Interconnexion de réseaux, routage

Qu’est-ce qu’un réseau longue distance?

==> Réseaux longue distance

– grande couverture géographique,
– hétérogénéité des modes de transmission,
– mélange de réseaux publics et privés,
– agrégation du trafic,
– tarification par des opérateurs.

==> Comment aller plus loin?

– technique de transmission WAN
– noeuds de "commutation » appelé routeurs,
– interconnexion de réseaux,
– introduction du routage.

La diversité des réseaux

Introduction aux WANs

Support de Cisco

Interconnexion de réseaux, routage

Le routeur et la fonction de routage, c’est …trouver une route d'une source vers une destination
– Envoyer les paquets vers les liens de sortie.
– Stocker les paquets dans les files appropriées.
– Traiter les paquets selon la QoS requise.

Supposons que vous désirez vous connecter en
Antartique:
– Quelle route prendre?
– Existe-il une route optimale?
– Que se passe t-il si un lien tombe en panne?
La fonction de routage tente de répondre à ces
questions
Le routage illustré


Les protocoles de routage

Fonctions de base, protocole de routage

– déterminer et mise à jour des tables de routages,
– répartition des charges pour éviter les congestions,
– critères pour déterminer le coût d'une liaison (nombre de noeuds,
temps de traversée, taille des files d'attente etc.)

 Fonctions avancées, liées à la qualité de service

– définir des classes de trafic, ordonnancement,
– instaurer la sécurité,
– contrôle de flux et contrôle de congestion,
– qualité de service: temps-réel, multimédia etc.
Routage: principes de base

 Un algorithme de routage rempli une table de routage

dans les routeurs

 PB: Choix local sur un système global
Le problème du routage

 Comment effectuer des choix locaux corrects?

– chaque routeur doit connaître quelque chose de l'état global.

 L'état global est:

– de manière inhérente grand,
– dynamique,
– difficile à recueillir.

 Un protocole de routage doit intelligemment

« résumer » et exploiter les informations les plus

pertinentes.

Un routage efficace c’est...
 Une taille minimale pour les tables
– consultation des tables (lookup) plus rapide,
– moins d'informations à échanger.
 Minimiser la fréquence des messages de contrôle
 Robuste en évitant
– les ``trous noirs'',
– les boucles,
– les oscillations.
 Trouver une route optimale
Choix pour les protocoles de routage
 Centralisé vs distribué
– centralisé est simple mais sujet aux pannes et à la congestion.
 Routage par la source vs hop-by-hop
– taille de l'entête importante pour le routage par la source.
 Stoquastique vs déterministe
– stoquastique répartie la charge mais dé-séquence.
 Dépendant ou indépendant de l'état?
– dépendant de l'état plus efficace mais plus complexe.
L’environnement environnement du routage

 Environnement

– les liens et les routeurs ne sont pas fiables,
– il y a peu de routes alternatives,
– le trafic change rapidement.

