noeuds de réseaux (protocoles) EXEMPLES de réseaux paquets: le réseau X25 (X25 TRANSPAC en France), lATM, le Frame Relay,..….

16 La commutation de paquets Circuit Virtuel(CV) CLIENT: TERMINAL X25 SERVEUR X25 N N N N N N RESEAU TRANSPAC CV1 CV2 CV3 CV1+2+3 CV1CV2 CV3 LS POP PC ou PAD switch X25

17 WAN with X.25 X.25 provides a low bit rate, shared-variable capacity that may either be switched or permanent. X.25 can be very cost effective because tariffs are based on the amount of data delivered rather than connection time or distance. Data can be delivered at any rate up to the connection capacity. X.25 networks are usually low capacity, with a maximum of about 1 Mbps. In addition, the data packets are subject to the delays typical of shared networks.

18 6.2 X25 Mode commutation de paquets Notion de circuit virtuel commuté (CVC) Niveau 2 ISO : HDLC (niveau trame) Niveau 3 ISO : X25 (niveau paquet) Principe dadresse HDLC et X25 En passe de disparaître (protocole lourd, tarification à loctet, difficulté à budgetiser )

19 HDLC Système à commande centralisée DISSYMETRIQUE Multipoint Point à point PrimaireSecondaire RéponseCommande Primaire Secondaire RéponseCommande

20 Transfert de données normales (séquencées) données dans trame I N(S) numéro de trame émise Acquittement trames RR ou RNR trame I par numéro N(R) numéro de trame de DONNEES attendue Contrôle de flux implicite : Trames RR (N(R)) explicite : trame RNR Controle d'erreurs répétition des trames manquantes trames REJ 0N(R) P/F 81 N(S) trames I 10N(R) P/F 81 Type trames S : RR,RNR, REJ, … CHAMPS de COMMANDE

21 N(S) : numéro de trame I émise N(R) numéro de trame I attendue (sert dacquittement des trames précédentes) P/F : à le sens P pour le primaire et F pour le secondaire. P=1 invite le secondaire à transmettre F=1 le secondaire redonne la main ou: P=1 invite le secondaire à répondre le plus vite possible. il répond en mettant F=1

22 Contrôle de flux à crédit fixe : Ouverture de fenêtre EXEMPLE W=3 on peut émettre 0, 1, 2 on reçoit trame RR demandant 3 on peut émettre 3, 4, 5 on reçoit trame RR demandant 6 on peut émettre 6, 7,0 on reçoit trame RR demandant 1 on peut émettre 1,2,3 etc

23 e.g. W=1 (peu efficace) Cas du satellite (temps de propagation important) « Sliding » window compromis à trouver selon taux derreurs attendu Ce procédé de fenêtrage peut aussi exister au niveau 3 !

24 Exemple de configuration hostname cisco3631 ! interface FastEthernet0 ip address ipx network 2 duplex auto speed auto ! interface Serial0 ip address

25 encapsulation x25 x25 htc 8 (highest two-way channel, il existe aussi lowest, incoming et outcoming …) x25ips 256 x25 ops 256 x25 win 3 x25 nvc 2 x25 map ip (sous-adresse possible) x25 map ipx f.9ae ipx network 5 X25 peu implanté aux US notamment en raison du bas coût des LS.Donc Cisco a fait un effort minimal de développement (exemple : n° du premier cvc), X25 est toutefois supporté en IOS standard

26 Limites de X25 - débits - gestion des congestions - taille de trames - structure de coût pour le client - overhead - complexité de configuration

27 6.3 Frame Relay Amélioration naturelle de X25 (migrations importantes depuis milieu des années 90) Forfait, configuration plus simple (aux noeuds dextrémité) Gestion des congestions (BECN, FECN, mécanisme de burst (débit daccès, CIR, EIR)

28 Frame Relay Most Frame Relay connections are based on PVCs rather than SVCs. It implements no error correction. Frame Relay provides permanent shared medium bandwidth connectivity that carries both voice and data traffic.

29 Un réseau relais de trames est constitué d'un ensemble de nœuds ou "relayeurs de trames" interconnectés de façon maillée. Les interconnexions sont des voies à haut débit et le maillage peut être quelconque. Le réseau relais de trames travaille en mode connecté. Un nœud achemine les données reçues sur l'une de ses entrées vers l'une de ses sorties en fonction d'un identifiant de connexion (DLCI). Pour cela, il utilise une table de correspondance (table de commutation): Numéro de port physique, n° DLCI entrant, n° DLCI sortant

30 Une autre fonction des nœuds est la détection d'erreurs grâce au FCS (Frame Control Sequence ou Code de Redondance Cyclique CRC). Ces nœuds peuvent fonctionner suivant deux modes : pas à pas (store and forward) ou en continu (pipeline) Le nœud pas à pas Le nœud attend d'avoir reçu complètement la trame entrante avant de la réémettre vers le port de sortie correspondant. Il vérifie au préalable la validité de la trame (grâce au FCS) ainsi que l'appartenance de l'identifiant logique à sa table de correspondance. En cas de problème, la trame est détruite.

31 Le nœud en continu Dans ce cas-ci, le nœud commence à réémettre la trame entrante vers la sortie correspondante dès qu'il a interprété l'entête de la trame ; l'information est donc réémise en continu. L'intérêt évident est la diminution des temps de traversée de ces nœuds. Par contre, ils présentent deux inconvénients: il faudra tenir compte d'une éventuelle différence de débit entre les ports d'entrée et de sortie ; une trame détectée invalide peut déjà avoir été réémise en partie. Cette partie sera détruite par des nœuds ultérieurs.

32 Caractéristiques, : attribution de la bande passante aux utilisateurs en fonction de leurs besoins, ce qui implique qu'il n'y aura pas de réservation statique de ressources un débit moyen est garanti ; cependant, le débit d'accès réel peut être supérieur, la qualité de service n'étant garantie que pour le débit moyen le bloc d'informations pouvant être transmis par une trame FR est plus important que dans le cas des paquets X.25, ce qui permet l'allègement des fonctions de segmentation et de réassemblage

33 par rapport à X25, le travail des nœuds est considérablement réduit, ce qui permet des temps de traversée moins importants les trames ne sont identifiées que par l'identifiant DLCI, modifiable par un nœud afin de véhiculer correctement les informations dans le circuit virtuel (signification locale du DLCI) le relais de trames opère dans une gamme de débit comprise entre 64 kbit/s et 2Mbit/s pour l'Europe (aux USA, débit typique de 1.5Mbit/s). Cependant, des débits d'accès de 45Mbit/s aux USA et de 34Mbit/s en Europe sont possibles.

34 Toute trame FR comprend les champs suivants : champ drapeau (flag). Ce champ permet d'identifier le début et la fin d'une trame. Il prend la valeur champ adresse de taille variable de 2 à 4 octets. Il contient l'identifiant de connexion ou DLCI, qui permet l'acheminement des trames au niveau de chaque nœud du réseau. Le codage du DLCI se fait sur 10, 16 ou 23 bits et dépend du nombre de circuits virtuels différents sur les liaisons. Cependant, seule une partie de tous les DLCI possibles va être utilisée pour les circuits utilisateurs ; certains DLCI seront principalement réservés. les bits BECN, FECN et DE sont utilisés pour le contrôle de la congestion dans le réseau

35 le champ de données de taille variable de 1 à 4096 octets. La taille de ce champ peut être négociée lors de l'ouverture d'une connexion. Toutefois, la taille minimale recommandée est de 262 octets. Cette taille résulte d'un compromis entre les coûteuses fonctions de fragmentation/défragmentation et les problèmes de temps de transit dans les nœuds du réseau FR. le champ FCS sert à détecter d'éventuelles erreurs de transmission même si le taux d'erreur est relativement faible. Le FCS est calculé à chaque nœud de commutation ; la trame est rejetée en cas d'erreur. Le FCS correspond à un polynôme générateur de degré 15.

36 Committed Information Rate, CIR. Il représente le débit moyen garanti par le réseau, avec la QoS désirée par l'usager. La valeur du CIR est déterminée en fonction des caractéristiques du trafic généré par l'usager. La somme des CIR des différents circuits partageant un même lien doit être inférieure à la capacité de celui-ci. EIR: exceeded rate: valeur maximale possible

37 Signalisation Les mécanismes de signalisation informent l'usager sur le statut et la configuration du réseau, permettant ainsi de contrôler les PVC. Ces services, que l'on appelle LMI, sont optionnels et utilisent le circuit virtuel de DLCI égal à 0

38 Le réseau relais de trames surveille si le flux de trafic de l'utilisateur respecte son contrat. Le réseau est autorisé à réduire le débit et même à rejeter des informations si le débit d'accès est excessif. ( par le bit DE Discard Eligibility). Tant que la quantité d'informations mesurée pendant l'intervalle de temps T au CIR, les trames sont transmises avec le bit DE à 0 Si le débit dépasse le CIR, les trames sont marquées avec un bit DE à 1. Dans un premier temps, ces trames seront transmises ; elles seront détruites en priorité si elles transitent dans un nœud proche de la saturation.

