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Guy Pujolle Réseaux: La synthèse Les architectures.

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1 Guy Pujolle Réseaux: La synthèse Les architectures

2 2 Trafic total Téléphone Internet Gbit/jour Données

3 3 Les catégories de réseaux PAN Personal Area Network LAN Local Area Network MANMetropolitan Area Network WAN Wide Area Network 1 m10 m100 m1 km10 km100 km réseaux métropolitain Réseau personnel Réseaux locaux Réseaux étendus

4 Le paysage technique

5 5 Les grandes directions Télécom –Le réseau téléphonique –Le RNIS Intégration téléphone et donnée: 2B+D16 –Le multimédia Informatique –L interconnexion d ordinateurs –L interconnexion de réseaux (Inter Net) –L Internet –La parole et la vidéo Câblo-opérateur –La vidéo de type télévision –Intégration canaux téléphoniques et d accès à Internet

6 6 Télécommunication But: mettre à la disposition de l'utilisateur un réseau de communication pour interconnecter divers équipements terminaux. Intelligence à l intérieur du réseau pour pouvoir prendre en compte des terminaux « sans intelligence ». Application de base : la parole téléphonique temps réel. Applications: téléphone, intégration de services. –Parole téléphonique: 1 octet toutes les 125 µs, –Temps réel (phénomène d'écho). –Caractéristiques: »synchrone et isochrone, »contrainte temporelle.

7 7 Extrémité analogique Téléphonie Interactivité –600 ms de temps aller-retour Problème des échos –56 ms de temps aller-retour

8 8 Vision télécom Solution 1980: commutation de circuits –Débit continu bien adapté pour la synchronisation et les contraintes temporelles –Solution simple et efficace mais avec une mauvaise utilisation pour le transport des données

9 9 Coût Prévu en 1980 Réel Commutation de circuits Passage au transfert de paquets en 1988

10 10 Opérateurs télécom –Multiplexage en longueur dondes WDM (Wavelength Division Multiplexing) Aujourdhui 16 x 2,5 Gbit/s = 40 Gbit/s sous peu 32x10 Gbit/s = 320 Gbit/s –DWDM (Dense WDM) Multiplication par 2 tous les 6 mois pendant 5 ans 2005: 1000 longueurs donde –Commutateur optique circuit sur une longueur donde paquet en longueur donde

11 11 ISP (Internet Service Provider) Opérateurs informatiques But: relier les clients et des serveurs. Applications: transactions, navigation, transfert de fichier,... Asynchrone, temps de réponse variable. Solution: transfert de paquets. –Solution IP –Les réseaux partagés: Ethernet, Token ring,...

12 12 Transfert de paquets Paquets de longueur variable ou constante Store and forward et cut through Routeur et commutateur

13 13 Message Paquet Trame Les entités de transports Segment

14 14 Les entités de transports Message Trame Segment

15 15 Trame ou paquet Une trame est un paquet dont on sait reconnaître le début et la fin –transfert de niveau 2 –HDLC, LAP-B, LAP-F, ATM, Ethernet Un paquet est une trame dont on ne sait pas reconnaître le début et la fin –transfert de niveau 3 –IP, X.25 –besoin d une trame pour le transport Trame IP en WDM paquet IP sur SONET (encapsulation dans PPP ou LAP-B)

16 16 Transfert de paquets (niveau 3)

17 17 Transfert de trames (niveau 2)

18 18 Transfert niveau 2 et niveau 3

19 19 Transfert de paquets Nœud de commutation/Nœud de routage –Routeur (adresse complète du destinataire) –Commutateur (utilisation dune référence) Performance Commutateur/Routeur Les routeurs-commutateurs

20 20 Routage Table de routage –157, 51, 35, 43 sortie 1 –157, 51, 44, 251 sortie 3 –158, 2, 208, 23sortie 2 –158, 3, 123, 132sortie 2

21 21 Commutation Table de commutation –13sortie 2 avec référence 47 –15sortie 3 avec référence 23 –19sortie 3 avec référence 170 –23sortie 1 avec référence 47 –132sortie 2 avec référence 89

22 22 i i m m Liaison/circuit virtuel = association de i, j, k, l, m j k l A B C D E F Niveau trame/Niveau paquet Liaison virtuelle/Circuits virtuels. –table de commutation, exemple Ai Cj –Bj Dk

23 23 Commutation et routage En général –un transfert de niveau 2 est une commutation ATM, Ethernet, relais de trames –un transfert de niveau 3 est un routage IP mais tout est possible –Routage Ethernet avec l adresse IEEE 802.1q –commutation X.25

24 24 Transfert de paquets : futur Mettre en place un chemin pour effectuer des réservations partielles ou complètes de ressources pour permettre une qualité de service –Liaison/Circuit virtuel en commutation « hard state » utilisation dune signalisation de mise en place et de destruction modification du chemin complexe –Route fixe dans les réseaux routés « soft state » utilisation du premier paquet du flot rafraîchissement obligatoire modification du chemin simple