 Deux algorithmes principaux

– distance vector
– link-state
 Tous deux assument que les routeurs connaissent
– l’adresse de chaque voisin,
– le coût pour atteindre un voisin.
 Tous deux permettent à un routeur de construire des
des informations globales de routage en
communiquant seulement avec ses voisins directs.
Les protocoles de routages pour réseaux
paquets
 Vecteur de distance (Distance-Vector, DV)
– chaque routeur ne connaît initialement que le coût de ses propres
liaisons, les routeurs échangent entre-eux des informations de
coûts,
– chaque routeur n'a qu'une vision partielle du réseau: coût vers
chaque destination,
– fonctionne bien sur des systèmes de petite taille.
 Etat des liens (Link-State, LS)
– chaque routeur construit une vision complète de la topologie du
réseau à partir d'informations distribuées,
– ne pas confondre connaître la topologie et connaître tous les
noeuds terminaux,
– fonctionne sur des grands réseaux.
Distance Vector: Example
∞
∞
∞
Problèmes avec le Distance Vector
 Comptage à
l'infini
– Les packets
peuvent osciller
entre A et B
B envoie à A son
nouveau DV. En même
temps, A envoie à B
son DV indiquant une
2-hop chemin pour C.
A découvre que B n’a
plus de chemin vers C
et lui indique donc le
changement. B par
contre croit avoir un
moyen de joindre C
avec un 3-hop chemin.
4
∞
∞
∞
∞∞
Distance Vector: Dealing with the problem
 Path vector
– DV carries path to reach each destination
 Split horizon
– never tell neighbor cost to X if neighbor is next hop to X
– doesn’t work for 3-way count to infinity
 Triggered updates
– exchange routes on change, instead of on timer
– faster count up to infinity
 More complicated
– source tracing
– DUAL (Diffused Update Algorithm)
Link state routing
 In distance vector, router knows only cost to each
destination
– hides information, causing problems
 In link state, router knows entire network topology,
and computes shortest path by itself
– independent computation of routes
– potentially less robust
 Key elements
– topology dissemination
– computing shortest routes
Réseaux grande distance 21
Etat des liens: vue d’ensemble
Link state: topology dissemination
 A router describes its neighbors with a link state
packet (LSP)
 Use controlled flooding to distribute this everywhere
– store an LSP in an LSP database
– if new, forward to every interface other than incoming one
– a network with E edges will copy at most 2E times
Sequence numbers
 How do we know an LSP is newer than an other one?
 Use a sequence number in LSP header
 Greater sequence number is newer
 What if sequence number wraps around?
– smaller sequence number is now newer!
– (hint: use a large sequence space)
 On boot up, what should be the initial sequence
number?
– have to somehow purge old LSPs
– two solutions
• aging
• lollipop sequence space
Link state vs. distance vector
 Critères
– stabilité
– Plusieurs métrics de routage dans un LSP
– Temps de convergence plus faible (pas toujours vrai)
– Coût de communication plus grand
– Coût mémoire plus grand
 Les 2 sont largement utilisés
Les protocoles de routage (interne)
 RIP (v1 et v2)
– Routing Information Protocol, v2 supporte le VLSM
– Nombre de saut comme métrique
– Nombre de saut maximum = 15
– Mise à jour des tables de routage toutes les 30s
 IRGP
– Interior Gateway Routing Protocol (Cisco)
– Bande passante et délai comme métrique
– Mise à jour des tables de routage toutes les 30s
 OSPF
– Open Shortest Path First, supporte le VLSM
– Notion de zones administratives
– Utilise SPF (Dijkstra) pour calculer le plus court chemin
– Le coût d’un lien dépend de la capacité (108/capacité)
– Paquet HELLO toutes les 10s ou 30s
 EIGRP
– Enhanced IGRP (Cisco), supporte le VLSM
– Utilise l’équilibrage
– Utilise DUAL (Diffused Update Algorithm) pour calculer le + court chemin
Réseaux grande distance 26
Exemple de configuration de RIP sur IOS
Routing dynamics
Hierarchical routing
 Large networks need large routing tables
– more computation to find shortest paths
– more bandwidth wasted on exchanging DVs and LSPs
 Solution:
– hierarchical routing
 Key idea
– divide network into a set of domains
– gateways connect domains
– computers within domain unaware of outside computers
– gateways know only about other gateways
Le routage hiérarchique: exemple
– seulement quelques
routeurs à chaque niveau,
– les gateways participent
avec plusieurs protocoles
de routages
Internet, TCP/IP
Internet: à quoi cela ressemble?
 10-100 machines connectées à des hubs et des
routeurs,
 quelques dizaines de routeurs connectés sur le
réseau d'un bâtiment,
 quelques dizaines de réseaux bâtiment connectés sur
un campus/ville,
 quelques dizaines de réseaux campus/ville connectés
sur un réseau régional,
 quelques centaines de réseaux régionaux connectés
sur un réseau national,
 quelques dizaines de réseaux nationaux connectés
par des liens internationaux.
L’Internet Internet du point de vue de l ’utilisateur
L’Internet, Internet, en vrai...
Les protocoles de l ’Internet
 Couche transport dans l'Internet (light, détaillé)
 TCP/IP sur les réseaux locaux
 Couche application
Internet: historique
(voir www.isoc.org/internet/history et www.zakon.org/robert/internet/timeline)
 1960: le DoD/ARPA lance le projet d'un réseau flexible
et fiable.
 1968: BBN est sélectionné pour construire un
prototype. BBN utilisera des DDP-316 possédant 12K
de mémoire comme noeuds de transit.
 1969: réunions pour décider du développement des
logiciels sur les noeuds terminaux. UCLA, UCSB, SRI
et Univ. Utah sont choisis, ARPANET était né.
 1970: NSF propose un accès à ARPANET pour les
universités, finance la création de réseaux régionaux.
L'ensemble des réseaux de NSF se nomme NSFNET.
 1974: Développement de TCP/IP pour
l'interconnection de réseaux hétérogènes.
 1983: ARPANET possède 200 noeuds de transit.
Internet: historique (2) et quelques chiffres
 1984: NSF connecte NSFNET à ARPANET.
 1990: MERIT, MCI et IBM forment le groupe Advanced
Network and Service pour commercialiser NSFNET et
créer ANSNET. ARPANET est démantelé.
 1995: ANSNET est vendu à America Online.
 Entre-temps, un grand nombre de réseaux ont été
construits, reliés entre-eux, tant au US que dans le
monde. C'est l'Internet.
Nombre de postes Internet
Nombre de sites www
Bande passante aggrégée
Principales connexions
Ce qui tient l'Internet en un ensemble cohérent
 L'adressage
– comment identifier une machine dans le monde.
 Le routage
– comment construire les tables de routage, comment y aller.
 Le protocole Internet Protocol (IP)
– comment formatter les données, communiquer et se comprendre.
– RFC 791
– Protocole de niveau 3 dans la hiérarchie OSI
– Mode non connecté (datagramme)
IP, fiche d'identité
L ’adressage IP
 il n'y a pratiquement plus de classe A et B,
 certaines adresses sont réservées (11110*, 127.x.y.z),
 les adresses réseaux sont distribuées par le NIC
(Network Information Center).
L'entête d'un paquet IP
 entête fixe de 20 octets, plus un champ option
variable,
 les champs adresses sur 32 bits,
 taille maximale du paquet: 65535 octets.
Adressage privé
 L'IANA (Internet Assigned Number Authority) définit
des adresses privés qui ne seront jamais données:
– classe A: de 10.0.0.0 à 10.255.255.255
– classe B: de 172.16.0.0 à 172.31.255.255
– classe C: de 192.168.0.0 à 192.168.255.255
 On utilise alors le NAT (Network Address Translation)
ou des proxies pour convertir les adresses si une
connexion extérieure est nécessaire.
Qu'est ce que le routage?
R3
A
B
C
R1
R2
R4 D
E
R5 F
F R5
E R3
D R3
Destination Next Hop
D D
Le routage IP
R3
A
B
C
R1
R2
R4 D
E
R5 F
F R5
E R3
D R3
Destination Next Hop
D
D
DD 16 32 1 4
Data
Options (if any)
Destination Address
Source Address
TTL Protocol Header Checksum
Fragment ID Flags Fragment Offset
Ver HLen T.Service Total Packet Length
20 bytes
Hiérarchie dans l’Internet
 Trois niveaux de hiérarchie dans les adresses
– adresse réseaux,
– adresse sous-réseaux,
– adresse de la machine.
 Le réseaux de backbone ne publient les routes qu’aux
réseaux, et pas aux sous-réseaux.
– e.g. 135.104.*, 192.20.225.*
 Malgré cela, il y a environ 118,000 adresses de
réseaux dans les routeurs de backbones (2003)
 Les gateways communiquent avec le backbone pour
trouver le meilleur noeud suivant pour chaque réseau
dans l’Internet.
CIDR/VLSM
 Classless Inter Domain Routing (rfc 1466)
– adressage sans notion de classe
– attribution d'adresses de classes C consécutives
– il suffit de connaître l'adresse de début et l'adresse de fin
source L. Toutain
CIDR/VLSM - exemple
CIDR/VLSM - Correspondance
 Correspondance netmask et nbr de réseaux de
l'aggrégat
Exemple d’utilisation du VLSM
Ex: Agrégation avec CIDR/VLSM
Backbone
R1
R2
R3
R4
ISP, P ISP, Q
192.2.0/22 200.11.0/22
Site, S
192.2.1/24
Site, T
192.2.2/24
192.2.0/22 200.11.0/22
192.2.1/24 192.2.2/24
192.2.0/22, R2
Backbone routing table
IP Number Line
Backbone
R1
R2
R3
ISP, P
192.2.0/22, R2
Backbone routing table
Prefixes non-agrégeable
(1) Multi-homed Networks
192.2.0/22
192.2.2/24 R4
192.2.2/24, R3
Backbone
R2 R1 R3 R4
ISP, P ISP, Q
192.2.0/22 200.11.0/22
Site, S
192.2.1/24
Site, T
192.2.2/24
192.2.0/22 200.11.0/22
192.2.1/24 192.2.2/24
Prefixes non-agrégeable
(2) Changement de provider
Backbone routing table
192.2.0/22, R2
192.2.2/24, R3
IP Number Line
La phase de lookup
 Lookup
– le lien de sortie dépend de l'adresse de destination et du contenude
la table de routage,
– la recherche se fait avec Best Matching Prefix (BMP) dans les
tables de routage,
– la rapidité est primordiale.
 Best Matching Prefix
– table de routage = paires d'entrées (Prefix, Lien),
– pour une \@IP donné, le lien de sortie avec le plus long prefix est
choisi.
Lookups avec distinction de classes
23
186.21
Port 1
Port 2
192.33.32.1
Class A
Class B
Class C
192.33.32 Port 3
Exact match
netid port#
Lookups avec CIDR/VLSM
192.2.0/22, R2
192.2.2/24, R3 192.2.0/22 200.11.0/22
192.2.2/24
200.11.0/22, R4
192.2.0.1 192.2.2.100 200.11.0.33
Find the most specific route, or the longest matching
prefix among all the prefixes matching the destination
address of an incoming packet
Exemple du lookup
 @: 11001010000, lien de sortie: C
 @: 10101010000, lien de sortie: D
Contraintes de performance
 Avec les débits actuellement rencontrés, un routeur
doit effectuer des millions d'opérations à la seconde
1GE 1.0 3.13 1.49 0.35
2002-03 OC768 40.0 125 59.52 14.12
2000-01 OC192 10.0 31.25 14.88 3.53
1999-00 OC48 2.5 7.81 3.72 0.88
1998-99 OC12 0.622 1.94 0.92 0.22
1997-98 OC3 0.155 0.48 0.23 0.054
354B
(Mpps)
84B
(Mpps)
40B
(Mpps)
Linerate
(Gbps)
Year Line
Distribution de la taille des paquets et
difficultés du lookup
 Sur un lien de réseau dorsale (backbone)
– 75% des paquets sont plus petits que 552 octets,
– environ 50% des paquets sont plus petits que 44 octets (paquets
d'acquittements),
– 10% des paquets sont plus grands que 1500 octets.
 Difficultés du lookup
– les tables de routage peuvent avoir des milliers d'entrées,
– le prefix des adresses de destinations sont de longueurs variables,
par exemple: 100101* ou 1* ou 101011000010001000101010,
– l'adresse de destination peut correspondre à plusieurs prefix, il faut
prendre la plus longue.
0,1
1
10
100
1000
10000
1985 1990 1995 2000
Spec95Int CPU results
Pourquoi avons nous besoin de routeur plus rapide?
Pour éviter qu'ils ne deviennent les goulots d'étranglement
0,1
1
10
100
1000
10000
1985 1990 1995 2000
Fiber Capacity (Gbit/s)
TDM DWDM
Packet processing Power Link Speed
2x / 18 months 2x / 7 months
Source: SPEC95Int & David Miller, Stanford.
Memory Bandwidth
Commercial DRAM
 Il est difficile de suivre la loi de Moore:
– The bottleneck is memory speed.
– Memory speed is not keeping up with Moore’s Law.
0,0001
0,001
0,01
0,1
1
10
100
1000
1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001
Access Time (ns)
DRAM
1.1x / 18months
Moore’s Law
2x / 18 months
Router
Capacity
2.2x / 18months
Line Capacity
2x / 7 months
Shared Backplane
Line
Interface
CPU
Memory
Route
CPU Table Buffer
Memory
Line
Interface
MAC
Line
Interface
MAC
Line
Interface
MAC
Fixed length “DMA” blocks
or cells. Reassembled on egress
linecard
Fixed length cells or
variable length packets
Typically <0.5Gb/s aggregate capacity
Most Ethernet switches and cheap
packet routers
Bottleneck can be CPU, hostadaptor
or I/O bus
Routeurs de 1ère génération
Limitations
 First generation router built with 133 MHz Pentium
– Mean packet size 500 bytes
– Interrupt takes 10 microseconds, word access take 50 ns
– Per-packet processing time is 200 instructions = 1.504 μs
 Copy loop
– register <- memory[read_ptr]
– memory [write_ptr] <- register
– read_ptr <- read_ptr + 4
– write_ptr <- write_ptr + 4
– counter <- counter -1
– if (counter not 0) branch to top of loop
 4 instructions + 2 memory accesses = 130.08 ns
 Copying packet takes 500/4 *130.08=16.26μs; interrupt 10 μs
 Total time = 27.764 μs => speed is 144.1 Mbps
 Amortized interrupt cost balanced by routing protocol cost
Route
CPU Table
Line
Card
Buffer
Memory
Line
Card
MAC
Buffer
Memory
Line
Card
MAC
Buffer
Memory
Fwding
Cache
Fwding
Cache
Fwding
Cache
MAC
Slow Path
Drop Policy Drop Policy Or
Backpressure
Output
Link
Scheduling
Buffer
Memory
Typically <5Gb/s aggregate capacity
Port mapping
intelligence in line
cards-better for
connection mode
Higher hit rate in
local lookup cache
Routeurs de 2ème génération
Le routage dans l'Internet
 Interior Routing
– utilise RIP (Routing Information Protocol, DV) et OSPF (Open
Shortest Path First, LS). Ce dernier est celui qui est préféré
– protocole d'échange de données de routage périodiques entre
routeurs adjacents.
 Exterior Routing
– utilise EGP (Exterior Gateway Protocol, DV) et BGP (Border
Gateway Protocol, DV). Ce dernier est celui qui est préféré.
– connexion TCP entre les routeurs pour les échanges
d'informations,
– routage politique.
 Notion de peering et d'accords entre AS
Organisation en systèmes autonomes
 L ’Internet est organisée en un ensemble de systèmes
autonomes (Autonomous System)
 Chaque AS est un ensemble de réseaux et de routeurs
sous une administration communes
– entreprise, campus, réseau régional…
– toutes les parties d ’un AS doivent être connexes
 Les numéros d’AS sont délivrés par le NIC-France
– un numero = 16 bits (ex: Renater = AS 1717)
 Le routage entre AS est appelé routage externe
Systèmes autonomes et routage externe
BGP background (1)
From CISCO
