Architecture des Réseaux

Architecture des Réseaux

Architecture des Réseaux Architectures étendues
- Partie I -

Agenda (deuxième journée)
Interconnexion de réseaux Architectures étendues Solutions de réseaux d’accès Solutions de réseaux fédérateurs Notions de réseaux privés virtuels Réseaux de mobiles

Segmentation des services (1)
Classification des offres de services Nature technique (mode de transmission) Topologie des liens entre sites Liaisons point-à-point Réseaux étoilés Réseaux maillés Besoins des clients, attentes du marché On distingue deux types d’échanges en entreprise en fonction de la nature des sites : Communication entre les sites majeurs de l’entreprise Communication entre les sites périphériques de l’entreprise

Communication entre les sites majeurs Établissements de première importance : siège social ou administratif, centres informatiques, centres de R&D, bureaux d’étude, centres de production, directions régionales… Les besoins de communication entre ces sites conditionnent le fonctionnement global de l’entreprise Caractéristiques Volumes de données importants Flux de données nombreux et variés : travail coopératif, accès aux bases de données, visioconférence, back-up informatique… Pour véhiculer l’ensemble de ses applications stratégiques, l’entreprise doit s’appuyer sur un réseau fédérateur de grande capacité : le « backbone »

Qualités du backbone Unicité : il correspond aux caractéristiques propres de l’entreprise Adaptabilité : il doit évoluer rapidement… montée en débit ajout de sites … pour répondre aux changements de l’entreprise tests de nouvelles applications partenariat avec autres entreprises Migrations Capacité : il doit offrir des débits élevés Sécurité : garanties en relation avec… … les volumes transportés … la nature des applications … le caractère stratégique des informations transmises

Communication entre les sites périphériques Sites « autres » de moindre importance Généralement beaucoup plus nombreux ou dispersés : Agences, succursales, filiales, concessionnaires, franchisés… Personnel mobile de l’entreprise Télé-travailleurs Caractéristiques Volumes moindres Diversité Éloignement Le réseau entre les sites mineurs constitue le réseau « capillaire »

Besoins du réseau capillaire Communication interpersonnelle (messagerie, téléphone) Accès aux bases de données de l’entreprise (via un Intranet) Enjeux Convergence des applications Solutions globales (progiciels, clients légers) Uniformisation des interfaces (interactivité multimédia) Croissance très forte des flux Cadre budgétaire limité du fait de la taille des sites concernés De plus en plus, les débits d’accès du réseau capillaire s’orientent fortement à la hausse

Les nouveaux modes de travail et d’organisation des entreprises (la « e-transformation ») induisent une croissance exponentielle des flux Forte demande de montée en débit Développement de services « haut-débit » Augmentation de la bande passante opérateur Exploitation des nouvelles technologies (xDSL, ATM, WDM)

Exemple d’augmentation des débits à budget équivalent (offres FT) 2 x 2 Mb/s 6 x 45 Mb/s 4 x 15 Mb/s Inter LAN HD 4 Mb/s SMHD 270 Mb/s Global ATM 60 Mb/s 1999 Longue distance Métropolitain Transfix 512kb/s Transfix 36Mb/s Transfix 10Mb/s 1996 Budget mensuel 2 x 256 kb/s 6 x 3 x 2 Mb/s 5 x 2 Mb/s 16kF (distance 10km, 2 sites) 176kF (distance 35km, 4 sites) 340kF (distance 600km, 4 sites)

Offres de réseau backbone : services sur fibre optique Services ATM haut-débit Infrastructure opérateur Échelle régionale, nationale ou internationale Boucles SDH Réseau dédié de transmission Échelle agglomération Possibilités d’interconnecter plusieurs boucles

Offres de réseau backbone : services sur fibre optique Services ATM à la carte Interconnexion de réseaux locaux Échelle agglomération Extension des réseaux locaux avec le Fast Ethernet ou le Gigabit Ethernet Échelle locale

En fonction des paramètres suivants : Niveau de performance technique attendu Qualité de Service souhaitée Topologie du réseau et son évolution Quantité de trafic à écouler … le réseau capillaire peut être constitué de divers services compatibles entre eux

Offres de réseau capillaire Accès commutés : RTC, RNIS ou GSM Analogique ou numérique Facturation à la connexion, au temps et à la distance Accès permanents : liaisons louées Débit garanti Abonnement forfaitaire fonction de la distance Réseaux virtuels commutés ou permanents Accès X.25 Réseaux privés Frame Relay Nouvelles offres d’accès Solutions xDSL

La demande des entreprises évolue actuellement vers des solutions de plus en plus proche des besoins utilisateurs Offres de service de niveau supérieur (solutions IP) RPV-IP (Réseaux Privés Virtuels IP) Réseaux IP avec Classes de Services (COS) Réseaux IP sécurisés (IPSec) Dans tous les cas, les backbones opérateurs ont des besoins spécifiques de transmission et gestion du trafic Croissance des débits (WDM) Gestion, protection, priorisation des flots (MPLS)

Interconnexion de réseaux
Objectifs Connaître les différentes technologies des réseaux d'entreprise Comprendre avantage & inconvénients des solutions du marché Plan Solutions de réseaux d’accès Solutions de réseaux fédérateurs Notions de réseaux privés virtuels Réseaux de mobiles Solutions de réseaux d'accès

Solutions d’accès (1) Accès commutés historiques Accès permanents
Sphère de la téléphonie fixe Accès au RTC (Réseau Téléphonique Commuté) Liaisons RNIS (Réseau Numérique à Intégration de Services) Sphère de la téléphonie mobile Accès via GSM Montée en débits et en services avec GPRS Arrivée de l’UMTS Accès permanents Accès historiques X.25 (Transpac) Liaisons louées numériques (LL) Réseaux privés Frame Relay (très répandus) La nouvelle solution d’accès économique et performante : xDSL

Solutions d’accès (2) Positionnement des solutions Produit
Avantages Inconvénients RNIS Communication ouverte (vers n’importe quel site) Communications ponctuelles Simplicité de mise en œuvre Tarification dépendant de la distance et la durée Pas de maîtrise des coûts Complexité de conception de solution d’IRLE Débit limité LL Communication point-à- point Communication permanente Réseau voix/données Couverture nationale Performance Simplicité de conception de solution d’IRLE Tarification simple et forfaitaire Liaison dédiée Peu de souplesse d’évolution Tarif dépendant de la distance Peu de choix de débits X.25 Réseau maillé international Flux de type transactionnel Capillarité Couverture Performance limitée du protocole Temps de transit long Inadapté pour la voix

Solutions d’accès (3) Positionnement des solutions Produit
Avantages Inconvénients Frame Relay Réseau maillé Réseau étoilé (distance moyenne supérieure à 300km) IRLE Souplesse d’évolution Tarification forfaitaire, indépendante de la distance Gestion dynamique de bande passante International Engagement sur QS difficile (temps de transit…) Débit limité à 8Mb/s xDSL Réseau d’accès Capillarité Débits garantis Asymétrie client/serveur Investissements légers Complexité de conception de solution d’IRLE Débit limité

RNIS (1) RNIS : Réseau Numérique à Intégration de Services
Développement au CNET à Lannion Numéris : RNIS Français ISDN : Integrated Services Digital Network Support de RNIS : Réseau numérique Le réseau français est numérisé à plus de 95%

RNIS (2) Support de RNIS : Réseau numérique
La numérisation de la commutation signifie que les commutateurs électromagnétiques sont remplacés par des commutateurs électroniques à technologie de commutation temporelle commutation temporelle exploration séquentielle des N voies d'entrée élaboration d'une trame multiplexée comportant N intervalles de temps (IT) de k bits dans les autocommutateurs destinés au RNIS, chaque IT comprend 8 bits et se reproduit toutes les 125 microsecondes, soit 8000 fois par seconde (64000 bits/s)

RNIS (3) Accès Numéris de base 2B+D Les canaux B sont en mode circuits
Débit utile 144 kbit/s pour un débit nominal de 192 kbit/s Une trame de 48 bits toutes les 250 Microsecondes avec 36 bits de données. 2 canaux B à 64 kbit/s pour la parole, les données, le texte et les images. 1 canal D à 16 kbit/s pour la signalisation, la messagerie et l'accès à Transpac (paquet dans D). Les canaux B sont en mode circuits Le canal D est en mode commutation de paquets : Signalisation Emprunte un réseau « sémaphore » qui peut être de type variable Permet de ne réserver la ressource que si le destinataire est disponible (présent ou non occupé) Accès primaire 30B+D Débit de 1984Kb/s sur un lien 2Mb/s

