Le multiplexage en longueur d`onde

Guillaume Marteau
Johan Jauset
DESS Réseaux
2002-2003
Sujet bibliographique
Les nouvelles architectures
des réseaux métropolitains
Université Claude Bernard Lyon 1
Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
UFR d’informatique
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
Sommaire
1. Introduction.............................................................................................3
2. Le multiplexage en longueur d’onde......................................................4
3. MPLS/GMPLS......................................................................................... 9
4. Resilient Packet Ring...........................................................................16
5. L’Ethernet métropolitain........................................................................19
6. Le multiservice......................................................................................23
7. Conclusion............................................................................................32
Annexe A : Glossaire...............................................................................34
Annexe B : Références............................................................................36
1. Introduction
Les réseaux métropolitains connaissent une métamorphose rapide en raison de la diversité
croissante des entreprises nécessitant des solutions métropolitaines. Les grandes entreprises, les
banques, les médias, les fournisseurs de services (Internet, stockage, Ethernet) ou les opérateurs
télécoms veulent davantage de capacité de réseau et de services métropolitains. Ces besoins
imposent une importante reconfiguration des infrastructures. On constate d’ores et déjà des
changements par rapport aux anneaux basés sur la hiérarchie numérique synchrone
(SDH/SONET) pour les services téléphoniques ou encore sur l’interface de données répartie à
fibre optique (FDDI) ou au relais de trame (FR) pour les applications de données à bande
passante limitée.
Les développements de solutions actuels vont dans deux directions :

les réseaux métropolitains à base d’Ethernet qui réunissent de nouvelles technologies
orientées paquets, compatibles avec une bonne qualité de service telles que le
MPLS/GMPLS ou l’anneau optimisé pour le mode paquet (RPR), et ceci afin d’obtenir des
solutions simples et peu coûteuses, appropriées aux services en mode paquet émergents;

les solutions multitechnologiques et multiservices, dans lesquelles des technologiques telles
que le multiplexage en longueur d’onde (DWDM/WDM) avec des fonctions optiques
passives d’insertion-extraction pour un transport extensible, la technologie SDH/SONET
comme couche robuste d’agrégation et de gestion de services et les technologies de
commutation de paquets, le mode de transfert asynchrone (ATM) et la commutation
multiprotocole avec étiquetage des flux (MPLS). Tout ceci afin d’obtenir une utilisation
plus efficace de la bande passante par les services de données. Ces technologies sont
intégrées sous un gestionnaire commun pour permettre une évolution modulaire et maîtrisée
du réseau.
Nous allons d’abord parler des différentes technologies nouvelles qui permettent de répondre
aux nouvelles exigences en terme de performance et de gestion telles que WDM/DWDM,
MPLS/GMPLS et RPR. Ensuite, nous aborderons les solutions métropolitaines telles que
l’Ethernet métropolitain et une technologie déjà existante SDH/SONET mais multiservice.
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2. Le multiplexage en longueur d’onde
Le multiplexage en longueur d’onde (WDM, Wave-length Division Multiplexing ou DWDM,
Dense Wave-length Division Multiplexing) est l’une des technologies qui a permis le rapide
essor mondial de l’Internet ces dernières années. Alors que le débit par canal en multiplexage
temporel (TDM) a augmenté de 2,5 Gbit/s à 10 Gbit/s et va bientôt atteindre 40 Gbit/s, le
DWDM, basé sur la multiplication de la capacité de transmission des fibres optiques par la
combinaison de 2 à 160 canaux sur une même fibre, a réduit fortement le coût par bit, favorisant
l’augmentation de la capacité de transmission des réseaux longue distance.
2.1 Principe et architecture
Le multiplexage en longueur d'onde repose sur l'envoi d'ondes lumineuses multiples
(fréquences) dans une même fibre optique. L'information est transmise par chaque onde,
appelée voie, par modulation d'intensité (ou d'amplitude) ou par modulation de phase. À la
réception, un prisme optique ou un dispositif semblable sépare les fréquences de manière à
extraire séparément l'information transmise par chaque voie. Un signal numérique binaire, plus
précisément un signal de modulation d'intensité par tout ou rien, peut également être acheminé
par chaque voie individuelle, bien qu'on s'attende à un débit binaire plus faible qu'avec la
modulation d'intensité ou de phase. Comme dans le multiplexage par répartition en fréquence
(MRF) de type classique utilisé pour les transmissions de signaux électriques ou radio, on peut
mélanger les porteuses sur un seul support car la lumière d'une fréquence donnée ne brouille pas
celle d'une autre fréquence à l'intérieur de l'ordre linéaire d'approximation.
Figure 1 : Principe des communications optiques
La figure 1 illustre le principe de base des communications par fibre optique, y compris le
DWDM; l'émetteur manipule le signal d'entrée en exerçant une modulation par déplacement
d'amplitude (ou d'intensité) (MDA), une modulation par déplacement de fréquence (MDF) ou
une modulation par déplacement de phase (MDP) sur une onde porteuse lumineuse de
fréquence Fs et d'une largeur de bande très étroite – une onde laser monofréquence (ou d'une
seule couleur). Ce signal modulé est groupé à d'autres signaux émis sur d'autres fréquences,
transmis au récepteur par fibre optique, puis reconverti en signal électrique par un détecteur
optique et un démodulateur. Des commutateurs ou des routeurs peuvent en outre intervenir
entre l'émetteur et le récepteur.
La figure 2 décrit l'architecture de base et le fonctionnement d'un réseau DWDM. Ce réseau se
compose de nœuds d'extrémité, de nœuds de commutation et de liaisons par fibres optiques. Les
nœuds d'extrémité consistent en modulateurs-démodulateurs (ou modems) à chaque voie, ainsi
que de multiplexeurs et de démultiplexeurs servant respectivement au groupement et à la
séparation des ondes lumineuses de fréquences différentes. Les modulateurs convertissent les
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données alors que les démodulateurs reconvertissent les signaux optiques en données
numériques. Les nœuds de commutation se composent de multiplexeurs et de démultiplexeurs à
insertion-extraction, de commutateurs de longueur d'onde et de convertisseurs de longueur
d'onde. Les multiplexeurs servent à grouper les signaux de longueurs d'onde différentes aux fins
de transmission alors que les démultiplexeurs séparent ces mêmes signaux aux fins de
commutation. Le commutateur de longueur d'onde interconnecte les voies d'entrée aux voies de
sortie voulues. Les convertisseurs de longueur d'onde ont pour fonction de convertir, au sein
d'une même fibre optique, les longueurs d'onde surexploitées en longueurs d’onde disponibles
de manière à maximiser l’utilisation des voies.
Figure 2 : Principales composantes d'un réseau DWDM
2.2 Modulateurs/démodulateurs
Le moyen le plus efficace de moduler et démoduler les signaux consiste à utiliser des lasers à
semi-conducteur. La modulation du courant d'attaque d'un laser à semi-conducteur peut
produire une modulation de fréquence ou d'intensité selon la configuration du modulateur à
semi-conducteur. On peut créer un modulateur de phase tout simple en faisant passer la lumière
dans un microguide d'ondes composé d'un matériau électro-optique tel le niobate de lithium, ou
LiNbO3. C'est précisément ce qu'illustre la figure 3. L'application de la tension de modulation
aux électrodes provoque une variation de la longueur de phase de la voie. Ce type de
modulateur peut exiger l'usage d'un amplificateur.
(a)
(b)
Figure 3: Exemple de modulateur de phase à microguide d'ondes fait de niobate
de lithium : a) vue en plan; b) vue en coupe.
On peut aussi créer un modulateur d'amplitude (ou d'intensité) à l'aide d'un interféromètre
Mach-Zehnder, qui peut, lui aussi, consister en un guide d'ondes dans un matériau électroPage 5 sur 36
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optique. C'est ce qu'illustre la figure 4, qui présente une vue schématique. La tension de
modulation cause une variation du déphasage relatif entre les deux parcours. Au guide d'ondes
de sortie, les deux ondes se groupent de nouveau comme la somme des deux modes : le mode
fondamental, qui est guidé, et le mode d'ordre élevé, qui n'est pas guidé et qui est rayonné. La
proportion de puissance dans chaque mode change selon la variation de différence de parcours,
modifiant ainsi la puissance de sortie.
Figure 4: Vue schématique en plan d'un modulateur à interféromètre MachZehnder fait d'un microguide d'ondes au niobate de lithium diffusé.
On peut utiliser un interféromètre Mach-Zehnder passif pour convertir la modulation de
fréquence en modulation d'intensité. On peut également obtenir une modulation d'intensité par
tout ou rien (ou forme d'onde d'impulsion) avec une amplitude réduite du courant de
modulation.
Utilisés pour grouper ou séparer les voies de longueurs d'onde différentes, les
multiplexeurs/démultiplexeurs jouent également un rôle important dans les réseaux DWDM. On
en comprend les mécanismes depuis longtemps et on a également créé des dispositifs de divers
types en optique. Parmi les principales méthodes sur lesquelles reposent actuellement les
multiplexeurs/démultiplexeurs DWDM à usage commercial, on compte les filtres interférentiels
à couche mince, les réseaux de Bragg à fibre, les interféromètres Mach-Zehnder à fibre ou à
guide d'ondes en cascade, les réseaux de diffraction en substrat, les réseaux de phase (ou
phasars) et les méthodes hybrides reposant sur pareilles technologies. Jusqu'à présent, on a
réussi à fabriquer des modulateurs/démodulateurs et multiplexeurs/démultiplexeurs faisant
appel à ces méthodes, rendant ainsi possibles les réseaux DWDM point à point. On trouve
couramment sur le marché des modèles de modulateurs/démodulateurs et
multiplexeurs/démultiplexeurs. Plusieurs entreprises de télécommunications ont mis sur pied
des réseaux DWDM utilisés pour les transmissions point à point, notamment Nortel Networks.
Entre-temps, le nombre de voies et leur débit ont connu une croissance exponentielle. JDS
Uniphase, fabricant de matériel de télécommunications à fibres optiques d'Ottawa, a fait
l'annonce d'un multiplexeur/démultiplexeur à 80 voies espacées de 50 GHz qui recourt à la
technologie améliorée d'intercalage des fréquences.
2.3 Commutation/routage DWDM
Une fonction de routage simple qui est proposé est d’ajouter au réseau DWDM point à point
consiste en une opération par diffusion et sélection dans laquelle chaque utilisateur du réseau
transmet son signal à un coupleur en étoile, d'abord utilisé pour répartir ces signaux vers tous
les autres nœuds du réseau de manière passive. Il faut utiliser un protocole d'accès au support
pour contrôler les transmissions aux divers nœuds du réseau afin d'éviter les collisions et de
gérer les conflits dans la largeur de bande. Ce type de réseau pourrait s'avérer intéressant par sa
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simplicité et sa performance puisqu'il ne comporte ni commutateur ni routeur. Par contre,
comme il existe une relation linéaire entre le nombre de nœuds et le nombre de longueurs
d'onde, un tel réseau ne peut évoluer pour comporter une multitude de nœuds. Les travaux se
poursuivent dans ce domaine en vue de l'interconnexion des ordinateurs de réseaux locaux et
métropolitains. Il n'en reste pas moins qu'une telle application n'est pas possible dans un grand
réseau car elle ne se prête pas à une mise à l'échelle convenable.
