Première partie Introduction Les protocoles et les moyens Réseaux haut débit Première partie Introduction Les protocoles et les moyens

La course au débit. Pourquoi ? Pour répondre à de nouveaux besoins en ayant les possibilités technologiques de les satisfaire. Les architectures de type client – serveur et les applications multimédia (données, sons, images animées ) sont gourmandes en bande passante. Est naturellement apparu un besoin de réseaux multiservices hauts débits.

Besoins Particulier (besoins asymétriques) Entreprise de taille moyenne Cœur réseau 1Gbs ->10Gbs Raccordement actuel internet 2Mbs à 10 Mbs symétriques ->10Mbs-30Mbs

Type de données Voix interactive nécessite un intervalle strict entre chaque échantillon (transfert isochrone). Temps de transit faible et stable Taille des paquets faible Perte d’un paquet sans importance On peut utiliser des techniques de compression Video Même problème que la voix mais souvent sans interaction Données Intégrité absolue nécessaire Temps de transit souvent sans importance

Caractéristiques d’un réseau Commutation De circuits De paquets La commutation de circuits oblige à garder le même circuit pendant tout l’échange ce qui sous-utilise la bande passante alors que la commutation de paquets permet de récupérer les blancs dans la conversation (60% du temps). Ex : GSM, GPRS Multiplexage Fréquentiel ( FDM frequency division multiplexing) Temporel (TDM time division multiplexing

Caractéristiques d’un réseau Contrôle d’intégrité Contrôle d’admission Contrôle de flux ( fenêtrage ) Qos Débit Temps de transit ( durée et stabilité (Gigue)) Perte d’information

Caractéristiques d’un réseau Avec connexion (CONS) Avant d’échanger les données on doit établir un chemin. Une fois le chemin établi seules les données circulent Il y a trois états : connexion, liaison, déconnexion si le circuit n’est pas permanent Ceci nécessite des messages spécifiques de gestion : la signalisation. Elle est généralement outband c’est-à-dire qu’elle n’emploie pas les mêmes moyens que les données On réserve des ressources durant le temps du chemin alors qu’on ne les utilisera pas toujours On est sur que l’information arrive au bon débit, dans l’ordre Ce type de réseau ne résiste pas « naturellement «  à une défaillance Sans connexion (CLNS) Pas de chemin préétabli. Chaque paquet doit contenir l’adresse de destination Nécessité de routage Risque de congestion du réseau Il n’est pas sur que l’information arrive et encore moins dans l’ordre Bonne résistance aux défaillances

Caractéristiques d’un réseau Réseau avec connexion Téléphonie WAN Technologies :PSDN,X25,ATM,MPLS Réseau sans connexion Courrier postal Lan Technologie : IP NB : IP se contente d’adapter des paquets à la taille maximum permise (MTU) en désignant les machines d’extrémité ( adresse IP) En IP la « connexion » est assurée par TCP UDP

Classe de service Classe A constant bit rate (CBR) Classe B Variable bit rate ( VBR) Classe C Connection oriented data service Classe D Connectionless data service temps isochrone Isochrone asynchrone débit Constant variable mode connecté Non connecté Applications Types Voix intéractive Voix ou vidéo compréssée Données données

Les hauts débits comment ? Nouveaux médias ou meilleure utilisation des medias (cuivre, optique, hertzien) Nouveaux protocoles Spécification de règles Nouveaux matériels Chaque nouveauté amène un nouveau sigle. Il est important de connaître les sigles du moment et d’avoir une petite idée de leur signification.

Pile Iso 4 - 1 4 Transport Responsable de la fiabilité , de la transparence du transfert des données entre les points finaux . Fournit la correction d'erreurs globale et la gestion de flux . Manipule les paquets, reformate les messages, divise les messages en paquets avec correction d’erreurs. 3 Réseau Responsable des fonctions d’adressage et de contrôle ( ex : routage ) nécessaires pour transporter les données au travers du réseau. Ceci comporte l’établissement, le maintien et la libération des connexions incluant la commutation par paquets, le routage , le contrôle de flux, le réassemblage des données et traduction des adresses logiques en adresses physiques. 2 Liaison Responsable de la transmission sans erreur et de l’établissement des raccordements logiques entre les stations. Ceci est réalisé par encapsulation des bits bruts de la couche physique en blocs de données (trames) et l’envoi de ces trames avec la nécessaire synchronisation, le contrôle d’erreur et la gestion de flux nécessaires. 1 physique