RNIS (4) Coûts des accès :
Accès de base « S0 » : Frais d’accès au réseau Abonnement mensuel Accès primaire : Abonnement mensuel par canal B avec une perception minimum Tarif des communications pour un service donné à 64Kb/s Mise en œuvre des périodes de tarification (nuit, WE) Pour un canal B, le coût est maintenant identique au téléphone

Liaisons louées (1) Les liaisons louées permettent de relier les sites « mineurs » de l’entreprise Reliés aux sites centraux « majeurs » Reliés entre eux Les échanges sont variables d’une entité à l’autre Volumes en forte croissance Distances souvent longues Localisations diverses Nombre de sites important Les offres de liaisons louées cèdent peu à peu leur place aux services DSL

Liaisons louées (2) La gamme des liaisons louées recouvre :
LLA (Liaison Louée Analogique) Lien point-à-point bi-directionnel Transport de la voix et des données à bas débit Le débit dépend des extrémités sur sites (modems) Bande de fréquences garantie : 300Hz Hz (fréquences de la voix) Principalement utilisées… … pour interconnecter des PABX … en relation avec des applicatifs ne pouvant plus évoluer (coût et technologie) … pour des questions de coût

Liaisons louées (3) La gamme des liaisons louées recouvre :
LLN (Liaison Louée Numérique) Liaison point-à-point permanente bi-directionnelle Débit symétrique garanti Transport voix/données/images Large gamme de débits en fonction des interfaces normalisées Liaisons Louées Débits Interfaces normalisées Interfaces fonctionnelles Caractéristiques électriques Bas débits 2,4 à 19,2 kb/s V24/V28 V24 V28 Moyens débits 48 à 64 kb/s X.21 bis V11 (V10) Moyens/hauts débits 48 à 1920 kb/s X.24/V11 X.24 V11 Hauts débits 2048 kb/s G.703 ETS300166 256 à 1984 kb/s G.703/G.704 G.704

Diamètre des conducteurs (en mm)
Liaisons louées (4) La portée maximale des liaisons louées est limitée en bande de base Il est nécessaire de mettre en place des équipements répéteurs Débits (en kb/s) Diamètre des conducteurs (en mm) 0,4 0,6 0,8 2,4 15 30 35 9,6 9 20 19,2 7 12 18 48 6 14 64 5 8 128 10 256 4 Portée (en km)

Liaisons louées : usages
Besoin de connexion des sites informatiques Caractéristiques des transmissions Types d'applications (exemples) Gros volumes Sites fixes (connexions 1 to 1) Temps de transfert longs Alternance transmissions voix/données Transfert de fichiers Connexion de terminaux à une unité centrale distante Connexion de mainframes entre eux Constitution d'un réseau privé Interconnexion de réseaux locaux

Liaisons louées : critères de choix
Connexion de sites informatiques Fréquence Durée l Temps total des connexions Disponibilité l Niveau de sécurisation exigé Qualité de transmission Bon ordre de réception l Niveau de fiabilité exigé

Liaisons louées : stratégie
1 Transport de données Besoins recensés Bénéfices l Connexions longues, fréquentes, volumes élevés Tarification forfaitaire l Disponibilité maximale Sécurisation des liaisons l Fiabilité exigée Liaison à usage exclusif d'un client, transmission "brute" l Alternance des transmissions voix/données

Liaisons louées : stratégie
2 Transport de la voix l Le résultat d'un calcul économique Coût par mois Seuil d'intérêt des LL Économie de LL sur RNIS Liaison Louée 64 kbit/s Temps de communication Accès de base RNIS 4 6 4

Liaisons louées : tarifs
1 Les frais d'établissement de la liaison FAS : Frais d'Accès au Service ils dépendent de la tranche de débit utilisée c’est un prix forfaitaire par extrémité 2 L'abonnement mensuel il est fonction : du type de débit utilisé et de la distance en km entre les sites et de la durée du contrat

Liaisons louées : exemple de tarif (Transfix 2.0)
l Liaison 64 kbit/s de 10km Frais d'accès au service 600 € HT par extrémité Abonnement mensuel 349,1 € HT l Liaison 128 kbit/s de 10km Frais d'accès au service 600 € HT par extrémité Abonnement mensuel 418,92 € HT 13 18 13

X.25 (1) Protocole adopté fin 1976 par le CCITT (i.e. UIT-T)
Ce protocole contient en lui-même les 3 premières couches du modèle OSI : Couche physique : essentiellement norme X.21bis Couche liaison : sous-ensemble de la norme HDLC (LAP-B) Couche réseau : définition des types de paquets de leur format Protocole d’interface entre un équipement et le réseau

X.25 (2) Réseau ETTD ETCD X.25 Coupleur Modem Commutateur Modem X.25
interface interface ETTD ETCD Coupleur Modem Commutateur X.25 Modem Couche 1 2 3 LAP-B X.25 niveau 3

X.25 (3) Le protocole X.25 utilise le mode avec connexion
Au niveau 2, X.25 multiplexe des circuits virtuels : Association bi-directionnelle entre deux extrémités (voies logiques) Au niveau 3 (paquet) X.25 spécifie dans l’en-tête : 4 bits pour le champ « groupe de voies » : 16 groupes 8 bits pour le champ « numéro de voie » : 256 voies L’ETTD et l’ETCD partagent le même numéro de voie logique Le circuit virtuel est formé par l ’envoi d’un paquet d’appel : Marquage du chemin interne au réseau Possible allocation de ressources

X.25 (4) Un circuit virtuel X.25 est une connexion logique créée pour assurer une communication fiable entre deux équipements terminaux Il indique l’existence d’un chemin logique bi-directionnel entre un ETTD et un autre au travers d’un réseau X.25 Physiquement, la connexion passe au travers de nombreux autres équipements (ETCD et commutateurs de cœur de réseau) De multiples circuits virtuels (connexion logique) peuvent être multiplexés sur un unique circuit physique (connexion physique) Les circuits virtuels sont dé-multiplexés à l’extrémité distante Les données sont finalement acheminées vers leur destination finale

X.25 (5) Le réseau procède à l’établissement et à la libération de la communication sur demande d’un abonné L’abonné peut transmettre une interruption à son correspondant, celle-ci n’est pas soumise au contrôle de flux La réinitialisation permet de provoquer l’abandon, par le réseau, de toutes les données en cours sur un circuit virtuel Au moyen de la reprise, il est possible de provoquer la libération de tous les CV.

X.25 (6) DCE DCE DTE DTE Call setup Call setup Data transfer
(CALL REQUEST) (X, B) (INCOMING CALL) Call setup Call setup (CALL CONNECTED) (CALL ACCEPTED) (Y, A) Data (X) Data (Y) Data transfer Data (X) Data transfer Data (Y) Data (Y) Data (X)

(CLEAR INDICATION) (X) (CLEAR CONFIRMATION) (Y)
DCE DCE DTE DTE Data (X) Data (Y) Data transfer Data (Y) Data transfer Data (X) (CLEAR REQUEST) (Y) (CLEAR INDICATION) (X) Call clearing Call clearing (CLEAR CONFIRMATION) (Y) (CLEAR CONFIRMATION)

X.25 (8) Les services réseaux X.25 ne correspondent plus à la réalité actuelle des besoins clients Historiquement : infrastructure de réseau X.25 Transpac Les accès X.25 s’appuient sur des accès directs via : Liaisons Louées de 14,4kb/s à 256kb/s Canal D RNIS Les tarifs se structurent selon : Frais d’accès au service Frais de mise en service (~2k€) Frais d’abonnement (~1,4k€/mois pour 256kb/s) Frais de communication dépendant de la distance, du volume et des horaires (modèle téléphonique)

Frame Relay Objectifs Évolution Apports Fonctionnement
Contrôle de trafic Offres de service

Frame Relay : objectifs
Meilleure utilisation des Liaisons Louées Adaptation aux nouvelles applications Prise en compte de la plus grande fiabilité des systèmes de transmission Interconnexion de réseaux locaux Haut-débit et QS adaptative

Frame Relay : évolution (1)
27.7G$ Frame Relay 22.6G$ 6.8G$ Marché mondial des services 3.9G$ X.25 Liaisons Louées 2.7G$ 2.6G$ ATM 1.6G$ SMDS .24G$ .13G$ .17G$