La capacité de routage du DWDM passera d'abord par le routage des longueurs d'onde, qui fait
actuellement l'objet de recherches. Il s'agit d'un routage sélectif des signaux optiques en
fonction de leur longueur d'onde lors de leur cheminement dans les éléments de réseaux situés
entre l'émetteur et le récepteur. Le routage des longueurs d'onde a deux grandes caractéristiques.
D'abord, il détermine la raie spectrale du signal optique et, en cas d'émission de signaux
multiples à partir d'un même nœud, chaque signal peut être destiné à un récepteur distinct. Le
nombre de pareils récepteurs est égal au nombre de longueurs d'onde produites dans chaque
nœud. Ensuite, comme chaque signal est limité à une raie spectrale donnée, il est possible de
réutiliser chaque longueur d'onde nombre de fois dans des raies différentes appartenant au
réseau dans la mesure où aucune de ces diverses raies ne tente de coexister dans la même
liaison par fibres optiques. La figure 2 illustre schématiquement un tel nœud de commutation
par convertisseur de longueurs d'onde en vue de la réutilisation des longueurs d'onde. Grâce à
une telle interconnexion de longueurs d'onde, on peut interconnecter n'importe quelle longueur
d'onde d'entrée à n'importe quelle fibre d'entrée et n'importe quelle longueur d'onde de sortie à
n'importe quelle fibre de sortie, pourvu que la fibre en question comporte un nombre de voies
suffisant. Ce commutateur réussit partiellement le multiplexage en longueur d'onde et le
multiplexage spatial (entre liaisons optiques). Ce commutateur d'interconnexion DWDM et le
multiplexeur à insertion-extraction qui y est associé tire toute son importance du fait qu'il
permet la reconfiguration du réseau optique par longueur d'onde, de manière à optimiser le
trafic, l'encombrement, la croissance et la pérennité du réseau. Il permet en outre de configurer
des circuits spéciaux en vue de la transmission de signaux sous une autre forme. Le même
ensemble de commutateur-multiplexeur DWDM constitue l'élément transparent de la
transmission par sélection de longueurs d'onde qui s'avère essentiel à la création de réseaux à
longueurs d'onde multiples.
2.4 Application du DWDM
Actuellement la technologie DWDM était utilisée essentiellement dans les réseaux dorsaux,
mais il devrait être employé pour résoudre le goulet d’étranglement entre le trafic de données et
l’augmentation de l’accès rapide à l’Internet. En effet, le développement rapide de services
d’accès aux données et d’accès à large bande, tels que l’xDSL (ex : ADSL), les réseaux de
stockage (SAN) ou les futures générations de téléphonie mobile (UMTS) vont augmenter
considérablement le trafic de données.
Pour résoudre efficacement ces problèmes le DWDM doit répondre à certaines
exigences spécifiques des réseaux métropolitains telles que le haut degré de connectivité et de
modularité requis par les applications métropolitaines et devra permettre de supporter des
services à 10 Gbit/s. De plus, les technologies innovantes ne présentent d’intérêt que si elles
garantissent la compatibilité avec les technologies existantes et une possibilité de migration par
rapport aux infrastructures installées, dans le cas du DWDM métropolitain, celui-ci est ouvert à
tous les types de signal (par l’utilisation de transpondeur).
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L'architecture du DWDM métropolitain peut être en bus, en boucle ou bien maillée grâce à
l'arrivée des brasseurs ou commutateurs optiques, et les longueurs d'onde peuvent être routées
aux destinataires de manière dynamique. Par ailleurs, DWDM offre des mécanismes de
protection au niveau optique comme l'O-SNCP (Optical Subnetwork Connection Protection),
qui protège une longueur d'onde donnée. En émission, celle-ci est diffusée dans les deux sens.
En réception, un sélecteur permet de choisir un des deux signaux reçus. En cas de perte d'un des
deux signaux, le temps de basculement est inférieur à 50 ms. Quant à l'O-MSP (Optical
Multiplex Section Protection), il permet de protéger tout un tronçon de fibre optique. Mais il a
l'inconvénient d'être plus coûteux, car il utilise une paire de fibres optiques supplémentaire.
Enfin, les équipements DWDM métropolitain offrent des interfaces (transpondeur) synchrones
pour interconnecter des équipements SDH/SONET, ATM, routeurs Gigabit, 10 Gigabit
Ethernet et des interfaces asynchrones pour interconnecter des équipements SAN en Fibre
Channel.
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3. MPLS/GMPLS
3.1 MPLS
3.1.1 Principe : (MultiProtocol Label Switching)
Le MPLS est un protocole de routage de paquets à travers Internet proposé par IETF. Il utilise
des labels contenant des informations à transmettre. Ces dernières sont attachées à des paquets
IP par un routeur qui se trouve au bord du réseau, appelé LER (label edge router). Les LER
effectuent la complexe analyse des paquets et la classification, mais le font une seule fois avant
que le paquet entre dans le coeur du réseau. Les routeurs qui se trouvant dans le cœur du réseau,
sont appelés LSR (label switch router), routeurs de commutation de labels. Ces routeurs
examinent rapidement le label et transmettent le paquet sans avoir à déterminer où le router.
Enfin, le LER destinataire retire le label.
Le MPLS peut garantir que tous les paquets d’un flux en particulier prennent la même route à
travers le réseau dorsal (backbone). En effet, ce protocole doit être capable de fournir la qualité
de service nécessaire pour supporter convenablement la voie et la vidéo temps réel, aussi bien
que des contrats de niveau de services (SLA) qui garantissent une bande passante.
3.2 GMPLS
3.2.1 Principe: (Generalized Multiprotocol Label Switching)
Dans un système de réseau optique WDM, c’est la capacité à router une transmission de
données en faisant varier les longueurs d’onde lumineuses qui la transporte. L’appareil de
routage analyse seulement les longueurs d’onde (les fréquences de lumière) pour déterminer où
router chaque paquet, au lieu d’inspecter les champs de ce dernier. Le protocole GMPLS ajoute
de nombreuses améliorations par rapport à MPLS dans le but de supporter les réseaux optiques.
En d’autres termes, GMPLS a pour objet de définir un plan de commande commun aux
différentes techniques de transport : mode de transfert par circuit virtuel (au niveau paquet ou
cellule) ou par circuit réel (multiplex temporel, longueur d'onde, fibre). Par la suite, les
fonctions de routage, signalisation, gestion de liens seront discutées en référence au cadre
GMPLS.
Le protocole de gestion de liens renseigne le plan de commande sur les ressources du plan de
transfert en raison du découplage des plans de commande et de transfert. Le protocole LMP
(Link Management Protocol) est actuellement proposé par l'IETF dans le cadre général de
GMPLS.
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Figure 5 : Structure de MPLS dans un réseau de transport optique.
Les paragraphes qui suivent abordent les protocoles et les évolutions proposés à l'IETF,
organisme de normalisation de l'Internet.
3.2.2 Routage et adressage
Le principe du routage distribué à état de liens est d'assurer que chaque nœud a, à travers sa
base d'état de liens, une connaissance complète et actualisée de l'ensemble du graphe des nœuds
et des liens dessinant la topologie du réseau. Chaque nœud informe l'ensemble des autres nœuds
du domaine de routage de l'état de ses liaisons vers ses voisins directs ainsi que de leurs
attributs. Le rôle du protocole de routage est d'assurer la synchronisation des bases d'état de
liens de l'ensemble des nœuds ou routeurs participant au processus de routage. Chaque routeur
peut alors calculer, à partir d'un algorithme commun à l'ensemble des nœuds et pour une
métrique définie, les chemins orientés ou routes partant de lui-même et joignant n'importe
quelle autre destination (sous-réseau, routeur, interface, terminal) du domaine. Ces chemins
peuvent de plus être obtenus en référence à un ensemble de contraintes définissant un sousensemble du graphe pour répondre à des objectifs d'ingénierie de trafic.
L'adaptation au cas des réseaux brassés optiques d'un protocole de routage à état de liens tel que
OSPF ou IS-IS, consiste d'une part à étendre les attributs attachés aux liens et aux nœuds afin de
prendre en compte les spécificités des réseaux de transport optiques, et d'autre part à redéfinir le
champ des contraintes prises en compte dans les extensions d'ingénierie de trafic de ces
protocoles.
Le terme de lien pour les protocoles de routage recouvre non pas la notion de canal optique ou
de section de multiplexage SDH mais le groupe (ou "bundle") de canaux optiques
interconnectant deux brasseurs et partageant les mêmes attributs. De plus, à chaque lien doit
être associé un ou plusieurs canaux de commande faisant des deux brasseurs d'extrémité du lien,
des voisins directs ou "adjacents" dans le réseau de commande. Ce canal de commande peut
être partagé par les différents liens interconnectant les deux brasseurs.
L'association d'un groupe de liens physiques destinés à porter les données utiles et du canal de
commande définit un lien au sens du protocole GMPLS. La notion de lien recouvre donc une
notion logique plus que physique et fait correspondre l'information sur des ressources physiques
de transmission avec le calcul de chemin propre au processus de routage.
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Figure 6 - Schéma d'adressage pour un réseau de transport brassé.
Un exemple de schéma d'adressage est représenté sur la Figure 6 pour des brasseurs appartenant
à un même domaine de routage. On distingue les adresses utilisées pour identifier les nœuds, les
liens du plan de commande et les liens du plan de transfert dans le processus de routage et les
adresses identifiant les brasseurs en tant que terminaux utilisés.
Une seule instance du protocole de routage peut être utilisée pour l'ensemble du domaine
intégrant à la fois le plan de commande et le plan de transfert. La description des liens du plan
de transfert "optique" s'appuie sur la notion d'annonce d'état de lien "opaque". Ces annonces ne
seraient pas reconnues par les routeurs IP du domaine de routage puisqu'elles décrivent des
attributs spécifiques aux brasseurs (ils peuvent être propres à un équipementier).
3.2.3 Signalisation
La signalisation MPLS, CR-LDP ou RSVP-TE définit les processus d'établissement, de gestion
ou de suppression des circuits MPLS établis entre deux routeurs d'extrémité. Les informations
transportées par signalisation permettent à chaque routeur, parti prenante du circuit, de
l'identifier par l'attribution de labels ayant une signification locale et définissant logiquement le
processus de commutation propre au circuit. La phase de signalisation intervient après
identification du chemin suivi par le circuit ; celle-ci est réalisée par le routeur initiant ce
circuit, à partir de sa base d'état de liens et compte tenu des contraintes appliquées; ce chemin
est explicitement spécifié dans les messages de signalisation.