Pile Iso La pile Iso était très à la mode dans les années 90 Couches hautes : application, présentation, session Les protocoles réels ne respectent pas vraiment la structure mais il est utile de « positionner » un protocole dans la pile Toutes les données d’un réseau ne doivent pas être traitées de façon semblable ( signalisation en téléphonie)

Nouveau protocole prévoir une évolution Protocole nouveau Nouveaux besoins Nouvelles notions Autres protocoles Notions conservées Compatibilité ? Notions abandonnées : - Mauvais choix - Évolution technologique Besoins couverts Notions intégrées Qualités Défauts constatés Protocole ancien

Protocoles réseau 5 session LDAP, DNS, RPC 4 Transport TCP, UDP IP,DHCP, MPLS, routage (BGP,OSPF), X25 2 liaison frame relay, ATM, Tunneling (L2TP), résolution d’adresses (ARP), SDLC,HDLC,LAPB, LAPD, PPP, Ethernet 1 physique 10xx Base T ou FX, SDH/SONET, xDSL, ISDN S0, standards de modems (Vxx), standards d’interface (X21,V35,RS232,RS449)

Plan Le monde IP est supposé connu. Approche « historique » sur l’ évolution des protocoles vers le haut débit. Protocoles généraux SDLC/HDLC/LAPB PPP Protocoles de la téléphonie fixe PSDN,SDH,RNIS Protocoles pour les réseaux de données X25, relais de trame Protocoles pour la convergence voix/données ATM,MPLS Technologies optiques et GMPLS

Protocoles généraux SDLC/HDLC/LAPB PPP

SDLC/HDLC/LAPB Besoin d’origine: communication entre un ordinateur et ses périphériques Ce sera SDLC ( synchronous datalink control) le protocole pour le réseau SNA d’IBM. Il donnera naissance à HDLC( high Level) puis à LAP ( link access procedure) et LAPB … Structure de trame Flag | Address |Control |Information |FCS| Flag Fanion 0x7E | adresse | commande | information|CRC| fanion 0x7E 8|8| >0 |16|8 Bits de bourrage Un seul champs d’adresse ( la destination) car utilisé à l’origine entre ordinateur (maitre ) et périphérique

HDLC > modes d’opérations 3 types de trame (différant par le champ contrôle) Information (Taille de fenêtre 8 en mode normal/128 en mode étendu) 0|N trame émise|P/F|N trame à recevoir Supervision ( acquittement(RR), rejet (RNR,REJ,SREJ)) |1|0|commande|P/F| N tram à recevoir Non numérotées ( commandes avec taille de fenêtre 1) |1|1|Commande|P/F| commande| P/F demande de réponse / trame finale 3 modes d’opération Maitre esclave (NRM) Maitre semi esclave (ARM) Poll/final bit permet de passer le contrôle Symétrique ( ABM)

HDLC > LAPB LAPB : « réduction » d’HDLC pour un mode point à point Le champ adresse n’a que deux valeurs 01 DTE vers DCE 03 DCE vers DTE 1 seul mode d’opération : symétrique

HDLC/LAPB : types de trame Trames de supervision RR Information frame acknowledgement and indication to receive more. REJ Request for retransmission of all frames after a given sequence number.RNR Indicates a state of temporary occupation of station (e.g., window full). SREJ Request for retransmission of one given frame sequence number ( SDLC seulement) RNR Indicates a state of temporary occupation of station (e.g., window full) ( LAPB seulement) Trames non numérotées DISC Request disconnection. UA Acknowledgement frame. DM Response to DISC indicating disconnected mode. FRMR Frame reject.( FRS correct mais contenu incorrect. Raison + copie du champ de contrôle ) SABM Initiator for asynchronous balanced mode. No master/slave relationship. SABME SABM in extended mode. SARM Initiator for asynchronous response mode. Semi master/slave relationship. SARME SAMR in extended mode. REST Reset sequence numbers. CMDR Command reject. SNRM Initiator for normal response mode. Full master/slave relationship. SNRME SNRM in extended mode. RD Request disconnect. RIM Secondary station request for initialization after disconnection. SIM Set initialization mode. UPUnnumbered poll. UI Unnumbered information. Sends state information/data. XID Identification exchange command. Trames d’information

HDLC > notions Fanion, bits de bourrage. Signalisation/correction d’erreur Adressage Fenêtrage Modes de fonctionnement Temporisation Défauts : Protocole défini à l’origine pour une relation maître esclave puis étendu à des relations symétriques . Le bit P/F peut être ambigu