Frame Relay : évolution (2)
Marché mondial des services & équipements FR 17.2 Nombre de clients FR > 30000 14.6 11.9 Nombre de membres du FR Forum > 300 9.1 6.1 1er service Frame Relay 3.5 Nombre de ports FR > .793 .262 1.7

Frame Relay (1) Inspiration de l’architecture X.25 Mode avec connexion
Réseaux haut-débit & large bande Adaptation des débits Trames de taille variable LAN/WAN Vers ATM

Frame Relay (2) Inspiration de l’architecture X.25
Évolution du mode de transport de données X.25 aux débits trop limités pour accueillir les nouveaux besoins des flux Technologie de transition avant l’avènement d’ATM : la mise en place et le coût des infrastructures ATM ont laissé la place à Frame Relay Originellement conçu pour les interfaces RNIS Technologie à commutation de paquets niveau 2 : trames Frame Relay s’affranchit de certains contrôles sophistiqués de la suite X.25 Fenêtrage, retransmission, contrôle d’erreur à chaque nœud… Frame Relay : OSI niveau 2 / X.25 : OSI niveau 1-3 Mettre à profit la fiabilité accrue des supports de transmission

Frame Relay : apports Temps de transmission réduit en réduisant certains traitements dans les nœuds devenus obsolètes avec les avancées technologiques Contrôle d’erreur allégé Système de fenêtrage Évolution du contrat de l’abonné par partage dynamique des ressources Gestion de circuits virtuels au niveau 2 (liaison de données) à l’aide des DLCI (Data-Link Connection Identifier) Mécanismes de contrôle de trafic spécifiques Conservation des équipements X.25 ou LL

Frame Relay : composants
Deux types d’équipements DTE : Data Terminal Equipment (ETTD) Équipements clients Routeur, multiplexeur, FRAD (Frame Relay Access Device) DCE : Data Circuit-terminating Equipment (ETCD) Équipements WAN (opérateur) Commutateur Frame Relay

Frame Relay : circuits virtuels (1)
Frame Relay utilise le concept de circuit virtuel entre deux DTE Chemin logique de communication bi-directionnel Identifiés de manière unique (sur le LAN) par un DLCI Plusieurs circuits virtuels peuvent être multiplexés sur le même circuit physique

Frame Relay : circuits virtuels (2)
Deux types de circuits virtuels PVC (Permanent Virtual Circuits) ou CVP La connexion existe, qu’il y ait ou non de l’information à envoyer Aucune étape d’établissement ou de terminaison à effectuer Paramètres exprimés dans un formulaire et configurés par l’administrateur SVC (Switched Virtual Circuits) ou CVC La connexion est établie à la demande, et donc temporaire (et donc plus économique) Trois étapes nécessaires à l’envoi d’information Établissement Transfert de données Libération Paramètres précisés dans la demande de connexion

Frame Relay : contrôle d’erreurs
Le protocole Frame Relay suppose… … un réseau fiable … des équipements d’extrémité intelligents Un contrôle d’erreur simple basé sur le principe du CRC FCS : Frame Check Sequence Utilisé par les équipements d’extrémité uniquement Le réseau vérifie la taille de la trame et la validité des adresses Les trames invalides sont rejetées Le réseau ne fournit aucun contrôle d’erreur

Frame Relay : structure de la trame
Octets 1 2 2 1 F HDR Données utilisateur FCS F Encapsulation 6 1 1 DLCI C/R Paquet IP DLCI FECN BECN DE 1 Trame Ethernet 4 1 1 1 1 . F (Flag) : délimiteur ( ) HDR (Header) : en-tête DLCI : Data-Link Connection Identifier C/R : Command / Response FECN : Forward Explicit Congestion Notification BECN : Backward Explicit Congestion Notification DE : Discard Eligibility FCS : CRC-16

Frame Relay : contrôle d’admission (1)
Un contrat de trafic est établi entre l’usager et le réseau concernant le trafic qui sera envoyé sur le CV Le trafic est qualifié par trois paramètres essentiels (descripteur) CIR (Commited Information Rate) Bande passante définie pour le CV Débit moyen garanti par le réseau durant un intervalle T CBS (Commited Burst Size) : nombre maximum (Bc) de bits pouvant être transmis pendant T EBS (Excess Burst Size) : nombre maximum de bits (Be) que le réseau essaiera de transmettre au-delà de CBS pendant T

Frame Relay : contrôle d’admission (2)
Le bit DE est marqué à 1 lorsque le nombre de bits transmis pendant T est compris entre Bc et Bc+Be bits Trames rejetées Débit d’accès Be + Bc Trames marquées Activité utilisateur Bc CIR Trames acceptées (garanties) temps T DE = 0 DE = 0 DE = 1 Rejetées

Frame Relay : contrôle de flux (1)
Pas de contrôle de flux de bout-en-bout comme dans X.25 ou TCP Des indicateurs (positionnement de bits dans la trame) sont donnés à l’émetteur/récepteur pour que le protocole de niveau supérieur réagisse FECN (Forward Explicit Congestion Notification) pour le destinataire BECN (Backward Explicit Congestion Notification) pour l’émetteur Marquage des bits ECN par les DCE Un DTE peut décider de marquer la trame comme non prioritaire à l’aide du bit DE (Discard Eligibility) Lors d’une congestion, les trames marquées (DE = 1) sont rejetées par les DCE C’est un moyen (sommaire) de protéger des flux Les indications de contrôle de flux peuvent être ignorées par le protocole de niveau supérieur…

Offres de service Frame Relay (1)
Les services Frame Relay sont aujourd’hui disponibles à l’échelle mondiale Une entreprise peut choisir un réseau Semi-privé de CVP relayés par un cœur de réseau opérateur (ATM) Entièrement privé sous son administration complète ou déléguée (outsourcing)

A l’heure actuelle le positionnement du Frame Relay se situe dans la gamme de débits d’accès de 64kb/s à 2Mb/s, même si de plus hauts débits peuvent être atteints La règle de dimensionnement de base est la suivante Le CIR s’étalera donc généralement, pour un CVP, entre 4kb/s et 1,5Mb/s CIR  75% débit d’accès

Les réseaux homogènes sans couture Frame Relay garantissent des temps de transit courts Idéal pour les demandes actuelles des applications Exemples : Intra-CEE : 18 – 35ms Paris – New York : 65ms Paris – Tokyo : 190ms Caractéristiques séduisantes pour l’entreprise Débit CIR garanti 100% du temps (engagement contractuel) Capacité d’absorber des rafales sporadiques (définition d’un EIR) Possibilités de définir des classes de services

Classes de service Frame Relay
Par la définition des descripteurs de trafic attachés à chaque CVP demandé par une entreprise, il est possible de définir (implicitement ou explicitement) des classes de service A chaque CVP sera associé un descripteur de trafic particulier Applications temps-réel (Voix/Vidéo) Haute priorité Faible capacité de « burst » Applications critiques et stratégiques (flux transactionnels : ERP, flux monétiques) Protection à l’élimination Forte capacité de « burst » Applications autres non critiques (messagerie, etc.) Le réseau (commutateurs) met en œuvre des règles de priorisation des CVP et de marquage des trames

Structure tarifaire Frais d’accès au service Structure d’abonnements dépendant… … du débit d’accès … de la localisation géographique … du nombre de CVP … ou décomposé par CVP, selon les valeurs de CIR et les classes de services demandées Les offres de service Frame Relay sont les plus avantageuses encore à l’heure actuelle pour des débits d’interconnexion jusqu’à 2Mb/s (8Mb/s en France, 45Mb/s à l’international dans certains pays)

Le service est fondé sur l’établissement d’un CVP pour chaque besoin d’interconnexion entre deux sites clients Disponible dans plus de 50 pays Gamme de débits d’accès : de 64kb/s à 2Mb/s, jusqu’à 8Mb/s en France Service de PVC donnant le choix entre plusieurs CIR Débit minimum garanti (CIR) : 100% du temps Absorption des rafales (EIR) : jusqu’à 100% du débit d’accès Disponibilité du réseau : 99,9% Tarification forfaitaire Fourniture de tableaux de bord Prise en charge des équipements d’extrémité (routeurs, FRAD)

Le service opérateur peut présenter des éléments contractuels différents de la norme, mais directement liés aux notions de CIR, CBS et EBS CIR (Committed Information Rate) SIR (Sustainable Information Rate) EIR (Excess Information Rate)