L’utilisation du protocole de signalisation MPLS au cas des réseaux de transport requiert de
modifier les attributs et les fonctionnalités des messages de signalisation pour étendre la
signification des labels, prendre en compte le besoin de circuits bi-directionnels ou pour définir
la manière dont les pannes sont traitées.
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3.2.4 Généralisation de la signification des labels
Les réseaux de transport reposent sur le mode de transfert en circuit réel. Utilisé dans ce
contexte, le label identifie explicitement le multiplex (cas de liens SDH), la longueur d'onde ou
la fibre portant le circuit. Le choix du lien au sens du routage, c'est-à-dire du groupe de liens
physiques de mêmes caractéristiques interconnectant deux brasseurs, relève du processus de
routage contraint. Identifier précisément le lien physique portant le circuit est équivalent à
l'attribution d'un label identifiant logiquement un circuit virtuel entre deux LSRs (Label Switch
Routers) IP. Le caractère d'identificateur explicite associé au label sur les réseaux de transport
est également requis par le découplage logique du plan de commande et du plan de transfert.
L'utilisation d'un réseau de commande distinct du réseau de transfert fait qu'un même canal de
commande portant la signalisation entre deux brasseurs peut être partagé par plusieurs liens ou
canaux de données. Le rôle d'un label est de pointer vers le lien portant le circuit invoqué, c'està-dire de définir la configuration de la matrice de brassage requise par le circuit.
Comme avec MPLS, la validation du circuit est réalisée par le message de signalisation
remontant (message Resv avec RSVP-TE ou Mapping avec CR-LDP) et que le message initial
descendant (Path/RSVP-TE ou Request/CR-LDP) ne fait que pré-réserver les ressources, ce
sont donc les messages de signalisation émis du brasseur aval vers le brasseur amont qui
valident l'attribution des labels et donc des liens physiques portant le circuit. Cependant, dans le
cadre GMPLS, le brasseur amont peut suggérer les labels au brasseur aval. De cette façon, le
brasseur amont peut initier la configuration de sa matrice de commutation et gagner un temps
non négligeable dans le cas d'un système physique ayant une latence de configuration
importante. Il ne s'agit cependant que d'une optimisation : en cas de conflit, c'est le brasseur
aval qui reste maître de l'attribution du label à travers le message de signalisation remontant.
3.2.5 Circuits bi-directionnels
GMPLS généralise la signalisation au cas des connexions bidirectionnelles. Celles-ci
constituent la règle pour les réseaux de transport. On parle alors de brasseur "initiateur" plutôt
que de brasseur amont pour désigner le brasseur à l'origine de la signalisation.
Le but étant d'établir deux circuits contra-directionnels partageant les mêmes attributs (bande
passante, niveau de protection, délai), l'établissement conjoint des deux circuits présente
plusieurs avantages :
•
on réduit la probabilité de rencontrer un problème de compétition sur les ressources lors de
l'établissement d'un circuit ou de son équivalent contra-directionnel en couplant les requêtes
sur les ressources pour les deux circuits, augmentant ainsi la probabilité de succès de la
requête;
•
le temps d'établissement peut être réduit à son minimum, à savoir un temps d'aller-retour
entre brasseurs d'extrémité. On gagne ainsi au moins le délai de transit du brasseur initiateur
au brasseur terminant la connexion bidirectionnelle. Ce gain est particulièrement important
lors de l'établissement d'un circuit de secours en cas de panne.
3.2.6 Sécurisation des circuits
Une évolution particulièrement importante des protocoles de signalisation concerne la définition
des mécanismes de sécurisation et l'extension des attributs attachés à un circuit et définissant
son niveau de sécurisation. La sécurisation d'un circuit s'appuie sur les processus suivants :
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identification des ressources de sécurisation, localisation de la panne, notification de la panne,
mise en œuvre des ressources de sécurisation. Les différents types de sécurisation considérés
sont ceux traditionnellement mis en œuvre dans les réseaux de transport où l'on distingue la
sécurisation locale de niveau lien et la sécurisation des conduits de bout en bout. De plus, la
sécurisation de lien ou de circuit peut s'appuyer sur des ressources dédiées (on parle alors de
protection) ou sur des ressources partagées (on parle de restauration).
La sécurisation de niveau lien est directement prise en compte à partir des protocoles de routage
puisque les attributs de sécurisation sont attachés aux liens. L'intérêt de la sécurisation de
niveau lien est de protéger l'ensemble des circuits portés par un lien. La sécurisation de circuit
au contraire ne concerne qu'un circuit. Elle peut être réalisée à partir de la protection de lien en
spécifiant le niveau de sécurisation des liens mis en jeu lors de l'établissement d'un circuit. Elle
peut aussi être réalisée indépendamment de la sécurisation de lien. Un attribut du circuit précise
le statut du circuit considéré, circuit primaire ou circuit de protection. Les ressources des
circuits de protection sont utilisables par des connexions qui peuvent être interrompues à tout
moment pour les besoins de protection des circuits primaires.
Dans la démarche GMPLS, l'identification des ressources de sécurisation est réalisée par
l'attribut (circuit primaire/protection) attaché à un circuit, qu'il protège un lien ou un circuit,
tandis que la localisation de la panne et sa notification relèvent du protocole de gestion de lien
(LMP) décrit au paragraphe suivant. La mise en œuvre des ressources de sécurisation, bien que
discutée au sein de l'IETF, repose pour l'essentiel sur des mécanismes propriétaires.
3.2.7 Sécurisation du canal de commande
L'existence d'un réseau de commande distinct du réseau de transfert amène à considérer de
nouveaux scénarios mettant en jeu l'effet d'une panne du réseau de commande sur le réseau de
transfert. La sécurisation du réseau de commande s'appuie sur le re-routage IP de sorte que, sauf
dans le cas peu probable d'une perte de connexité topologique, l'accessibilité des brasseurs à
travers le réseau de commande est maintenue, au prix d'un routage moins optimal pendant la
convergence des bases d'état de liens du réseau de commande. De même les connexions TCP
portant les sessions CR-LDP entre brasseurs voisins sont maintenues lorsque l'accessibilité
entre brasseurs est conservée au niveau du routage IP. Par contre, les mécanismes LDP reposant
sur une adjacence directe ou "peering" de brasseurs voisins sont directement affectés.
L'établissement et le maintien d'une session du protocole de signalisation CR-LDP requièrent la
vérification de l'adjacence directe des brasseurs car celle-ci garantit qu'un circuit est bien établi
bond par bond entre brasseurs successifs. Cette adjacence au niveau lien est vérifiée par
l'échange de messages UDP "hello" émis périodiquement. En cas de rupture du lien de
commande et s'il n'est pas reconstruit en un temps compatible avec le "holdtime" du processus
des messages "hello", une nouvelle adjacence LDP doit être construite sur un autre lien de
commande, si celui-ci est disponible. Le temps caractéristique de remontée d'adjacence LDP se
mesure en secondes. Si la panne ayant affecté le canal de commande concerne également un
circuit de données (canal de commande in-band) et si le routage du circuit de protection
emprunte à nouveau les deux mêmes brasseurs (cette configuration intervient lorsque la panne
affecte un seul canal WDM dans un multiplex), le temps de remontée de la session LDP rentre
dans le processus de restauration et est particulièrement pénalisant. Les mêmes types de
mécanismes interviennent avec le protocole de signalisation RSVP-TE de sorte qu'il est
essentiel de protéger les canaux de commande, en les doublant le cas échéant.
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3.2.8 Link Management Protocol
Figure 7 : Gestion de localisation de faute avec le protocole LMP
La configuration spécifique des liens entre brasseurs a rendu nécessaire la définition d'un
protocole de gestion des liens. Dans le cas général, l'interconnexion de deux brasseurs est portée
par plusieurs fibres, elles-mêmes portant plusieurs canaux WDM, eux-mêmes pouvant
transporter un multiplex SDH. Les liens (canaux WDM, section SDH) de caractéristiques
identiques réalisant cette interconnexion seront avantageusement regroupés en un seul lien
logique apparaissant dans la base des états de liens gérée par le protocole de routage. Ce
regroupement en lien logique présente l'intérêt de réduire la taille de la base des états de liens et
d'économiser l'espace d'adressage puisque les liens physiques ne sont pas alors identifiés par
des adresses IP mais simplement par l'adresse du brasseur et d'un identificateur de signification
locale. Le canal de commande entre deux brasseurs peut être physiquement disjoint des liens
portant les flux de données "utiles" et est en tout cas nécessairement logiquement dissocié de
ces liens qui ne traitent pas l'information au niveau de granularité d'un paquet. Ainsi les
échanges d'information propres au plan de commande peuvent être portés par un réseau
Ethernet dédié. Une autre approche consiste à faire porter le canal de contrôle entre brasseurs
par une longueur d'onde dédiée ou le "data communication channel ou DCC" défini à partir des
octets des en-têtes de la trame SDH.
A la différence des réseaux IP actuels pour lesquels une même couche de lien est partagée entre
flux d'information liés à l'exécution des protocoles et flux de données, le transfert en parallèle
des flux d'information inhérent au multiplexage en longueur d'onde et le découplage entre
réseau de commande et réseau de transfert rendent nécessaire la définition d'un protocole propre
à la gestion des liens ou "Link Management Protocol", qu'il s'agisse des liens portant le réseau
de commande ou des liens transportant les flux de données. LMP remplit 4 fonctions de base
pour gérer les liens interconnectant deux brasseurs :
•
La gestion du canal de commande consiste à établir et superviser au niveau IP le lien
d'interconnexion des plans de commande des brasseurs. La couche de lien portant ce lien IP
peut être quelconque (Ethernet, DCC SDH, tunnel IP, ...). Par contre, ce lien doit être
terminé aux deux brasseurs. Ceux-ci réalisent donc un "peering" IP à travers leur canal de
commande. En conséquence, la topologie du réseau de commande reflète la topologie du
réseau de transfert. Au cas où le canal de commande serait interrompu, les liens portant les
flux de données sont maintenus en l'état. Par contre, de nouveaux circuits ne peuvent faire
usage des capacités des liens en question (ils sont dits en "état dégradé") et ces liens ne sont
plus annoncés par le protocole de routage. Enfin, plusieurs canaux de commande peuvent
être établis entre deux brasseurs avec l'intérêt évident d'une meilleure résistance aux pannes.
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
•
La corrélation des propriétés des liens de transfert consiste à faire correspondre, pour
chaque lien physique de transfert, les identificateurs et les propriétés attribués à ce lien par
chaque brasseur d'extrémité. La procédure est réalisée lors de la montée en activité du lien
et peut être répétée à intervalle régulier. Son intérêt est d'identifier les éventuelles erreurs de
câblage auxquelles toute intervention humaine expose.