PPP Besoins : transporter entre deux points des protocoles différents Trame de type HDLC mais orientée octet Fanion|adresse|commande|protocole|information|FCS|fanion 8|8|8|8 ou 16|8 x n |2ou 4|8 Fanion HDLC standard| adresse = 255| commande par défaut : trame non numérotée =3| protocole | information de taille 1500 octets |fanion HDLC Notion d’état de la liaison Négociation LCP : protocole de contrôle de liaison qui active, teste,négocie, désactive Authentification PAP,CHAP,… NCP : négocie les options de la couche réseau Code de protocoles IP:21, LCP:C021, CHAP : C223, NCPIP:8021

PPP Connexion de routeurs PPP sur liens multiples Authentifié Négociation des options LCP Négociation NCP Établissement Authentification Réseau Détection de porteuse Ouverture Mort Terminé Terminaison

Trame de contrôle Elle contiennent le code de protocole et dans le champ de données Code|identifier|length| données de commande 8|8|16| L’identifier est un label utilisé pour vérifier que l réponse correspond à la demande Comme il y a un état du lien tous les autre protocoles de contrôle utilisent le même type de trame avec les mêmes commandes Un dialogue LCP commence par Configure request + options demandées Les options sont toujours sous la forme |type|longueur|données MRU,type d ’authentification,compression,nombre magique Et aura en réponse Configure Ack options acceptées Configure Nack options refusées à renégocier Configure reject options refusées ( définitivement)

Évolution de la téléphonie fixe Téléphonie puis services ajoutés POTS ( plain old telephone service ) analogique Téléphonie numérique ISDN/RNIS Convergence voix/données Réseau ATM Réseau MPLS

Téléphonie ( PSTN , RTC) A la base un canal 64Kbs Echantillonnage 8Khz 8 bits USA : 64Kbs DS0 Codage PCM logarithmique mu-law 24 DS0 = 1DS1 nommé T1 Europe : 64 Kbs E0 Codage MIC ( idem PCM) logarithmique a-law 32 DS0 = E1 2Mbs (Europe) E2 = 128 lignes E0 (8Mbps), E3 = 16 lignes E1 (34Mbps), E4 = 64 lignes E1 (140Mbps) La signalisation utilisait le bit de poids faible des données (CAS) ( donc signalisation in band)

Téléphonie E1 Trame E1 de 256 bits divisée en 32 IT ( intervalles de temps, time slot ) L’IT 0 sert au verrouillage de trame ( synchronisation sur trame impaire, signalisation sur trame paire (alarmes) ) LIT 16 sert à la signalisation ( 4 bits par voie utile) Les autres IT sont les 30 voies utiles Par multiplexage temporel (TDM) synchrone on transmet 30 communications sur une artère E1 La signalisation est CCS (common channel signaling) de protocole SS7

Téléphonie PDH La hiérarchie numérique plésiochrone ou PDH (en anglais Plesiochronous Digital Hierarchy) est une technologie utilisée dans les réseaux de télécommunications afin de véhiculer les voies téléphoniques numérisées. Une voie E2 combine quatre voies E1. Pour cela il faut que les horloges de celles-ci soient parfaitement identiques. Le multiplexeur combine bit à bit les 4 fluxs en ajoutant des informations de gestion Pour qu’il n’y ait pas de bit manquant du à des différences d’horloge les voies E1 sont en léger surdébit (E1=2048bs E2=8448Kbs) Le multiplexeur ajoute des bits de bourrage http://www.trendtest.com/trendweb/resource.nsf/vlFileURLLookup/PDH.quick.guide/$FILE/PDH.quick.ref.pdf#search=%22E1%20FAS%22

SDH/SONET Ont été étudié pour des lasers ou des leds couplés à une fibre optique SONET opére à 51.840 Mbit/s (STS-1) (Synchronous Transport Signal one). SDH opére trois fois plus rapidement en combinant trois flots ( STS-1) (STM -1 Synchronous Transport Module-level 1) à155.52 Mbit/s. Une trame est de 810 octets en deux parties TO Transport overhead surdébit Synchro (0xF628). RSOH regenerator Section overhead Indications de gestion sur la section. en particulier comme STM-1 contient trois flots STS-1 on donne le numéro de flot MSOH multiplexor section Overhead Indications de gestion sur la ligne. Contrôle de la qualité, il véhicule par ailleurs des voies de services. SP Synchronous payload enveloppe de charge utile PO Path overhead regroupe les informations de service, la justification (gigues et dérapages) et la mesure de qualité de bout en bout du conduit. Payload charge utile ( 774 octets) L’enveloppe de charge utile ne démarre pas forcément après le TO Le champ LO contient un pointeur sur le début de l’enveloppe