Technologies DSL (1) La technologie DSL (Digital Subscriber Line) est une technologie modem qui utilise les lignes téléphoniques à paires torsadées existantes pour transporter des données avec une bande passante étendue jusqu’au client terminal Le terme xDSL recouvre un certain nombre de formes similaires, et pourtant concurrentielles de DSL : ADSL SDSL HDSL VDSL L’intérêt principal de la technologie DSL réside dans sa capillarité : sans modifier fondamentalement les infrastructures existantes, il est possible d’atteindre des clients dispersés

Technologies DSL (2) Les services xDSL sont des services dédiés, point-à-point, d’accès à un réseau d’opérateur … par le biais d’une boucle locale cuivre … entre le local du NSP (Network Service Provider) et le site client … ou sur des boucles locales créées dans un bâtiment ou sur un campus À l’heure actuelle, les développements principaux concernent le déploiement des services et des architectures ADSL et VDSL

Technologies DSL (3) Lancement du concept par Bellcore en 1988
Transmission sur paire de cuivre symétrique torsadée réutilisation des paires de cuivre installées pour le téléphone maintien de la disponibilité de la ligne pour la téléphonie mise en œuvre de nouvelles techniques de traitement du signal Barrière théorique des Hz repoussée Limitation due au réseau, pas à la boucle locale Bande passante de la paire torsadée de l'ordre du MHz Utilisation envisageable jusqu'à une distance d'environ 3 à 3.5km

HDSL High data rate DSL Débits 1.544Mb/s (T1) ou 2.048Mb/s (E1)
Mode duplex Bande des 80kHz à 240kHz Distance maximale de 3.6km 2 paires torsadées pour T1 (chaque paire à ½ vitesse) 3 paires torsadées pour T2 (chaque paire à 1/3 vitesse) Utilisation Connexion de PABX Accès à Internet (serveurs) Réseaux privés

SDSL Single line DSL Débits 1.544Mb/s (T1) ou 2.048Mb/s (E1)
Version de HDSL utilisant une seule paire torsadée Débits 1.544Mb/s (T1) ou 2.048Mb/s (E1) Opère sur le réseau téléphonique Une ligne supporte le service téléphonique et la transmission T1/E1 Mode duplex Bande des 80kHz à 240kHz Distance maximale de 3km

ADSL (1) Asymmetric DSL ANSI Standard T1.413
6.1Mb/s en flux descendant Mode de connexion permanente

ADSL (2) L’asymétrie provient plus du câblage que de la technologie de transmission Câble = nombre important de paires torsadées Envoyer des signaux symétriques sur plusieurs paires dans un même câble limite de manière significative le débit et la longueur de la ligne Débits Voie descendante (downstream) : 1.5Mb/s à 8.448Mb/s T1, E1, DS2, E2 Voie montante (upstream) : 16kb/s à 640kb/s Signalisation, opérations de contrôle et d’adaptation aux lignes, trafic usager Le service téléphonique reste disponible

ADSL (3) Fréquences Le spectre est divisé en 3 régions Deux méthodes :
Téléphone : 4kHz Canal montant (usager-réseau) Canal descendant (réseau-usager) Deux méthodes : Echo Cancellation FDM (Frequency Division Multiplexing)

ADSL (4) Modulation DMT (Discrete Multi-Tone)
Intégrée dans la norme ANSI T1.413 Division de la bande (0-1.1MHz) en 256 sous-canaux de 4.31kHz Chaque canal a son propre flot de signaux Le protocole ADSL permet aux extrémités de savoir quels canaux sont actifs en fonction du SNR (Signal Noise Ratio) de la ligne Cette information est utilisée pour éclater le flux de données sur les différents canaux fréquence 4,3 kHz entre porteuses fréquences inutilisées en raison des caractéristiques de transmission POTS fréquences utilisées pour le sens descendant fréquences utilisées pour le sens montant 7 dB maximum de variation d’affaiblissement

ADSL (5) Le standard de l’ANSI autorise le transport de 16 bits par Hz, mais la plupart des implémentations actuelles ne transportent que 8 bits/Hz Le débit se calcule en multipliant le nombre de canaux par le nombre de bits/canal et par la vitesse de modulation (DMT) Exemple : avec 8bits/Hz Débit montant maximal : 25 x 8 x 4000 = 800kb/s Débit descendant maximal : 229 x 8 x 4000 = 7.328kb/s Le débit descendant normalisé s’élève à 6.1Mb/s

ADSL (6) Il existe une version allégée de ADSL : G.Lite DSL
Normalisée ITU G922.2 Associée à un débit T1 (1.544Mb/s) Plus de limitation de distance Pas d’intervention chez l’abonné : on évite la pose d’un séparateur de fréquence (téléphone – ADSL)

ADSL (7) IP PPP ATM ADSL Protocoles mis en œuvre pour IP sur ADSL
Point to Point Protocol : transport de datagrammes en mode point à point avec services d’authentification IP PPP ATM ADSL Niveau 3 Utilisation pour authentification Niveau 2 ATM assure le niveau 2 à 25Mb/s Niveau 1

ADSL (8) Services téléphoniques classiques

ADSL (9) Connexion ADSL classique

ADSL (10) Modem/splitter ADSL

ADSL (11) Accès ADSL à Internet pour un réseau local

VDSL (1) Il devient évident que les compagnies de téléphone prennent aujourd’hui les décisions nécessaires pour inclure les boucles de paires cuivres existantes dans leurs réseaux d’accès large bande de demain HFC (Hybrid Fiber Coax), un médium partagé idéal pour la diffusion analogique et numérique, montre ses limites dans le transport simultané de la voix, de la vidéo interactive et des communications haut-débit Le coût du FTTH (Fiber-To-The-Home) est encore prohibitif Une alternative attirante, souvent appelée FTTN (Fiber-To-The-Neighborhood), utilise une combinaison de fibres alimentant des unités de réseau optique de proximité et des terminaisons cuivres

VDSL (2) Le VDSL est une technologie permettant le FTTN
VDSL transmet des données à haut-débit sur de courtes distances de paires cuivres, selon une gamme de débit dépendante de la longueur Le débit descendant maximal se situe aujourd’hui entre 51 et 55 Mb/s (respectivement 13Mb/s) sur des lignes de 300m (resp. 1,5km) maximum Le débit montant, dans les premiers modèles, sera asymétrique, pour des vitesses allant de 1,6 à 2,3 Mb/s Les deux canaux seront séparés, dans des fréquences prises dans les bandes du service téléphonique et du RNIS

Fréquences Radio Les ondes hertziennes terrestres
Fixes à Fréquence Radio Mobiles IMT 2000 (International Mobile Telecommunication for the year 2000) débit jusqu’à 2Mbit/S UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) Débuts commerciaux en Europe en 2002 Les réseaux radio locaux BLR (Boucle Locale Radio) Wavelan , Bluetooth

Bluetooth PAN: personal area networking 2.4 Ghz
Industrial support : Bluetooth sig Ericsson, Nokia, IBM, Intel, etc. Distances: 10m – 100m Débit : 720kbps par canal Coût: objectif 5$ par module

Réseaux Ethernet mobile
IEEE b 2 400 et 2 483,5 Mhz 11 Mbit/s IEEE a HiperLAN 2 (MAC + ATM) from ETSI 802.11a opère sur la bande des 5 Ghz 802.11a propose 8 vitesses de 6 à 54 Mbit/s 802.11e

IEEE e Téléphone IEEE IEEE e pour une bonne qualité de service

IEEE Wireless Local Loop (WLL)

LMDS Local Multipoint Distribution System

Satellites Infrastructure Nombreux projets
Premières offres commerciales Trop et trop cher? Partenariats satellites, télécom, électronique, services… Plusieurs orbites en fonction des objectifs GEO (Géostationnaire, 36000km) MEO (Orbite moyenne, km) LEO (Orbite basse, km)

Projets & services satellites
Géostationnaires Intelsat, Eutelsat, Immarsat, Orion 3 satellites pour couvrir la terre problème du terminal au sol (antennes) Orbites moyennes (MEO) ICO 10 satellites pour couvrir la terre Orbites basses (LEO) constellations (48, 66, 80, 288 satellites) délai de l’ordre de 10ms Globalstar (Loral et Alcatel), Irridium (Motorola) Teledesic (Motorola), Skybridge (Alcatel)

Téléphonie mobile Génération 1 Génération 2 Génération 3 Radiocom 2000
GSM (1992) GSM + WAP (2000) GPRS + WAP (2002) Génération 3 UMTS (2003)