39 A l'origine, le bit FECN des trames FR est mis à 0. Lorsque la trame passe par un nœud congestionné, le bit FECN est mis à 1, ce qui permet de signaler au récepteur la présence d'au moins un nœud congestionné dans le réseau traversé par la trame. Le traitement de la congestion ne pourra être assuré que par les couches supérieures

40 La mise à 1 du bit BECN a pour but de faire remonter la connaissance de l'état de congestion d'au moins un des nœuds du circuit à l'émetteur (cela suppose la présence d'une communication bidirectionnelle). L'émetteur est donc invité à réduire son débit dès la réception de trames comportant des bits BECN à 1. Le relais de trames n'émet pas automatiquement une trame, il doit alors attendre le passage d'une trame dans le sens récepteur-émetteur afin de mettre le bit BECN à 1

41 Frame Relay History Frame Relay was designed as an evolution of X.25. X.25, a 1970s ITU-T standard, ensured reliable transport at the data link layer with error detection and error correction. With the introduction of DoDs TCP/IP in the early 1980s, TCP took over error correction. Although Frame Relay detects errors at the data link layer, it does not correct. Thats now TCPs job.

42 Frame Relay History In 1990, Cisco Systems, StrataCom, Northern Telecom and Digital Equipment (sometimes referred to as the Group of Four) worked to standardize the Frame Relay protocol and add LMI extensions. In the 90s Frame Relay became the most popular WAN protocol because it is: Faster than X.25, it uses TCP for error correction Cost-effective - you no longer have to pay for a dedicated point-to-point link Versatile - can operate over a variety of interfaces (ISDN, Serial, Dial-up, etc.)

43 Devices in the Frame Relay network are the DTE (customer equipment) and DCE (providers frame relay switch) Often cheaper than other technologies because many times the service provider also owns the DTE. The Frame Relay connection between the DTE and DCE operates at the data link and physical layers of the OSI model.

44 Frame Relay Data Link Physical

45 Frame Relay Operation Frame Relay operates over a permanent virtual circuit (PVC), which means that a permanent connection exists between the source DCE and destination DCE over the frame relay network. Therefore, there is no need for call setup and termination like in ISDN. Frame Relay has two states: Data transfer--between the DCE and the providers DTE Idle--the line is active, but no data is being transferred.

46 Frame Relay Operation The connection between the local DTE and the DCE in a Frame Relay network is logically identified with a Data-link Connection Identifier (DLCI). A word about Switched Virtual Circuits (SVC) Frame Relay over ISDN must use a SVC with ISDNs call setup and termination procedures. However, currently few manufacturers of DCE equipment support Frame Relay SVCs, so implementation is minimal. Therefore, we will assume a PVC when discussing Frame Relay.

47 Frame Relay Lexicon DLCI - Identifies logical connections to the Frame Relay network and has local significance only FECN - Forward explicit congestion notification; tell receiving DTE to implement congestion avoidance procedures BECN - Backwards explicit congestion notification; tells the sending DTE to slow down the transfer rate DE - Discard eligibility; bit set in the frame to say frame is not business critical and can be discarded CIR - Committed information rate guaranteed by the service provider (EIR/CIR). LMI - Local Management Interface; determines the operational status of PVCs

48 DLCI-identifies logical connections on the Frame Relay switch to which the customer is attached BECN-tells sending DTE device to reduce the rate of sending data. FECN-tells receiving DTE device to implement congestion avoidance procedures FRAMES BECN FECN

49 Frame Relay Frame Format Flag - like most frame formats, the flag indicates the beginning and end of the frame The DLCI makes up the first 10 bits of the address field, while the FECN, BECN, and DE bits are the last 3 bits.

50 Local Management Interface

51 LMI Overview LMI, similar to LCP in PPP, is a set of extensions to the basic Frame Relay protocol. LMIs main functions are to: determine the operational status of the PVC between source and destination. transmit keepalives to ensure PVC stays up inform router what PVCs are available LMI extensions were added by the Group of Four. A common extension that must be used by all who implement Frame Relay is virtual circuit status messages. Optional extensions include... » Multicasting » Flow Control Attention: il existe plusieurs LMI type !!

52 Frame Relay Map The term map means to map or bind a Layer 2 address to a Layer 3 address. An ARP table maps MACs to IPs in a LAN In ISDN, we use the dailer-map command to map SPIDs to IP addresses In Frame Relay, we need to map the data link layers DLCI to the IP address We use the frame-relay map command

53 Frame Relay Map The Frame Relay switch builds a table of incoming/outgoing ports and DLCIs. The router builds a Frame Relay Map through Inverse ARP requests of the switch during the LMI exchange process. The Frame Relay Map is used by the router for next-hop address resolution.

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55 Use of Subinterfaces

56 Using a Subinterface In order to have an active Frame Relay link to all your routers in the network, you need either All routers on the same network or subnet or use subinterfaces All Routers in Same Network Frame Relay Network / DLCI 17 DLCI 16 A B

57 Using a Subinterface Rarely do you have all routers on the same network or subnet, so we use subinterfaces. Each serial interface can logically be divided into as many subinterfaces as you need to establish PVCs with each destination. Each destinations DLCI needs a separate point-to- point subinterface. Each side of the PVC must belong to the same network.

58 A B C D Subinterface Example #1 S S S Each PVC as a point- to-point link in its own network or subnet

59 Subinterface Example #2 Frame Relay Network S DLCI 17 DLCI 18 DLCI 16 A B C S S S S S AB-PVCAC-PVC BC-PVC

60 Configuring Frame Relay

61 Frame Relay Encapsulation To enable Frame Relay, simply go to the serial interface and enter the command However, if you are connecting to a non-Cisco remote router, you must specify the option IETF Router(config)#encap frame-relay [cisco|IETF] Router(config)#int s0 Router(config-if)#encapsulation frame-relay

62 One Subnet/Network Configuration Use a subinterface and specify multipoint. router(config-if)#int s1.1 multipoint However, subinterfaces are not necessary when configuring PVCs on the same subnet. Also, we do not have to set the LMI type since our Cisco IOS is 11.2 or later. LMI type is autosensed. However, we enter a map command to link the remote rouers DLCI to its IP address.

63 One Subnet/Network Configuration Configure frame relay encapsulation and map the destinations DLCIs to their IPs Repeat the commands on each router in the network RouterA(config)#int s0 RouterA(config-if)#encapsulation frame-relay RouterA(config-if)#frame-relay map ip RouterA(config-if)#frame-relay map ip Frame Relay Network / DLCI 17 DLCI 18 DLCI 16 A B C

64 Multiple Subnet/Network Configuration When your routers are parts of different networks or subnets, then you must either physically attach them on different interfaces or use subinterfaces on a single interface. First step is to set the encapsulation type of the serial interface and state no IP address. RouterA(config)#int s0 RouterA(config-if)#encap frame-relay RouterA(config-if)#no ip address RouterA(config-if)#no shut Then enter subinterface configuration mode to assign each point-to-point link its IP address and define the destinations DLCI. Next slide shows the subinterface commands.

65 Multiple Subnet/Network Configuration Frame Relay Network S DLCI 17 DLCI 18 DLCI 16 A B C S S S S S AB-PVCAC-PVC BC-PVC RouterA(config-if)#int s0.17 point-to-point RouterA(config-subif)#ip address RouterA(config-subif)#frame-relay interface-dlci 17 RouterA(config-subif)#int s0.18 (continue with configuration)

66 Verifying Frame Relay show interface serial 0 is Frame Relay sending and receiving data? displays both LMI and DLCI information show frame-relay map displays the frame relay table on the router show frame-relay pvc used to verify a frame relay configuration

67 Exemple de configuration interface serial0 no ip address encapsulation frame-relay ietf frame-relay lmi-type ansi interface serial0.1 point-to-point ip address frame-relay interface-dlci 101 interface serial0.2 point-to-point ip address frame-relay interface-dlci 102

68 DLCI : n° identificateur de circuit fourni par lopérateur Il na quune signification locale (et non pas de bout en bout) Les switches de lopérateur gèrent les n° de DLCI de proche en proche.