Téléphonie SDH/Sonet SONET 810 octets, SDH 2430 octets

Téléphonie SDH/SONET La figure montre des multiplexeurs et des régénérateurs On encapsule les signaux dans des conteneurs virtuels VC (POH +données) VC11 pour T1 1,5Mbs, VC12 pour E1 2Mbs, VC2 pour 6Mbs,VC3 45Mbs VC4 140Mbs Le mécanisme de contrôle s’appelle BIP-xx suivant le nombre d’octet sur lequel est calculé le résultat. Le BIP s ’applique soit sur le RSOH, le MSOH, ou le POH

SDH/SONET > réseau ADM (add drop multiplexer)

Téléphonie SDH/SONET Texte de France telecom sur SDH http://www.francetelecom.com/sirius/rd/fr/memento/mento4/m4chap3.pdf Cours SDH par Benoit de Dinechin http://www.epinard.free.fr/SDH/PDHSDH.php Texte SDH du BEP http://www.ulb.ac.be/students/bep/files/sdh2.0.pdf Testeur SDH Trend http://www.trendtest.com/trendweb/resource.nsf/vlFileURLLookup/en%5E%5ESDH+monitoring/$FILE/SDH+monitoring+with+Victoria.pdf Textes Tektronix sur SDH http://www.tek.com/Measurement/cgi-bin/framed.pl?Document=/Measurement/App_Notes/sdhprimer/&FrameSet=optical

Téléphonie ISDN RNIS BRI accès de base = 2B + 1D( partagé par les 2B) PRI accès primaire de type E1 en Europe En France Numeris BRI = S0/T0 PRI = T2 S0 est un bus permettant de brancher 5 terminaux Trame physique de 48 bits = 12 bits synchro , 4bits D,16bits B1, 16bits B2

LAPD Besoin : adapter HDLC aux besoin du canal D RNIS Link access protocol canal D Trame HDLC orientée octet Flag| Address| field Control| field Information| FCS Flag 8|16|8| 8xn|8 Format d’adresse Octet 1 :SAPI | C/R |EA1 SAPI Service Access Point Identifier : service requis Indique le service fourni au niveau 3 (0 contrôle d’appel,1 paquet Q.931,16 paquets, 63 gestion) C/R : command (0) response (1) EA1 : 0 Octet 2 : TEI | EA2 TEI (terminal end point identifier) 0-63 fixe, 64-126 automatique,127 broadcast EA2 : 1

LAPD > Établissement de la couche liaison Le TE (Terminal Endpoint) et le réseau échangent des trames (RR) Demande d’un TEI Le TE envoie une trame non numérotée( UI) avec un SAPI de 63 (management procedure, query network) et un TEI de 127 (broadcast) Le réseau répond UI avec un TEI disponible (entre 64-126) Initialisation de l’échange avec le TEI donné Le TE envoit une trame Set Asynchronous Balanced Mode (SABME) avec un SAPI of 0 (call control ) and a TEI de la valeur assigné par le réseau Le réseau répond par un Unnumbered Acknowledgement (UA), SAPI=0, TEI=assigned.

LAPD > Établissement d’une communication Messages Q.931 (porté sur des trames d’information avec SAPI=0 ,TEI= assigned ) + supervision RR <> RR : échange de trame RR entre moi et réseau SETUP : je demande une communication RR CALL PROCEEDING : le réseau répond appel en cours ALERTING : le réseau répond ça sonne ! CONNECT : le réseau répond appel établi CONNECT-ACK : ok compris je communique DISCONNECT : je me déconnecte RELEASE : le réseau répond j’ai libéré RELEASE COMPLETE : ok compris c’est libéré

Téléphonie ISDN Les services RNIS existent maintenant sur la téléphonie « ordinaire » POTS (Plain Old Telephone Service ) L’utilisation courante est la visioconférence ( en couplant les 2 canaux B pour avoir 128Kbs) Voir http://www.linux-france.org/prj/inetdoc/articles/rnis/part2.chapter1.what.html http://www.protocols.com/pbook/isdn.htm

Évolution des réseaux de données Réseaux purement données X25 Relais de trame Convergence voix/ données ATM MPLS