BGP background (2)
From CISCO
BGP background (3)
From CISCO
Asymétrie du routage
 ou comment se débarrasser des packets le plus vite
possible…
source L. Toutain
Evolution du nombre d’entrée dans un routeur
inter-domaine BGP (1)
Evolution du nombre d’entrée dans un routeur
inter-domaine BGP (2)
Evolution sur 14 jours
British
Telecom
BBN
Sprint
Le visage de l’Internet aujourd’hui
 Les « 1st tier ISP » possèdent des lignes.
 L'interconnexion se produit essentiellement à des
points de peering privé.
UUNet/MCI
(1st tier ISP
Earthlink
2nd tier pas de lignes,
que des POPs
source: C. Diot, RHDM'00
Ex: Points of Presence (POPs)
A
B
C
POP1
POP3
POP2
POP4 D
E
F
POP5
POP6 POP7
POP8
Peering n'est pas transit…
 Le peering consiste à établir une relation commerciale
pour offrir aux abonnés de 2 providers une
connectivité réciproque.
 Pas de transitivité! WestNet n'a pas accès à EastNet,
et inversement!
Le transit
 Le transit est une relation commerciale dans laquelle un
ISP fournit (vend) l'accès à toutes (ou partiellement,
Europe) les destinations dans sa table de routage.
Peering ou transit?
 Le transit peut coûter assez cher ($150000/mois pour
un transit sur un OC-3)
 Le peering privé est souvent rentable
Mais attention à l'asymmétrie!!
 Un ISP avec beaucoup de contenu peut consommer
beaucoup de ressources chez l'ISP voisin! Un rapport
(4:1) est souvent mis dans les contrats.
Les réseaux de télécommunication
et de transport
Le réseau téléphonique
Le téléphone est installé dans 96%
des ménages français. Si les postes
des ces 26 millions d'abonnés étaient
reliés deux à deux, le réseau téléphonique
national compterait
quelques 300000 milliards de lignes!
Source J. Tiberghien, VUB
Le téléphone avec un commutateur central
Pour éviter ce schéma, le réseau
téléphonique concentre le trafic
des abonnés sur des équipements
communs
Source J. Tiberghien, VUB
Les conversations avec un
opérateur sont remplacées par
un protocole de signalisation
- Voix: analogique
- Signalisation: numérique
Source J. Tiberghien, VUB
Commutateurs automatiques
Le premier commutateur automatique:
L'histoire de Almond B. Strowger, 1891…
Le réseau téléphonique
PABX
SW
SW
SW
SW
SW
PABX
SW
SW
Trunk
lines
Routage dans les réseaux téléphoniques
Comparaison: routage téléphonique et routage
dans l'Internet
 Réseau téléphonique
– le trafic téléphonique est assez prédictible, la charge est constante,
– le « core network » est de taille modeste et est pratiquement
complètement maillé,
– généralement il existe plusieurs chemins de longueur identique,
– les commutateurs et les liens sont très fiables,
– généralement, une seule organisation contrôle une infrastructure
donnée ce qui facilite la cohérence et les optimisations.
 Internet
– trafic non prévisible, la connectivité ne demande pas un débit
minimale,
– le « core network » est grand,
– les routeurs ne maintiennent généralement pas de chemins
alternatifs,
– manque de fiabilité,
– contrôle distribué.
Le réseau téléphonique: évolution
 Initialement conçu pour le transport de la voix
– fils de cuivre, câble coaxiaux
– le réseau garanti la qualité de la connexion
 De nos jours, l’infrastructure principale est en fibre
optique, seule la boucle locale est en fils de cuivre
– plus grand débit dans les gros tronçons
– pose récente de 40000km de fibres par France Telecom
L’abonné abonné et la boucle locale
 La boucle locale reste par souci d’économie en simple
paire torsadée avec transmission analogique dans la
gamme de fréquence 350Hz-3750Hz
 L’abonné doit utiliser un modem (modulateurdémodulateur)
pour transformer les signaux
numériques issus de son ordinateur en signaux
analogiques acceptables par le réseau téléphonique
Nature de l'information véhiculée
Numérisation de la voix
 Numérisation de la voix pour la faire passer dans un
canal de 4KHz du réseau téléphonique
– échantillonnage à 8KHz pour produire 8000 échantillons de 7 ou 8
bits. Un échantillon toute les 125 us (Pulse Code Modulation).
– Débit = 64 Kbits/s
 Une ligne T1 groupe 24 canaux de communication
– Trame de 193 bits (24x8 +1) périodiquement émise
– Débit brut de 1.544 Mbits/s.
Zoom sur les accès
PABX
ABX
ABX
ABX
ABX
ABX
PABX
ABX
ABX
Analogique / Numérique
Source J. Tiberghien, VUB
1 0 0 1
0 1 0 1
0 1 1 0 0 0 1 1
T1 ou E1
Bell D2 system (DS1/T1)
(CCITT G733)
Frame duration : 125 μS = 1 / 8000
Number of channels : 24
Frame length : 193 bit = 8 * 24 + 1
Bit frequency : 1544 kHz = 193 / 125.10-6
Signaling : least significant bit stolen
once every 6 frames
Signaling rate : 1.3 kb/s = 8000 / 6
Frame synchronization by bit 0
1 2 23 24 1
1 frame = 193 bit (= 24 * 8 + 1)
CEPT 30 (E1)
(CCITT G732)
1 frame = 256 bit (= 32 * 8)
Frame duration : 125 μS = 1 / 8000
Number of channels : 30
Frame length : 256 bit = 8 * 32
Bit frequency : 2048 kHz = 256 / 125.10-6
Signaling : Slot 16 reserved
Channel Signaling : 2 kb/s = 64 / 32 kb/s
Common Signaling : 64 kb/s
Frame sync. and link management by slot 0
0 1 30 31 0
T1/E1 represents the main underlying
technologies for dedicated leased
lines: Transfix in France for example
Bandwidth from 2400bps to 45Mbps
(T3 in US)
Hiérarchie de multiplexage
Background: Circuit switch
 A switch that can handle N calls has N logical inputs
and N logical outputs
– N up to 200,000
 Moves 8-bit samples from an input to an output port
– Recall that samples have no headers
– Destination of sample depends on time at which it arrives at the
switch
 In practice, input trunks are multiplexed
– Multiplexed trunks carry frames = set of samples
 Goal: extract samples from frame, and depending on
position in frame, switch to output
– each incoming sample has to get to the right output line and the
right slot in the output frame
Multiplexors and demultiplexors
 Most trunks time division multiplex voice samples
 At a central office, trunk is demultiplexed and
distributed to active circuits
 Synchronous multiplexor
– N input lines
– Output runs N times as fast as input
…
1
23
N
MUX …
1
23
N
De-
1 2 3 … N MUX
Time division switching
 Key idea: when de-multiplexing, position in frame
determines output trunk
 Time division switching interchanges sample position
within a frame: time slot interchange (TSI)
Time Division Switching: Limitations
 To build a 120,000 circuit switch
– read and write samples 120,000 every 125us, a R&W operation in
0.5 ns!
– Today DRAM has access time from 80 to 40 ns
– If we use 40 ns DRAM, it's 80 times more than what we need
– Maximum #circuit= 120,000/80=1500!
– Too small!!
Space division switching
 Each sample takes a different path through the
switch, depending on its destination
Crossbar
 Simplest possible
space-division switch
 Crosspoints can be
turned on or off, long
enough to transfer a
packet from an input to
an output
 Expensive
 Internally nonblocking
– but need N2 crosspoints
– time to set each crosspoint
grows quadratically
configuration
Data In
Data Out
Multistage crossbar
 In a crossbar during
each switching time
only one cross-point
per row or column is
active
 Can save crosspoints
if a cross-point can
attach to more than
one input line
 This is done in a
multistage crossbar
N/n
arrays
n x k
k
arrays
N/n x N/n
N/n
arrayw
k x n