69 6.4 XDSL (Digital Subscriber line) – ATM integration Marché Technologies ADSL/SDSL/…/XDSL Principes généraux: Larchitecture backbone ATM (BAS), accès en ADSL (DSLAM et routeur/modem chez labonné), ATM over DSL

70 Comparison of xDSL Technologies 6 Mbit/s52 Mbit/s11YesAsymmetric or Symmetric QAM/CAP or DMT VDSL 144 kbit/s 5.51NoSymmetric2B1QIDSL 4 Mbit/s 6.51, 2NoSymmetricPAMSHDSL 2.3 Mbit/s 6.51NoSymmetric2B1QSDSL 2 Mbit/s 3.61, 2, 3NoSymmetric2B1QHDSL 512 kbit/s1.5 Mbit/s5.51YesAsymmetricQAM/CAP or DMT ADSL light 640 kbit/s6 Mbit/s5.51YesAsymmetricQAM/CAP or DMT ADSL Maximum Bitrate Upstream Maximum Bitrate Downstream Maximum Reach (km) # of Twisted Pairs POTS Support Symmetric or Asymmetric Modulation Method xDSL

71 % Years since introduction % of Households (US) Automobile 1886 Telephone 1876 Electricity 1873 Television 1926 Radio 1905 VCR 1952 Internet 1975 Broadband Access 1995 Internet/broadband 2005 = 30% broadband / 2010 = 70% broadband estimate

72 + 11,8% dont Internet haut débit (y compris les abonnés via le câble) + 1% - 6,5% Parc en unités - dont Internet bas débit Evolution 2T04/1T04 Au 30 juin 2004 Au 31 mars 2004 Au 31 décembre 2003 VOLUMES Evolution France

73

74

75 + 11,4 % dont Internet haut débit (y compris le câble) + 3,5 % - 11,1 % CHIFFRE dAFFAIRES (en millions d) - dont Internet bas débit Evolution 2T04/1T04 Au 30 juin 2004 Au 31 mars 2004 Au 31 décembre 2003

76 Le nombre dabonnements haut débit a crû de 12% au 2ème trimestre 2004, pour atteindre les 5 millions, dont par le câble. => On peut estimer que la France compte plus de six millions dabonnements haut débit à la fin de lannée 2004 (contre 3,6 millions fin 2003)

77 Evolution de lADSL

78 Les prochaines années verront une montée en débit des offres proposées L'innovation technologique permet d'envisager d'une part une augmentation des débits offerts (ADSL 2+, VDSL, FTTH) et d'autre part une extension de la couverture à partir des centraux téléphoniques (RE-ADSL)

79 Le READSL ou Reach Extended ADSL est une variante de l'ADSL qui utilise les mêmes normes de modulation que son cousin, la DMT, ou Discrete Multi Tone. L'idée du READSL est de "booster" la partie la plus basse du spectre, en envoyant plus d'énergie entre 25 et 200 kHz. Cette technologie doit permettre de prolonger de 10 % la portée des lignes pour des débits de 128 et 512 kbit/s. Les abonnés situés dans une zone ADSL mais se trouvant jusqu'alors trop loin du central ("zones d'ombre") pourront ainsi mieux bénéficier des services offerts. L'homologation de cette norme est en cours de finalisation à l'UITADSLDMTbitUIT

80 Basée sur la même technologie (les signaux VDSL sont transportés sur une paire de cuivre, simultanément et sans interférence avec la voix téléphonique), le VDSL (Very high bit rate DSL) permet d'atteindre de très hauts débits : il peut fournir jusqu'à 52 Mbit/s (descendant) et 2 Mbit/s (montant) Le VDSL permet l'accés à des applications requérant une bande passante plus conséquente : la vidéo de haute qualité en premier lieu (HDTV et video à la demande), les services interactifs,... Inconvénient du dispositif : portée (la distance entre le réseau à haut débit et l'utilisateur) limitée à 300 m. en configuration de flux descendant maximal. Ceci, pour l'instant, restreint considérablement le nombre d'abonnés pouvant être raccordés directement via le réseau de distribution.

81 VDSL – Network architecture VDSL Local exchange Remote Optical Platform Customers Street Cabinet Street Cabinet VDSL Prolongation vers un bâtiment très proche

82 Dès 2005, l'arrivée de l'ADSL 2+ permettra de franchir les 10 Mbit/s L'utilisation de lADSL 2+ est autorisée dans le réseau de France Télécom depuis le 13 octobre Cette technologie permet de doubler le débit maximal pour les lignes courtes. Les offres DSL devraient donc continuer à monter en débit En 2004, l'Autorité a autorisé France Télécom à s'inscrire dans ce mouvement, en rendant des avis favorables aux homologations : - d'IP/ADSL 2 Mbit/s - et d'IP/ADSL Max.

83

84 Le dégroupage de la boucle locale de cuivre

85 Le dégroupage de la boucle locale de cuivre permet aux opérateurs alternatifs d'accéder à la paire de cuivre téléphonique "nue", et d'y connecter leurs propres équipements actifs (DSLAM, modems) Le dégroupage permet donc aux opérateurs alternatifs de s'affranchir complètement des équipement actifs de France Télécom : - les débits peuvent être différents de ceux de l'opérateur historique ; - les packs "triple play" se développent ; - les tarifs des offres SDSL entreprises baissent rapidement.

86 Au 19 janvier 2006, le tarif du dégroupage total est passé de 9,50 euros à 9,29 euros par abonné et par mois. C'est ce que paiera désormais un opérateur alternatif pour louer la ligne d'abonnés de France Télécom et continuer à proposer à ses clients de ne plus payer d'abonnement à l'opérateur historique. L'association des opérateurs alternatifs réclamait un tarif de moins de 7 euros. Cette faible baisse du tarif conforte France Télécom.

87 La technologie ADSL Filtre Modem Client Centre local DSLAM MUX SDH, ATM Répartiteur Filtre Point de Concentration Autres centres locaux Vers le centre de commutation local

88 Une concurrence réglementée Accès réglementé au réseau existant : oLa revente ; oLe dégroupage de la boucle locale ; USA : 1996 Europe : prévu dès 1998 dans certains pays, pour les autres pays Règlement de la Commission Européenne de décembre 2000 avec mise en œuvre début 2001.

89 Quatre formes de dégroupage Régulation au niveau national (en France, lART) : oDégroupage total : location dune ligne dans son intégralité oAccès partagé : location de la partie haute du spectre pour fournir des services hauts débit uniquement. oAccès au débit : « interconnexion » IP/ATM. oRevente

90 ADSL = nouveau mode daccès pour: (particuliers + entreprises) sans QoS Interconnexion de réseaux locaux (entreprises) avec QoS Le réseau daccès nécessite un réseau de collecte

91 Accès à Internet bas débit Repose sur le réseau téléphonique commuté (RTC); Appel vers un numéro non géographique (0860…) Internautes : oCouverture potentielle : ~100% (la pénétration du téléphone) ; o7,3 M dabonnés actifs en juin 2003 o(mais en décroissance pour la 1ère fois en 2004).

92 Accès à Internet bas débit

93 Le marché des FAI Evolution des offres oOffres tout payant (com + accès) oOffres accès gratuit (com payantes) oOffres forfait limité payant oOffres forfait illimité payant. oFaillites et fusions. Aujourdhui, 5 FAI représentent 80% du marché (Wanadoo, Club Internet, Free, Tiscali, AOL). oLa recherche de la rentabilité.

94 Sources de revenus des FAI Abonnements Publicité et mise en valeur des données clients Revenus sur les appels téléphoniques (à partager avec les opérateurs téléphoniques).

95 Le marché de la collecte Acteurs : opérateurs de réseau : France Télécom, Télécom Développement, Ldcom, … Concurrence élevée : oPetit nombre dacheteurs (marché des FAI très concentré) ; o« Coût de changement » faibles. Croissance ralentie de la demande avec le développement de lADSL.

96 LInternet Architecture end to end : oLintelligence est dans les extrémités du réseau, pas dans le cœur du réseau. oCest une plateforme neutre : il ny a pas de discrimination entre les paquets. oPar conséquent, le « réseau » ne peut pas favoriser certains paquets au détriment dautres.

97 La croissance dInternet 1977: 111 hosts on Internet 1981: 213 hosts 1983: 562 hosts 1984: 1,000 hosts 1986: 5,000 hosts 1987: 10,000 hosts 1989: 100,000 hosts 1992: 1,000,000 hosts 2001: 150 – 175 million hosts 2002: over 200 million hosts

98 La taille de lInternet (connu) - nombre dhosts

99 lignes étaient dégroupées au 1 er octobre 2004 … Le dégroupage représente 20% des lignes DSL en France au 1er octobre 2004 La France est en première place européenne pour le nombre de lignes DSL dégroupées. Nombre de lignes dégroupées

100 … et 50 % de la population française avait accès au dégroupage. Nombre de répartiteurs équipés pour le dégroupage

101 Couverture du dégroupage au 1er octobre 2004 Le dégroupage couvre toutes les grandes villes et une partie des villes de taille intermédiaire. Cependant, 13 départements ne sont pas encore concernés

102 Plusieurs opérateurs proposent désormais des offres fondées sur le dégroupage total. Elles permettent aux consommateurs qui le souhaitent de n'avoir qu'une seule facture, et un seul opérateur pour la haut débit, la voix, et l'abonnement. Des discussions sont en cours pour permettre lamélioration du dégroupage total: délais de livraison, portage immédiat du numéro de téléphone, meilleure protection des consommateurs.