GSM : Système de communication radio public
Groupe Special Mobile : 1982 Global System for Mobile Communications : 1992 Services de seconde génération Voix (circuit) Data (basse vitesse < 9.6kbps, circuit) Facsimile SMS (Short Message Service, paquet) Roaming International

Évolutions GPRS Passe de circuit GSM à paquet+circuit
Multi-slots : 8 slots Dessert moins d’utilisateurs Paquet, accès IP Débit théorique 170kbps Débit effectif de 20 à 40 kbps Contraintes sur les terminaux

Troisième génération UMTS Multimédia !!! Haut débit QoS
Universal Mobile Telecommunication System Intégration fixe-mobile Multimédia !!! Haut débit Exterieur rural: 144kbps, 500km/h Exterieur sub-urbain : 384kbps, 120km/h Exterieur faible, intérieur : 2Mbps, 10km/h QoS Terminaux variés

UMTS dans le monde Japon USA Europe Leader Testbed NTT Docomo
Peu d’intérêt Pénurie de fréquences Existence d’une technologie Haut Débit : IS-95 Evolution vers CDMA2000 Europe Succès du GSM : canaux TDMA 200khz UMTS offre seulement 60% de capacité en plus que GSM (GPRS)

Capacités des réseaux mobiles
Comparaison des débits réels ou estimés pour l’envoi d’un courrier électronique avec un document attaché de 10 pages (~500Ko) (*)en conditions optimales Norme Débit Temps nécessaire GSM actuel 9,6 kbit/s 7 min. Modems classiques (V90) 57,6 kbit/s 70 sec. RNIS 128 kbit/s 31 sec. GPRS 144 kbit/s * 28 sec. EDGE 384 kbit/s * 10 sec. UMTS 2 Mbit/s 2 sec.

Interconnexion de réseaux
Objectifs Connaître les différentes technologies des réseaux d'entreprise Comprendre avantage & inconvénients des solutions du marché Plan Solutions de réseaux d’accès Solutions de réseaux fédérateurs Notions de réseaux privés virtuels Réseaux de mobiles Solutions de réseaux fédérateurs

Réseaux fédérateurs Extension des technologies d'accès
Réseau d'interconnexion Frame Relay Réseau "point-à-point" Liaisons Louées Technologie reine des opérateurs : ATM Support privilégié : liaisons optiques, boucles métropolitaines SDH Optimisation du support : WDM Offres de services IP (sur ATM) : MPLS Concurrence marginale : Gigabit Ethernet

Introduction ATM : nouvelle technologie pour répondre à de nouvelles applications Comprendre les solutions proposées par ATM Connaître les fonctionnalités techniques des réseaux Prendre en compte les caractéristiques (besoins) des applications « Contrary to common misconceptions, ATM is a very complex technology, perhaps the most complex ever developed by the networking industry » A. Alles (Cisco)

Historique RNIS à bande étroite (RNIS-BE, ISDN, Numéris)
Réseau numérique de bout-en-bout Réseau multi-services (voix, données, vidéo, …) Interface usager unique (câble et RJ45) Débits variables à l’interface réseau (n  64 kb/s, n  [1 ; 30]) Réseau dédié pour la signalisation (sémaphore) RNIS à large bande (RNIS-LB, B-ISDN) Débits très élevés (Gigabit/s) Une seule infrastructure de transport (ATM)

Origines d’ATM Principes élaborés à partir de 1982 dans les laboratoires de France Telecom (Lannion) Démarche similaire chez ATT et autres opérateurs télécoms (STM) Recherche d’une nouvelle technique de transmission numérique capable… … de transporter tous types d’informations (données, voix, images) sur les supports physiques des opérateurs publics (infrastructure partagée) … d’offrir des débits variables et élevés … de garantir des performances aux applications (Qualité de Service) … d’être intégrée dans le nouveau RNIS … d’offrir le même service de bout-en-bout (LAN, WAN, mobile…)

Normalisation (1) Normes et standards concernant le RNIS-LB Calendrier
CCITT (UIT) : appellation I.xxx ATM Forum : groupement d’utilisateurs et de constructeurs IETF : IP over ATM Calendrier 1982+ : concurrence entre ATM (Europe) et STM (US) 1988 : choix d’ATM par l’UIT Définition des formats de transfert de données Négociation entre US-Japon et Europe : définition des autres protocoles du RNIS-LB par l’UIT

Normalisation (2) Spécifications majeures issues de l’ATM Forum
Réseaux locaux ATM Protocoles de routage avec Qualité de Service Protocoles de signalisation Services de transport de données pour Internet, Ethernet… Vidéo à la demande (VoD, MPEG-2 sur ATM) Voix sur ATM (VoATM, en coordination avec l’UIT)

Objectifs génériques d’ATM (1)
Objectifs initiaux Supporter tout type de communication (voix, vidéo, données) sur un même réseau Offrir le même service de bout en bout quels que soient les réseaux : LAN, MAN, WAN, mobile… Fonctionner à très hauts débits (Gbits/s) Garantir une qualité de service (bande passante, temps de latence, gigue, taux de perte) à chaque utilisateur Utiliser les standards de couches physiques existants Fibre optique (SONET, SDH) Paire torsadée

Objectifs génériques d’ATM (2)
Besoins des opérateurs Solution intégrée Simplification de l’offre Support de tous types de trafics (voix, données, vidéo…) Qualité de service différenciée Meilleure performance Optimisation de la bande passante Multiplexage des rafales Évolutivité

Descripteurs de trafic
Chaque application génère son profil de trafic Exemples : flux constant, sporadique (« bursty »), haut ou bas débit ATM veut supporter toutes les applications dans de bonnes conditions Nécessité de qualifier/caractériser le comportement des applications au moyens de paramètres de trafic

Applications et services (1)
Intégration de trafics multiples Internet Interconnexion de réseaux locaux Vidéo-conférence, travail collaboratif (groupware) Télé-enseignement, télé-médecine, télé-surveillance Broadcast (diffusion TVHD), multicast (VoD)

Intégration de trafics multiples

Téléphonie numérique (son interactif) Débit constant garanti : 64 Kb/s (5 Kb/s si compression) Temps de latence fixe faible Dialogue de bonne qualité : ms) Annulation d’écho (RTT < 24 ms) Gigue nulle ou faible (< 400ms) Supporte des erreurs/pertes (BER < 10-2) Retransmissions inutiles Mode connecté bien adapté

Vidéo numérique Bande passante garantie Vidéo-conférence : débit constant n  64 Kb/s (norme H.261) CD-Vidéo : débit constant 1.5 Mb/s DVD-VoD : débit variable 3-6 Mb/s (codage MPEG-2) TVHD : débit variable Mb/s (codage MPEG-2) Temps de latence fixe Interactivité : ms Diffusion : quelques secondes Gigue faible (< 100ms) Supporte mal les erreurs (BER < 10-5) Mode diffusion implicite

Paramètres de trafic ATM (1)
Afin de décrire le profil de la demande applicative, ATM définit des paramètres de trafic Débit constant Débit variable Sporadique Réseau

Paramètres de trafic ATM (2)
Débit maximal (crête) Débit minimal (requis) Débit moyen Débit soutenu Taille maximale des rafales Peak Cell Rate (PCR) Minimum Cell Rate (MCR) Average Cell Rate (ACR) Sustainable Cell Rate (SCR) Maximum Burst Size (MBS) ACR  SCR  PCR Débit constant Débit variable Sporadique

Descripteurs de Qualité de Service
Une application a besoin de certaines garanties du réseau Critères de QoS Demandées à l’ouverture de la connexion (CV) Le réseau offre une bande passante par connexion Négociation des paramètres de trafic Insuffisant pour garantir le temps de latence, le taux d’erreur… ATM définit des paramètres de QoS

Paramètres de Qualité de Service
Temps de latence Temps de transfert maximal Gigue Taux d’erreur Taux de perte de paquets Taux d’erreur bits Cell Delay Maximum Cell Transfer Delay (Max CTD) Cell Delay Variation (CDV) Loss/Error Rate Cell Loss Ratio (CLR) Bit Error Rate (BER)

Voix interactive Vidéo Voix ou vidéo compressées
Classes de services En mixant les demandes des applications et les services offerts par ATM, on peut définir les notions de : Classes de services de transfert Contrat de service Classe A Classe B Classe C Classe D Temps Isochrone Asynchrone Débit Constant Variable Mode Connecté Non connecté Applications types Voix interactive Vidéo Voix ou vidéo compressées Données