Plesiochronous Digital Hierarchy
– Le remplacement des structures de télécommunication s'est faite
au fur et à mesure avec un mélange de lignes numérique (type
E1/T1) et de lignes encore analogiques. De ce fait, les horloges
des différentes lignes n'était pas exactement synchronisées. Le
multiplexage de ces lignes occasionnait une différence entre les
horloges.
– Pour pallier à ces problèmes, on utilise un débit en sortie supérieur
à la somme des débits d'entrés pour pouvoir compenser les
différences d'horloge en rajoutant de bits de bourrage. Ce principe
s'appelle PDH pour Plesiochronous Digital Hierarchy (presque
synchrone).
– L'inconvénient était de ne pas pouvoir déterminer de manière sûre
le début d'un canal multiplexé sans le dé-multiplexer au préalable.
La conséquence est la suivante: pour satisfaire un utilisateur
désirant louer une ligne à 2 Mbits/s, l'opérateur doit complètement
dé-multiplexer le flux haut-débit pour récupérer le flux à 2 Mbits/s et
ensuite re-multiplexer les flux (drop-and-insert ou add-drop
multiplexer).
PDH, manque de synchronisme
2 1
3 2 1
3
3 2 1
3 3 3 2 2 2 1 1 1
2 1
3 2 1
3
3 2 1
X 2 X 2 X 2 X 1 X 1 X 1
Synchrone
octets de bourrages
PDH: Add Drop Multiplexer
140
8
32
2
user
demultiplexage
re-multiplexage
Digital Telephony in 1984
Key System Aspects:
• M13 Building Blocks
• Asynchronous Operation
• Electrical DS3 Signals
• Proprietary Fiber Systems
• Brute Force Cross Connect
• AT&T Network/Western
Electric Equipment
Central
Office
Central
Office
Central
Office
Fiber
Fiber Optic
Transmission
• Switches Systems
• Leased Line
M13 M13
DS3
DS1
DS3
DS1 Cross
Connect
M13
DS1
DS1
No Guaranteed
Timing
Synchronization
Post-AT&T Divestiture Dilemmas
Needs:
• Support Faster Fiber
• Support New Services
• Allow Other Topologies
• Standardize Redundancy
• Common OAM&P
• Scalable Cross Connect
Different
Carriers,
Vendors
• Switches
• Leased Line
• LAN Services
• Data Services
M13
Support
Other
Topologies,
Protect Fibers
DS1
Internal
DS3 Cross
Connect
SONET/SDH
 Les inconvénients du PDH ont conduit à la définition
d'une hiérarchie standard plus souple. De plus, il est
devenu très vite nécessaire de pouvoir interconnecter
un grand nombre de systèmes provenant de différents
opérateurs (américains, européens et japonais).
 SONET (Synchronous Optical NETwork) a été
développé par Bellcore à partir de 1985. Le CCITT
s'est joint à l'effort et a également proposé des
recommendations similaires appelées SDH
(Synchronous Digital Hierarchy).
 Transporte tous types de trafic (IP, ATM…), fiable,
tolérant aux pannes (double anneau avec résilience).
SONET/SDH
 SONET est un système synchrone gouverné de manière très
précise par une horloge commune (ex:GPS). Le système est
composé de commutateurs, multiplexeurs et répéteurs.
STS:
Synchronous Transport System
STM:
Synchronous Transport Module
OC:
Optical Carrier
Infrastructure SONET/SDH
PTE
SONET End
Device - I.e.
Telephony
Switch, Router
• Section Termination (STE)
Sections
Repeaters
PTE
Line
• Line Termination (LTE)
Path
• Path Termination (PTE)
La trame SONET (1)
 La trame de base est longue de 810 octets
– émise toute les 125 us, débit brut de 51.84 Mbits/s (STS-1)
– mieux représenté par un bloc de 90 colonnes et 9 lignes
– SDH définit STM-1 qui correspond à un STS-3
90 Bytes
Or “Columns”
9
Rows
Section Overhead (SOH)
Line Overhead (LOH)
Path Overhead (POH)
La trame SONET (2)
 La possibilité de commencer le SPE (Synchronous
Payload Envelope) n'importe où permet de remplir à la
volée les trames SONET qui passent.
 La partie réservée à la signalisation permet bien
évidemment de transporter des données de
synchronisation, de maintenance et d'administration
mais 3 octets sont également réservés pour véhiculer
un canal PCM de voix pour la maintenance.
La trame SONET - détails des pointeurs
Headers: Section Overhead (SOH)
A1
=0xF6
A2
=0x28
J0/Z0
STS-ID
B1
BIP-8
E1
Orderwire
F1
User
D1
Data Com
D2
Data Com
D3
Data Com
Section Overhead
• 9 Bytes Total
• Originated And Terminated By All
Section Devices (Regenerators,
Multiplexers, CPE)
• Other Fields Pass Unaffected
Rcv
SOH
Selected Fields:
•A1,A2 - Framing Bytes
•BIP-8 - Bit Interleaved
Parity
• F1 User - Proprietary
Management
Xmt
SOH
Headers: Line Overhead (LOH)
H1
Pointer
H2
Pointer
H3
Pointer Act
B2
BIP-8
K1
APS
K2
APS
D4
Data Com
D5
Data Com
D6
Data Com
Line Overhead
• 18 Bytes Total
• Originated And Terminated By All
Line Devices (Multiplexers, CPE)
• LOH+SOH=TOH (Transport OH)
Selected Fields:
•H1-3 - Payload Pointers
•K1, K2 - Automatic
Protection Switching
• D4-D12 - 576 kbps
OSI/CMIP
D7
Data Com
D8
Data Com
D9
Data Com
D10
Data Com
D11
Data Com
D12
Data Com
S1
Sync
M0
REI
E1
Orderwire
Rcv
SOH
Xmt
SOH
Xmt
SOH
Xmt
LOH
Rcv
SOH
Rcv
LOH
Headers: Path Overhead (POH)
J1
Trace
B3
BIP-8
C2
Sig Label
Path Overhead
• H1,H2 fields of LOH points to
Beginning of POH
Selected
fields:
•BIP-8 - Parity
• C2 - Payload
Type Indicator
• G1 - End End
Path Status
G1
Path Stat
F2
User
H4
Indicator
PTE
Z3
Growth
Z4
Growth
Z5
Tandem
STE PTE
Frame N
Frame N+1
Frame N
Frame N+1
•POH Beginning Floats Within Frame
• 9 Bytes (1 Column) Spans Frames
• Originated And Terminated By All
Path Devices (I.e. CPE, Switches)
• STE Can Relocate Payload
Accommodating Jitter
Positive Stuff Negative Stuff
• To Shorten/Lengthen Frame:
• Byte After H3 Ignored; Or H3 Holds Extra Byte
• H1, H2 Values Indicate Changes - Maximum Every 4 Frames
• Requires Close (Not Exact) Clock Synch Among Elements
SONET/SDH et la résilience
 L'avantage de SONET/SDH réside dans la protection
contre les pannes, implémentée avec des anneaux
multiples
 Ex: Cas simple
DCS
(Digital Cross-Connects)
SONET/SDH et la résilience
Cas le plus souvent utilisé
chez les opérateurs
Cas bi-directionnel
Packet Over SONET (POS)
PPP Byte
Stuff FCS Scrambling SONET
Framing
Standard PPP Encapsulation
• Magic Number Recommended
• No Address and Control Compression
• No Protocol Field Compression
Standard CRC Computation
• OC3 May Use CRC-16
• Other Speeds Use CRC-32
Special Data Scrambler
• 1+ x43 Polynomial
• Protects Against Transmitted
Frames Containing Synch Bytes
Or Insufficient Ones Density
SONET Framing
• OC3, OC12, OC48, OC192 Defined
• C2 Byte = 0x16 With Scrambling
• C2 Byte = oxCF Without (OC-3)
Packet over SONET (POS)
 Transport d'IP au dessus de SONET/SDH
 Disponible: OC-192 (10 Gb/s)
 Prochaine évolution : OC-768 (40 Gb/s)
Data
IP
SONET
Fibre optique
Vidéo Voix
Les équipements
 gamme Cisco 12000,
routeurs d’Internet
 Cisco OC-3/STM-1 Carte
d'interface Packet-over-
SONET/SDH
 Nortel Networks: gamme
OPTera Metro 3000
Les équipements(2)
Les équipements(3)
Quelques prix (1)
Quelques prix (2)
SDH dans les réseaux métro des opérateurs
source Alcatel
Architecture de distribution
Vers une généralisation de la fibre
Comparaison datagrammes et VCs
Connexion Pas nécessaire Nécessaire
Adressage Chaque paquet contient les
adr. complètes de la source
et de la destination
Chaque paquet ne contient
qu'un identificateur pour la
connexion
Info dans les
noeuds
Pas besoin de stocker des
informations
Information pour la route
prise pour la connexion
Routage
Chaque paquet est route
indépendemment
La route est choisie a
l'ouverture de la connexion