X25 L’ambition était de faire un réseau de données ( donc sans erreur de transmission) C’était au temps des terminaux passifs que l’on connectait au réseau au travers d’un PAD Liaison niveau 2 assurée par LAPB Fonctions sur les paquets calquées de celle du niveau 2 Contrôle d’erreur Paquet d’appel Paquet de données ( avec contrôle de flux par fenêtre) Paquet d’interruption Paquet de contrôle de flux( RR,RNR,RNEJ) Fonctions de niveau 3 : Circuit virtuel ( permanent (CVP) ou commuté (CVC)) LGN logical channel group number sur 4 bits LCN logical channel number sur 8 bits Plan d’adresse X121 international data number (IDN) de deux champs: 4 octets data network identification code (DNIC) et un digit national terminal number (NTN) ( de 10 octets au plus) Occupation de bande passante par un CV même s’il n’y a pas de trafic

Relais de trame > trame On met dans le champ adresse de LAPB le numéro de circuit virtuel (CV) Les CVs ne consommeront de la bande passante que quand ils seront utilisés. Il y a donc possibilité de congestion Trame LAPB modifiée DLCI 10-bit d’adresse correspondant à un PVC C/R trame commande ou réponse EA Extended Address ( un ou deux octets supplémentaires d’adresse) EA=0 adresse sur 10bits sinon 17 ou 24 FECN Forward Explicit Congestion Notification (voir ECN). BECN Backward Explicit Congestion Notification (voir ECN). DE Discard eligibility Information de 262 à 1600 octets ECN Explicit Congestion Notification Bits La congestion entraîne des pertes de trame qui doivent être réémises ce qui augmente la congestion. On notifie que la congestion vient d’une difficulté d’accès à la destination (FECN) ou d’un débit trop important de l’émetteur (BECN). Les équipements doivent alors réduire leur débit. Le bit DE indique si la trame est de basse priorité (1) ou doit être transmise prioritairement.

Relais de trame > adressage, erreurs DLCI de 0 à 1023 0 Établissement de circuit (Q.931) 1 – 15 Réservés 16 – 1007 DLCI utilisateurs (PVC, SVC) 1008 – 1018 Réservés 1019 – 1022 Multicast 1023 Signalisation de la congestion et états des liens On vérifie que les flags sont corrects, que le DLCI est valable et que le contrôle FCS est bon, les trames non valides sont éliminées. La gestion globale d’erreur est reportée sur le niveau 3

Relais de trame LES CV sont unidirectionnels La machine distante établit son propre CV de retour Pratiquement les opérateurs n’offrent que des CVP La signalisation se fait sur un canal sémaphore avec des commandes de même type que Q931 ( Q933) Au dessus des fonctions noyau on définit une sous couche EOP( element of procedure) non normalisée

Relais de trame > multicast, CIR, EIR Nouvelles notions Multicast : le routeur envoie la trame sur un DLCI reservé comme groupe multicast et le réseau délivre la trame à une liste de demandeurs CIR commited information rate : débit garanti Les trames dépassant le CIR sont marquées avec DE=1 par le réseau EIR extended information rate : débit maximal autorisé Au dessus de l’EIR les trames sont éliminées Tc Committed rate measurement interval : CIR et EIS grandeurs sont calculées par débit x Tc

Relais de trame > CLLM, LMI La gestion de congestion ECN est injuste pour les dispositifs n’ayant pas provoqué la congestion On utilise CLLM (Consolited Link Layer Management) qui permet à un dispositif de prévenir ses voisins de sa congestion et de leur en indiquer la cause On utilise le DLCI 1023 pour donner une liste des VC en cause Il faut pouvoir connaître l’état de chaque circuit On utilise LMI (link monitoring interface) pour transmettre dans une trame avec DLCI 0 ou 1023 (suivant les standards) les numéros et l’état de tous les DLCI d’une interface

Bibliographie Livres G. Pujolle écrit des livres depuis 20 ans. Son dernier est complet sauf sur les technologies les plus récentes Tanenbaum s’est fait connaître par un ( très bon) livre sur l’architecture des ordinateurs La dernière version de 2003 a malheureusement (pour moi) gardée une présentation suivant la pile Iso Claude Servin professeur au CNAM Le plus complet, très clair Sur le net Wikipedia ( de préférence en anglais) Les sites des constructeurs ( cisco, 3com, Juniper …) www.protocols.com http://www.javvin.com/protocol/index.html Les sites des labos et des écoles