103 Nombre de lignes en dégroupage total

104 La couverture géographique du haut débit La couverture de la population La couverture des entreprises Lextension géographique de la concurrence Le rôle de laction publique locale

105 La couverture géographique du haut débit France Télécom annonce pouvoir couvrir en DSL 96% de la population à fin 2007 Pour assurer la couverture des zones résiduelles, dont le pourcentage exact est aujourdhui difficile à estimer (car les technologies DSL saméliorent de jour en jour), il existe plusieurs possibilités : - les évolutions de la technologie DSL (Re-ADSL) - les expérimentations du dégroupage au sous-répartiteur - les autres technologies, comme la BLR … (?)

106 Lextension géographique de la concurrence Des expérimentations de dégroupage au sous-répartiteur sont lancées, ce qui permettra détendre la couverture géographique, et de toucher une population encore plus nombreuse, en particulier les entreprises situées dans des zones dactivités isolées

107 FTTB: Fiber To The Building FTTC: Fiber To The Curb [Fibre jusqu'au trottoir] Technologie qui amène le réseau en fibre optique jusqu'au voisinage de l'abonné. FTTH: Fiber To The Home [Fibre jusqu'au domicile] Technologie qui amène le réseau en fibre optique jusque chez l'abonné.

108 technologie ADSL

109 ADSL Asymmetric Digital Subscriber Lines (ADSL) are used to deliver high-rate digital data over existing ordinary phone-lines (POTS: plain old telephone service). A new modulation technology called Discrete Multitone (DMT) allows the transmission of high speed data. ADSL facilitates the simultaneous use of normal telephone services and high speed data transmission, eg., video.

110 Discrete Multitone (DMT) The basic idea of DMT is to split the available bandwidth into a large number of subchannels. DMT is able to allocate data so that the throughput of every single subchannel is maximized. If some subchannel can not carry any data, it can be turned off and the use of available bandwidth is optimized.

111 ADSL (ITU G.992.1) ADSL repartition spectrale FDD: Frequency Division Duplexing =>no interferences between Up and Down Frequency POTS 300 Hz3,4 kHz22 kHz133kHz UpstreamDownstream 203 kHz1.1 MHz Power DATA POTS 300 Hz3,4 kHz22 kHz133kHz UpstreamDownstream 203 kHz1.1 MHz DATA POTS 300 Hz3,4 kHz22 kHz133kHz UpstreamDownstream 203 kHz1.1 MHz DATA 2 ADSL existent en fait: ADSL G (G.lite) and G (G.full) !!

112 ADSL utilise le Discrete Multi Tone Line Code (DMT) ADSL utilise jusquà 255 fréquences (bins) kHz entre chaque fréquence (tone) Each tone is encoded with up to 15 bits The lower tones (blue) are used for upstream signal, the higher tones (red) are used for downstream signal ADSL bins Frequency Interleaving : entrelacement – De-Interleaving !!

113 G.Lite Up to Mbps Down, 512 kbps Up Débit inférieur sur de plus longues distances Complementaire à lADSL internal G.Lite PC comes with built-in G.Lite modem Together with analog (V.90)

114 Upstream Downstream Mbps 8 Mbps Frequency (kHz) POTS G.Lite ADSL 0.3 DSL Frequency Spectrum

115 Architecture INTERNET Backbone A Backbone B peering ISP 1ISP n1 ISP NISP n2 Réseaux de collecte (opérateurs) transit Réseaux daccès (vers les clients)

116 Accessnetwork ISP (POP) RegionalBroadbandNetwork Telco CO/Cable Hub Corporatenetworks RegionalOperationCenter Internet ContentProviders NetworkAccessProviderServiceProviders Customerpremise Residential Broadband Service Model

117 ADSL ATM Network ISP Internet Content Provider Local Content Provider Native ATM Service Provider Employers Corporate Network Tunnel RAS

118 Le réseau daccès ou boucle locale Définition : « the last mile », la partie dun réseau qui relie labonné au « réseau général », cest-à-dire la partie du réseau comprise entre la prise (de téléphone) et le premier équipement actif du réseau (répartiteur du commutateur de rattachement). abonné commutateur ou multiplexeur Réseau Transport Boucle locale (filaire, radio, etc.)

119 Schéma fonctionnel dun DSLAM DSLAM: Digital Subscriber Line Access Multiplexer POTS/ISDN port POTS ISDN Split. N Splitter ADSL modem Copper access line ADSL + POTS/ISDN ATM network POTS/ISDN STM-1 ATM cells DSLAM

120 XDSL IAD XDSL ATM IP Commercial Residential ISP1 ISP2 DSL AM ATM Switch ADSL ATM 1 alternative à cette architecture: IP ADSL avec IP DSLAM !

121

122 Data Rate Wire Gauge Distance Wire SizeDistance 1.5 or 2 Mbps24 AWG18,000 ft0.5 mm5.5 km 1.5 or 2 Mbps26 AWG15,000 ft0.4 mm4.6 km 6.1 Mbps24 AWG12,000 ft0.5 mm3.7 km 6.1 Mbps26 AWG9,000 ft0.4 mm2.7 km

123 The standard (ANSI) ADSL system uses 256 frequency channels for the downstream data and 32 channels for the upstream. Interleaving and De-Interleaving Performance (comparison with Leased Line) Bridge taps

124 xDSL vs LL: quality contest ADSL/SDSL Processing Delay (due to Packet Switching technology) Jitter (idem) No xDSL protection in the access network xDSL reach limited to few Km No bandwidth guarantee (ADSL) Availability Leased Lines Minimum delay (TDM) Minimum jitter Protection always possible No risk of cell loss Bandwidth is guaranteed

125 Leased Lines versus xDSL xDSL has some limitations in terms of… » Bandwidth » Loop length » SLAs » Overbooking always takes place Leased Lines have arguments… » Any bandwidth available » No length limitations » High SLAs » Proven techology for mission critical applications (no overbooking)

126 Internaute Opérateur tiers FAI IP/ADSL : accès + collecte (option 5) France Télécom Dégroupage (option 1) Offre concurrente dIP/ADSL Description de la chaîne de liaison vue de linternaute ADSL Connect ATM (option 3) Le client achète au FAI lensemble accès ADSL + abonnement ADSL

127 À destination des opérateurs : Loption 1 : » offre d accès à la paire de cuivre, sous deux formes (dégroupage total, accès partagé) ; » permet à lopérateur la maîtrise complète des offres fournies au client final ; » statut réglementaire : une offre de référence de France Télécom, sur laquelle l ART peut imposer des modifications

128 À destination des opérateurs : Loption 3 : » offre de revente de la ligne ADSL de France Télécom et collecte de trafic à des niveaux intermédiaires du réseau de France Télécom à destination des opérateurs, complémentaire du dégroupage ; » permet une concurrence sur les offres IP/ADSL à destination des FAI » » statut réglementaire : offre daccès spécial ; lART peut en particulier régler les différends entre opérateurs sur ses conditions techniques et tarifaires.

129 Option 3 FT: TURBO DSL - environ 41 plaques sur le territoire (10 IDF dont 3 pour Paris) - lopérateur client choisit des portes à un débit donné (multiple de 30 Mb/s) pour une ou plusieurs plaques - FT amène son lien (STM-1 par exemple) jusquau local de lopérateur (boitier RAD dextrémité) - lopérateur propose à ces clients différents débits ADSL 0,5 C (0,6 Mb/s sens montant, C= Crête, VBR3), ADSL 2G (émulation de LS), SDSL 1C, … exemple: offre FT 1C (1,2M/320K), sens descendant : PCR= 2867 cells/s (1216K), SCR=604 cellules/s (256K), MBS=1300 cellules (62koctets entête IP compris) sens montant : PCR= 754 cells/s (320K), SCR=604 cellules/s (256K), MBS=1300 cellules (62koctets entête IP compris) - FT (police) vs lopérateur (TS dans le sens descendant): boitier RAD face à face

130 À destination des fournisseurs d accès Internet : Loption 5 : » deux composantes : l accès IP/ADSL (offre de revente de la Ligne ADSL de France Télécom) et la collecte IP/ADSL (les flux de trafic) » offre soumise à homologation.

