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Guy PujolleGuy.Pujolle@lip6.fr
Réseaux: La synthèse
Les architectures
2
Trafic total
1 000 000
10 000 000
100 000 000
1 000 000 000
100 000 000 000
1998 1999 2000 2001 2002
Téléphone
Internet
Gbit/jour
Données
3
Les catégories de réseaux
PAN Personal Area Network• LAN Local Area Network• MAN Metropolitan Area Network• WAN Wide Area Network
1 m 10 m 100 m 1 km 10 km 100 km
réseaux
métropolitain
Réseau personnel
Réseauxlocaux
Réseauxétendus
Le paysage technique
5
Les grandes directions
• Télécom– Le réseau téléphonique– Le RNIS
• Intégration téléphone et donnée: 2B+D16
– Le multimédia
• Informatique– L ’interconnexion d ’ordinateurs– L ’interconnexion de réseaux (Inter Net)– L ’Internet– La parole et la vidéo
• Câblo-opérateur– La vidéo de type télévision– Intégration canaux téléphoniques et d ’accès à Internet
6
Télécommunication
• But: mettre à la disposition de l'utilisateur un réseau de communication pour interconnecter divers équipements terminaux.
• Intelligence à l ’intérieur du réseau pour pouvoir prendre en compte des terminaux « sans intelligence ».
• Application de base : la parole téléphonique temps réel.• Applications: téléphone, intégration de services.
– Parole téléphonique: 1 octet toutes les 125 µs,
– Temps réel (phénomène d'écho).
– Caractéristiques:
» synchrone et isochrone,
» contrainte temporelle.
7
Extrémitéanalogique
Téléphonie
• Interactivité – 600 ms de temps aller-retour
• Problème des échos– 56 ms de temps aller-retour
8
Vision télécom
• Solution 1980: commutation de circuits
– Débit continu bien adapté pour la synchronisation et les contraintes temporelles
– Solution simple et efficace mais avec une mauvaise utilisation pour le transport des données
9
Coût
1980 2000
Prévuen 1980
Réel
Commutation de circuits
• Passage au transfert de paquets en 1988
10
Opérateurs télécom
– Multiplexage en longueur d’ondes WDM (Wavelength Division Multiplexing)
• Aujourd’hui 16 x 2,5 Gbit/s = 40 Gbit/s• sous peu 32x10 Gbit/s = 320 Gbit/s
– DWDM (Dense WDM)• Multiplication par 2 tous les 6 mois pendant 5 ans• 2005: 1000 longueurs d’onde
– Commutateur optique• circuit sur une longueur d’onde• paquet en longueur d’onde
11
ISP (Internet Service Provider) Opérateurs informatiques
• But: relier les clients et des serveurs.• Applications: transactions, navigation,
transfert de fichier, ...• Asynchrone, temps de réponse variable.• Solution: transfert de paquets.
– Solution IP– Les réseaux partagés: Ethernet, Token ring,...
12
Transfert de paquets
• Paquets de longueur variable ou constante• Store and forward et cut through• Routeur et commutateur
13
Message
Paquet
Trame
Les entités de transports
Segment
14
Les entités de transports
Message
Trame
Segment
15
Trame ou paquet
• Une trame est un paquet dont on sait reconnaître le début et la fin– transfert de niveau 2– HDLC, LAP-B, LAP-F, ATM, Ethernet
• Un paquet est une trame dont on ne sait pas reconnaître le début et la fin– transfert de niveau 3– IP, X.25– besoin d ’une trame pour le transport
• Trame IP en WDM• paquet IP sur SONET (encapsulation dans PPP ou LAP-B)
16
Transfert de paquets (niveau 3)
17
Transfert de trames (niveau 2)
18
Transfert niveau 2 et niveau 3
19
Transfert de paquets
• Nœud de commutation/Nœud de routage– Routeur (adresse complète du destinataire)– Commutateur (utilisation d’une référence)
• Performance Commutateur/Routeur• Les routeurs-commutateurs
20
Routage
• Table de routage– 157, 51, 35, 43 sortie 1– 157, 51, 44, 251 sortie 3– 158, 2, 208, 23 sortie 2– 158, 3, 123, 132 sortie 2
21
Commutation
• Table de commutation– 13 sortie 2 avec référence 47– 15 sortie 3 avec référence 23– 19 sortie 3 avec référence 170– 23 sortie 1 avec référence 47– 132 sortie 2 avec référence 89
22
i
i
mm
Liaison/circuit virtuel = association de i, j, k, l, m
j
k
l
A
B
C
D
E
F
Niveau trame/Niveau paquet
• Liaison virtuelle/Circuits virtuels.– table de commutation, exemple Ai Cj– Bj Dk
23