Contrats de service (1) CBR – DBR (Constant/Deterministic Bit Rate)
Offre de garanties maximales Coût élevé Service Constant Bit Rate Circuit de transmission à bande passante fixe Destiné à la voix, la vidéo non compressée, l’émulation de circuit TX RX Trafic CBR Paramètres Classe de service CBR QS CTD  CDV CLR Trafic PCR SCR MBS MCR

Contrats de service (2) VBR (Variable Bit Rate)
Temps réel : real-time VBR (rt-VBR) Non temps réel : non-real-time VBR (nrt-VBR) Paramètres Classe de service rt-VBR nrt-VBR QS CTD  CDV CLR Trafic PCR SCR MBS MCR Service Variable Bit Rate Destiné aux trafics sporadiques Les rafales ne doivent pas dépasser une taille/durée maximale TX RX Trafic CBR Trafic VBR

Contrats de service (3) UBR (Unspecified Bit Rate)
Offre de garanties minimales Coût minime Paramètres Classe de service UBR QS CTD CDV CLR Trafic PCR  SCR MBS MCR Service Unspecified Bit Rate Circuit à bande passante variable Pas de contrôle de flux ou de retour Best-Effort TX RX Trafic CBR Trafic VBR Trafic UBR

Contrats de service (4) ABR (Available Bit Rate)
Spécifications ATM Forum Peu utilisée en pratique (concurrencée par UBR) Service Available Bit Rate Circuit à bande passante variable Contrôle de flux de bout-en-bout Best-Effort TX RX Trafic CBR Trafic VBR Trafic ABR Paramètres Classe de service ABR QS CTD CDV CLR  Trafic PCR SCR MBS MCR

Classes/contrats de service
But Économie d’infrastructures (ressources accordées en fonction de la demande) Problèmes Classification des applications Choix dépendant de la compréhension de la QS requise Exigence de remontées opérateurs pour vérifier le respect du contrat Philosophie concurrente Monde IP : « Pourquoi ne serait-ce pas aux applications de s’adapter dynamiquement au réseau ? »

Réseau de cellules UNI UNI Idée de base
Transmettre toutes les données dans des petits paquets de taille fixe Paquets : blocs de données avec des informations de contrôle placées dans un en-tête Cellules : paquets de petite taille fixe Moins de gaspillage de place : les cellules sont toujours remplies par de l’information Optimisation du délai : transmission, commutation, émission UNI Cellules UNI Paquet Paquet réassemblé

Horloges Dans un réseau temporel numérique, les informations se présentent aux nœuds de commutation : Sous forme cyclique lorsqu’il s’agit de circuits D’intervalles de temps pour les paquets Le système émetteur fournit son horloge au nœud de commutation : Synchrone Les horloges ont la même fréquence Plésiochrone Même rythme théorique, les horloges sont voisines mais pas synchrones Asynchrone Aucune relation entre les horloges

Multiplexage temporel synchrone
canal 1 2 3 n trame Chaque élément (slot) numéroté n est réservé à un canal n Un canal = une communication Le temps est découpé en trames successives contiguës et de durée constante Bande passante fixe Délai constant lors de l’acheminement Si silence dans la communication Élément vide Gaspillage de la bande passante

Multiplexage temporel asynchrone
trame étiquette canal 1 2 4 3 5 Plus de synchronisme entre les trames (trames acycliques) S’il n’y a pas d’assignation fixe de « slot », chaque unité d’information doit être étiquetée Il n’y a pas de « slot » fixe Slot de longueur fixe (simple) ou variable (plus compliqué) Le commutateur a plus de travail

Commutation synchrone (1)
Commutation de circuit Circuit établi pour la durée de connexion Transport des informations sur le principe TDM Time Division Multiplexing Synchronous transfer mode (STM) Transfert avec une certaine fréquence de répétition 8 bits toutes les 152 µs à 64Kb/s 1000 bits toutes les 125 µs à 8Mb/s Un seul débit binaire pour l’ensemble des services (même nombre de bits par tranche de temps)

Commutation synchrone (2)
trame z x w v z x w v w a b w a b I1 I2 In O1 O2 On slot f c b a f c b a f e f e Synchronisation de trames Liaison entrante/ slot Liaison sortante/ slot I1 1 O2 2 O1 3 … m Table de traduction slot/lien In 1 O1 2 … m On Slot = tranche de temps

Commutation asynchrone (1)
Commutation par paquets Disparition du caractère cyclique d’arrivée et de départ des blocs d’information En-tête utilisé pour le routage, la correction d’erreurs, le contrôle de flux, etc. 3 modes d’acheminement des paquets dans le réseau Datagramme : mode non connecté Circuit virtuel : mode connecté (signalisation) Auto-acheminement : source routing

Commutation asynchrone (2)
cellule y x x n k k I1 I2 In O1 O2 Op données en-tête s y x m g Données En-têtes entrantes En-têtes sortantes I1 x O1 k y Op m … z O2 l Table de traduction en-têtes/lien In x O1 n y i … s Op g

Optimisation du délai de transfert
Exemple : Transmettre une trame de 240 octets à travers 2 commutateurs Hypothèses : Lien à 240 octets/seconde Commutateurs infiniment rapides Calcul : Temps total de propagation ? Switch 1 Switch 2 240 octets 240 octets Temps de propagation

Exemple du transfert de trame (1)
Switch 1 Switch 2 240 octets Temps écoulé = 0 seconde

Switch 1 Switch 2 240 octets 240 octets Temps écoulé = 1 seconde

Switch 1 Switch 2 240 octets 240 octets Temps écoulé = 2 secondes

Switch 1 Switch 2 240 octets 240 octets Temps écoulé = 3 secondes

Exemple du transfert de cellule (1)
Switch 1 Switch 2 48 Temps écoulé = 0 seconde

Switch 1 Switch 2 48 48 48 48 48 Temps écoulé = 0.2 seconde

Fragmentation Mécanisme conçu sur l’hypothèse de non retransmission des cellules Le paquet doit être retransmis dans son ensemble Si taux de perte important, le nouveau paquet réémis peut à nouveau être une victime Taux d’erreur de la fibre optique : environ 10-12 Utilisation de CRC (codes d’erreurs simples) Coût non négligeable pour la cellule ATM : 10 bits (2.5%) 1 Perte de la cellule 3 Paquet Paquet réassemblé 2 3 4 5 

Principes de fonctionnement ATM
Liaisons physiques point-à-point Structures en étoile Nœuds du réseau : commutateurs-brasseurs (switches) Mode orienté connexion Établissement d’un circuit virtuel Dynamiquement Manuellement (permanent ou semi-permanent) Définition d’un contrat de service par circuit (QS) Commutation asynchrone de cellules

Information (Payload)
Couche ATM : la cellule En-tête Information (Payload) 5 octets 48 octets 53 octets Ni détection, ni récupération d’erreur La taille est un compromis : Petite : faible temps de propagation Grande : faible surcharge dans le réseau Longueur fixe Facilite les implémentations hardware Facilite l’allocation de bande passante

Couche ATM : structure de la cellule
8 bits GFC : Generic Flow Control Intégré au champ VPI à l’interface NNI VPI : Virtual Path Identifier (8 bits : 256 valeurs) VCI : Virtual Channel Identifier (16 bits : 65536) PT : Payload Type Information utilisateur ou réseau État de congestion Message d’administration ou d’information Début/fin de message pour AAL5 CLP : Cell Loss Priority « Priorité » à la destruction si 1 HEC : Header Error Check Contrôle sur l’en-tête de la cellule GFC VPI VCI PT CLP HEC Champ Information 48 octets

Couche ATM Indépendante de l’interface physique
ATM est un service orienté connexion Un chemin est établi avant de transmettre des données utilisateur Fonctions Génération des en-têtes des cellules Multiplexage et démultiplexage des cellules Aiguillage basé sur les champs VPI et VCI des cellules Supervision Contrôle du contrat Mise en œuvre des actions correctives pour garantir la Qualité de Service

Couche AAL Interface avec les couches applicatives Fonctions
Offre des fonctions additionnelles afin de rendre plus facile l’utilisation des services du réseau de cellules par les applications Fonctions Segmentation et Réassemblage (SAR) Découpage des données en blocs de 48 octets et réassemblage Convergence Sublayer (CS) Dépend du service requis par l’application Re-synchronisation et filtrage de la gigue de cellule Important pour la voix et la vidéo Détection des erreurs (mais pas correction) Élimination des cellules dupliquées