131 Paire de cuivre DSLAM BAS Réseau transport IP ATM Fitre Abonné FAI INTERNETINTERNET IP/ADSL + Collecte IP/ADSL régionale, 17 régions (option 5) (offre de revente - marché résidentiel et SoHo) IP/ADSL + Collecte IP/ADSL nationale (option 5) (offre de revente - marché résidentiel et SoHo) Accès ADSL Transport ATM puis IPAbonnésFAI En vert: limite de responsabilité de FT

132 Paire de cuivre DSLAM BAS Réseau transport IP Dorsal ATM Filtre Modem ADSL Abonné Dégroupage (option 1) ADSL Connect ATM régionale, 41 plaques (option 3) (offre opérateurs - marché résidentiel et entreprises) Accès ADSL Transport ATM puis IPAbonnésFAI

133 Les objectifs de lAutorité en faveur du développement de lADSL résidentiel Une concurrence effective sur lensemble des segments de la chaîne de valeur Laccès : la décision du 16 avril 2002 sur les conditions tarifaires et opérationnelles du dégroupage (accès totalement dégroupé et accès partagé) La collecte et le transport : la nécessité dune offre option 3, permettant aux opérateurs de compléter leur déploiement au titre du dégroupage et de concurrencer les offres option 5 de France Télécom (IP/ADSL) Le service Internet : permettre une viabilité des offres ADSL des FAI, tout en assurant aux opérateurs des conditions dentrée viables sur le marché, au travers du dégroupage et de loption 3

134 ADSL2+ Traditional POTS TCP/IP Over 10/100BaseT MPEG/IP Over 100BaseT Coax/Composites IAD Evolution (chez lutilisateur)

135 Après le niveau physique (trivial) …. …. Les protocoles réseau (moins trivial…): PPP point to point protocol : un protocole pour gérer les accès distants et la transition entre:. les LAN aux extrémités et. les réseaux daccès et de transport au centre

136 Remote Node PPP

137 Point-to-Point Connections with PPP When you create a dialup connection to RAS, you must use a protocol to communicate (entre le lien physique et IP). The protocol most often used to create the point-to-point connection is Point-to-Point Protocol (PPP). It is based on an older protocol know as the Serial Line Internet Protocol (SLIP).

138 Point-to-Point Connections with PPP PPP offers several advanced capabilities. When it is used to connect with a remote network, it encapsulates the upper-layer protocols. PPP supports both Password Authentication Protocol (PAP) and Challenge Handshake Authentication Protocol (CHAP), which both prompt users to log on to establish a connection using encryption or clear text passwords.

139 PPP – Two phase control Phase 1: Link Control Protocol (LCP) Set up and release connections Status monitoring and testing of the link Negotiate QOS Authentication of peers Phase 2: Network Control Protocol (NCP) Adaptation to the Network Protocol (IP e.g.)

140 LCP State Machine

141 PPP Example CHAP Response [HASH (M||Secret)] LCP [Configure-Request (COs)] LCP [Configure-ACK] CHAP Challenge [M] IPCP [Configure-Request (X,Y)] IPCP [Configure-ACK] PPP [Protocol=x0021 (IP Packet)] LCP [Terminate-Request] LCP [Terminate-ACK] Link Establishing Authenticating Exchanging Data at Network Layer Link Termination Network Layer Establishment Network Layer Termination

142 PPP in real life :53:45:4e:44:17 -> 20:53:45:4e:44:17 PPP LCP PPP LCP Configuration Request :52:45:43:56:17 -> 20:52:45:43:56:17 PPP LCP PPP LCP Configuration Request :53:45:4e:44:17 -> 20:53:45:4e:44:17 PPP LCP PPP LCP Configuration ACK :52:45:43:56:17 -> 20:52:45:43:56:17 PPP LCP PPP LCP Configuration Reject :53:45:4e:44:17 -> 20:53:45:4e:44:17 PPP LCP PPP LCP Configuration Request :52:45:43:56:17 -> 20:52:45:43:56:17 PPP LCP PPP LCP Configuration ACK :53:45:4e:44:17 -> 20:53:45:4e:44:17 PPP LCP PPP LCP Identification :52:45:43:56:17 -> 20:52:45:43:56:17 PPP CHAP PPP CHAP Challenge :53:45:4e:44:17 -> 20:53:45:4e:44:17 PPP CHAP PPP CHAP Response :52:45:43:56:17 -> 20:52:45:43:56:17 PPP CHAP PPP CHAP Success :53:45:4e:44:17 -> 20:53:45:4e:44:17 PPP CCP PPP CCP Configuration Request :53:45:4e:44:17 -> 20:53:45:4e:44:17 PPP IPCP PPP IPCP Configuration Request :52:45:43:56:17 -> 20:52:45:43:56:17 PPP IPCP PPP IPCP Configuration Request :53:45:4e:44:17 -> 20:53:45:4e:44:17 PPP IPCP PPP IPCP Configuration ACK :53:45:4e:44:17 -> 20:53:45:4e:44:17 PPP IPCP PPP IPCP Configuration Request :52:45:43:56:17 -> 20:52:45:43:56:17 PPP IPCP PPP IPCP Configuration NACK :53:45:4e:44:17 -> 20:53:45:4e:44:17 PPP IPCP PPP IPCP Configuration Request :52:45:43:56:17 -> 20:52:45:43:56:17 PPP IPCP PPP IPCP Configuration ACK :52:45:43:56:17 -> 20:52:45:43:56:17 PPP LCP PPP LCP Echo Request :53:45:4e:44:17 -> 20:53:45:4e:44:17 PPP LCP PPP LCP Echo Reply :53:45:4e:44:17 -> 20:53:45:4e:44:17 PPP LCP PPP LCP Termination Request :52:45:43:56:17 -> 20:52:45:43:56:17 PPP LCP PPP LCP Termination ACK

143 Authentication – PAP and CHAP PAP Authentication (RFC 1334) Authentication-Request Messages (Use name, password) Authentication-Response Message (Accept or Reject) Client Server CHAP Authentication (RFC 1994) Challenge Message Response Message: Hash (Challenge Message + Secret) Client Server Authentication-Response Message (Accept or Reject)

144 Accès distant – 2 modes principaux:. permanent (LS, XDSL, …). dial up (RAS, NAS, par RTC, RNIS)

145 Dial-UP: Traditional Remote Access Problèmes et limites: Dimensionnement de linfrastructure du siège Appels Long-distance requis NAS Corporate LAN Network Access Server Telephone Network PC PPP IP PPP header original IP header payload message payloadIPpayload IPpayload

146 Fusion de Cisco L2F et Microsoft PPTP Standard - RFC 2661 Remote dialup VPN access Tunnels PPP sur UDP/IP Enables local distance dial access No extra software sur le client distant L2TP – Layer 2 Tunneling Protocol Configuration Exemple UDP/IP stack L2TP PPP interface

147 Tunneling Establishment Voluntary tunneling: Tunnel is created by the client (user) User sends packets encapsulated in the tunneling protocol (L2TP, PPTP) Compulsory tunneling: Tunnel is created without any action from the client Client sends PPP packets to LAC (e.g., ISP), which encapsulates them in the tunneling protocol (L2TP, PPTP)

148 LACLNS L2TP Compulsory Tunneling Traditional NAS work is split between LAC and LNS Remote computer does not control the tunnel Corporate LAN L2TP Network Server L2TP Access Concentrator Internet ou Telco Telephone Network PC L2TP Tunnel PPP IP PPP header original IP header payload message payload PPP IP IP L2TP new IP header L2TP message header payload IP payload IP payload

149 PC + LAC PC with L2TP Client PPP IP IP L2TP IP Internet L2TP Tunnel L2TP Voluntary Tunneling Virtual dial-up connection Remote computer controls the tunnel new IP header L2TP message header PPP header original IP header payload message payload payload Corporate LAN LNS L2TP Network Server

150 Tunneling to a Virtual Private Network (VPN) VPN describes remote nodes that access a network via the Internet (or a Telco operator) in a secure fashion. 2 VPN types: VPN-IP and security is provided by tunneling protocols with encryption (IPSEC e.g.)

151 Tunneling to a Virtual Private Network (VPN) VPN is available to clients who connect to the Internet through nearly any type of link. Whether the client connects via ISDN, DSL, cable modem, or dialup line, a VPN session can usually be created. VPN creates a virtual point-to-point connection to the RAS. Tunneling works by encapsulating data within IP packets in an encrypted format.

152 Tunneling to a Virtual Private Network (VPN)

153 Layer 2 Tunneling Protocol L2TP is an extension of PPP that supports multiple protocols. Two servers provide an L2TP tunnel: the first is an L2TP access concentrator (LAC), which is simply a NAS. The second is an L2TP network server (LNS), which provides the L2TP service.