•
La vérification de connectivité a pour fonction de tester la connectivité physique des liens
de transfert et utilise pour cela la transmission de messages dédiés dans la bande. Dans le
cas des brasseurs optiques transparents, les liens sujets à la procédure de vérification
doivent donc être momentanément terminés aux brasseurs d'extrémité avant que le message
de succès de vérification transmis par le canal de commande n'autorise leur retour vers l'état
transparent.
•
Pour la localisation de fautes, LMP utilise l'échange de messages entre brasseurs adjacents à
travers leur canal de commande pour localiser les fautes, que les brasseurs soient
transparents ou opaques. L'identification de ces pannes permet en retour de générer les
processus de protection ou de restauration.
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
4. Resilient Packet Ring
Les réseaux IEEE 802.17 RPR (Resilient Packet Ring) sont des anneaux optiques basés sur une
technologie à grande échelle et résistant aux pannes afin d’obtenir le transfert efficace du trafic
de paquets. Cette technologie fonctionne aussi bien avec des données, de la voix et de la vidéo.
Figure 8 : Schéma d’un anneau métropolitain RPR
4.1 Principe
Les anneaux RPR sont des réseaux optimisés pour les données possédant au moins 2 anneaux
optiques ayant des sens de circulation opposés. Dans ces derniers, de nombreux nœuds
partagent la bande passante sans avoir qu’il y ait nécessité de circuits réservés. Les nœuds se
trouvant sur l’anneau peuvent négocier automatiquement de la bande passante entre eux à
l’aide d’un algorithme de contrôle « d’équité » (Fairness Control Algorithm). Chaque station
possède une carte de la topologie de l’anneau et peut transmettre des données sur l’anneau
optimal jusqu’à sa destination. Les 2 anneaux peuvent être utilisés pour transporter le trafic de
données. L’algorithme de protection évite les arcs erronés afin de d’être protéger contre la
défaillance de la fibre ou d’une station.
Les technologies de couche 2 tel que RPR, définissent un protocole de contrôle d’accès au
médium (MAC), celui-ci définit la manière avec laquelle la bande passante disponible peut être
utilisée par les stations émettrices. Le protocole MAC définit aussi comment une station doit
réagir à la congestion ou aux collisions sur le médium. Enfin, il régule les accès en stockant et
en donnant des priorités aux paquets circulants sur le médium.
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
Le protocole MAC du RPR supporte 3 classes de services :
•
Haute (classe A) : C’est la classe de services de taux d’informations livrées (Committed
Information Rate, CIR) garanties. Ce service supporte des bandes passantes garanties et des
applications à faible latence. La voie, la vidéo et les applications d’émulation de circuits
peuvent utilisés cette classe de trafic.
•
Moyenne (classe B) : Les services de CIR qui ont moins de besoins stricts en latence. Les
applications de données d’affaire peuvent utiliser cette classe de trafic.
•
Basse (classe C) : Le trafic « best-effort ». Les nœuds négocient entre eux pour recevoir une
part « juste » de la capacité de l’anneau. L’accès Internet privé peut utiliser cette classe de
trafic.
4.2 Les améliorations apportées par RPR
Les réseaux RPR offre de multiples améliorations de performance :
•
Rendement de la bande passante : par le fait que le trafic de données est transporté par les
2 anneaux, il n’y a pas de perte de bande passante. En effet, ce n’est pas seulement réservée
pour permettre la récupération du réseau en cas de problème ave un anneau. Par le fait que
les paquets « «unicast » ne sont décomposés qu’à destination, les réseaux RPR peuvent
ainsi effectuer des multiplications de bande passante. Ceci permet d’accroître la capacité de
transmissions simultanées sur chaque anneau. La technologie RPR possède aussi un
mécanisme efficace pour envoyer des paquets « multicast ». A la différence des topologies
maillées, quand beaucoup copies de paquet ont besoin d’être envoyer pour couvrir de
multiples chemins, plusieurs stations d’un réseau RPR ont la capacité de partager un même
paquet ;
•
Les services : La technologie RPR a plusieurs classes de services pour les paquets sur ou
entrants sur l’anneau. De nouveaux services sont facilement adaptables à un simple réseau
car il existe des classes séparées pour le trafic sensible à la latence, le taux d’informations
livrées et le trafic « best effort » ;
•
Une administration facilitée : La technologie RPR offre la simplicité du « plug and play »
sans nécessiter de configuration manuelle pour installer une nouvelle station sur l’anneau. A
l’aide les mécanismes automatiques de découverte de topologie et de protection, RPR
nécessite peu à aucun administrateur ;
•
La résistance aux pannes : Les réseaux RPR protège automatiquement contre les
défaillances de fibre et de nœuds dans les 50ms. Chaque nœud possède 2 chemins vers
toutes les destinations se trouvant sur l’anneau ;
•
Capacité en taille : Les réseaux RPR facilement en permettant plus de 64 stations sur
chaque anneau. Une nouvelle station peut être insérée ou retirée d’un anneau existant avec
le mécanisme de découverte de topologie, la gestion de bande passante et les algorithmes
de protection détectant les modifications. Du point de vue de l’utilisateur final, les
modifications de nécessité de bande passante peuvent être rapidement effectuées sans étapes
complexes.
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
4.3 Le RPR dans le MAN
La promesse de RPR est de rassembler le multiplexage temporel (TDM) et les services de
paquets de données et d’utiliser les anneaux optiques métropolitains à transporter de la voix, de
la vidéo et des données plus efficacement que les deux actuelles approches, SDH/SONET et
Ethernet, peuvent le faire seul. Une topologie en anneau, qu’Ethernet n’était pas fait pour
supporter, nécessite seulement 50ms pour « récupérer » le réseau en cas de catastrophes telles
que la rupture de fibre ou la défaillance de liens. En utilisant la technologie RPR comme faisant
partie de pile de protocoles, Ethernet peut ainsi supporter une topologie en anneau. Ce qui
permet à RPR de faire le lien qui combine la résistance aux pannes et la disponibilité de
SDH/SONET avec les piles d’équipements simplifiés et les faibles coûts d’Ethernet.
De plus, RPR promet la possibilité de multiplier la bande passante à l’aide de la « réutilisation
spatiale » (« spatial reuse »). En d’autres termes, la bande passante de l’anneau peut être
réutilisée pour différents flux de trafic sur des parties séparées de l’anneau. Il promet aussi une
efficacité supplémentaire dans l’utilisation de la bande passante à l’aide du multiplexage
statistique du trafic.
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
5. L’Ethernet métropolitain
Depuis 25 ans, l’Ethernet poursuit sa progression comme norme mondiale des réseaux locaux
d’entreprise (LAN). Après avoir conquis tous les bureaux de la planète, l’Ethernet envahit nos
foyers, se posant comme la technologie qui permet de partager la ligne d’accès à large bande
entre les équipements en réseau de la famille. Les principales raisons qui expliquent le succès
de l’Ethernet sont la facilité d’utilisation et le débit élevé à faible coût.
De nouvelles technologies à base d’Ethernet étendent ces avantages au-delà du LAN dans le
réseau métropolitain. La difficulté est de conserver les mêmes avantages de coût et de facilité
d’utilisation dans la zone métropolitaine tout en surmontant les obstacles qui découlent de la
nature même des réseaux métropolitains : changement d’échelle, sécurité et robustesse accrues
vis-à-vis des défaillances. Ces technologies permettront aux opérateurs d’offrir un accès rapide
relativement bon marché à leur point de présence (PoP) éliminant ainsi les goulets
d’étranglement existant entre le LAN à haut débit de l’entreprise et le réseau dorsal.
Plusieurs versions de 10 Gigabit Ethernet existent ou sont en cours de standardisation. Elles se
différencieront par leur coût et leur portée. Le 10GbaseSX sera une version assez bon marché, à
portée limitée (300 m) ; le 10GbaseEX sera une solution coûteuse permettant des applications
WAN de l'ordre de 50 km.
Ethernet fournit la meilleure solution possible pour l’interconnexion d’entreprise ou d’autres
nœuds qui ont à transporter de grands volumes de données IP. Par contre il est moins adapté au
transport de la téléphonie à multiplexage temporel (TDM) et repose plutôt sur le fait que tous
les services migrent vers l’IP. Dans ce cas cette technologie à base d’Ethernet est plus limitée
que les réseaux SDH/SONET.
Le manque de fonctionnalités multiservices est largement compensé par le fait que l’Ethernet
métropolitain effectue une meilleure agrégation des données et qu’il représente une solution
plus économique que la SDH/SONET pour l’interconnexion des LAN/Ethernet. De plus, il est
plus facile à configurer qu’un réseau SDH/SONET.
L’Ethernet peut aussi compléter avantageusement un réseau SDH/SONET par le fait que ce
dernier transporte tout le trafic traditionnel, on peut alors superposer un Ethernet qui se chargera
du trafic croissant de données IP.
D’autre part, les nœuds Ethernet métropolitain peuvent être reliés directement au câble à fibre
optique intra-nœud, auquel cas toute la maintenance du réseau optique s’effectue au niveau
paquet. Ils peuvent être aussi intégrés à d’autres solutions métropolitaines pour permettre à
l’opérateur de choisir entre la gestion de l’infrastructure optique sur la même plate-forme de
gestion que celle employée pour gérer les flux de paquets et l’utilisation d’une plate-forme de
gestion de transmission dédiée.
5.1 Caractéristiques de l’Ethernet métropolitain
Pour simplifier la configuration, c'est-à-dire les multiples conversions entre ATM et
SDH/SONET, une entreprise reliée à un Ethernet métropolitain utilisera des interfaces
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
compatibles avec Ethernet. Le modèle métropolitain passe de la fourniture de bande passante
entre les nœuds et les usagers à l’offre de LAN virtuels (VLAN) et de réseaux privés virtuels,
configurés selon des contrats de niveau de service (SLA). L’usager n’aura qu’à commander de
la bande passante selon un SLA couvrant les besoins au niveau de chaque nœud. De son coté,
la tache du fournisseur de réseau est également simplifiée car il n’est plus nécessaire de fournir
et de gérer toutes les connexions individuelles, il suffit de surveiller les points d’entrée du
réseau.
Si l’on étend le LAN au MAN avec haut degré de connectivité de bande passante, la distinction
d’accessibilité entre serveur et routeur de réseau situés dans les entreprises et ceux situés au PoP
du fournisseur disparaît. Ce dernier n’a plus besoin d’avoir de routeurs, des serveurs et des
pare-feu Internet sur chaque site de client. Non seulement les équipements de réseau peuvent
être partagés par de nombreux clients mais il n’est plus nécessaire d’avoir une équipe de
maintenance sur chaque site. On peut alors dire que l’Ethernet métropolitain favorise
l’externalisation des services d’entreprise.