25 25 Mode connecté et non connecté En général –un mode connecté va avec une commutation ATM, relais de trames –Un mode non connecté va avec un routage IP Mais: –un mode connecté peut avoir un routage ? –Un mode non connecté peut être en commutation Ethernet commuté

26 26 Adressage Référence –Référence simple X.25, relais de trames (commutation) –Adressage plat ou référence simple Ethernet (commutation) –Référence hiérarchique ATM: 2 niveaux (commutation) Adresse –Adressage hiérarchique IPv4: 2 niveaux de hiérarchie (routage) IPv6: 8 niveaux de hiérarchie (routage) n° de constructeurn° de série

27 27 Contrôle de flux Pour réseaux commutés et routés But: empêcher que les nœuds soient congestionnés – contrôle par le terminal intelligent exemple: slow start et collision avoidance –contrôle par le réseau contrôle d accès : CAC (Connection Admission Control) espaceur priorité

28 28 Contrôle de flux Internet

29 29 Contrôle de flux télécom Contrôle d accès : CAC (Connection Admission Control) –Signalisation permettant de réserver des ressources sur une route Espaceur Priorité –3 priorités Classe avec garantie complète (priorité 1) Classe avec garantie partielle (priorité 2) Sans garantie (priorité 3)

30 Délai maximum de traversée Application isochrone

31 31 Architecture de type Internet –Caractéristiques Réseau de réseaux Intelligence au niveau des machines terminales Best effort Simplicité –Inconvénients Pas de gestion globale Techniques de routage parfois lourde Difficultés de supporter des applications isochrone Pas de qualité de service

32 32 Architecture Internet Solutions –Possibilité de distinguer les paquets –Introduction dune signalisation –Service avec garantie de qualité de service Protocoles –IPv6 –RSVP –IntServ –DiffServ –MPLS

33 33 Les câblo-opérateurs Réseaux câblés pour la vidéo (plusieurs dizaines de canaux de télévision couleur) Applications: vidéo,... –Caractéristiques: très haut débit numérique –200 Mbit/s Mbit/s Mbit/s Kbit/s MPEG (Moving Pictures Experts Group) –MPEG 2 MPEG4 MPEG7 MPEG12 Compromis débit/taux d'erreur Réseaux câblés CATV et fibre optique –Utilisation de canaux analogiques et numériques

34 34 MPEG 2

35 35 MPEG 4 Video à la demande en utilisant MPEG 4 –décomposition en approximativement 10 objets –11 niveaux de hiérarchie 110 flots

36 La boucle locale

37 37 La boucle locale –La fibre optique jusquau quartier FTTQ jusquau trottoir FTTC jusqu au bâtiment FTTB jusquà la prise FTTH –Le CATV le modem câble le multimédia problème de la voie daccès montante (utilisateur vers terminal) technique daccès IEEE

38 38 Boucle locale Les techniques HFC (Hybrid Fiber Coax) Fibre optique CATV

39 39 Réseau daccès Les paires métalliques + modem xDSL (x Data Subscriber Line) –ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) 1,5 Mbit/s pour 6 km, 2 Mbit/s pour 5 km, 6 Mbit/s pour 4 km, 9 Mbit/s pour 3 km, 13 Mbit/s pour 1,5 km, 26 Mbit/s pour 1km, 52 Mbit/s pour 300 mètres. –RADSL (Rate Adaptive DSL), SDSL (Symmetrical DSL) HDSL (High-bit-rate DSL) et VDSL (Very-high-bit-rate DSL)

40 40 Multiplexage: DSLAM Paires métalliques Fibre optique Modem + ATM DSLAM DSLAM : DSL ATM Multiplexer

41 41

42 42 Réseaux daccès –Les ondes hertziennes terrestres –de la pico cellule à la cellule parapluie IMT 2000 (International Mobile Telecommunication for the year 2000) –débit jusquà 2 Mbit/s UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) et IS-95B –faible mobilité: 2 Mbit/s –forte mobilité: 64 Kbit/s GPRS: extension du GSM en n. 9,6 Kbit/s –Les ondes hertziennes satellite Constellations de satellites –LEOS Low Earth Orbit Satellite –MEOS Medium Earth Orbit Satellite –GEOS Geostationary Earth Orbit Satellite

43 Les applications

44 44 Services Vidéo on Demand Filetransfert Criticalapplications Intranet Voice Bande passante Niveau de service VideoConference

45 45 Les applications Les applications stream ou rigide –Fort temps réel: interactivité ou problème décho interactivité entre humains ou temps réel industriel –téléphonie –visioconférence –Temps contraint interactivité homme machine –émulation de magnétoscope Les applications élastiques –Temps non contraint Problème: radio, VoD, télévision diffusée, etc 2005: applications stream 10%, élastiques 90%

46 Évolution des architectures

47 47 Relais de trames Commutation Ethernet Routage IP Fast packet Amélioration de lOSI Commutation de paquets Commutation de cellules Commutation ATM MAN/DQDB Evolution

48 48 I.441 noyau I.441 ou spécifié par l'utilisateur Le relais de trames (Frame relay) Dans les nœuds intermédiaires on commute les trames sans tenir compte des reprises sur erreurs, du séquencement, de temporisateurs de reprise,... ceci est laissé à un niveau supérieur.