154 Tunneling – L2TP RADIUS Server LNS LAC Corporate Site A ISP or Telco Remote Corporate PC Local ISP Access (Leased/Dialup) L2TP Tunnel L2TP IP PPP (F/R, ATM) L2TP is implemented only by LNS and LAC, completely transparent to the clients Different endpoints for L2 and PPP

155 L2TP + IPSec Example TCPIPDataL2TPUDPIPPPP TCPIPDataL2TPUDPIPPPPESP L2TP L2TP + IPSec TCPIPDataPPP

156 Layer 2 Tunneling Modes Compulsory L2 Tunnelling Voluntary L2 Tunnelling

157 Protocol Stack PPP Negotiation and Tunnel Establishment LACLNS

158 Layer 2 Tunneling Protocol (L2TP) Goal: Tunnel PPP frames between remote system (LAC client) and LNS located at LAN. Encapsulate a given network layer protocol (e.g., IP, IPX) inside PPP to cryptographically protect the PPP frames (L2TP) and to encapsulate the data inside a tunneling protocol (e.g., IP) Most popular Applicable over the internet IPPPP L2TP IP

159 L2TP Protocol Tunnel components Control channel (reliable): control sessions and tunnel Data channel (unreliable): created for each call Multiple tunnels may exist between LAC-LNS pair to support different QoS needs Control Session 1 (Call ID 1) Session 2 (Call ID 2) LACLNS

160 Control Messages Establishment, maintenance and clearing of tunnels and calls Utilize a reliable Control Channel within L2TP to guarantee delivery Control message types: Control Connection Management Error Reporting PPP Session Control Sequence numbers (optional): Optional data message sequencing May be used to detect lost packets Data Messages

161 Security Issues Authentication Message Integrity Confidentiality Authorization and audit

162 Security Considerations Tunnel Endpoint Security Reasonable protection against attacks Designed to provide authentication for tunnel establishment only LAC and LNS MUST share a single secret key Each side uses this same secret when acting as authenticated as well as authenticator Endpoints may optionally perform an authentication procedure of one another during tunnel establishment (CHAP)

163 Security Considerations End to End Security Secure transport in tunnel protects the data within the tunneled PPP packets while transported from the LAC to the LNS Need: security between communicating hosts or applications (IPSec)

164 Accès permanents avec lexemple de lADSL

165 Access Protocols DSL RFC1483 DSL RFC1483 RFC 1483: Ethernet over ATM RFC 1483: Ethernet over ATM Cisco: aal5snap encapsulation Cisco: aal5snap encapsulation PPPoA: PPP over ATM PPPoA: PPP over ATM PPPoE: PPP over Ethernet PPPoE: PPP over Ethernet Agrégation: L2TP Agrégation: L2TP Non-PPP Access PPP Access

166 Mux DSLAM IP Access ATM Network ATU-R Internet DHCP PPP DNS Layer 1 connection = ADSL entre le DSLAM et le modem client PC ADSL (T1.413) 10BaseT 100BaseT Optical SONET (SDH) 100Base X Ou autre

167 Mux DSLAM IP Access ATM Network ATU-R Internet DHCP PPP DNS Layer 2 connection pour le lien ADSL = ATM circuit (VP/VC) between the customer modem and terminating ATM switch (BAS). Le circuit ATM est défini par un Port physique, VPI, VCI pour chaque segment réseau. Dans la plupart des cas, pour le segment ADSL, la valeur VPI/VCI est standardisé PC ADSL (T1.413) 10BaseT 100BaseT Optical SONET 100BaseT Ethernet ATM (AAL5) Ethernet BAS

168 IP Access ATM Network Internet DHCP PPP DNS Authentication is often used as a means to provide username/password security for DSL services. PPPoE and PPPoA are the most common standards. Authentication occurs between the customer PC and the ISP radius (PPP) server. PPPoE Mux DSLAM ATU-R PC ADSL (T1.413) 10BaseT 100BaseT Optical SONET 100BaseT Ethernet ATM (AAL5) Ethernet PPPOE

169 IP Access ATM Network Internet DHCP PPP DNS The Layer 3 connection for DSL uses IP packets. Each IP packet includes a source address, destination address, and payload. The IP Address is either assigned dynamically, using a protocol such as DHCP, or manually (static). The address resides on the customers PC. If dynamic, the address is assigned by a DHCP server. PPPoE Mux DSLAM ATU-R PC ADSL (T1.413) 10BaseT 100BaseT Optical SONET 100BaseT Ethernet ATM (AAL5) Ethernet IP

170 Layers 4-7 are commonly grouped together to manage the connection for an actual application. For DSL, common applications are Internet access and . High-speed Internet access uses HTTP over TCP. The URL and IP addresses are linked via the DNS server. IP Access ATM Network Internet DHCP PPP DNS Mux DSLAM ATU-R PC PPPoE ADSL (T1.413) 10BaseT 100BaseT Optical SONET 100BaseT Ethernet ATM (AAL5) Ethernet IP TCP HTTP

171 PPPOE Session PPPoE HomeCentral Office BAS Broadband Modem PC Client PPPoE Serveur PPPoE RADIUS AAA Server Alternative intéressante: client PPPoE dans le modem !!

172 PPPoA: PPP Over ATM PPPoA fonctionne au-dessus dun VC ATM Pas dautre protocole partageant la même connexion ATM Protocole géré par un routeur (pas dimpact sur les postes clients) Standardisé par ADSL Forum et lIETF ADSL Forum TR-012 RFC 2364

173 ISP or corporate network PPPoA ATM PPPoA IP Client(CPE) Telco: CO and Core network IP ICP ADSL End-To-End Protocol Architecture

174 ContentProvider ISP Data Center ADSLATMNetwork InternetBackbone ISP POP Call setup PPP Client Authentication

175 ContentProvider ISP Data Center ADSLATMNetwork InternetBackbone ISP POP RADIUSauthentication PPP CHAP PPP Client Authentication

176 ContentProvider ISP Data Center ADSLATMNetwork InternetBackbone ISP POP Connection to Internet services PPP Client Authentication

177 Internet Regional Broadband Network Corporate network Local content DSL modem Gateway PCrouter Kid's PC Dad's PC DSLAM Windows 2000 Server (RAS) Home PPP Over ATM To Corporate Network, Internet And Local Content Provider

178 Protocol Stack Layered End-to-End Connectivity

179 Architecture RFC 1483 (NON PPP) Cisco BAS MPLS Core (e.g.) DSLAM ATM Switch 6400 CE PE ADSL Modem Custo- mer PC 10BaseT RFC1483 Bridging 1 PVC/ customer ADSL Copper Loop PE ISP CE Si RFC 1483 routing, le CE est un routeur client !! (cas le plus

180 Mux DSLAM IP Access ATM Network ATU-R Internet DHCP PPP DNS PC Metallic Faults – 8% DSLAM/ATM Faults– 11% ISP Faults – 22% CPE Faults – 40% Other – 19% basé sur un échantillon incluant 250,000 tickets. Problème: isolation des défauts dans une chaîne de liaison complexe

181 Virtual Private Network (VPN) Network 1 Network 2 Internet ou TELCO Tunnel

182 Réseaux IP – VPN Distinguer VPN Internet et vrais offres VPN-IP des opérateurs télécom VPN-IP: La qualité de service (éventuellement présente au niveau 2) est implémentée au niveau 3 (ce qui permet de faire des distinctions par application – port (c.ad. par type de flux). Couche 2 minimale ou inexistante (exemple de IP over SDH) VPN : communication any to any Configurations basiques: hub and spoke ou fully meshed Les classes de service: réservations de bande passante, priorités

183 Un (vrai) réseau VPN-IP: - offre de la QoS (classes critiques pour la voix, classes medium pour le transactionnel : offrir un temps de réponse, classe « best effort »: FTP, browsing Internet) - sécurité maximale (réseaux privés imperméables au sein du réseau VPN de lopérateur) - indépendant des réseaux physiques dextrémité (collecte/transport ATM, Frame, LS, boucle locale optique, …) - cœur de réseau IP: MPLS (e.g), commutation de labels insérés dans les trames - routeur P provider - routeur frontière (ATM/IP) : PE (provider edge) - routeur client CE (customer edge)

184 Virtual Private Network via Internet Private network basé un réseau public: Internet Objectif: Connecter des private networks en utilisant une infrastructure publique Requirement: Securité via IPSEC Pas de QOS (Quality of Service)

185 SDH Hiérarchie Synchrone

186 Hiérarchie synchrone Les supports physiques sont maintenant numériques et une nouvelle hiérarchie a du être développée : SONET ( Synchronous Optical NETwork ) en Amérique du nord SDH en Europe Ces nouvelles hiérarchies prennent toujours en compte la numérisation de la parole suivant un échantillonnage toutes les 125 µs, mais elles sont complètement synchrones : une trame est émise toutes les 125 µs, la longueur de la trame dépend de la vitesse de transmission.