Figure_2 de gethernet_man.pdf : Schéma d’un réseau métropolitain et des services fournis
5.2 Structure de l’Ethernet métropolitain
Figure_3 de gethernet_man.pdf : Schéma simplifié d’un réseau métropolitain
A l’aide de la figure_3, on peux voir que la partie accès métropolitain concentre le trafic
émanant de différents bâtiments implantés dans la zone métropolitaine, laquelle est
généralement constituée d’anneaux en fibre. Chaque anneau d’accès métropolitain comportant
entre 5 à 10 nœuds. Ces anneaux acheminent le trafic des usagers des bâtiments jusqu’aux
POP, qui sont interconnectés par le réseau structurant. Un réseau structurant métropolitain
couvre en général plusieurs villes ou une région ayant une forte densité d’entreprises. De plus,
la présence de centres informatiques à proximité de nœud de cœur de réseau est une
caractéristique importante des réseaux structurants. Ils servent à héberger du contenu à
proximité des usagers et à fournir des services externalisés. L’accès au réseau dorsal Internet est
assuré au niveau d’un ou plusieurs PoP. Cette configuration peut présenter un avantage
supplémentaire pour le cybercommerce, si la plate-forme dédiée de l’entreprise se rapproche de
réseau de base Internet. Du coup, un volume de transactions beaucoup plus important peut être
pris en charge et la latence peut être fortement réduite.
5.3 Le GigaEthernet : une technologie d’accès
Le réseau d’accès est le « dernier kilomètre » entre le réseau et les différents bâtiments. Dans de
nombreux cas, la ligne xDSL en cuivre (ou BLR, Boucle Locale Radio) suffira pour assurer le
service d’accès mais pour les sites produisant beaucoup de trafic, la fibre optique sera
nécessaire. C’est dans ce dernier cas que l’Ethernet comme EFM (Ethernet in the First Mile)
parait adéquate pour ses performances et son faible coût. De plus il est compatible avec les
infrastructures de LAN, et les entreprises peuvent l’utiliser pour relier directement leur LAN au
réseau métropolitain. Le GigaEthernet est donc intéressant à la fois pour le fournisseur que
l’usager.
EFM définit les spécifications de la liaison d'accès en Ethernet natif entre le site client et le
point de présence (PoP) de l'opérateur. En cours de normalisation par le groupe IEEE 802.3ah,
EFM gardera le même format de trames Ethernet 802.3 et supportera les protocoles 802.1q
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
(Tagging VLAN) et 802.1p (CoS). Il définira deux topologies : point à point sur cuivre du
réseau téléphonique et point à multipoint sur fibre optique.
Dans le cas du point à point, le groupe de travail IEEE s'appuiera sur la technologie EoVDSL
(Ethernet over VDSL). Dans ce cas, le débit pourra atteindre 10 Mbit/s pour une paire de cuivre
ne dépassant pas les 750 m. Une nouvelle couche PTM (Packet Transfert Mode) reposant sur le
protocole HDLC sera développée.
5.4 L’accès aux usagers
L’Ethernet métropolitain garantit aux usagers un niveau de sécurité égal à celui des lignes
spécialisées, c'est-à-dire que les données ne peuvent être échangées qu’entre usagers du réseau.
Pour cela, on alloue à chaque entreprise un VLAN dont l’accès est limité aux bâtiments de
l’entreprise. L’usager accède au réseau dans des conditions définies par un contrat (SLA)
conclu avec le fournisseur de réseau. Pour vérifier que le trafic de l’usager est étiqueté avec les
informations du VLAN et pour appliquer le SLA, il faut installer un équipement commandé par
le réseau à la périphérie de l’Ethernet métropolitain. Cet équipement, le CLE (Customer
Located Edge) s’installe dans le bâtiment. Il assure également la terminaison de la connexion en
fibre optique entre le premier nœud de réseau et le bâtiment.
5.5 Résilience du réseau (tolérance aux pannes)
Les réseaux optiques en anneaux sont les architectures de réseaux métropolitains préférées en
raison de leur résilience aux coupures de câble et aux défaillances de nœuds. Ce sont les
techniques SDH/SONET pour assurer cette protection en anneau car elles sont capables de
rétablir le trafic dans les 50 ms suivant une défaillance. Mais l’inconvénient de la solution
SDH/SONET est qu’elle protège la charge utile au niveau connecteur, ce qui est toutefois
parfait lorsque le trafic s’écoulant entre les nœuds est organisé en conteneur TDM. Cependant
dans le cas de l’Ethernet, la totalité du trafic est sous forme de paquets et il n’y a pas de circuit
entre les nœuds. Par conséquent, la protection est organisée au niveau paquet.
L’anneau optimisé pour le mode paquet (RPR), en cours de développement au sein du groupe
de travail 802.17 de l'IEEE et de l'alliance RPR, est la norme montante de protection au niveau
du paquet. Le RPR a les mêmes capacités de protection que le SDH/SONET mais n’exige pas
que le trafic soit organisé en conteneur. De plus, le RPR permet de ne protéger que les classes
de services qui en ont besoin. Cette technique est également utilisée pour assurer un partage de
la bande passante entre les nœuds de l’anneau. Ce qui est important car la bande passante de
l’anneau est partagée entre tous les noeuds. Enfin, le RPR offre des fonctionnalités efficaces de
classe de service (CoS) qui peuvent être utilisées pour réaliser une solution de qualité de service
(QoS) de bout en bout.
Le RPR permet à l’Ethernet métropolitain de fournir la fonctionnalité de l’anneau. Il peut être
mis en œuvre directement sur une fibre noire ou sur des fibres WDM, et remplacera peut-être
définitivement SDH comme protocole communément utilisé pour bâtir des réseaux
métropolitains.
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
5.6 Les besoins d’équipement de classe opérateur
L’un des principaux problèmes auquel fait face le déploiement des Ethernet métropolitain est
l’interrogation sur le coût des équipements de réseau. Ces derniers utilisés actuellement dans
l’entreprise ont un coût/bit transporté très faible. Mais lorsqu’on étend l’Ethernet aux réseaux
métropolitains, les équipements employés doivent remplir des exigences plus rigoureuses. Cet
ensemble d’exigences est regroupé sous le terme « classe opérateur », ce qui signifie que les
équipements doivent remplir des conditions très strictes que les opérateurs de réseau imposent
aux équipements. Les fournisseurs d’équipements doivent donc répondre à ces exigences sans
trop augmenter le coût.
5.7 L’Ethernet associé au protocole MPLS
L’Ethernet a des limites qui peuvent être en partie surmontées par l’utilisation du RPR. Dans le
cas de l’Ethernet métropolitain, l’opérateur de réseau doit veiller à ce que la confidentialité des
données des différents clients soit préservée. Ceci est rendu possible par la mise en œuvre de
service de VLAN virtuel. L’étiquetage VLAN subdivise l’Ethernet en 4096 LAN virtuels qui
peuvent être affectés chacun à un client différent. Cette solution peut suffire pour les réseaux
métropolitains d’accès mais est trop limitée pour les réseaux métropolitains structurant où les
4096 clients sont allégrement dépassés. De plus les usagers peuvent vouloir utiliser l’étiquetage
VLAN Ethernet pour séparer leurs données administratives internes. Il faut donc compléter les
trames Ethernet par un étiquetage supplémentaire permettant e surmonter ces limites. Plusieurs
solutions sont possibles : l’étiquetage VMAN par analogie avec l’étiquetage VLAN ou le
protocole MPLS. Dans cette dernière solution, chaque VLAN client peut être transposé sur un
LSP (Label Switched Path), le protocole MPLS s’étendant sur l’ensemble du réseau
métropolitain et au-delà. Par ailleurs, dans les parties de l’Ethernet métropolitain qui ne sont pas
protégés par le RPR , le protocole MPLS peut être utilisé pour assurer la résilience des services
en établissant des LSP de secours activés en cas de défaillance du LSP principal.
5.8 Conclusion
L’Ethernet métropolitain s’annonce comme la solution appropriée pour satisfaire les besoins
croissants de connectivité et de bande passante des entreprises pour les services de données. De
plus, il suit l’évolution vers l’IP et permet une externalisation efficace des services de réseau.
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
6. Le multiservice
Les fournisseurs de réseaux métropolitains se trouvent confrontés à un environnement commercial tout nouveau, caractérisé non seulement par la déréglementation ou reréglementation et par
l’essor des services à multiplexage temporel (TDM) existants mais aussi par la demande
croissante de toute une gamme de nouvelles applications de données qui devront être introduites
très rapidement.
Pour se différencier et augmenter leurs revenus, les fournisseurs de réseaux doivent offrir toute
une gamme de nouveaux services de données. Parallèlement, il leur faut réduire leurs dépenses
d’investissement et leurs coûts d’exploitation pour améliorer leur compétitivité. Ils peuvent y
parvenir en rationalisant les composants spécifiques des services et en optimisant l’utilisation de
la bande passante qu’offrent la hiérarchie numérique synchrone et le multiplexage en longueur
d’onde (SDH/WDM).
Dans cet environnement, le réseau métropolitain doit évoluer vers une infrastructure
économique multiservice optimisée pour les données, et non une structure multicouche
terriblement complexe. La combinaison de l’infrastructure existante avec les nouveaux services
axés sur les données implique également la convergence de la gestion de réseau. Le personnel
d’exploitation fait actuellement face à une profusion de nouvelles technologies et de nouveaux
services qui doivent être introduits, fournis et gérés d’une manière homogène sans remettre en
cause la solution d’exploitation du réseau métropolitain.
On pourrait alors voir le multiservice d’une solution métropolitaine comme reposant sur la combinaison efficace de toutes les technologies actuelles pour mettre en oeuvre les différents
services d’une manière native au lieu d’utiliser une unique technologie émulant tous les
services. Cette approche technique est considérée comme la meilleure pour répondre aux
exigences multiservices des nouveaux MAN. En effet, pour un mélange représentatif de
services en mode circuit et en mode paquet dans les réseaux d’accès et de coeur métropolitains,
les avantages (du point de vue de la densité d’accès et du coût des équipements) d’une solution
multitechnologie modulaire, telle que celle utilisée par la solution métropolitaine sont
indéniables, par comparaison avec une solution en mode paquet « tout en un » avec émulation
du mode circuit. En accord avec le principe général selon lequel il est plus avantageux
économiquement de traiter les données au niveau le plus bas possible du réseau, il est beaucoup
plus rentable de maintenir le trafic de transit dans le domaine optique au lieu de remonter
jusqu’aux couches électroniques ou même aux couches de commutation et de routage. Pour un
MAN donné ayant une topologie et une distribution de trafic typiques, il est évident qu’il existe
un avantage économique pour une solution intégrant une fonctionnalité réelle de réseau optique,
avantage croissant avec la charge de trafic.
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
6.1 La technologie SDH
La hiérarchie numérique synchrone (SDH) ou son équivalent nord-américain le réseau optique
synchrone (SONET) est aujourd’hui la technologie de transmission dominante dans les réseaux
métropolitains des opérateurs de télécommunications et des fournisseurs de services. Sa
définition remonte à la fin des années quatre-vingts, époque à laquelle le trafic téléphonique
l’emportait largement sur les autres types de trafic.
