Ingénierie des Réseaux Haut Débit

Architecture et
Ingénierie des cœurs
de réseaux
André-Luc BEYLOT
ENSEEIHT
Département Télécommunications et Réseaux
Plan Général

Architectures :
OADM
 OXC


Routing and Wavelength Assignment (RWA)

Robustesse

Vers un plan de contrôle unifié
Solutions ITU-T, OIF
 Interfaces Normalisées

2
Evolutions des réseaux WDM
Liens point à point
l1
l2
lN
Introduction d’OADM
Réseau WDM avec OXC
l1
l2
lN
WDM
ADM
WDM
ADM
li
lk
OXC
Du brassage électronique vers le
brassage optique
4
De nombreuses solutions matérielles
Avec conversion de longueur d’onde
Sans Conversion systématique
5
Optical Space Division Switches
6
Réseaux d’interconnexion
Exemple : Réseaux de Clos à 3 étages
7
MicroElectroMechanical systems (MEMS)
8
Conversion de Longueur d’onde

Transpondeurs
Interféromètre

Reste d’un coût élevé, la plupart du temps sans conversion

9
Optical Add Drop Multiplexer


WS = Wavelength Selective (utilise DEMUX/MUX +
matrice de commutation)
BS = Broadcast Selective (utilise des filtres adaptables +
coupleurs/splitter passifs)
10
Routing and Wavelength Assignment

Deux cas de figure:
Si les nœuds peuvent réaliser de la conversion de longueur
d’onde : cf. problèmes classiques des réseaux à commutation
de circuit (e.g. téléphonie)
 Sinon, Un chemin optique = une longueur d’onde sur plusieurs
liens consécutifs doit être trouvé pour chaque « demande »


Deux familles d’algorithmes :

Planification du réseau : METHODES STATIQUES
Matrice de trafic de chemins à établir (en nombres 0-1);
 On cherche le nombre minimal de longueur d’ondes nécessaires
pour satisfaire ces demandes.


Performances : METHODES DYNAMIQUES
Matrice de trafic (en Erlangs) – cnx dynamiques;
 On cherche alors à minimiser les probabilités de blocage

11
RWA – Méthodes Statiques


2 sous-problèmes: Routage; Allocation longueurs d’onde
Routage (Minimiser le nbr max de cnxs/lien) :

Ordre Séquentiel:
Chemin le plus court (Shortest Path) en nombre de liens par ex.
 Chemin le plus court pondéré: on fait évoluer les poids en
fonction du nombre de routes déjà « établies »


OU Recherche des k plus courts chemins

Sélection séquentielle d’un de ces chemins
• ordre de sélection parmi les cnxs (aléatoire, cnxs les + courtes ou
les + longues)
• En choisissant une règle de sélection (choix aléatoire parmi les
routes, la première qui convient, avec des probabilités, celle qui
minimise le max du nbr de connexions déjà établies)

En utilisant un algorithme d’optimisation combinatoire
• Exact (programmation en nombre entier) ou heuristique
12
RWA – Méthodes Statiques
Allocation de longueurs d’onde

Méthodes Séquentielles:

Ordre de sélection :
Routes les plus longues d’abord
 Routes les plus courtes
 Aléatoirement


Règle de sélection :
La première longueur d’onde qui convienne
 La plus utilisée mais qui est utilisable sur le chemin
 La moins utilisée
 Aléatoirement


Méthodes combinatoires:
Exactes (méthode exhaustive)
 Heuristiques (recuit simulé, méthode Tabou …)

13
RWA – Méthodes Dynamiques


Topologie donnée, nbr de longueurs d’onde donné
Quand une connexion se présente :
On établit un graphe à plusieurs niveaux : 1 plan/longueur
d’onde correspondant au graphe d’accessibilité
 On regarde parmi les différents plans s’il existe un chemin
entre la source et la destination





Plus court chemin ou premier chemin disponible …
Dans le cas de présence de convertisseurs de longueurs
d’onde, on trace des arcs supplémentaires entre les
différents plans.
Objectif: Minimiser les probabilités de blocage des
connexions.
Analyse: par simulation ou par modèles analytiques
(approchés)
14
RWA – Méthodes Dynamiques:
Modèles Analytiques






Arrivées des demandes de routes : Poisson
Durée des routes : Exponentielles
Mais imposent un routage fixe et allocation des longueurs
d’onde aléatoire (ie si l’on a n1 cnxs en cours sur un lien et
n2 sur le lien suivant, on suppose qu’il y a indépendance
entre les longueurs déjà allouées)
Difficulté: corrélation entre les liens
On calcule en général itérativement les probabilités qu’il y
ait j cnxs en cours sur les n premiers liens du chemin.
Il y a encore potentiellement du travail à faire !
15
Ingénierie des réseaux optiques
16
Robustesse


Point Fort des réseaux SDH (temps de réponse en cas de
panne inférieur à 50ms)
Protection des transmissions
Chemins de secours (réseaux maillés)
 Reconfiguration (anneaux SDH)





Tests de connectivité en permanence
Observation du taux d’erreur binaire
Par plan de gestion en grande partie
Les réseaux WDM doivent offrir les mêmes
fonctionnalités
Tirer partie des protocoles du plan de contrôle
 Mais informations au niveau optique