187 SONET / SDH Standard adopté par lindustrie des télécoms. Défini: des taux standard. des formats. des interfaces optiques Exemple: Taux de transmission à OC-192 (10 Gb/s)

188 SONET / SDH Différence entre SONET et SDH: 2 standards très proche. SONET: » Etats-Unis » débit de transmission de base: STS-1 (51,84 Mb/s) SDH: » International (Europe) » débit de transmission de base: STM-1 (155,52 Mb/s)

189 SONET / SDH Transporte tous types de trafics (ATM,IP,…) Transport temps réel sans se soucier de ce qui est transporté interfaces complexes Prochaine évolution : OC-768 (40 Gb/s)

190 Packet Over SONET (PoS) Concurrent dATM Transport dIP sur fibre optique en utilisant SONET: Voix Data IP ATM SONET Fibre optique Vidéo Data IP SONET Fibre optique VoixVidéo

191 IP-over-ATM vs IP-over-SONET Les plus de PoS Bande Passante Coût faible, simple fiable Les plus d ATM Gestion du réseaux(SNMP) Gestion de la BP Contrôle de flux

192 Scénarios de déploiement Choix entre PoS et ATM choix entre vitesse et flexibilité. ISP besoin de haut-débits: intérêt pour PoS Fournisseurs de réseaux: Intérêt pour IP-Over-ATM: » Gestion de la Bande Passante » Qualité de Service.

193 Les technologies liées à loptique SONET / SDH SONET défini des taux standards, des formats et des interfaces optiques. Sonet Standard US SDH Standard Européen SDHSONETDébit STM-1[1][1]OC-3[2][2]155 Mb/s STM-4OC Mb/s STM-16OC Gb/s STM-64OC Gb/s STM-128OC Gb/s STM-256OC Gb/s

194 Les technologies liées à loptique WDM / DWDM (Multiplexage en longueur donde) Dense wavelength division multiplexing (DWDM)

195 Les technologies liées à loptique

196

197 SONET SONET est au départ une proposition de BELLCORE (BELL COmmunication REsearch) puis un compromis a été trouvé entre les intérêts américains, européens et japonais pour l'interconnexion des différents réseaux des opérateurs et les réseaux nationaux. SONET est devenu une recommandation de l'UIT-T. C'est une technique de transport entre deux nœuds qui permet l'interconnexion des réseaux. La hiérarchie des débits étant différente sur les trois continents, il a fallu trouver un compromis pour le niveau de base. C'est le débit de 51,84 Mbps qui forme le premier niveau STS-1 ( Synchronous Transport Signal, level 1 ).

198 Synchronous Digital Hierarchy La recommandation SDH a été normalisée par L'UIT-T (1988). G Synchronous digital bit rate G Network Node Interface for SDH G Synchronous multiplexing structure La hiérarchie SDH reprend celle de SONET. Le niveau 1 de SDH est le niveau 3 de SONET (en termes de débit).

199 Support de communication Hiérarchie SDH : SDH (Europe - Japon) SONET (US) STS - 151,840 Mbps STM - 1STS ,520 Mbps STM - 3STS ,560 Mbps STM - 4STS ,080 Mbps STM - 6STS ,120 Mbps STM - 8STS ,160 Mbps STM - 16STS ,370 Mbps ………

200 SDH La trame de base est appelée STM-1 ( Synchronous Transport Module level 1 ) DébitSDH 155 MbpsSTM MbpsSTM – 4 2,5 GbpsSTM – GbpsSTM – GbpsSTM – GbpsSTM – 256

201 Le raccordement des usagers sur le réseau d'opérateur se fait sur des équipements de multiplexage spécifique : MIE (Multiplexeur à Injection Extraction), ou ADM (Add Drop Multiplexer). Topologie des réseaux SDH MIE F.O. Affluents 2 Mbps, 34 Mbps, … Agrégats Réseau d'abonnés Réseau d'opérateur

202 Il existe trois types de topologie pour les réseaux SDH : Topologie des réseaux SDH MIE Boucle ou anneau

203 Il existe trois types de topologie pour les réseaux SDH : Topologie des réseaux SDH MIE Bus

204 Il existe trois types de topologie pour les réseaux SDH : Topologie des réseaux SDH MIE Etoile/Maillage MIE

205 Protection : Topologie des réseaux SDH MIEMIE E/RE/R E/RE/R R/ER/E R/ER/E MIEMIE Normal Secours

206 SDH Synchronous Digital Hierarchy Architecture

207 SDH La trame SDH de base (cas du STM-1) Le temps de base correspond toujours à 125 µs ( trames par seconde ). Chaque trame comprend 9 rangées de 270 octets (taille dépendant du débit). La zone de supervision comprend 9 octets en début de rangée pour délimiter et gerer la trame. L'information transportée est indiquée par un pointeur situé dans la zone de supervision. La zone d'information forme un conteneur virtuel, l'information peut déborder d'une trame sur la suivante, la fin est repérée par un "pointeur de fin" dans la zone de supervision.

208 SDH La trame SDH de base ( STM-1 ) 270 octets 9 octets de contrôle 9rangées9rangées 261 octets framing pointeur

209 Trame de base SDH Unité administrative (AU) Pointeur 9 octets 261 octets Surdébit de section (SOH)

210 Sur-débit de section SOH Pointeur 9 octets RSOH Sur-débit de section de régénération MSOH Sur-débit de section de multiplexage

211 SOH Le SOH est utilisé pour la gestion des sections de ligne de transmission : Multiplexage et démultiplexage de trames Sécurisation automatique des liaisons Le RSOH est dédié à la gestion des sections de régénération, il est donc traité au niveau des répéteur- régénérateurs. Le MSOH est dédié à la gestion des sections de multiplexage, il est donc traité au niveau des terminaux de ligne.

212 Le concept de la hiérarchie SDH repose sur une structure de trame où les signaux affluents destinés à être transportés sont en-capsulés dans un conteneur. A chaque conteneur est associé un sur-débit de conduit réservé à l'exploitation de celui-ci. Le conteneur et son sur-débit forment le conteneur virtuel (VC : Virtual Conteneur). Synchronous Digital Hierarchy

213 Trame de base SDH avec conteneurs 9 octets 261 octets Surdébit de section (SOH) (UA) Pointeur + POH POH (Path OverHead)= Surdébit de conduit

214 SDH La trame SDH de base La trame offre une capacité totale de octets toutes les 125 µs. Les 9 premières colonnes (81 octets) ne contribuent pas au transport d'information et constituent un surdébit utilisé pour délimiter et gérer la trame. Les octets restants constituent un conteneur virtuel, lui-même constitué d'une colonne (9 octets) transportant le surdébit de conduit POH (Path OverHead) et du conteneur proprement dit, offrant une capacité de transmission de toutes les 125 µs soit un débit de kbps. Le surdébit de conduit est utilisé pour des fonctions de gestion ( parité, type de charge utile,...)

215 10 Gigabit Ethernet LANs, MANs, and WANs

216 Historique d Ethernet

217 10 Gigabit Ethernet Performance Gbps 100 Mbps 10 Gbps Ethernet Gigabit Ethernet Fast Ethernet Fast EtherChannel Gigabit EtherChannel OC LAN applications Metro applications WAN applications 10 Gb Ethernet IEEE 802.3ae Standard

218 Fiber and Ethernet

219 IEEE 802.3ae Task Force Milestones HSSG (Higher Speed Study Group) PAR (Project Authorization Request) 802.3aethe name of the project and the name of the sub-committee of IEEE chartered with writing the 10 Gb Ethernet standard 802.3ae Formed PAR Drafted PAR Approved First Draft Working Group Ballot LMSC Ballot Standard HSSG Formed Cisco Delivers 10 GbE Working group ballottask force submits complete draft to larger committee for technical review and ballot LMSCLAN/MAN Standards Committee ballot; any member of the superset of 802 committees may vote and comment on draft

220 Why 10 Gigabit Ethernet? Aggregates Gigabit Ethernet segments Scales enterprise and service provider LAN backbones Strategic advantage (leverage) installed base of 250 million Ethernet switch ports Supports all services (data, voice, and video) and IP Supports metropolitan and wide-area networks Faster and simpler than other alternatives

221 Building ABuilding B 2 to 40 Km 10 Gigabit Ethernet in the LAN Cost-effective bandwidth for the LAN, switch-to-switch Aggregate, multiple, Gigabit Ethernet segments 10 Gigabit Ethernet channel will enable 20 to 80 Gbps (future) 10 GbE 100 to 300 m, MM Fiber 10 GbE SM Fiber