Commutation et routage
• En général – un transfert de niveau 2 est une commutation
• ATM, Ethernet, relais de trames
– un transfert de niveau 3 est un routage• IP
• mais tout est possible– Routage
• Ethernet avec l ’adresse IEEE 802.1q
– commutation• X.25
24
Transfert de paquets : futur
• Mettre en place un chemin pour effectuer des réservations partielles ou complètes de ressources pour permettre une qualité de service– Liaison/Circuit virtuel en commutation
• « hard state »• utilisation d’une signalisation de mise en place et de destruction• modification du chemin complexe
– Route fixe dans les réseaux routés• « soft state »• utilisation du premier paquet du flot• rafraîchissement obligatoire• modification du chemin simple
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Mode connecté et non connecté
• En général– un mode connecté va avec une commutation
• ATM, relais de trames
– Un mode non connecté va avec un routage• IP
• Mais:– un mode connecté peut avoir un routage
• ?
– Un mode non connecté peut être en commutation• Ethernet commuté
26
Adressage
• Référence– Référence simple
• X.25, relais de trames (commutation)
– Adressage plat ou référence simple• Ethernet (commutation)
– Référence hiérarchique• ATM: 2 niveaux (commutation)
• Adresse– Adressage hiérarchique
• IPv4: 2 niveaux de hiérarchie (routage)• IPv6: 8 niveaux de hiérarchie (routage)
n° de constructeur n° de série
27
Contrôle de flux
• Pour réseaux commutés et routés• But: empêcher que les nœuds soient
congestionnés – contrôle par le terminal intelligent
• exemple: slow start et collision avoidance
– contrôle par le réseau• contrôle d ’accès : CAC (Connection Admission Control)• espaceur• priorité
28
Contrôle de flux Internet
8
16
12
4
29
Contrôle de flux télécom
• Contrôle d ’accès : CAC (Connection Admission Control)– Signalisation permettant de réserver des ressources sur une
route
• Espaceur
• Priorité– 3 priorités
• Classe avec garantie complète (priorité 1)• Classe avec garantie partielle (priorité 2)• Sans garantie (priorité 3)
30
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Délai maximumde traversée
Application isochrone
31
Architecture de type Internet
– Caractéristiques• Réseau de réseaux• Intelligence au niveau des machines terminales• Best effort• Simplicité
– Inconvénients• Pas de gestion globale• Techniques de routage parfois lourde• Difficultés de supporter des applications isochrone• Pas de qualité de service
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Architecture Internet
• Solutions– Possibilité de distinguer les paquets – Introduction d’une signalisation– Service avec garantie de qualité de service
• Protocoles– IPv6– RSVP– IntServ– DiffServ– MPLS
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Les câblo-opérateurs
• Réseaux câblés pour la vidéo (plusieurs dizaines de canaux de télévision couleur)
• Applications: vidéo,...– Caractéristiques: très haut débit numérique– 200 Mbit/s........35 Mbit/s........2Mbit/s........64 Kbit/s
• MPEG (Moving Pictures Experts Group)– MPEG 2 MPEG4 MPEG7
MPEG12
• Compromis débit/taux d'erreur• Réseaux câblés CATV et fibre optique
– Utilisation de canaux analogiques et numériques
34
MPEG 2
35
MPEG 4
• Video à la demande en utilisant MPEG 4 – décomposition en approximativement 10 objets– 11 niveaux de hiérarchie
110 flots
La boucle locale
37
La boucle locale
– La fibre optique• jusqu’au quartier FTTQ
• jusqu’au trottoir FTTC
• jusqu ’au bâtiment FTTB
• jusqu’à la prise FTTH
– Le CATV• le modem câble
• le multimédia
• problème de la voie d’accès montante (utilisateur vers terminal)
• technique d’accès IEEE 802.15
38
Boucle locale
• Les techniques HFC (Hybrid Fiber Coax)
Fibre optique
CATV
39
Réseau d’accès
• Les paires métalliques + modem xDSL (x Data Subscriber Line)– ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)
• 1,5 Mbit/s pour 6 km, 2 Mbit/s pour 5 km, 6 Mbit/s pour 4 km, 9 Mbit/s pour 3 km, 13 Mbit/s pour 1,5 km, 26 Mbit/s pour 1km, 52 Mbit/s pour 300 mètres.