49 49 Réseau local Ethernet Réseau local Ethernet Trames Ethernet La commutation Ethernet Effectuer une commutation directement sur la trame Ethernet Adressage –adresse absolue –référence (shim address) –adresse VLAN (Virtual LAN)

50 50 IP (Internet Protocol) TCP (Transmission Control Protocol)UDP Telnet FTP Rlogin SMTPTFTP RARP ARP NFS Architecture Internet et routeur IP

51 51 Architecture Internet et routeur IP Routeur Sous-réseau ou LIS LIS : Logical IP Subnet

52 52 Réseau IP de 2e génération Routeur

53 53 RNIS - Réseau Numérique à Intégration de Services Technique intermédiaire pour satisfaire à la fois aux contraintes de linformatique et des télécom RNIS Bande Etroite Superposition de réseaux à commutation de paquets et à commutation de circuits. –Canaux B : circuits à 64 Kbit/s –Canaux D16 : canaux paquets de 16 Kbit/s. –2B + D16 Le RNIS Bande Etroite est orienté circuit.

54 54 X.25 X.21 réseau téléphonique relais de trames équipement terminal commutateur réseau de distribution ou réseau local de distribution interface réseau de transport réseau privé réseau sémaphore passage des commandes RNIS - Réseau Numérique à Intégration de Services

55 55 X.25 X.21 réseau téléphonique réseau satellite équipement terminal commutateur réseau de distribution ou réseau local de distribution interface réseau de transport réseau privé réseau sémaphore passage des commandes Réseau large bande RNIS - Réseau Numérique à Intégration de Services

56 56 équipement terminal commutateur réseau de distribution ou réseau local de distribution interface réseau de transport réseau privé réseau sémaphore réseau large bande Le RNIS

57 57 RNIS Large Bande L'objectif du RNIS large bande est d'atteindre des capacités de transport qui se chiffrent en Gbit/s. 2 possibilités: –la technique temporelle synchrone ou STM (Synchronous Transfer Mode), –la technique temporelle asynchrone ou ATM (Asynchronous Transfer Mode). La technique de transfert ATM Normalisée par le CCITT à partir de 1988 Commutation de cellules

58 58 Octet HEADERINFORMATION 5 48 La commutation de cellules Technique destinée à remplacer à la fois la commutation de circuits et la commutation de paquets. Paquet de longueur fixe = 53 octets

59 59 Réseau cellule 48 octets 6 ms 28 ms La commutation de cellules

60 60 paquet 1 cell 1cell4 cell 1cell 4 propagation de la cellule propagation du paquet Commutation de cellules

61 61 Protocoles et Fonctions Plan de contrôle Plan utilisateur Couche d'adaptation Couches ATM Couche Dépendant du Support Physique Plan de gestion des couches supérieures Architecture ATM Modèle de référence UIT-T Composé de 3 plans

62 62 Normalisation CS Convergent Sublayer SAR Segmentting And Reassembly Physical Dependent Medium TC Transmission Convergence PM Physical Medium AAL ATM PDM ATM Adaptation Layer Asynchronous Transfer Mode

63 SONET SDH

64 64 SONET –SONET (Synchronous Optical Network) est à l'origine une recommandation du CCITT pour l'interconnexion des réseaux longue distance des opérateurs. –SONET : proposition de BELLCORE (Bell Communication Research) compromis entre les intérêts américains, européens et japonais, pour permettre l'interconnexion des réseaux des opérateurs.

65 65 N x 90 octets 9 rangées octet octet octet 87 octets octets de contrôle 3 octets 810 octets x 8 x 8000 = 51,84 Mbit/s PDM Physical Dependent Medium Les interfaces utilisateur de 155,520 et de 622,080 Mbit/s sont basées sur les interfaces SONET et SDH. SONET (Synchronous Optical Network) La trame SONET STS-N

66 66 SONET/Optical Carrier –OC-151,84 Mbit/s –OC-3155,52 Mbit/s –OC-9466,56 Mbit/s –OC-12622,08 Mbit/s –OC-18933,12 Mbit/s –OC ,16 Mbit/s –OC ,24 Mbit/s –OC ,32 Mbit/s – OC Gbit/s

67 67 9 octets261 octets SOH Section Overhead SDH SDH (Synchronous Digital Hierarchy), a été normalisée par le CCITT (G.707, G.708, G.709). Les niveaux 155, 622 et 2488 Mbit/s de SONET.