222 1 or 10 Gb Ethernet Customer A Building C Clients Service Provider/LEC 1 or 10 Gb Ethernet Customer A Building A Clients Customer A Building B Server Farm 10 Gb Ethernet Backbone Ethernet Framing 10 Gigabit Ethernet in the Metro Enterprises Enables dark fiber to become a 10 Gbps pipe for metro networks Examples: serverless buildings, remote backup, and disaster recovery Service Providers Enables Gigabit services at costs equal to T3 (44.7 Mbps) OC-3 (155 Mbps)

223 The 10 Gigabit Ethernet Task Force has identified an optional interface that matches the data rate and protocol requirements of SONET OC-192/SDH STM-64 Therefore, 10 Gigabit Ethernet will be compatible with SONET/SDH This enables direct attachment of packet-based IP/Ethernet switches to the SONET/SDH and time division multiplexed (TDM) infrastructure This feature is very important because it promises the ability for Ethernet to use SONET/SDH for Layer 1 transport across the WAN transport backbone

224 10 Gigabit Ethernet in the WAN Attachment to the optical cloud with WAN physical layer (WAN PHY) Compatibility with the installed base of SONET OC-192 Interfaces and links between SP to IXC networks can be co-located No need for protocol conversion, traffic remains IP/Ethernet Service Provider POP San Jose, CA Service Provider POP New York, NY IXC* WAN transport network OC-192 SONET and DWDM: 1000s km 10 GbE (WAN PHY) (< 300 m) 10 GbE WAN PHY (< 300 m) DWD Mux SONET Framing *Short for interexchange carrier

225 Byte Stuffing within the SONET/SDH Payload

226 Distance: 100 km 1 or 10 Gb Ethernet DWDM Ethernet Framing 10 Gigabit Ethernet in Metro DWDM (Future) Upgrade carrying capacity of each wavelength 4X over OC-48 (2.48 Gbps) 10 GbE access directly or aggregate multiple 1 Gbps into 10 GbE Service Provider/LEC

227 Summary: 10 GbE in MAN/WAN Service Provider/LEC DWDM Service Provider/LEC SONET/TDM OC-48, OC-192 Service Provider/LEC Rate Adaptation Yes No 10 GbE over SONET/OC-192 (SONET framing) 10 GbE over 10 Gbps DWDM (Ethernet framing) 10 GbE over dark fiber (Ethernet framing)

228 DWDM Gigabit and 10 Gigabit Ethernet on Fiber and Copper in the LAN 10 GbE in the MAN (Dark Fiber) 10 GbE L2 Interface WAN (SONET OC-192) SP IXC WAN Transport Network Integrated Solutions Enterprise/SP

229 Pendant de nombreuses années le seul moyen d'augmenter la capacité d'un réseau de télécommunication optique était de rajouter des fibres, ceci induisant des coûts très importants pour un débit maximum par fibre n'excédant pas plus de 2,4 Gbit/s. Par la suite, l'idée du multiplexage qui consiste à transmettre simultanément un certain nombre de signaux sur une seule ligne s'est imposée. Le gain visé est simple : économiser le milieu de transmission en le partageant entre plusieurs signaux.

230 Tout d'abord, on a eu la possibilité d'investir dans la technologie TDM (Time Division Multiplexing) : cette technique permet une division des signaux selon des périodes de temps. Ainsi, on transmet quelques signaux distincts sur une seule fibre en employant des segments de temps préalablement définis. On peut alors atteindre des débits de 10 Gbit/s mais la nécessité de réaliser de gros investissements dans de nouvelles infrastructures la rend trop coûteuse.

231 De plus, les demandes de débits étant toujours croissantes et comme des développements ont permis l'augmentation de la bande passante des fibres optiques, on s'est tourné vers la technologie WDM (Wavelength Division Multiplexing). Le multiplexage en longueur d'onde est une technique qui consiste à injecter simultanément sur une même fibre des signaux lumineux à des longueurs d'onde distinctes. La bande passante de la fibre optique étant de l'ordre de 45 Thz, elle présente alors un fort potentiel au multiplexage de très nombreux canaux sur de longues distances

232 La figure 1 nous montre un système classique basé sur la technique WDM. A l'émission, on multiplexe N canaux au débit nominal D, à la réception, on démultiplexe le signal global N x D en N canaux : la fibre transporte un multiple de N canaux ce qui est par conséquent équivalent en terme de capacité à N fibres transportant chacune un canal. Cette approche permet par conséquent d'augmenter la capacité d'un réseau de manière importante sans modifier son infrastructure physique.

233 Figure 1

234 Comme la fibre optique de silice a son minimum d'atténuation dans la troisième fenêtre optique (autour de 1550 nm), la norme de l'union internationale des télécommunications ITU-T G 692 (Interfaces optiques pour systèmes multi-canaux avec amplificateurs optiques) a défini un peigne de longueurs d'onde autorisées dans la seule fenêtre de transmission nm (appelée bande C). Elle normalise l'espacement en nanomètre (nm) ou en Gigahertz (GHz) entre deux longeurs d'onde permises de la fenêtre : 200 GHz ou 1,6 nm et 100 GHz ou 0,8 nm.

235 La technologie WDM est dite dense (DWDM pour Dense WDM) lorsque l'espacement utilisé est égal ou inférieur à 100 GHz. Des systèmes à 50 GHz (0,4 nm) et à 25 GHz (0,2 nm) ont déjà été testés et permettent de multiplexer des centaines de longueurs d'onde, on parlera alors de U-DWDM (Ultra - Dense Wavelength Division Multiplexing). Les premiers systèmes WDM apparus vers 1995 offraient des débits de 10 Gbit/s (soit 4 canaux multipléxes sur la bande C ayant une capacité nominale de 2,5 Gbit/s).

236 Les systèmes WDM / DWDM commercialisés aujourd'hui comportent de 4 à 80, voire 160 canaux optiques, ce qui permet d'atteindre des capacités de 10 à 200 voire 400 Gb/s en prenant un débit nominal de 2,5 Gb/s. Des débits nominaux de 40 Gb/s ont été atteints et ont permis d'obtenir 3,2 Tb/s avec 80 canaux optiques multipléxés sur la bande C. En 2000, le réseau transatlantique FLAG ATLANTIC-1 est le premier réseau haut débit - longue distance avec une capacité de 1,28Tbit/s.

237 Its Analog Transmission Attenuation Dispersion Waveform after 1000 kmTransmitted data waveform

238 Fiber Attenuation Telecommunications industry uses two windows: 1310 & window is preferred for long-haul applications Less attenuation Wider window Optical amplifiers 1310 window 1550 window

239 Dispersion Dispersion causes the pulse to spread as it travels along the fiber Chromatic dispersion is important for singlemode fiber Depends on fiber type and laser used Degradation scales as (data-rate) 2 Becomes an issue at OC-192 Interference

240 EDFAs Enable DWDM 120 km Terminal EDFA - 1R (Reamplify) Terminal EDFA amplifies all s Terminal

241 The Cisco ® ONS is a low-noise, gain-flattened C-band optical erbium doped fiber amplifier (EDFA) designed to extend the distance of today's high-speed optical infrastructure. The Cisco ONS complements the Cisco ONS dense wavelength-division multiplexing (DWDM) solution, providing customers with the capability to extend their 100-GHz, 32- channel, 2.5-Gbps, or 10-Gbps optical infrastructure over greater distances. Furthermore, the Cisco ONS integrates with the Cisco Catalyst ® 6500 Series, Cisco 7600 Series, and Cisco Series to provide inter-point-of-presence (POP) extension and the interconnection of remote campuses over 10 Gigabit Ethernet or SONET/SDH OC-192/STM-64. the Cisco ONS incorporates features such as 17-dB constant flat gain, automatic gain control (AGC), and low noise figure for excellent optical signal-to-noise ratio (OSNR) characteristics.

242 DWDM System Design Amplify DWDM Filter Optical Combiner

243 Data Rate

244 Protection for IP over DWDM Optical protection is not sufficient Only protects transmission infrastructure Layer 3 must provide path restoration Opportunity for differentiation at the service level Optical Cloud

245 Conclusion - IP over DWDM DWDM provides Tbps of capacity IP directly over DWDM is a reality

246 Niveaux darchitecture Réseaux de niveau physique SONET/SDH La fibre optique RPR (IEEEE ) Réseaux de niveau trame Ethernet Relais de trames ATM Réseaux de niveau paquet IP

247 Réseaux de niveau 1 sur fibre optique IP RPR MACHDLC/PPPATMEthernet MAC PRC-PHY 10GigE PHY GigE PHY SONET/SDH Fibre optique RPR: Resiliant Packet Ring POS: Packet over SONET WDM: Wavelength Division Multiplexing WWDM:Wide WDM DWDM: Dense WDM IEEE IEEE POS AAL5 WDM, WWDM, DWDM


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