Couche AAL5 Couche application Couche AAL Couche ATM
Bloc de données (PDU) < 64Ko Bloc de données (PDU) < 64Ko PAD Ctl Lg CRC Sous-Couche CS 48 octets Couche AAL Sous-Couche SAR 53 octets Couche ATM PT = 0x0 1ère cellule de la trame PT = 0x1 dernière cellule de la trame

Chemins et canaux virtuels
Définition de circuits virtuels sur les liens entre deux équipements Le chemin de transmission de la couche physique peut être décomposé au niveau ATM… … en Chemins Virtuels (Virtual Paths – VP) … eux-mêmes décomposés en Canaux Virtuels (Virtual Channels – VC) PVC : Permanent VC SVC : Switched VC 28 bits VPI/VCI à l’interface NNI, 24 à l’interface UNI

VP et VC (1) VC (ATM) : Virtual Channel/Circuit virtuel
Permanent (PVC) ou commuté (SVC) VCI : numéro de VC VP (ATM) : Virtual Path Permanent (PVP) ou commuté (SVP) VPI : numéro de VP 1 VP ATM contient n VC ATM Attention ! Un VP X25 est un circuit virtuel permanent Commutateur ATM : VP uniquement : brasseur VC et VP : commutateur

VP et VC (2) Virtual channel level Virtual path level
La couche ATM comporte deux niveaux hiérarchisés : Virtual Channel Connection (VCC) VC link VCI = a VCI = k VCI = b Virtual Path Connection (VPC) VP link VPI = b VPI = s VPI = x Virtual channel level Virtual path level

Routage des cellules ATM (1)
Routage de proche en proche Hiérarchie à deux niveaux VP : router un ensemble de cellules correspondant à plusieurs connexions VC : routage des cellules d’une connexion L’information de routage est locale au commutateur Chemin de routage défini au moment de la connexion Tables du commutateur : consultation et modification de la cellule

VC Switch VP Switch VP 5 VC 3 VC 1 VP 1 VC 2 VP 7 VC 4 VC 1 VC 1 VP 6 VP 2 VC 2 VC 2

Link 2 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 2 1 4 2 Switch 1 3 Link 1 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 1 2 4 3 6 Link 3 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 3 1 6 4

Link 2 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 2 1 4 2 Switch 1 3 VCI = 4 Link 1 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 1 2 4 3 6 Link 3 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 3 1 6 4

Link 2 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 2 1 4 2 Switch 1 3 VCI = 4 VCI = 4 Link 1 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 1 2 4 3 6 Link 3 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 3 1 6 4

Link 2 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 2 1 4 Switch 2 1 3 VCI = 4 VCI = 4 Link 1 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 1 2 4 3 6 Link 3 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 3 1 6 4 VCI = 6

Link 2 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 2 1 4 Switch 2 1 3 Link 1 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 1 2 4 3 6 Link 3 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 3 1 6 4

Link 2 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 2 1 4 VCI = 4 Switch 2 1 3 Link 1 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 1 2 4 3 6 Link 3 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 3 1 6 4

Link 2 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 2 1 4 VCI = 4 Switch 2 VCI = 4 1 3 Link 1 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 1 2 4 3 6 Link 3 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 3 1 6 4

Link 2 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 2 1 4 VCI = 4 Switch 2 VCI = 2 VCI = 4 1 3 Link 1 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 1 2 4 3 6 Link 3 Routing Table VCI-in Link out VCI-out 3 1 6 4

Contrôle de trafic ATM (1)
ATM est basé sur un contrôle de flux de bout-en-bout fondé sur un contrôle du débit (taux d’émission de cellule). A l’établissement de la connexion, un utilisateur requiert : une Classe (Qualité) de Service Émulation de circuits, vidéo CBR VBR audio et vidéo Transfert de données orienté connexion Transfert de données orienté sans connexion un Descripteur de trafic pour la source au minimum un PCR appliqué aux cellules CLP=0+1 généralement plus complexe (PCR, SCR, MBS)

Le contrat de trafic s’établit après négociation entre l’utilisateur et le réseau (signalisation à l’établissement de la connexion) sur la base : d’un descripteur de trafic pour la connexion Descripteur de trafic de la source (PCR, SCR, MBS) Tolérance de gigue (CDV) Définition de l’algorithme de conformance de la classe de service Le taux de perte (CLR) est implicite car directement lié à : la taille des rafales (MBS) le débit crête (PCR) la charge = débit moyen / débit nominal (SCR)

Les paramètres du contrat de trafic sont assignés via : Signalisation pour les paramètres explicites des SVC à l’ouverture Gestion du réseau pour les paramètres explicites des PVC Règles de fonctionnement du réseau pour les paramètres implicites Le réseau décide, selon ces paramètres, si la connexion est acceptée au non : fonction de CAC (Connection Admission Control) recherche des ressources nécessaires allocation éventuelle de ces ressources établit les paramètres qui doivent être contrôlés à l’entrée L’implémentation de la fonction CAC est à discrétion de l’opérateur (pas de norme)

Une fois la connexion acceptée, on doit contrôler si le trafic de cellules émises est conforme au contrat : fonction UPC (Usage Parameter Control) UPC est implémentée à l’entrée dans le réseau (UNI) Toute connexion ATM (VCC) doit être contrôlée individuellement Vérification de la conformité au contrat Vérification de la validité du champ d’acheminement (VPI/VCI) La fonction UPC doit être la plus simple possible : Minimiser les erreurs (fiabilité) Minimiser le délai induit par le contrôle (rapidité)

Actions normalisées de l’UPC : Laisser passer la cellule Retarder la cellule jusqu’à son instant d’arrivée théorique Marquer la cellule avec le bit CLP à 1 Rejeter la cellule Informer l’entité qui gère la connexion Principe de base du contrôle : l’algorithme GCRA (Generic Cell Rate Algorithm)

Mise en œuvre du contrôle de trafic ATM (1)
L’algorithme GCRA(T, t) détermine si une séquence de cellules est conforme au débit nominal 1/T, avec une tolérance t : La cellule k est déclarée conforme si yk = ck – ak  t ak : instant d’arrivée observé de la cellule ck : instant d’arrivée théorique calculé récursivement : Le contrôle du débit crête (PCR) se fait en prenant T = 1/PCR, et t = CDV Le contrôle SCR se fait en prenant T = 1/SCR et 1/t  1/CDV + MBS

Mise en œuvre du contrôle de trafic ATM (2)
L’algorithme GCRA est généralement implémenté sur le principe du « seau percé » (leaky bucket) non conformes détruites conformes CLP = 0 non conformes marquées CLP = 1 1 / T 1 / CDV (+MBS)

ATM applique le principe du contrôle préventif à l’entrée du réseau Par opposition, TCP propose une politique de contrôle réactif : la fenêtre s’adapte à la congestion dans le réseau

Avantages et inconvénients d’ATM
Autorise les hauts débits Optimise la bande passante Mode de transfert asynchrone Différentiation de QS Multicast Normalisation Couches d’adaptation Indépendant du support physique Évolutivité (LAN, MAN, WAN) Compatibilité d’accès Inconvénients Complexité Normalisation Peu d’applications natives ATM Pauvreté des offres des opérateurs Coût (notamment pour les accès) IP domine les réseaux Applications (y compris multimédia) Équipements

Avenir d’ATM Aujourd’hui… … demain ?
Efforts de normalisation et de simplification Offres de services pauvres ATM dédié aux backbones opérateurs WAN : 40% du trafic Internet MAN : France Telecom, Cegetel, Worldcom… Campus : concurrence du GigaEthernet … demain ? Possibilité de services ATM de bout-en-bout Voix sur ATM Mobilité sur ATM Mutualisation des accès ATM

Conclusion distance National / International Metropolitan
ATM MAN distance National / International Metropolitan Local / End user Frame Relay SDH MAN ADSL DSLAM ATU/R Router Ethernet / IP MAN Internet Local loop ATM Backbone Source : FTR&D

Terminologie ATM & Frame Relay
Peut être éliminé à l’entrée VPI/VCI DLCI AIR Frame Burst MBS EIR De=1 Clp=0 or 1 CIR SCR De=0 Clp=0 NPA - Network Path Availability ACA - ATM Connection Availability NTT - Network Transit Time CTD - Cell Transfer Delay DDR - Data Delivery Ratio CLR - Cell Loss Ratio