Panne de lien Peu d'effets Toutes les connexions
passant par le lien sont
perdues
Controle de
congestion
Difficile Plus facile si suffisamment
de buffers sont réservés
pour chaque VC
Les réseaux d’accès: RTC, LS, RNIS,
xDSL, FTTx, PON, E-MAN
La déréglementation et les nouveaux
operateurs
 La loi de réglementation du 27 juillet 1996
 Les acteurs
– les autorités de régulation
– les opérateurs
– les supports de développement
 Les services proposés
– La téléphonie fixe
– La téléphonie mobile
– La boucle locale radio
– Le satellite
– Le câble
– L'accès Internet
Le marché des télécommunications
 Réseaux Commutés
– Les réseaux commutés non spécialisés
• telex
• téléphonie
– Les réseaux commutés spécialisés
• TRANSPAC
• TRANSCOM
 La téléphonie mobile
– SFR
– Itineris
– Bouygues Telecom...
 Liaisons Spécialisées (LS)
– TRANSFIX, TRANSMIC
Le réseau téléphonique commuté RTC
 Zones Locales (ZLs)
– pas de chevauchement.
– un commutateur principal: commutateur local (CL).
 Zones à Autonomie d'Acheminement (ZAA)
– regroupe un ensemble de ZLs.
– un commutateur capable de choisir les sorties parmi plusieurs
directions différentes (CAA).
 Centre de Transit
– relie les ZAAs entre eux.
Carnet de route d'une communication
 Lorsqu'une personne de Bray-Dunes (Nord-Pas de Calais) appelle un
correspondant à Cerbère (Pyrénées Orientales), la communication va
emprunter une cascade de commutateurs. Le premier est le commutateur
local (CL) auquel est raccordé le client. Ce noeud initial, qui a une capacité
de 500 à 2000 lignes, a pour fonction essentielle de concentrer le trafic sur
les circuits locaux qui le relient au centre à autonomie d'acheminement
(CAA) de Dunkerque. Le CAA analyse le numéro demandé (les 4 premiers
chiffres) et en déduit qu'il s'agit d'une communication interurbaine. Il aiguille
alors vers un noeud de niveau supérieur: le centre de transit (CT) de Lille.
Le CAA concentre les lignes des CLs et des lignes d'abonnés qui lui sont
raccordés (10000 à 60000 lignes), soit vers les CAA voisins dans le cas de
communication de voisinage, soit vers les CT de Lille pour les
communication interrégionales. Ce dernier analyse à son tour le numéro,
détermine quel commutateur dessert la ligne d'abonné demandé et établit
des liaisons jusqu'au centre de Cerbères: le CT de Montpellier, le CAA de
Perpignan et, enfin, le CL de Cerbères. Le CT de Lille a également une
fonction de concentration du trafic. En effet, il est relié, d'un coté, à tous les
CAA de la région, et de l'autre, à la plupart des centres de transit du
réseau. Dans la majorité des cas, un CT est dans la zone qu'il dessert, la
porte d'entrée ou de sortie des toutes les communications interurbaines.
Les liaisons spécialisées
 Les liaisons spécialisées
– sont des lignes empruntées à l'infrastructure générale mises bout à
bout pour constituer un lien permanent entre les extrémités.
– Ce sont des liaisons permanentes et exclusives entre les
utilisateurs abonnés.
 Les utilisateurs sont reliés à des points d'accès
– qui sont reliés par des artères prélevées sur l'infrastructure
générale.
– La tarification dépend uniquement de la distance et du débit.
 TRANSMIC repose sur un réseau de multiplexeurs
reliés entre eux par des liens à 2.048 Mbits/s.
– Les débits offert vont du moyen débit (2400 bits/s à 48 Kbits/s) au
plus haut débit (128 à 2048Kbits/s). Le rattachement au point
d'accès se fait en bande de base pour les débits moyen et par LS
numériques pour les plus haut débits.
Transfix
 Description
– Liaison louée numérique point à point
– Usage privé
– Garantie de Sécurité
 Cible de ces offres
– Entreprises qui échangent
• Fréquemment des données
• Des gros volumes de données
– Utilisateurs de nouvelles technologies
• Transfert d ’image, de son, de vidéo
 Les atouts pour l’entreprise
– Un service clé en main
– Une couverture nationale
– Une large gamme de débits (2,4 Kbits/s - 34 Mbits/s)
– Une maîtrise des coûts
– Une garantie de continuité de service annuelle
Transfix
 Les points clé de l’offre
– Le service
– La gamme
– La couverture géographique
 Les options
– Le secours par Numéris
– La Garantie de Rétablissement sous 4 heures
– L ’accès fiabilisé
 Tarification
– Forfaitaire
– Indépendante du temps et du volume échangées
– Composition : frais établissement + abonnement mensuel (dépend du débit
et de la distance).
 Les contrats disponibles
– Contrat a durée indéterminée
– Contrat longue durée de 3 ans ou 5 ans
– Contrat Réseau Longue Durée (CRLD) de 3 ou 5 ans
Transfix 2.0
 De nouveaux atouts
– Disponibilité plus rapide
– Supervision pro-active
• L ’opérateur supervise les liaisons
• Détection des pannes + garantie de réparation sous 4 heures
– Synchronisation des liaisons
• Synchronisation de la liaison sur l'horloge du réseau de France Télécom
• L’entreprise peut synchroniser son réseau
 Les points clé de l ’offre
– Un service clé en main
– Une souplesse de débits ajustée aux besoins de l’entreprise: 64 Kb
- 1920 Kb)
– Les garanties
• Un engagement de qualité
• Une supervision proactive des liaisons
• Une garantie de temps de rétablissement
• Une disponibilité annuelle
TRANSPAC
 Mis en service en 1978,
– le réseau TRANSPAC s'articule autour d'un ensemble de commutateurs spécialisés
reliés entre eux par au moins 2 liens de 72 kbits/s. Le réseau est fortement maillé et
utilise X.25.
– C'est donc un réseau à commutation de paquets par établissement de circuits virtuels.
Connexion possible avec des réseaux similaires étrangers.
 L'accès au réseau se fait soit
– directement sur un commutateur TRANSPAC par une ligne spécialisée (débit de 110 à
48000 bits/s),
– soit par l'intermédiare du RTC.
 TRANSPAC en 1995,
– Technologie Frame Relay
– C’est donc toujours un réseau à commutation de paquets par établissement de circuits
virtuels (au niveau 2)
 La tarification est indépendantes de la distance et dépend du
volumes des données échangées.
– C'est un service intéressant pour les entreprises qui veulent échanger des volumes
faibles de données(consultation, interrogation, saisie, vidéotex...)
Numéris (RNIS)
 Numéris (successeur du TRANSCOM, 1987)
– est le nom commercial de la technologie RNIS (Réseau Numérique
à Intégration de Service ou ISDN en anglais) pour proposer une
interface unique à la voix, les données et l'image. La réalisation
technique de ce concept repose sur une évolution du réseau
téléphonique actuel vers une numérisation de la ligne jusque chez
l'abonné. Cette numérisation complète de la transmission permet
d'obtenir des communications d'une qualité très supérieure à celle
autorisée par le Réseau Téléphonique Commuté (RTC) et par
conséquence des débits également très supérieurs.
– Le RNIS est une technologie adoptée à l'échelle planétaire. Tous
les pays d'Europe, les Etats-Unis d'Amérique, le Canada, le
Japon, Singapour, l'Australie, la Nouvelle-Zélande et d'une
manière générale tous les pays ayant une infrastructure moderne,
disposent d'un réseau RNIS. Les différents réseaux sont
interconnectés.
– Un des but est aussi d ’étendre la signalisation jusqu’à l’utilisateur.
Avantages du RNIS
 accès numérique en direct, intégration de plusieurs
services (fax, voix, données),