– RADSL (Rate Adaptive DSL), SDSL (Symmetrical DSL)
HDSL (High-bit-rate DSL) et VDSL (Very-high-bit-rate DSL)
40
Multiplexage: DSLAM
Paires métalliques
Fibre optique
Modem + ATM
DSLAM
DSLAM : DSL ATM Multiplexer
41
PCS
ADSL
ADSL
F
F
F
F
Modem34
STB
modem1
DSLAM
STB
ADSL
ADSL
F
F
F
F
Modem34
STB
modem1
DSLAM
STB
ADSL
ADSL
F
F
F
F
Modem34
STB
modem1
DSLAM
STB
ADSL
ADSL
F
F
F
F
Modem34
STB
modem1
DSLAM
STB
Serveurvidéo
Acquisi-tion
vidéo
Réseaulargebande
42
Réseaux d’accès
– Les ondes hertziennes terrestres– de la pico cellule à la cellule parapluie
• IMT 2000 (International Mobile Telecommunication for the year 2000)
– débit jusqu’à 2 Mbit/s
• UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) et IS-95B– faible mobilité: 2 Mbit/s– forte mobilité: 64 Kbit/s
• GPRS: extension du GSM en n . 9,6 Kbit/s
– Les ondes hertziennes satellite• Constellations de satellites
– LEOS Low Earth Orbit Satellite– MEOS Medium Earth Orbit Satellite– GEOS Geostationary Earth Orbit Satellite
Les applications
44
Services
VidéoVidéoon Demandon Demand
FileFiletransferttransfert
CriticalCriticalapplicationsapplications
E-MailE-MailIntranetIntranet
VoiceVoice
Bande passanteBande passante
Niveau de Niveau de serviceservice VideoVideo
ConferenceConference
45
Les applications
• Les applications “stream” ou rigide– Fort temps réel: interactivité ou problème d’écho
• interactivité entre humains ou temps réel industriel– téléphonie– visioconférence
– Temps contraint• interactivité homme machine
– émulation de magnétoscope
• Les applications élastiques– Temps non contraint
• Problème: radio, VoD, télévision diffusée, etc• 2005: applications stream 10%, élastiques 90%
Évolution des architectures
47
Relais de trames
Commutation Ethernet
Routage IPFast packet
Améliorationde l’OSICommutationde paquets
Commutationde cellules
Commutation ATM
MAN/DQDB
Evolution
48
I.441 noyau
I.441 ou spécifié par l'utilisateur
2
1
3
Le relais de trames (Frame relay)
• Dans les nœuds intermédiaires on commute les trames sans tenir compte des reprises sur erreurs, du séquencement, de temporisateurs de reprise,... ceci est laissé à un niveau supérieur.
49
RéseaulocalEthernet
RéseaulocalEthernet
Trames Ethernet
La commutation Ethernet
• Effectuer une commutation directement sur la trame Ethernet
• Adressage – adresse absolue– référence (shim address)– adresse VLAN (Virtual LAN)
50
IP (Internet Protocol)
TCP (Transmission Control Protocol) UDP
Telnet FTP Rlogin SMTP TFTP
RARP ARP
NFS
Architecture Internet et routeur IP
51
Architecture Internet et routeur IP
Routeur
Routeur
Routeur
Sous-réseauouLIS
LIS : Logical IP Subnet
52
Réseau IP de 2e génération
Routeur
Routeur
Routeur
53
RNIS - Réseau Numérique à Intégration de Services
• Technique intermédiaire pour satisfaire à la fois aux contraintes de l’informatique et des télécom
• RNIS Bande Etroite• Superposition de réseaux à commutation de paquets
et à commutation de circuits.– Canaux B : circuits à 64 Kbit/s– Canaux D16 : canaux paquets de 16 Kbit/s.– 2B + D16
• Le RNIS Bande Etroite est orienté circuit.