Cependant, l’explosion de l’Internet et de la demande croissante de hauts débits de données qui
s’ensuivit, fut à l’origine d’un changement des modèles de trafic et, l’on constate que le trafic
de données dépasse désormais le trafic téléphonique dans la plupart des économies avancées.
Bien que certains équipementiers aient pu initialement considérer cette évolution comme une
menace pour la SDH, il en est advenu tout autrement car elle s’est avérée constituer un nouveau
tremplin pour cette technologie.
En s’enrichissant de fonctions centrées sur le traitement des données (comme l’agrégation et la
commutation du trafic dans la couche de données appropriée) et en devenant multiservice, la
SDH offre maintenant la possibilité de combiner de nouveaux services fondés sur la norme
Ethernet et le protocole Internet (IP) ou sur le mode de transfert asynchrone (ATM), avec des
services traditionnels ou déjà existants comme la téléphonie et les circuits fixes garantis aux
entreprises. Cette combinaison est cruciale dans la mesure où les opérateurs doivent aujourd’hui
trouver le juste milieu entre des nouveaux services très compétitifs et les services rémunérateurs
traditionnels. Compte tenu de la stagnation dans l’industrie, le choix du bon compromis est une
question de survie.
Les techniques de transmission SDH et de son équivalent nord-américain, SONET, permettent
de rerouter le trafic pour contourner les points de défaillance. Il existe différents types de
mécanismes le protection, selon que le réseau a une topologie en anneau, linéaire ou maillée. La
plupart des avantages des réseaux SDH repose sur leur fiabilité et leur capacité de survie
éprouvées.
Depuis six ans, la SDH pénètre dans les réseaux métropolitains et d’accès, grâce à sa grande
capacité et à la fiabilité des structures en anneau. Elle est parfaitement adaptée aux exigences de
garantie de service formalisées par des contrats de niveaux de service (SLA) très stricts entre
opérateurs et clients. La SDH est maintenant largement utilisée dans l’installation d’usager pour
offrir des services de circuits spécialisés aux grandes et moyennes entreprises.
Outre leurs capacités multiservices, les nœuds optiques multiservices partagent un véritable
concept de famille (par exemple, des interfaces communes à toute la famille) et effacent la
distinction traditionnelle entre multiplexeurs à insertion-extraction et brasseurs numériques. En
effet, à l’origine, l’idée était de dédier et d’optimiser des équipements à l’exploitation des
anneaux et d’autres aux sites d’interconnexion et de commutation de trafic.
Par ailleurs, les réseaux métropolitains actuels nécessitent des machines flexibles capables de
prendre en charge plusieurs anneaux et d’offrir une protection rapide. Tous les nœuds optiques
ont une architecture symétrique et extensible innovante, sans ports définis à priori.
Les nœuds optiques peuvent aussi être utilisés comme châssis d’entrées-sorties intégrés dans les
passerelles optiques multiservices, lorsque des matrices de commutation plus importantes sont
nécessaires.
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
6.2 Un scénario métropolitain
Dans les zones d’accès et de distribution, les réseaux métropolitains sont caractérisés par
plusieurs protocoles d’accès fonctionnant à des vitesses différentes sur divers supports. La
recherche du protocole ultime qui amènera la convergence de tous les services voix et données
continue mais n’aboutira pas à moyen terme. Dans les zones d’accès métropolitaines, le trafic
est acheminé jusqu’à une station centrale où il est dirigé vers toute une variété de plates-formes
de services: des serveurs large bande à accès distant, des routeurs IP, des commutateurs téléphoniques, etc. Dans ces conditions, il est possible, soit de transposer tous les types de trafic sur
une couche de transport commune, soit d’utiliser plusieurs ressources superposées (équipements
et infrastructure de fibre).
La SDH traditionnelle est indifférente au protocole mis en oeuvre pour les charges utiles. Etant
donné la nature non déterministe du trafic de données et étant donné que la bande passante du
réseau est normalement dimensionnée pour des charges de trafic supérieures à la moyenne, la
bande passante est généralement sous-employée.
Les noeuds de l’anneau n’ont pas tous besoin du commutateur de données intégré. Ce
commutateur n’est nécessaire qu’au niveau des noeuds où le trafic entrant doit être consolidé
dans une bande passante partagée (conteneur virtuel ou VC) parcourant l’anneau. Les autres
noeuds peuvent utiliser la fonctionnalité de transit SDH pour le trafic de l’anneau. Ainsi, les
contraintes de débit de données ne sont moindres que dans le cas où la totalité du trafic de
l’anneau est dirigée sur le commutateur.
Le coût du commutateur de données est supporté non seulement là où il est nécessaire mais
aussi lorsqu’il est nécessaire. Le réseau avec nœuds optiques multiservices ne nécessite pas une
mise à niveau complète dès que le premier client apparaît. Des modules enfichables peuvent
être installés sélectivement et mis en service en fonction des besoins réels.
Jusqu’ici, nous avons intentionnellement dissocié le trafic de données de tout protocole particulier (par exemple ATM, IP) afin de mettre en évidence la généralité de la démarche. Le
concept peut être appliqué à tout protocole de couche 2 (par exemple ATM, Ethernet) ou de
couche 3 (par exemple IP) mis en oeuvre dans les réseaux SDH après une adaptation appropriée
des services à la périphérie.
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
6.3 Les moteurs de la solution multiservice
Le besoin dévorant de bande passante a donné naissance à plusieurs technologies d’accès à
large bande:
• la ligne d’abonné numérique (DSL), sous toutes ses formes asymétriques et symétriques,
utilise l’infrastructure de cuivre déjà en place pour fournir des services à des débits atteignant
quelques mégabits par seconde.
• les services locaux de distribution multipoint (LMDS) offrent des débits large bande aux usagers résidentiels et aux professions indépendantes et libérales (SOHO) en recourant à une
technologie radio.
• le système UMTS (système universel de télécommunication avec les mobiles) a été conçu
pour les services téléphoniques et de données de la troisième génération.
Malgré leur diversité apparente, toutes ces technologies d’accès à large bande partagent le
même protocole sous-jacent à savoir l’ATM. Ainsi, bien que le service final soit généralement
lié aux applications IP, le trafic est transposé en ATM avant de parvenir au réseau de
transmission.
Le déploiement sur une grande échelle de la ligne d’abonné numérique asymétrique (ADSL)
pour l’accès de masse à l’Internet a créé les problèmes d’utilisation de la bande passante déjà
évoqués. Des multiplexeurs d’accès DSL (DSLAM) cohabitent généralement avec les
équipements de transmission SDH au niveau des points de présence (POP) de l’opérateur et
fournissent des signaux à 34 Mbit/s ou à 155 Mbit/s. Ceux-ci doivent être transportés jusqu’à un
point central du réseau métropolitain où les plates-formes d’accès à distance (serveurs d’accès à
distance) assurent la gestion appropriée des services (par exemple l’accès à l’Internet).
Il existe des débouchés importants pour l’agrégation de trafic DSL, et les solutions
multiservices intégrées, comme le module enfichable, se sont avérées les moins chères et les
plus économiques en termes d’utilisation de la bande passante et du nombre de ports de commutation.
De plus, bien que de nature différente, les technologies LMDS et UMTS ont les mêmes
exigences que l’ADSL. Par ailleurs, des fonctions d’agrégation ATM appropriée réparties le
long des anneaux d’accès SDH procurent les mêmes avantages que pour la DSL.
6.4 L’architecture de commutation des nœuds optiques
Tout d’abord, il faut comprendre que tout le trafic est brassé par la matrice SDH. Lorsque le
trafic doit être commuté dans les couches ATM, il est extrait sur le commutateur ATM par une
connexion appropriée de la matrice SDH.
Cependant, si dans une application en anneau, le trafic n’a pas besoin de commutation ATM au
niveau d’un noeud donné, il est alors simplement dérivé au niveau de la matrice SDH afin qu’il
ne charge pas inutilement le commutateur ATM. C’est une particularité de l’architecture série
entre les matrices SDH et ATM.
Dans cette architecture, il n’est pas nécessaire de caractériser les ports d’interface comme ATM
ou non ATM. Tous les ports de trafic peuvent ou non transporter des cellules ATM et être
connectés au commutateur ATM. Le commutateur de VP-VC ATM prend en charge les
catégories de trafic suivantes : débit binaire constant, débit binaire non spécifié, débit binaire
variable en temps réel ou non et débit de trames garanti.
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
6.5 Ethernet sur les nœuds optiques
Le seul choix de services de données, offert aux grandes et très grandes entreprises était
jusqu’ici les circuits spécialisés fixes à 2 Mbit/s et plus. Pour l’usager, ces services sont chers et
terriblement rigides. Le choix est limité aux débits de multiplexage temporel avec une
granularité très grossière, alors que les besoins réels en bande passante pour les connexions de
données peuvent varier n’importe où entre ces débits.
Une technologie déjà connue et permettant aux fournisseurs de services de surmonter les deux
inconvénients (coût et manque de flexibilité), refait surface dans les réseaux métropolitains. Il
s’agit de la technologie Ethernet, qui s’est imposée comme la norme universelle dans les
réseaux locaux d’entreprise (LAN). Le fait que cette technologie soit déjà bien établie aide à
maintenir les coûts bas.
Le dilemme se posant à l’opérateur est de savoir exploiter les avantages de l’Ethernet sans
sacrifier totalement la haute fiabilité que les grands clients exigent. En d’autres termes, il faut
concurrencer les nouvelles offres de services flexibles tout en maintenant les principales sources
de revenu, constituées par les circuits fixes offrant une qualité supérieure de service.
Les noeuds optiques multiservices allient les avantages de l’Ethernet à la fiabilité éprouvée de
la SDH. En adaptant les trames Ethernet aux conteneurs virtuels SDH au niveau des nœuds
optiques, il est possible de se connecter directement à un commutateur par l’intermédiaire
d’interfaces Ethernet au lieu d’utiliser les liaisons montantes POS coûteuses.
Les trames Ethernet sont transposées dans les ressources de transport SDH avec une adaptation
de débit. Cette fonctionnalité permet de aux opérateurs d’adapter la bande passante du réseau
optique à chaque service, ce qui réduit le coût par bit transporté. Il est alors possible de fournir
des services d’une haute disponibilité, garantie par une protection de classe SDH, tout en
conservant la flexibilité de l’Ethernet.
Le transport optimisé sur anneau Ethernet est l’étape suivante de l’espace multiservice des
nœuds optiques. L’adjonction de fonctions d’agrégation et de commutation de couche 2
fournira les avantages évoqués plus haut pour l’ATM.
Les nœuds optiques comportent un routeur IP de couche 3 à 2,5 Gbit/s. Ce routeur IP qui
s’intègre à l’architecture de commutation optique de la même manière que le commutateur
ATM, peut évoluer vers la commutation multiprotocole avec étiquetage des flux (MPLS) en
accord avec les besoins du marché.