68 68 SDH STM-n : Synchronous Transport Module niveau n –STM-1155,52 Mbit/s –STM-4622,08 Mbit/s –STM ,16 Mbit/s –STM ,24 Mbit/s –STM ,32 Mbit/s –STM ,64 Mbit/s –STM ,28 Mbit/s

69 69 UNI NNI UNI = User Network Interface NNI = Node Network Interface NNI UNI Interface

70 70 Cellule ATM GFC= Generic Flow Control VCI= Virtual Channel Identifier Octet HEADER INFORMATION 5 48 GFC VPI Bits VCI UNI interface VPI Bits VCI PT CLP HEC NNI interface VPI= Virtual Path Identifier PT = PayloadType CLP = Cell Loss Priority HEC = Header Error Control PT CLP HEC

71 71 Commutateur de cellules AB CD X Y L M NO T U X X Y Y..... A B C D T U T U L N M O Ligne d'entrée Etiquette d'entrée Ligne de sortie Etiquette de sortie ATM Mode avec connexion Après la mise en place d'un chemin virtuel, les cellules suivent toujours le même chemin.

72 72 Couche ATM VCI : Virtual Channel Identifier (voie virtuelle) VPI : Virtual Path Identifier (conduit virtuel) VP VC VP TerminalCommutateur VP Brasseur Cross-connect Commutateur VC/VP Commutateur ATM ATM Switch Terminal VC 1 VC 2 VC 3 VC 4 VC 1 VC 2 VC 3 VC 4 VP 1

73 73 Utilisateur SSCS-PDU CPCS-PDU Cellule Couche AAL et ATM

74 74 Classe A Classe B Classe C Classe D Synchro. source récepteur ForteFaible FluxConstantVariable Type de connexion Orienté connexion Sans connexion AAL - ATM Adaptation Layer 4 classes de service dans le niveau AAL définies en 1990 –Classe A : Emulation de circuit - AAL1 –Classe B : Vidéo à flux variable - AAL2 –Classe C : Flot de données avec connexion AAL3 et AAL5 –Classe D : Transfert de données sans connexion AAL4

75 75 47 octets AAL 2 : Service VBR (Variable Bit Rate) Adapté pour le transport de la voix compressée ou de la vidéo fortement compressée Technique choisie par les opérateurs de mobiles 1 octet Début de la première micro-cellules Micro-cellule (inférieur à 64 octets) CID (Channel identifier) CIDCID LILI LI (Length Indicator) UUI (User to User Indication) HEC (Header Error Control) UUIUUI HECHEC

76 Classes de service et contrôles de flux

77 77 Service ATM CBR (Constant bit rate) : bande passante fixe. VBR (Variable bit rate) : trafic variable dans le temps. (version RT et NRT) ABR (Available bit rate) : applications qui sont sensibles aux pertes. GFR (Guaranteed Frame Rate) : applications qui sont sensibles aux pertes. UBR (Unspecified bit rate) : meilleur effort (best effort). Il n'y a aucune garantie.

78 78 VBR + CBR Somme des réservations Somme réellement utilisée Utilisation potentielle par le trafic ABR et GFR Services ATM

79 Les architectures

80 80 TCP IP Applications ? AAL ATM High-speed medium ? Ethernet Architectures ?

81 81 TCP IP AAL ATM Architectures TCP IP Ethernet

82 82 Architecture de réseau actif TCP IP AAL ATM

83 83 IP Ethernet AAL ATM TCP IP TCP Ethernet Relais de trames Architectures

84 84 TCP IP AAL ATM IP AAL ATM TCP IP AAL ATM TCP/IP sur ATM ou sur Ethernet

85 85 AAL ATM AAL ATM SONET/SDH Architecture ATM native

86 86 TCP IP TCP IP SONET ou... Gigarouteur ou commutation Architecture IP native

87 87 Ethernet SONET ou... Commutation Ethernet ou Gigarouteur Ethernet Interface native Ethernet Interface native Ethernet Architecture Ethernet native

88 88 MPLS Multiprotocol Label Switching –Association dIP et dATM et Ethernet Références (VPI/VCI et Shim Address) TCP IP AAL ATM IP AAL ATM TCP IP Ethernet IP Ethernet AAL ATM

89 89 équipement terminal commutateur réseau de distribution ou réseau local de distribution interface réseau de transport réseau privé réseau sémaphore réseau large bande Réseau téléphonique Réseau Intranet RNIS large bande

90 90 Conclusion Native ATM QoS Native IP IP over EthernetIP over ATM


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