 temps de connexion rapide (qqs secondes),
 une interface d'accès normalisée (un seul type de
prise),
 à partir d'un seul accès, on peut connecter plusieurs
terminaux (jusqu'à 5 en cascade),
 il est possible de regrouper plusieurs accès de base
(de 2 à 6) pour connecter plus de terminaux.
L'installation est alors gérer par un commutateur
PABX (Private Automatic Branch Exchange) ou
intercom.
Les canaux RNIS
 De manière standard, RNIS propose 6 types de
canaux:
A 4-kHz téléphonie analogique
B 64 Kbits/s voix PCM
C 8 ou 16 Kbits/s numérique
D 16 ou 64 Kbits/s numérique pour la signalisation
E 64 Kbits/s numérique pour la signalisation interne
H 384 ou 1920 Kbits/s numérique
ISDN: les accès normalisés
 Un accès de base S0 qui offre 2B+1D,
 un accès primaire S2 qui offre 23B+1D au USA et
30B+1D en Europe,
 un accès hybride offrant 1A+1C
 Les accès primaires sont etudiés pour tenir dans un
lien T1 pour les USA et un lien E1 en Europe. TDM est
utilisé pour le multiplexage.
Détails des canaux
 Les canaux B offrent des débits à 64 Kbits/s soit 1
octet toutes les 125 us
 Les canaux H: offrent des debits supérieurs à 64
Kbits. H1 au débit de 384 Kbits/s soit 6 octets toutes
les 125 us, H1 1920 Kbits/s soit 30 octets toutes les
125 us.
 Les canaux D: offrent un débit numérique qui varie
selon le type d'accès (16 Kbits/s pour un accès de
base et 64 Kbits/s pour un accès primaire) et supporte
le dialogue entre l'usager et le réseau, et ce pour
plusieurs canaux de données simultanément.
 Le codage en bande base 2B1Q est utilisé.
Détails de la trame
Les couches protocolaires du RNIS
I.430 (BRI) et I.431 (PRI)
I.441/Q.921 (LAPD) sur le canal D
I.465/V.120 pour CC sur le canal B
LAPB (X.25) pour CP sur canal B
I.451/Q.931 Call control sur canal D
X.25 niveau paquet pour CP sur canal D
RESEAUX
LIAISON
PHYSIQUE
CC = commutation de circuits
CP = commutation de paquets
Les interfaces d'accès
 Interface commune
– permet de supporter différents services (télécopie, telex...)sur un
seul et même câblage,
– simplifie la gestion du réseau, sa maintenance et diminue les frais
d'installation.
 Les interfaces proposées
– S, T et R pour brancher les équipements,
– U pour l'arrivée du réseau,
– NT1 et NT2 pour les terminaisons de réseaux. Ils isolent
l’équipement de l ’utilisateur de la boucle locale.
RNIS: les différents points d’accès (1)
RNIS: les différents points d’accès (2)
Comment avoir RNIS et combien ça coûte?
 Choisir un opérateur.
 S ’équiper d ’un adaptateur: protocoles ML PPP (Multi-
Link Point-to-Point Prtocol) et BACP (Bandwidth
Allocation Control Protocol)
 Au besoin, prendre un adaptateur actif qui décharche
le PC si celui-ci est faible
Facture initiale
Adaptateur RNIS 700 F
Frais ouverture 600 F
Total 1300 F
Facture mensuelle (particulier)
Abonnement FT 170 F
Abonnement accès 50 F
Communication ?
Total 220 F
+ Communication ?
Concept DSL
 DSL : Digital Subscriber Line
 Fonctionnement en mode point à point
– inventé par Bellcore il y a une dizaine d ’années
– intérêt porté à cette technologie: déploiement massif de FO trop
onéreux et opérateurs télécom confrontés à la montée en
puissance du câble.
 Objectifs :
– doper les capacités des paires téléphoniques de cuivre existantes
en s’appuyant sur les méthodes de traitement du signal et de
codage
– véhiculer des données multimédias à haut débit sans remettre en
cause l’existant
– repousser la barrière théorique des 300 à 3400 Hz de bande
passante
 Inconvénients :
– technologies tributaires de la distance; coûteux pour l'opérateur
– dissipation d’énergie et diaphonie
Discrete MultiTone
 Normalisé par l’ANSI T1.413
 256 porteuses (sous-canaux) de 4,3 kHz :
– 6 pour le canal téléphonique
– 32 pour le canal montant
– 218 pour le canal descendant
 Nombre de bits par porteuse variable en fonction des
conditions de transmission, jusqu’à 15 bits par
symbole
 Asymetric Digital Subscriber Line
– ANSI Standard T1.413
– 6.1 Mbit/s en flux descendant
– mode de connexion permanente
 Bénéfices
– Vitesse 40 à 50 fois supérieures à un modem 28.8 kbs/s classique
– Le service téléphonique reste disponible
– Complémentarité avec les réseaux fibre optique
Discrete MultiTone
Technologies xDSL
 Paire torsadée cuivre
 DSL = un modem ou une paire de modems
– voix : fréquence de 3.3 kHz
– passage aux fréquences dans le Mhz
 Toute une gamme de technologies
– DSL (Digital Subscriber Line)
– HDSL (Hight Bit Rate Digital Subscriber Line)
– SDSL (Symetric Subscriber Line)
– ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line)
– RADSL (Rate Adaptive Digital Subscriber Line)
– VDSL (Very Hight Bit Digital Subscriber Line)
– IDSL (ISDN Digital Subscriber Line)
– UDSL (Universal Digital Subscriber Line)
– CDSL (Consumer Digital Subscriber Line)
Résumé des technologies
Technologie Mode de transmission
Débit opérateur vers
utilisateur (Mbits/s)
Débit utilisateur vers
opérateur (Mbits/s)
Distance maximale
(km)
HDSL symétrique (2B1Q/CAP) 1,54 1,54 3,6
SDSL symétrique (2B1Q/CAP) 768 Kbits/s 768 Kbits/s 3,6
ADSL Asymétrique (DMT) 1.544 à 9 16 Kbits/s à 640 Kbits/s 5.4 (à 1.5 Mbits/s)
RADSL Asymétrique (CAP) 600 Kbits/s à 7 Mbits/s 128 Kbits/s à 1 Mbits/s 5.4 (à 1.5 Mbits/s)
DSL symétrique (DMT/CAP) 160 Kbits/s 160 Kbits/s 5,4
IDSL symétrique (2B1Q) 128 Kbits/s 128 Kbits/s 3,6
VDSL Asymétrique (CAP/DMT ...) 13 à 53 1.544 à 2.3 1.5 (à 13 Mbits)
Connexion ADSL
DSLAM
Architecture opérateurs
 Le filtre passe-bas aiguille la voix vers un commutateur de
circuits, et le filtre passe-haut est relié à un modem, qui
reconstitue les données numériques et les dirige vers un
réseau de transmission de données numériques. Ce
dispositif s'appelle un DSLAM (DSL Access Multiplexer)
Le DSLAM
 Un DSLAM coûte environ 1800€
 Avantages:
– une meilleure organisation des réseaux :
les données n'encombrent plus les
commutateurs et les circuits de transport
de la voix (au contraire du RNIS et des
modems analogiques),
– une commutation par paquets pour le
transport de données et une commutation
par circuit pour le réseau téléphonique.
 Les DSLAM sont reliés entre eux
sur plusieurs BAS (Broadband
Access Server), qui sont euxmêmes
reliés entre eux sur la
dorsale ATM.
 L'ensemble des équipements
DSLAM et BAS d'une même
région s'appelle une plaque (~60
en France).
ADSL : protocoles
 Utilisation pour
authentification
 ATM assure le niveau 2 d'ADSL
 Le protocole ADSL permet aux
extrémités de savoir quels
canaux sont utilisés en
fonction du SNR (Signal Noise
Ratio) de la ligne
Offre de France Télécom
 300 villes couvertes en intégralité ou partiellement
d ’ici la fin 2000 et 250 autres sites pour 2001
 Objectif
– 150000 à 300000 foyers concernés en 2002 sur 24 millions de
foyers français
 Cependant, certaines zones du territoire ne seront
jamais couvertes par l ’ADSL
 L ’ADSL sera réservé aux villes de plus de 100000
habitants
Schématiquement
Comparaison des performances
 Bande des 3.5Ghz, 26 et 27GHz
 54 licences en France
Boucle Locale Radio (BLR)
Internet
Data
Center
FTTx
 Fiber To The x (x:{Home, Curbe, Office…})
Internet
Data
Center
FTTH
Ethernet
FTTO
FTTC
xDSL
Internet
Data
Center
PON: Passive Optical Network
 Utiliser des splitters passifs pour distribuer les
longueurs d'onde