Empilement des technologies

MPLS (1) MultiProtocol Label Switching (MPLS) est une solution proposée pour répondre aux problèmes posés par les réseaux actuels Administration de bandes passantes Besoins de services pour les réseaux IP Gestion de la Qualité de Service Offres de Classes de Services Différenciées MPLS propose des solutions scalabilité (adaptation à l’échelle du réseau) routage basé sur la QS et les mesures de QS adaptabilité aux réseaux ATM et Frame Relay

MPLS (2) MPLS est normalisé par l’IETF (Internet Engineering Task Force) et assure les fonctions suivantes : Il spécifie les mécanismes pour administrer les flux de trafic des plusieurs types Flux entre matériels différents Flux entre machines différentes Flux entre applications différentes Il est indépendant des protocoles des couches 2 et 3. Il interagit avec des protocoles de routage existant RSVP (Resource reSerVation Protocol) OSPF (Open Shortest Path First) Il supporte les couches de niveau 2 des réseaux IP, ATM, et Frame Relay

MPLS (3) Dans MPLS, la transmission de données se fait sur des Label – Switched Paths (LSP, Chemin à commutation de label) séquence de labels (ou étiquettes) à chaque nœud du chemin allant de la source à la destination établis en fonction du type de transmission des données (« control-driven ») ou après détection d’un certain type de données (« data-driven ») Les labels sont des identifiants spécifiques au protocole des couches basses distribués suivant le protocole LDP (Label Distribution Protocol) ou RSVP relayés par les protocoles de routage comme BGP (Border Gateway Protocol) ou OSPF

MPLS (4) Chaque paquet de données encapsule et transporte les labels pendant leur acheminement La commutation haut débit est possible puisque les labels de longueur fixe sont insérés au tout début du paquet ou de la cellule et peuvent être utilisés par le hardware pour commuter plus rapidement

Équipements du MPLS Les éléments qui participent aux mécanismes du protocole MPLS peuvent être séparés en deux catégories Label Edge Routers (LER, routeur d’extrémité supportant les labels) Élément à l’extrémité du réseau d’accès ou du réseau MPLS Support de plusieurs ports connectés à des réseaux différents (ATM, Frame Relay ou Ethernet) Transfert du trafic sur le réseau MPLS après établissement des LSP Le LER joue un rôle fondamental dans l’assignation et la suppression des labels, au fur et à mesure que le trafic entre et sort du réseau MPLS Label Switching Routers (LSR, routeur de commutation des labels) routeur haut débit au cœur d’un réseau MPLS qui participe à l’établissement des LSP

Classes d’équivalence MPLS
La Forward Equivalence Class (FEC) est la représentation d’un groupe de paquet qui ont en commun les mêmes besoins quant à leur transport Tous les paquets d’un tel groupe reçoivent le même traitement au cours de leur acheminement Contrairement aux transmissions IP classiques, dans MPLS, un paquet est assigné à une FEC une seule fois, lors de son entrée sur le réseau Les FEC sont basés sur les besoins en terme de service pour certains groupes de paquets, ou même un certain préfixe d’adresses Chaque LSR se construit une table, la Label Information Base (LIB, Base d’information sur les labels) pour savoir comment un paquet d’une FEC donnée doit être transmis

Labels MPLS (1) Un label, dans sa forme la plus simple, identifie le chemin que le paquet doit suivre Un label est transporté ou encapsulé dans l’en-tête de niveau 2 du paquet Le routeur qui le reçoit examine le paquet pour déterminer le saut suivant selon son label

Labels MPLS (2) Un label, dans sa forme la plus simple, identifie le chemin que le paquet doit suivre Une fois qu’un paquet est labellisé, le reste de son voyage est basé sur la commutation de labels Les valeurs du label ont simplement une signification locale Ces valeurs peuvent d’ailleurs directement déterminer un chemin virtuel (DLCI en Frame Relay ou VCI et VPI en ATM) Les labels sont associés à un FEC suivant une logique ou une politique déterminant cette association sur les critères suivants Routage unicast vers la destination gestion du trafic Multicast Virtual Private Network (VPN) QS

Chemins à commutation de labels MPLS
Un ensemble d’éléments compatibles avec MPLS représente un domaine MPLS Au sein d’un domaine MPLS, un chemin est défini pour un paquet donné à partir d’une FEC MPLS propose deux solutions suivantes pour implémenter un LSP Routage saut-par-saut Chaque LSP choisit indépendamment le saut suivant pour un FEC donné Cette méthodologie est similaire à celle utilisé dans les réseaux IP courants Le LSR utilise les protocoles de routage disponibles, comme OSPF, PNNI (ATM Private Network-to-Network Interface), etc. Routage explicite Similaire au source routing Le premier LSR détermine la liste des nœuds à suivre Le chemin spécifié peut être non-optimal Le long de ce chemin, les ressources peuvent être réservées pour assurer la QoS voulue au trafic. Un LSP est unidirectionnel et le trafic de retour doit donc prendre un autre LSP

Protocole de distribution de labels
LDP (Label Distribution Protocol) est un protocole nouveau permettant d’apporter aux LSR les informations d’association des labels dans un réseau MPLS Association des labels aux FEC, ce qui crée des LSP Établissement de sessions LDP entre deux éléments du réseau MPLS, qui ne sont pas nécessairement adjacents Ces éléments échanges les types suivants de messages LDP Messages de découverte : annoncent et maintiennent la présence d’un LSR dans le réseau Messages de session : établissent, maintiennent et terminent les sessions LDP Messages d’avertissement : créent, changent et effacent des associations entre FEC et labels Messages de notification : permettent d’apporter d’autres informations comme signaler une erreur

Gigabit Ethernet (1) Objectifs d’élaboration Aperçu fonctionnel
Conformité avec les standards Ethernet Interopérabilité avec Ethernet et Fast Ethernet Utilisation de l’infrastructure Ethernet existante Aperçu fonctionnel

Gigabit Ethernet (2) La technologie Gigabit Ethernet supporte plusieurs interfaces physiques : 1000-Base SX 850nm laser sur Fibre Optique multi-mode 1000-Base LX 1300nm laser sur Fibre Optique mono-mode 1000-Base SX sur paires cuivres torsadées blindées STP (courte portée) 1000-Base T sur paires cuivres torsadées non blindées UTP (longue portée) Distances Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Débits 10 Mb/s 100 Mb/s 1000 Mb/s UTP Catégorie 5 100 m 25 – 100 m STP / Coaxial 500 m 25 m Fibre multi-mode 2 km Fibre mono-mode 25 km 20 km 3 km

Gigabit Ethernet (3) La technologie Gigabit Ethernet utilise le protocole CSMA / CD au niveau de la sous-couche MAC du niveau 2 (liaison de données), comme les technologies Ethernet antérieures Ethernet : longueur minimale de la trame  64 octets Fast Ethernet avec 64 octets  100 mètres maximum Giga Ethernet avec 64 octets  10 mètres maximum ! La taille de la trame minimale avec Giga Ethernet est portée à 512 octets

Gigabit Ethernet (4) Points forts Extension de l’Ethernet historique
Utilisation des mêmes mécanismes de transmission Utilisation des mêmes formats de trames Pas besoin de traductions ou d’émulations Administration facilitée Les systèmes d’administration d’Ethernet ou de Fast Ethernet peuvent directement être ré-utilisés Coûts réduits Matériels A priori, le coût des équipements devrait diminuer… … mais pour couvrir quelques km, il faut de la fibre ! Formation

Gigabit Ethernet (5) Limites Protocole non multimédia (CSMA/CD !!!)
Absence de mécanismes de tolérance de pannes comme le re-routage en cas de problèmes Absence de mécanismes de gestion et de contrôle de flux Non complètement standardisé (encore des mécanismes propriétaires) Giga Ethernet s’appuie sur une couche MAC modifiée Impact sur la taille du réseau Débit réel utilisateur trames de 64 octets  120 Mb/s Taille moyenne des trames Ethernet : 200 – 500 octets  300 – 500 Mb/s

Gigabit Ethernet versus ATM
Fonctionnalités Gigabit Ethernet ATM QS (802.1p, RSVP) Oui VLAN (802.1q) Paquets Ethernet Oui ( > 512 octets) Paquets Token Ring Non Compatibilité IP Multimédia Non temps-réel Extensible au WAN Non ? Connexion serveurs PC desktop Backbone entreprise Dépend de la taille Gestion de trafic Tolérance aux pannes Contrôle de congestion

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