6.6 La convergence avec WDM pour réseau métropolitain
Le multiplexage en longueur d’onde (WDM) pour réseau métropolitain complète les nœuds
optiques dans les réseaux métropolitains. Tandis que les noeuds multiservices ciblent les
services mégabits avec des fonctionnalités intelligentes d’agrégation, le WDM métropolitain est
orienté vers les services transparents à des débits de plusieurs centaines de Mbit/s, voire de
plusieurs gigabits par seconde.
En intégrant des fonctions de multiplexeur à insertion-extraction optiques, les nœuds optiques
multiservices pourront joindre directement les anneaux WDM, extraire jusqu’à quatre canaux et
agréger le trafic TDM et Ethernet. Par conséquent, on peut utiliser les mêmes anneaux
d’infrastructure ou d’accès pour répondre aux clients.
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
6.7 La gestion des réseaux pour les solutions
métropolitaines multiservices
Les réseaux de transport ont atteint un niveau de développement tel qu’ils ne sont plus enfermés
dans des limites nationales ou régionales. Pour répondre à la demande d’accès à haut débit des
entreprises, les fournisseurs de réseaux établis et alternatifs ont étendu la connectivité filaire ou
radio de leur réseau aux zones métropolitaines. Parfois même, les équipements de transmission
sont situés chez l’abonné.
Les technologies d’accès à large bande (comme la ligne d’abonné numérique ou xDSL)
augmentant les débits et la capacité sur le dernier kilomètre, la demande future sera alimentée
par les usagers résidentiels et les petites entreprises qui peuvent maintenant bénéficier
pleinement des applications, existantes ou émergentes, de l’Internet et d’autres réseaux de
données.
Les fournisseurs de réseaux métropolitains se trouvent confrontés à un environnement commercial tout nouveau, caractérisé non seulement par la déréglementation ou reréglementation et par
l’essor des services à multiplexage temporel (TDM) existants mais aussi par la demande
croissante de toute une gamme de nouvelles applications de données qui devront être introduites
très rapidement.
Pour se différencier et augmenter leurs revenus, les fournisseurs de réseaux doivent offrir toute
une gamme de nouveaux services de données. Parallèlement, il leur faut réduire leurs dépenses
d’investissement et leurs coûts d’exploitation pour améliorer leur compétitivité. Ils peuvent y
parvenir en rationalisant les composants spécifiques des services et en optimisant l’utilisation de
la bande passante qu’offrent la hiérarchie numérique synchrone et le multiplexage en longueur
d’onde (SDH/WDM).
Dans cet environnement, le réseau métropolitain doit évoluer vers une infrastructure
économique multiservice optimisée pour les données, et non une structure multicouche
terriblement complexe. La combinaison de l’infrastructure existante avec les nouveaux services
axés sur les données implique également la convergence de la gestion de réseau. Le personnel
d’exploitation fait actuellement face à une profusion de nouvelles technologies et de nouveaux
services qui doivent être introduits, fournis et gérés d’une manière homogène sans remettre en
cause la solution d’exploitation du réseau métropolitain.
La gestion de réseau n’est pas le simple reflet de la vie du réseau, elle l’améliore. L’introduction
de nouveaux services dans le réseau impose une certaine souplesse dans la gestion de celui-ci
ainsi qu’une architecture ouverte pour que les fonctionnalités de données soient introduites au
rythme des besoins. Ce processus doit être évolutif, il ne doit pas engendrer le cahos propre aux
révolutions. Le principal risque qu’encourent la plate-forme de gestion et les opérateurs est
qu’ils ont à faire face à des réseaux multitechnologies.
6.8 L’exploitation d’un réseau métropolitain
Le principal est de gérer le changement, et non pas de changer la gestion. Par nature,
l’environnement métropolitain est plus dynamique et plus sensible aux délais de mise sur le
marché que les réseaux régionaux ou dorsaux. La fourniture directe aux usagers de services de
communication oblige le fournisseur de réseau à faire face à la concurrence et à la demande de
services immédiatement exploitables.
Pour introduire des éléments de réseau multiservices, il faut absolument préserver l’intégration
des activités de configuration et de maintenance des éléments de réseau. Il se peut que plusieurs
systèmes de gestion d’élément soient répartis dans différentes zones géographiques.
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
Cependant, laisser la gestion des équipements multiservices à différentes organisations et à différentes applications pour chaque technologie non seulement augmenterait les coûts d’exploitation (éléments de réseau, formation) mais rendrait impossible l’exécution efficace de certaines
tâches essentielles (comme l’installation, la mise à niveau et le contrôle de l’intégrité des
équipements).
La migration du réseau métropolitain vers un réseau multiservice optimisé pour les données ne
doit pas impliquer de modifications importantes des activités d’exploitation du réseau et de l’organisation du fournisseur de réseau. Même si le réseau se compose d’équipements multiservices, les opérateurs ont besoin d’une vision bien structurée du réseau, qui doit être modélisé
comme l’assemblage de couches coopérantes, toutes clientes d’une infrastructure commune.
Par ailleurs, un fournisseur de réseau peut choisir d’étendre les responsabilités du personnel
d’exploitation du réseau de transmission aux domaines de la connectivité et des services de
données. Par conséquent, les personnes qui sont actuellement expertes dans la fourniture et la
surveillance de circuits de bout en bout clans les réseaux SDH/WDM/radio, assumeront des
tâches supplémentaires, comme l’établissement des connexions virtuelles du mode de transfert
asynchrone (ATM) et la gestion des exigences de qualité de service (QoS) spécifiques des
services. Au besoin, la culture des données sera introduite en recrutant les personnes ayant les
compétences voulues et en mettant en oeuvre des programmes de formation spécialisée.
Pour répondre à ces nouvelles exigences, les opérateurs de réseaux escomptent que les solutions
et les outils qu’ils utilisent actuellement soient enrichis de toutes les fonctionnalités
d’exploitation de réseaux de données. Ils auront pour préoccupation majeure de réduire au minimum les coûts d’exploitation (notamment les coûts de formation) et de veiller à ce que la solution choisie soit intégrée et homogène pour les différentes technologies et donc adaptée à la fois
au monde des télécommunications et à celui de la transmission de données.
Une approche d’adjonction de fonctions complémentaires est également essentielle. On doit
pouvoir ajouter au réseau des fonctionnalités de brassage ATM sans changer complètement la
solution de gestion de réseau de transmission optique SDH existante et sans perturber les
activités qui y sont liées.
D’autres fournisseurs peuvent préférer confier la gestion de la connectivité pour les données à
un service différent, voire à une organisation différente dont le personnel a les compétences
nécessaires. Séparer les opérations télécommunications de celles des données peut compliquer
la gestion d’un réseau multiservice. Le défi consistera alors à établir une coopération étroite et
une communication efficace avec le personnel d’exploitation SDH responsable de
l’infrastructure et de la bande passante utilisées pour mettre en oeuvre les applications.
Dans les deux cas, l’introduction d’un nouveau service, la fourniture de connectivité et la
détection/localisation d’un défaut doivent être rapides et précis. Pour cela, les opérateurs de
réseau ont besoin de mécanismes automatisés intervenant dans les différentes couches de
réseau. La solution devrait être un module de couche gestion de réseau axé sur les données
offrant:
• la fourniture et la découverte automatiques des ressources interdomaines pour permettre la
fourniture et/ou l’optimisation de la bande passante SDH en temps voulu.
• la corrélation des défauts interdomaines pour différentes technologies.
Une bonne démarche serait de concevoir une solution véritablement intégrée mais modulaire et
flexible pour la gestion des protocoles ATM/IP/Ethernet sur un réseau multiservice
SDH/hertzien/WDM. Cette solution de gestion serait destinée à permettre aux fournisseurs de
réseau:
• de maximiser l’utilisation de leurs investissements passés en continuant d’employer si
possible, les équipements et solutions de transmission
• de l’adapter facilement aux organisations et architectures d’exploitation existantes
• de minimiser les efforts, les risques et les délais associés à l’introduction d’un nouveau
service de transport. La solution de gestion serait simplement étoffée par l’adjonction des
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
applications de gestion nécessaires conçues avec un ensemble complet de fonctionnalités
autoconfigurables.
• de maximiser l’efficacité d’exploitation en élevant le degré d’automatisation entre couches et
technologies de réseau.
6.9 Les solutions de gestion de réseau
La solution de gestion de réseau pourrait reposer sur une unique plate-forme de référence
matérielle et logicielle qui prendrait en charge la gestion SDH/WDM de base et les applications
coopérantes complémentaires. Elle offrirait une solution de gestion flexible et pérenne pour
l’organisation de l’exploitation du réseau. La plate-forme de base se composerait de deux
applications de gestion:
L’application de couche gestion d’éléments est destinée à répondre aux besoins de fourniture et
de maintenance d’éléments de réseau. Toutes les fonctions qu’elle mettrait en oeuvre seraient
optimisées pour les activités de maintenance. Ces fonctions principales relèveraient de trois
domaines de gestion:
• la gestion des alarmes et les liens qui s’y rattachent pour l’identification facile et sans
ambiguïté de la source du problème afin de déclencher les actions de rétablissement. Les
alarmes seraient classées suivant leur degré de gravité et leur domaine fonctionnel pour
faciliter leur reconnaissance par l’opérateur de réseau et lui fournir des indications sur les
actions correctives possibles.
• la configuration des éléments de réseau.
• le contrôle direct des éléments de réseau avec l’identification et la gestion des problèmes de
communication éventuels.
L’application de gestion d’éléments est le point d’unification de toutes les technologies utilisées
pour réaliser l’ensemble des éléments de réseau de transport. Elle cache tous les détails des
interfaces de gestion et des protocoles d’interfaçage des éléments de réseau aux systèmes de
gestion liés aux services. De plus, elle fournit aux fonctions et systèmes de gestion de niveau
supérieur tous les services et outils de gestion dont ils ont besoin pour accomplir leurs tâches
efficacement.
Les activités de contrôle et de gestion liées à la configuration de bout en bout des réseaux SDH
et WDM assureraient entre autres:
•
•
•
•
la configuration de bout en bout des voies transmission.
la gestion des alarmes associée au service.
la surveillance des performances associée au service.
la gestion de la connectivité et du rétablissement des voies de transmission.
6.10 Introduction d’un nouveau service
Pour introduire de nouvelles fonctionnalités de transmission et les services de gestion
correspondants, il suffit d’introduire dans l’architecture de gestion existante de nouveaux
modules de gestion.
Le cas de l’ATM
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
Sur le marché actuel très concurrentiel des télécommunications où les besoins des clients
changent sans cesse, il n’est pas toujours possible de prévoir avec précision les besoins des
fournisseurs de services et les perspectives qui leur sont ouvertes.
Les fournisseurs d’accès à large bande ajouteront souvent de nouveaux points de présence,
tandis que, dans les réseaux mobiles de la troisième génération, les fournisseurs de services
installeront de nouveaux “nodes B”. Néanmoins, tous auront besoin que le trafic ATM résultant
soit transporté jusqu’aux plates-formes de service appropriées (par exemple, serveur d’accès à
distance à large bande, contrôleur de réseau radio).