Exemple de réseaux: Renater, Internet2
RENATER 2, le réseau de recherche français
RENATER 2bis
RENATER 2, les liaisons
 Les liaisons nationales de Renater 2 sont constituées
de liaisons SDH. Une "liaison PDH" ou une "liaison
SDH" est une liaison d'infrastructure (niveau 1) à haut
débit (34 ou 45Mbits/s pour PDH, 155Mbit/s et au
dessus pour SDH) point à point.
 Ces liaisons relient les commutateurs ATM de Renater
qui sont situés dans les NRD et dans le NIO.
L'ensemble de ces éléments fournit un service de
circuits virtuels (VP) ATM. Des routeurs IP, situés
également dans les NRD et le NIO, et interconnectés
par ces VP ATM, fournissent le service IPv4.
RENATER 2, architecture générale
RENATER 2, le système central
Le GIX SFINX
 Global Internet eXchange, Service for French INternet
eXchange. Initialement 1 seul POP, 3 maintenant.
 Les POPs SFINX sont interconnectés pour permettre à
des prestataires de services Internet et aux
opérateurs connectés sur un POP d'échanger du trafic
avec ceux connectés sur les autres POPs.
Architecture SFINX
X.25, Frame Relay
La recommandation X.25
 Norme
– définit comment interconnecter des équipements utilisateurs sur un
réseau public en mode commutation de paquets. Proposé en 1984
par le CCITT, X.25 reprend en partie les propositions de l'ISO sur
OSI (OSI 8208). La LS est le mode opératoire qui est recommandé.
 partie de la recommendation X25
– utilise X25.1, soit X21bis au niveau Physique (utilisation de V24)
– utilise X25.2 au niveau logique
• LAPB : HDLC symétrique options 2 et 8
• LAP (ancien) ressemble à HDLC dissymétrique autonome
– utilise X25.3 au niveau réseau
 service fourni
– Service Réseau connecté avec circuits virtuels
• commutés
• permanents
X.25 dans l'infrastructure réseau
Détails CR au niveau liaison (LAPB)
 X.25 définit des adresses suivant la norme X.121,
– c'est à dire codées sur 14 chiffres: 3 pour le pays, 1 pour le réseau,
et les 10 suivants pour le site.
 Tous les paquets possèdent une en-tête commune de
3 octets comprenant
– un champ GFI (Group Format Identifier),
– un champ LGN (numéro de groupe logique),
– un champ LCN (numéro de voie logique) et un champ TYPE.
Au niveau réseau
Entête X.25
LGN
LCN
TYPE
LGN LCN
VCI
8 bits
 Q : Qualificateur de données
 D : Confirmation de remise
– Contrôle de bout en bout
– Respecté, très peu utilisé
 SEQ
– 01 numérotation modulo 8
– 10 numérotation modulo 128
– 11 Extension de format
 Numéro de voie logique
– sur 12 bits : 4096 VL
– 16 groupes de 256 VL
 Type : Type du paquet
– Demande, confirmation d'appel,
libération , interruptions...
– Données normales
Q D SEQ
source G. Beuchot
Quelques procédures dans X.25
Identicateur
general (4bits)
Groupe du canal
logique (4bits)
Canal logique (8bits)
Identicateur du type de
paquet (8bits)
8 7 6 5 4 3 2 1
Fig.1 Fig.2
Call requets
(X;B)
Call connected (X)
Call accepted (Y)
Conning call (Y;A) Reseau
Fig.4
Clear
indication (X)
Clear confirm (Y)
Clear request (Y) Reseau
Clear confirm (X)
Fig.3
Data(Y) Reseau
Data(Y)
Data(X)
Data(X)
Les formats de paquets X.25 associés
Fig.6
Fig.5
Fig.7
Fig.8
0000 1011
Longueur adresse
Adresse
0000
00 Lg champs facilite
Champs facilite
Services utilisateur
(16 octects max)
0000
Adresse
Longueur adresse
Code de diagnostique
Cause de fermeture
0001 0011
Q D Modulo GCL 0001 GCL
CL
Données
CL
P(s) M P(r) 0 P(r)
00 Lg champs facilite
Indicateur
de type
de paquets
Etablissement de connexion dans X.25 (1)
 Le champ facilities inclut dans un paquet call request
de X.25 permet de spécifier un certain nombre
d'options comme l'utilisation du fast select, des tailles
paquets et de fenêtre différentes, une numérotation
étendue etc.
 On peut également indiquer une Qualité de Service
(QoS) qui comporte 2 listes de paramètres: les
paramètres désirés et les paramètres minimaux. Ces
paramètres sont par exemple le temps de transfert, le
taux d'erreurs, les priorités, le coût et le chemin.
 Détails des options et procédure d ’établissement
Etablissement de connexion dans X.25 (2)
 Mode normal
– Un VC est établi sur l'appel d'un N_CONNECT.request et le paquet
de connection est véhiculé sur ce VC en tant que donnée X.25.
 Mode Fast Select
– Pour aller plus vite, on fait une correspondance directe entre le
N_CONNECT.request et l'établissement de connexion de X.25 en
mettant les données de la couche supérieure dans le paquet X.25.
 Faire du datagramme
– Ce mode Fast Select permet en outre de faire du mode
datagramme pour un paquet de donnée unique dont la taille est
inférieure à 128 octets.
Etablissement d’un circuit virtuel (1)
1
2
0
0
1
2
0 C 2
B 2
A 0
VCI E. Lien E. VCI S. Lien S.
VCI E. Lien E. VCI S. Lien S.
VCI E. Lien E. VCI S. Lien S.
A
1 B
2
3
4
3
C
VCI E. Lien E. VCI S. Lien S.
C 3
B 2
A 1
C 1
B 0
A 2
C 0
B 1
A 2
05
67
45
23
34
17
41
23
05
62
15
13
CR@B 0
0 0 45 2
CR@B 45
45 2 13 1
CR@B 13
13 1 05 0
CR@B 5
Etablissement d’un circuit virtuel (2)
1
2
0
0
1
2
0 C 2
B 2
A 0
VCI E. Lien E. VCI S. Lien S.
VCI E. Lien E. VCI S. Lien S.
VCI E. Lien E. VCI S. Lien S.
A
1 B
2
3
4
3
C
VCI E. Lien E. VCI S. Lien S.
C 3
B 2
A 1
C 1
B 0
A 2
C 0
B 1
A 2
05
67
45
23
34
17
41
23
05
62
15
13
data 0
0 0 45 2
data 45
45 2 13 1
data 13
13 1 05 0
data 5
Panne de liens
1
2
0
0
1
2
0 C 2
B 2
A 0
VCI E. Lien E. VCI S. Lien S.
VCI E. Lien E. VCI S. Lien S.
VCI E. Lien E. VCI S. Lien S.
A
1 B
2
3
4
3
C
VCI E. Lien E. VCI S. Lien S.
C 3
B 2
A 1
C 1
B 0
A 2
C 0
B 1
A 2
05
67
45
23
34
17
41
23
05
62
15
13
data 0
0 0 45 2
data 45
45 2 13 1
data 13
13 1 05 0
data 5
Le contrôle de flux dans X.25
 Le contrôle de flux dans X.25 au niveau réseau utilise
un mécanisme de fenêtre coulissante. Ce contrôle est
réalisé de manière indépendante pour chaque VC et
pour chaque direction.
 Chaque paquet de données contient dans le champ
TYPE de l'en-tête un numéro de séquence pour l'envoi
P(S) et un numéro de séquence pour la réception
P(R). Ce dernier concerne les données arrivant dans
la direction inverse (le prochain attendu). Pour une
communication simple-duplex, le récepteur envoie
des paquets RR (Receive Ready) en indiquant un P(R)
qui indique le nombre de paquets acquittés.
 Envoi exceptionnel d'un paquet sans tenir compte du
contrôle de flux. Celui-ci doit être acquitté avant de
pouvoir en envoyer un autre.
L'interconnexion de réseaux X.25: X.75
 X.25 fonctionnant en mode connecté, les paquets
appartenant à une même connexion sont identifiés
par un VCI (LGN+LCN) dans l'en-tête du paquet. Ces
VCIs ont une signification locale et sont assignés de
manière arbitraire par un noeud de commutation. Seul
importe le couple VCI ETTD-ETCD et ETCD-ETTD.
 Pour l'interconnexion de réseaux X.25, on utilise le
standard X.75 qui définit l'établissement et la
libération des VCIs sur un réseau d'interconnexion,
c'est-à-dire à travers les éléments de commutations
du réseau public. X.75 est un peu plus simple que
X.25 car il ne considère que 2 éléments directement
connectés, i.e. les noeuds de commutation.
Frame Relay
 Frame Relay simplifie les opérations effectuées par le
réseau. Il ne comporte que les couches 1&2 et reporte
des fonctionnalités de la couche 2 vers les utilisateurs.
Frame Relay est orienté connexion mais ne
gère pas les retransmissions et le reséquencement.
 Au contraire de X.25, la signalisation est véhiculée
hors-bande, le multiplexage est assuré par la couche
liaison, ll n'y a pas de contrôle de flux par lien, les
tailles de trames sont plus grandes.
 Frame Relay est différent des réseaux store-andforward
car du fait qu'il ne gère pas la retransmission
lorsqu'une trame est erronée, il peut retransmettre
plus vite une trame reçue, sans attendre de l'avoir
complètement reçue. Il y a donc réduction du temps
de transit.
DLCI (lsb) BECN FECN DE
01111110 HEADER user ... data CRC 01111110
Frame Relay, format des trames
 A chaque connexion est associée un identificateur
(Data Link Connection Identifier, DLCI) qui se retrouve
dans toutes les trames de données.
 La trame du Frame Relay s'inpire fortement de la
trame du LAP-D du RNISBE. Sa structure est la
suivante:
EA1
DLCI (msb) C/R EA0
6
4
Frame Relay par rapport à X25 (1)
Frame Relay par rapport à X25 (2)
Frame Relay par rapport à X25 (3)
Un réseau Frame Relay
Bridges, Routers, and FRADs.
La gestion du trafic (1)
 Frame Relay propose un certain nombre de
mécanismes pour gérer les congestions
 Contrôle d'admission
– Committed Information Rate CIR: débit moyen que le réseau
s'engage à transporter avec la QoS demandée
– Committed Burst size Bc: taille maximale en bits des rafales qui
seront générées par la source. Le commutateur de rattachement va
mesurer sur une période T le débit observé.
– Excess burst size Be: quantité d'information que la source sera
autorisée à émettre en excès par rapport à Bc sur une période T.
La gestion du trafic (2)
 Contrôle du trafic
– Une fois la connexion acceptée, le commutateur de rattachement
peut forcer une source qui ne respecterait pas son contrat à réduire
son trafic. Toutes les trames sont initialement émises avec le bit
DE à 0.
– Si la quantité d'information devient supérieure à Bc sur une période
T, mais reste inférieure à Bc+Be, les trames sont marquées avec
DE=1. Elles seront les premières à être détruites en cas de
congestion.
– Si la quantité d'information observé pendant une période T est
supérieure à Bc+Be, les trames sont purement détruites.
– Le CIR est une donnée importante pour la tarification. Un usager
peut demander un CIR et un Bc nuls qui est équivalent à un service
best effort. T=Bc/CIR si CIR>0, Bc>0, Be>=0. T=Be/C si CIR=0,
Bc=0, Be>0 où C est la capacité du lien.
La gestion du trafic (3)
La gestion du trafic (4)
La gestion du trafic (3)
 Contrôle de congestion
– Un commutateur Frame Relay peut connaitre un risque de
congestion si le taux de remplissage de ses mémoires tampon
dépasse un certain seuil S (S=80% par exemple).
– En cas de dépassement de S, les bits FECN et/ou BECN peuvent
être utilisés pour notifier le destinataire (FECN) et/ou la source
BECN que des mesures doivent être prises. La source peut par
exemple réduire sa fenêtre d'émission.
 Le débit offert par Frame Relay est de 1.5 Mbits/s au
USA et de 2Mbits/s en Europe. Les mécanismes de
contrôle de congestion ne sont pas assez efficaces
pour obtenir aisément les débits de 45 Mbits/s et 34
Mbits/s prévus.
Performances de Frame Relay
– Des mesures ont montré que Frame Relay est environ 10 fois plus
rapides que X.25.
– Le délai moyen de bout en bout pour une capacité de liens de 1.5
Mbits/s et des trames de 512 octets est inférieur à 70ms.
– Frame Relay ne peut cependant pas supporter efficacement le
transfert de la voix du fait des tailles de paquets encore trop grand
qui ne garantissent pas un temps de commutation borné.
– D’où proposition d’ATM par les telcos
Vers les réseaux multi-services
 DQDB, ATM
Synthèse

La diversité des réseaux