54
X.25
X.21
réseau téléphonique
relais de trames
équipement terminal
comm
utateu
r com
mu
tate
ur
réseau de distribution ou réseau local de distribution
interface réseau de transport réseau privé
réseau sémaphorepassage des commandes
RNIS - Réseau Numérique à Intégration de Services
55
X.25
X.21
réseau téléphonique
réseau satellite
équipement terminal
comm
utateu
r com
mu
tate
ur
réseau de distribution ou réseau local de distribution
interface réseau de transport réseau privé
réseau sémaphorepassage
des commandesRéseau large bande
RNIS - Réseau Numérique à Intégration de Services
56
équipement terminal
comm
utateu
r com
mu
tate
ur
réseau de distribution ou réseau local de distribution
interface réseau de transport réseau privé
réseau sémaphore
réseau large bande
Le RNIS
57
RNIS Large Bande
• L'objectif du RNIS large bande est d'atteindre des capacités de transport qui se chiffrent en Gbit/s.
• 2 possibilités:– la technique temporelle synchrone ou STM
(Synchronous Transfer Mode),– la technique temporelle asynchrone ou ATM
(Asynchronous Transfer Mode).
• La technique de transfert ATM• Normalisée par le CCITT à partir de 1988• Commutation de cellules
58
Octet
HEADER INFORMATION
5 48
La commutation de cellules
• Technique destinée à remplacer à la fois la commutation de circuits et la commutation de paquets.
• Paquet de longueur fixe = 53 octets
59
Réseau
cellule cellule48 octets
6 ms 6 ms
28 ms
La commutation de cellules
60
paquet 1
paquet 1
paquet 1
cell 1 cell4
cell 1 cell 4
propagationde la cellule propagation
du paquet
Commutation de cellules
61
Protocoles et Fonctions
Plan de contrôle Plan utilisateur
Couche d'adaptation
Couches ATM
Couche Dépendant du Support Physique
Plan de gestion
des couches supérieures
Architecture ATM
• Modèle de référence UIT-T• Composé de 3 plans
62
Normalisation
CS Convergent Sublayer
SAR Segmentting And Reassembly
Physical
Dependent
Medium
TC Transmission Convergence
PM Physical Medium
AAL
ATM
PDM
ATM
Adaptation
Layer
Asynchronous Transfer Mode
SONET SDH
64
SONET
– SONET (Synchronous Optical Network) est à l'origine une recommandation du CCITT pour l'interconnexion des réseaux longue distance des opérateurs.
– SONET : proposition de BELLCORE (Bell Communication Research)
• compromis entre les intérêts américains, européens et japonais, pour permettre l'interconnexion des réseaux des opérateurs.
65
N x 90 octets
9 rangées
octet octet octet 87 octets
octets de contrôle3 octets
810 octetsx 8x 8000= 51,84 Mbit/s
PDM Physical Dependent Medium
• Les interfaces utilisateur de 155,520 et de 622,080 Mbit/s sont basées sur les interfaces SONET et SDH.
• SONET (Synchronous Optical Network)• La trame SONET STS-N
66
SONET/Optical Carrier
– OC-1 51,84 Mbit/s– OC-3 155,52 Mbit/s– OC-9 466,56 Mbit/s– OC-12 622,08 Mbit/s– OC-18 933,12 Mbit/s– OC-24 1 244,16 Mbit/s– OC-36 1 866,24 Mbit/s– OC-48 2 488,32 Mbit/s– OC-192 10 Gbit/s
67
9 octets 261 octets
SOH Section Overhead
SDH
• SDH (Synchronous Digital Hierarchy), a été normalisée par le CCITT (G.707, G.708, G.709).
• Les niveaux 155, 622 et 2488 Mbit/s de SONET.
68
SDH
• STM-n : Synchronous Transport Module niveau n
– STM-1 155,52 Mbit/s– STM-4 622,08 Mbit/s– STM-8 1 244,16 Mbit/s– STM-12 1 866,24 Mbit/s– STM-16 2 488,32 Mbit/s– STM-32 4.976,64 Mbit/s– STM-64 9.953,28 Mbit/s
69
UNINNI
UNI = User Network InterfaceNNI = Node Network Interface
NNI
UNI
Interface
70
Cellule ATM
GFC= Generic Flow Control
VCI= Virtual Channel Identifier
Octet
HEADER INFORMATION
5 48
GFC VPI
Bits
VCI
4 12 12 3 1 8
UNI interface
VPI
Bits
VCI
PT CLP HEC
12 16 3 1 8
NNI interface
VPI= Virtual Path Identifier
PT = PayloadType
CLP = Cell Loss Priority
HEC = Header Error Control
PT CLP HEC
71
Commutateur
de cellules
A B
C D
X
Y
L M
N O
T
U
X X Y Y .....
