Réseaux: La synthèse Les architectures Guy Pujolle Guy.Pujolle@lip6.fr.

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1 Réseaux: La synthèse Les architectures Guy Pujolle

2 Trafic total Gbit/jour Internet Téléphone 1998 1999 2000 2001 2002
Données Internet Téléphone

3 Les catégories de réseaux
PAN Personal Area Network LAN Local Area Network MAN Metropolitan Area Network WAN Wide Area Network Réseaux étendus Réseau personnel Réseaux locaux réseaux métropolitain 1 m 10 m 100 m 1 km 10 km 100 km

4 Le paysage technique Guy Pujolle

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

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 Commutation de circuits
Passage au transfert de paquets en 1988 Réel Coût Prévu en 1980 1980 2000 Guy Pujolle

10 Opérateurs télécom Multiplexage en longueur d’ondes WDM (Wavelength Division Multiplexing) Aujourd’hui 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 d’onde Commutateur optique circuit sur une longueur d’onde paquet en longueur d’onde

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,... Guy Pujolle

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

13 Les entités de transports
Message Segment Paquet Trame

14 Les entités de transports
Message Segment Trame

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 Transfert de paquets (niveau 3)

17 Transfert de trames (niveau 2)

18 Transfert niveau 2 et niveau 3

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

20 Routage Table de routage 157, 51, 35, 43 sortie 1

21 Commutation Table de commutation 13 sortie 2 avec référence 47

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

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 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 d’une 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 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 Adressage Référence Adresse 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 constructeur n° de série

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 Contrôle de flux Internet
16 8 4 2 1

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 Application isochrone
1 2 3 4 5 Délai maximum de traversée

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 Architecture Internet
Solutions Possibilité de distinguer les paquets Introduction d’une signalisation Service avec garantie de qualité de service Protocoles IPv6 RSVP IntServ DiffServ MPLS Guy Pujolle

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 MPEG MPEG MPEG12 Compromis débit/taux d'erreur Réseaux câblés CATV et fibre optique Utilisation de canaux analogiques et numériques Guy Pujolle

34 MPEG 2

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 La boucle locale La fibre optique Le CATV jusqu’au quartier FTTQ
jusqu’au trottoir FTTC jusqu ’au bâtiment FTTB jusqu’à la prise FTTH Le CATV le modem câble le multimédia problème de la voie d’accès montante (utilisateur vers terminal) technique d’accès IEEE Guy Pujolle

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

39 Réseau d’accès 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 Multiplexage: DSLAM Modem + ATM Paires métalliques DSLAM Fibre optique
DSLAM : DSL ATM Multiplexer

41

42 Réseaux d’accès Les ondes hertziennes terrestres
de la pico cellule à la cellule parapluie IMT 2000 (International Mobile Telecommunication for the year 2000) débit jusqu’à 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 Services Niveau de service Bande passante Video Voice Conference Vidéo
on Demand Critical applications Intranet File transfert Bande passante

45 Les applications Les applications “stream” ou rigide
Fort temps réel: interactivité ou problème d’écho 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 Evolution Relais de trames Commutation Ethernet Routage IP Fast packet
Amélioration de l’OSI Commutation de paquets de cellules Commutation ATM MAN/DQDB

48 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. I.441 noyau I.441 ou spécifié par l'utilisateur 2 1 3

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

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

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

52 Réseau IP de 2e génération
Routeur Routeur Routeur

53 RNIS - Réseau Numérique à Intégration de Services
Technique intermédiaire pour satisfaire à la fois aux contraintes de l’informatique 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 RNIS - Réseau Numérique à Intégration de Services
interface réseau de transport réseau privé X.25 X.21 commutateur commutateur réseau téléphonique relais de trames équipement terminal réseau de réseau sémaphore distribution passage ou réseau local des commandes de distribution

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

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

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 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 Octet 5 48 HEADER INFORMATION

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

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

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

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

63 SONET SDH

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. Guy Pujolle

65 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 N x 90 octets 9 rangées octet octet octet octets octets de contrôle 3 octets 810 octets x 8 x 8000 = 51,84 Mbit/s

66 SONET/Optical Carrier
OC-1 51,84 Mbit/s OC ,52 Mbit/s OC ,56 Mbit/s OC ,08 Mbit/s OC ,12 Mbit/s OC ,16 Mbit/s OC ,24 Mbit/s OC ,32 Mbit/s OC Gbit/s Guy Pujolle

67 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. 9 octets 261 octets SOH Section Overhead

68 SDH STM-n : Synchronous Transport Module niveau n STM-1 155,52 Mbit/s
Guy Pujolle

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

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

71 ATM Mode avec connexion
Après la mise en place d'un chemin virtuel, les cellules suivent toujours le même chemin. Commutateur de cellules A B C D X Y L M N O T U ..... Ligne d'entrée Etiquette de sortie

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

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

74 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 Classe A Classe B Classe C Classe D Synchro. source récepteur Forte Faible Flux Constant Variable Type de connexion Orienté connexion Sans

75 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 47 octets Début de la première micro-cellules C I D U I H E C Micro-cellule (inférieur à 64 octets) L I CID (Channel identifier) UUI (User to User Indication) HEC (Header Error Control) LI (Length Indicator)

76 Classes de service et contrôles de flux

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

79 Les architectures

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

81 Architectures TCP IP Ethernet TCP IP AAL ATM

82 Architecture de réseau actif
TCP IP AAL ATM

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

84 TCP/IP sur ATM ou sur Ethernet
AAL ATM

85 Architecture ATM native
AAL ATM SONET/SDH

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

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

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

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

90 Conclusion Native IP Native ATM QoS IP over Ethernet IP over ATM