17
Robustesse
Protection 1 pour 1 : 1:1 ou 1+1
Protection 1 pour n
18
Protection
19
Pannes dans les réseaux WDM
MTTR = Temps Moyen de Réparation
FIT = Nombre de pannes sur 10**9 heures
Hypothèse : Single Failure Scenario
Erreur d’un lien ou d’un nœud et le temps de réparation est faible par rapport au temps entre pannes
Remarque:
les mécanismes des « clients » des réseaux optiques (messages HELLO) ne sont pas à la bonne échelle de temps
Détection d’une perte de signal ou d’un BER anormalement élevé prend quelques ms
20
Protection des liens et des chemins
optiques


Solution Intermédiaire : Sub-path protection
Schémas de protection :
réversibles (panne réparée => ressources initiales)
 Irréversibles (on conserve les nouvelles ressources)

21
Comparaison des différents
schémas
Chemins disjoints
 (M:N) : Chemins protégés disjoints également

22
S-RWA : Survivable Routing and
Wavelength Assignment

Protection prise en compte dès l’établissement des
chemins (recherche de chemins de secours disjoints)
On cherche le plus court chemin ;
 On cherche le deuxième plus court en supprimant les liens
empruntés (attention pas toujours optimal)



Des propositions ont été faites pour le trafic statique
(avec ou sans conversions de longueurs d’onde)
Egalement pour le trafic dynamique !!!!
23
Analyse de Performances

CHEMINS PARTAGES :

Sûreté de fonctionnement
Durée de bon fonctionnement : exponentielles
 Durée de pannes/réparation : exponentielles

Analyse par chaîne de Markov : on détermine pour une
configuration la probabilité que le reroutage échoue
 Problème dual : pour un taux d’échec de reroutage/QoS, on
détermine un niveau de protection minimal


Dans tous les cas :

Temps de reroutage (forcément plus long pour chemins
partagés)


Chemin vs. Sous-chemin vs. Lien
Comparaison statique vs. dynamique
24
Plan de contrôle pour les réseaux
optiques

Interopérabilité entre le plan de contrôle du réseau
optique et le plan de contrôle du réseau « électronique »
(IP)
Opaque
 Overlay
 Peer to Peer


Utilité du plan de contrôle
Resource-discovery protocol : physical link, virtual link
 Signaling protocol (RSVP-TE ou CR-LDP)
 Algorithme de routage (cf. précédemment)

25
Plan de contrôle pour les réseaux
optiques

ITU-T : ASON Automatic Switched Optical Network
Offre un modèle de référence du plan de contrôle pour les
réseaux optiques (SDH, OTN)
 Ne spécifie pas les protocoles. Il reposera donc en
particulier sur des protocoles du monde IETF



OIF : Optical Internetworking Forum
IETF : GMPLS (Generalized MultiProtocol Label Switched)
a pour objectif de fournir une exploitation efficace des
réseaux Internet optique en généralisant MPLS.
26
4 modes de fonctionnements (vision
GMPLS)




(Modèle Opaque : c’est la situation actuelle. Les deux réseaux « vivent leur
vie ». Pas de plan de contrôle dans les réseaux optiques. La configuration est
effectuée dans le plan de gestion)
Modèle Overlay : Les plans de contrôle coexistent. Le réseau IP agit comme un
« client » du réseau optique. Le routage et la signalisation sont indépendants.
Ils interagissent au travers d’une interface Usager Réseau UNI. (par exemple
celle normalisée par l’OIF) – c’est la vision ITU-T
Modèle Pair à Pair : les routeurs IP/MPLS et les OXCs agissent comme des
pairs. Un seul protocole de routage fonctionne sur les deux niveaux (e.g. OSPF,
IS-IS) permettant d’échanger des informations topologiques. Ils doivent donc
utiliser un plan d’adressage commun (dans le plan de contrôle ; attention
nombreuses fibres et longueur d’onde entre deux nœuds potentiellement)
Modèle augmenté : on sépare le routage mais on conserve les informations
d’accessibilité
27
Architecture ASON
28
Architecture ASON – Vision
hiérarchique
29
Fonctions Réalisées



Contrôle des connexions et des appels (y compris une
fonction CAC)
Contrôle du chemin y compris la dissémination des
informations sur l’état du réseau
Processus de découverte pour l’auto-configuration du
réseau
Ces spécifications sont neutres vis-à-vis des choix
protocolaires effectués.
30
Exemple: Modélisation clientserveur des ressources
31
Exemple: processus de découverte
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Routage
Protocoles de routage : ISIS-TE, OSPF-TE
Réservation de ressources : RSVP-TE et CR-LDP
33
(PNNI était un candidat – par exemple pour ses fonctions de crankback)
Plan d’ensemble des standards
(septembre 2007 – source Deutsche Telecom)
34
Conclusion



Le modèle ASON permet de modéliser un plan de contrôle
pour les réseaux optiques
L’interopérabilité entre réseaux optiques sera aussi mise
en œuvre
Les solutions protocolaires de l’IETF vont permettre les
déploiements (ces solutions ont largement été pensées et
complétées dans un contexte ASON)
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