A B C D
T U T U
L N M O
Ligne d'entrée
Etiquette d'entrée
Ligne de sortie
Etiquette de sortie
ATM
• Mode avec connexion• Après la mise en place d'un chemin virtuel, les cellules suivent
toujours le même chemin.
72
Couche ATM
• VCI : Virtual Channel Identifier (voie virtuelle)• VPI : Virtual Path Identifier (conduit virtuel)
VPVC VC VC
VP VP VP
Terminal Commutateur VP
Brasseur Cross-connect
Commutateur VC/VP
Commutateur ATM ATM Switch
Terminal
VC 1
VC 2VC 3
VC 4
VC 1
VC 2VC 3
VC 4
VP 1
73
Utilisateur
SSCS-PDU
CPCS-PDU
Cellule
Couche AAL et ATM
74
Classe A Classe B Classe C Classe D
Synchro. source récepteur
Forte Faible
Flux Constant Variable
Type de connexion
Orienté connexion Sans connexion
AAL - ATM Adaptation Layer
• 4 classes de service dans le niveau AAL définies en 1990– Classe A : Emulation de circuit - AAL1
– Classe B : Vidéo à flux variable - AAL2
– Classe C : Flot de données avec connexion AAL3 et AAL5
– Classe D : Transfert de données sans connexion AAL4
75
47 octets
AAL 2 : Service VBR (Variable Bit Rate)
• Adapté pour le transport de la voix compressée ou de la vidéo fortement compressée
• Technique choisie par les opérateurs de mobiles
1 octet
Début de la première micro-cellules
Micro-cellule (inférieur à 64 octets)
CID (Channel identifier)
CID
LI
LI (Length Indicator)UUI (User to User Indication)HEC (Header Error Control)
UUI
HEC
Classes de service et contrôles de flux
77
Service ATM
• CBR (Constant bit rate) : bande passante fixe. • VBR (Variable bit rate) : trafic variable dans le temps.
(version RT et NRT)
• ABR (Available bit rate) : applications qui sont sensibles aux pertes.
• GFR (Guaranteed Frame Rate) : applications qui sont sensibles aux pertes.
• UBR (Unspecified bit rate) : meilleur effort (best effort). Il n'y a aucune garantie.
78
VBR + CBR
Somme des réservations
Somme réellementutilisée
Utilisation potentiellepar le trafic ABR et GFR
Services ATM
Les architectures
80
TCP
IP
Applications
?
AAL
ATM
High-speed medium
?
Ethernet
Architectures
• ?
81
TCP
IP
AAL
ATM
Architectures
TCP
IP
Ethernet
82
Architecture de réseau actif
TCP
IP
AAL
ATM
83
IP
Ethernet
AAL
ATM
TCP
IP
TCP
Ethernet
Relais detrames
Architectures
84
TCP
IP
AAL
ATM
IP
AAL
ATM
TCP
IP
AAL
ATM
TCP/IP sur ATM ou sur Ethernet
85
AAL
ATM ATM
AAL
ATM
SONET/SDH
Architecture ATM native
86
TCP
IP IP
TCP
IP
SONET ou ...
Gigarouteur oucommutation
Architecture IP native
87
Ethernet Ethernet
SONET ou ...
CommutationEthernetou GigarouteurEthernet
Ethernet
InterfacenativeEthernet
InterfacenativeEthernet
Architecture Ethernet native
88
MPLS
• Multiprotocol Label Switching– Association d’IP et d’ATM et Ethernet
• Références (VPI/VCI et Shim Address)
TCP
IP
AAL
ATM
IP
AAL
ATM
TCP
IP
Eth
erne
t
IP
Eth
erne
tAAL
ATM
89
équipement terminal
comm
utateu
r com
mu
tate
ur
réseau de distribution ou réseau local de distribution
interface réseau de transport réseau privé
réseau sémaphore
réseau large bande
Réseau téléphonique
Réseau Intranet
RNIS large bande
90
Conclusion
Native ATM
QoS
Native IP
IP over Ethernet IP over ATM
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