Les fournisseurs de réseaux doivent collecter le trafic, et ce, de la façon la plus efficace possible
afin de garantir et d’améliorer la compétitivité. Avec les fonctionnalités de brassage ATM
maintenant disponibles au noeud multiservice le plus proche, ils peuvent introduire rapidement
la connectivité ATM voulue tout en réduisant au minimum la bande passante SDH/WDM
utilisée, optimisant ainsi leurs revenus.
Si le noeud optique concerné est déjà équipé d’une carte ATM et qu’il reste un port libre, on
connecte simplement le noeud d’accès à celui-ci. Sinon, une première carte ATM ou une carte
ATM supplémentaire est installée au noeud multiservice.
L’opérateur de réseau dispose ainsi de toutes les fonctionnalités de classe opérateur nécessaires
pour router et fournir des connexions de conduit virtuel et de canal virtuel ATM de bout en bout
dans le réseau métropolitain avec des classes de service différenciées.
L’opérateur peut détecter facilement et localiser avec précision les défauts du réseau à l’aide des
informations qu’il reçoit de l’application sur l’état exact de l’infrastructure SDH/WDM sousjacente.
Le cas de l’Ethernet
Les noeuds multiservices introduisent les interfaces Ethernet 10 et 100 Mbit/s et Gigabit/s pour
fournir la connectivité de point à point au niveau du réseau. Comme l’interconnexion Ethernet
est introduite dans un réseau SDH existant, on ajoute simplement les fonctions de gestion
nécessaires.
Dans un proche avenir, la fonctionnalité d’anneau optimisé pour le mode paquet (RPR) sera
introduite avec les services de connectivité Ethernet point à point pour mieux utiliser la bande
passante SDH. Les opérateurs demanderont alors la gestion de bout en bout multifonctionnelle
des services de LAN Ethernet. Ceci devra non seulement englober la totalité des divers
domaines de gestion (configuration, alarmes, qualité de service, localisation des défauts, stocks,
ingénierie de trafic et gestion des règles) mais aussi tirer parti des opérations de configuration
multidomaines en interaction avec l’application de gestion de réseau SDH/WDM afin:
• de demander l’extension et la reconfiguration de l’infrastructure SDH/WDM sous-jacente;
• de recevoir les alarmes de transmission et les informations d’état pour localiser sans
ambiguïté les défauts dans les différentes couches de réseau;
• de demander le téléchargement amont des données de surveillance des performances déjà
recueillies par la plate-forme de gestion de base;
• de contrôler avec précision l’allocation de flux de trafic au sein du domaine routé.
Le cas de la bande passante à la demande
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
Par un contrôle strict de la configuration dynamique en temps réel, les fournisseurs de réseau
peuvent offrir à. leurs clients la bande passante et les services qu’ils demandent au moment où
ils en ont besoin. La bande passante à la demande permet aussi aux opérateurs d’éliminer le surapprovisionnement qui est courant avec l’allocation statique de bande passante, utilisant ainsi
d’une manière optimale leur réseau de transmission.
Jusqu’ici, lorsqu’un client voulait un nouveau service ou davantage de bande passante,
l’opérateur envoyait un technicien chez lui ou sur un site distant pour reconfigurer manuellement les équipements. La configuration dynamique est une solution beaucoup plus
économique qui permet à l’opérateur de créer des services ou de réallouer de la bande passante
à distance sous le contrôle du logiciel. Pour l’opérateur, la fourniture dynamique réduit les
délais de mise sur le marché et de rémunération. Avant d’opérer ce transfert la fonctionnalité de
bande passante à la demande convertit la demande de fourniture dynamique sous une forme
assimilable par le système de gestion de réseau, opération considérée comme cruciale. Ainsi, la
demande devient transparente vis-à-vis des couches inférieures et des équipements. En outre,
elle peut être gérée de la même manière qu’une demande de fourniture traditionnelle. Par
conséquent, l’opérateur peut offrir à ses clients un service de configuration dynamique sans
aucune incidence sur le réseau déployé.
Les réseaux métropolitains sont donc soumis à des exigences particulières: flexibilité, autoconfiguration et nécessité d’introduire les nouveaux services sur demande. Ces exigences ont des
conséquences importantes pour le système de gestion de réseau, qui doit être souple et ouvert
afin de pouvoir gérer immédiatement les nouveaux équipements et les nouveaux services. Il doit
aussi pouvoir être doté facilement de capacités d’exploitation axées sur les réseaux de données.
Par ailleurs, la SDH est certainement la technologie actuellement dominante dans les zones
métropolitaines (se1on le Yankee Croup, les deux tiers des investissements nord-américains en
équipements optiques métropolitains en 2002 seront consacrés au SONET de nouvelle
génération). Elle devrait le rester dans les années à venir malgré l’essor rapide de technologies
émergentes, comme le WDM métropolitain et l’Ethernet optique qui, selon le même Yankee
Group, représenteront 60% des investissements en équipements pour réseaux métropolitains
optiques en Amérique du Nord en 2003.
7. Conclusion
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
Ce sujet bibliographique nous a permis de présenter une vue à moyen et à long terme des
réseaux métropolitains. Les solutions technologiques sont dominées par les services de
longueurs d’onde et en mode paquet offrant une organisation hiérarchique allégée. L’utilisation
des composants optiques devenus transparent structurera et protégera les infrastructures de
transport, tandis que les technologies de paquets en couche 2 centrées sur les services et
extensibles assureront les fonctions d’agrégation, de rétablissement et de commutation. Ce type
de réseau sera contrôlé dynamiquement et offrira les solides garantis nécessaires pour minimiser
les coûts et la souplesse des services.
On a vu que le WDM/DWDM se développe dans les réseaux métropolitains afin d’éliminer le
goulet d’étranglement, qui s’est constitué entre les applications d’accès en pleine expansion et
les réseaux dorsaux, en augmentant considérablement la capacité de ces derniers.
La diversité et la dynamique des réseaux métropolitains rendent le protocole GMPLS très
intéressant dans le domaine des plans de gestion et de contrôle en charge de la qualité de
service. En effet, GMPLS, associé aux technologies déployés, permettra aux opérateurs
d’économiser sur les dépenses et l’exploitation.
A plus long terme, le RPR, solution de rechange intéressante par rapport aux anneaux
SDH/SONET et à l’Ethernet pour le trafic de données protégé, deviendra moins intéressant, car
mal adapté, pour ce qui est du trafic concentré de la plupart des anneaux collecteurs. Cependant,
des version étendues de RPR pourraient être définies afin d’intégrer la plupart des
fonctionnalités des autres technologies telle que WDM/DWDM et alors le RPR pourrait devenir
encore une fois compétitif.
De plus, l’Ethernet en présence de WDM et de GMPLS permettra une gestion des ressources
axée sur les connexions dans l’ensemble du réseau métropolitain sans aucune limite
d’évolutivité.
Par ailleurs, cet aboutissement du développement de fonctions de fourniture de services
multiples que l’on retrouve dans les noeuds optiques multiservices font de la SDH le conduit de
transport multiservice idéal pour les applications d’accès métropolitain, éliminant la nécessité
de réseaux superposés multiples pour prendre en charge différents types de services.
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
Annexe A : Glossaire
ADSL :
ATM :
CIR :
CR-LDP :
DCC :
DWDM :
FDDI :
GMPLS :
IEEE :
IETF :
IP :
LAN :
LER :
LSP :
LSR :
MAC :
MAN :
MDA :
MDF :
MDP :
MPLS :
MRF :
O-SNCP :
OSPF :
PoP :
QoS :
RPR :
RSVP-TE :
SAN :
SDH :
SLA :
SONET :
TCP :
Asymmetric Digital Subscriber Line.
Asynchronous Transfert Mode, mode de transfert asynchrone.
Committed Information Rate, taux d’information livrée.
Label Distribution Protocol, protocole de distribution d’identificateurs
Dense Wave-length Division Multiplexing, multiplexage en longueur d’onde
dense.
Fiber Distributed Data Interface, interface de données répartie à fibre optique.
Generalized MultiProtocol Label Switching, commutation multiprotocole avec
étiquetage des flux généralisée.
Institute of Electrical and Electronics Engineers.
Internet Engineering Task Force.
Internet Protocol.
Local Area Network, réseau local informatique.
Label Edge Router, routeur
Label Switched Path, chemin étiqueté.
Label Switch Router, routeur de commutation de label.
Medium Access Control, méthode d’accès au médium.
Metropolitan Area Network, réseau métropolitain.
Modulation de Déplacement d’amplitude.
Modulation de Déplacement de fréquence.
Modulation de Déplacement de phase.
MultiProtocol Label Switching, commutation multiprotocole avec étiquetage
des flux.
Multiplexage par Répartition en Fréquence.
Optical Subnetwork Connection Protection, protection de connexion de sousréseau optique.
Open Shortest Path First, protocole de routage par état de liens.
Point of Presence, point de presence.
Quality of Service, qualité de service.
Resilient Packet Ring, anneau optimisé pour le mode paquet.
Ressource reSerVation Protocol-Teminal Equipement, protocole de réservation
de ressource
Storage Area Network, réseau local de stockage.
Synchronous Digital Hierarchy, hiérarchie numérique synchrone.
Service Level Agreement, contrat de niveau de service.
Synchronous Optical Network, réseau optique synchrone.
Transmission Control Protocol, service de transport fiable.
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
TDM :
UDP :
UMTS :
WAN :
WDM :
xDSL :
Time Division Multiple,
User Datagram Protocol, service de transport non fiable.
Universal Mobile Telecommunications System, système universel de
télécommunication avec les mobiles.
Wide Area Network, réseau de données interurbain.
Wave-length Division Multiplexing, multiplexage en longueur d’onde.
Digital Subscriber Line, famille de technologies qui définit des transmissions à
hauts débits sur la boucle locale reliant le central télécoms le plus proche à un
abonné.
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Les nouvelles architectures des réseaux métropolitains
Annexe B : Références
 www.art-telecom.fr
Site de l'Autorité de Régulation des Télécommunications (ART) qui est rattaché au
ministère chargé des télécommunications.
 www.rpralliance.com
La RPR alliance est un groupe industriel engagé dans le développement d’un standard de la
technologie RPR pour les réseaux d’industrie.
 www.ieee802.org
 www.nortelnetwork.com
Site de la société Nortel Network, une des références commerciales dans le domaine des
réseaux.
 www.rd.francetelecom.fr
Site de la section Recherche & Développement de France Télécom.
 Les réseaux – 3e édition mise à jour – Guy Pujolle – Eyrolles
 La revue des télécommunications d’Alcatel

01 Informatique (www.01net.com)

Réseaux et télécoms (www.reseaux-telecoms.net)

Décisions micro et réseaux (www.decisionmicro.com)
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