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Chapitre 2 Technologies des réseaux opérateurs

Chapitre 2 Technologies des réseaux opérateurs

2.1 Réseaux de transport et réseaux d’accès

2.1 Généralités Les fonctions essentielles d’un réseau opérateur est la collecte des flux d’information des différentes sources par le réseau d’accès, et le transport de ce trafic par un réseau de transit appelé aussi réseau de transport ou réseau haut débit (Backbone). Ces fonctions sont assurées entièrement ou partiellement par les différents opérateurs existants dans le domaine des télécommunications. L’interface entre ces réseaux est appelée point de présence (PoP, point of presence) (fig 2.1 ).

Figure 2.1 Réseaux opérateurs.

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Figure 2.2 Réseaux opérateurs-architecture type NGN. 2.2 Réseaux d’accès Les réseaux d’accès utilisent une multitude de technologies pour collecter le trafic utilisateurs constitué de plusieurs types de flux (données, audio, vidéo) voir (fig 2.2). Les technologies d’accès les plus utilisés actuellement sont xDSL (ADSL,HDSL,VDSL), FTTX, MSAN, et Wimax. 2.2.1 La technologie ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)

Figure 2.3 Chaine de transmission d’une connexion ADSL. Cours Reseaux d’opérateurs , Master Réseaux de Télécommunications, Département de Telecom, Faculté F.E.I, U.S.T.HB

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Chapitre 2 Technologies des réseaux opérateurs Le principe de l’ADSL est l’utilisation de la ligne téléphonique de l’usager RTC (Réseau Téléphonique Commuté) pour transporter en même temps les données de l’internet à un débit élevé (voir fig 2.3). La répartition des bandes de fréquences allouées au téléphone et à l’ADSL2 et l’ADSL2+ est illustrée dans la figure 2.4.

Figure 2.4 Les bandes de fréquences utilisées par l’ADSL2 et ADSL2+. La bande de fréquences pour l’ ADSL est divisée en deux parties, une partie pour le débit descendant (Downstream) venant du central vers l’usager, et une partie débit ascendant (Upstream) venant de l’usager vers le central. La modulation utilisée est la DMT (Discrete Multi-Tone). Les équipements et éléments nécessaires pour offrir l’ADSL à l’usager sont montrés dans la figure 2.5.

Figure 2.5 Infrastructure de l’ADSL Cours Reseaux d’opérateurs , Master Réseaux de Télécommunications, Département de Telecom, Faculté F.E.I, U.S.T.HB

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Modem ADSL Le modem ADSL est équipement périphérique qui se trouve au niveau de l’usager. C’est un modulateur/démodulateur qui transforme le signal numérique en bande de base issu du micro-ordinateur en une porteuse modulée capable d’être transmise sur la ligne téléphonique. Inversement, une porteuse modulée issue du DSLAM (voir fig 2.5) est transformée en un signal en bande de base pouvant être traité par le micro-ordinateur. Filtre ADSL Présent coté usager cet équipement permet de séparer les flux audio (signal téléphonique) et data (signal données). Il existe aussi au niveau du central téléphonique pour orienter le flux de données vers le DSLAM et le flux voix vers l’autocommutateur téléphonique. DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplex) Existant au niveau du central téléphonique, il se trouve à l’autre terminaison de la ligne téléphonique et fait face au modem ADSL de l’usager. En plus de la fonction de modulation/démodulation il assure aussi le multiplexage de plusieurs lignes téléphoniques. Ainsi le trafic données de plusieurs usagers peut être acheminer vers le réseau Backbone IP du fournisseur d’accès Internet ( ISP-Internet Service Provider). BAS (Broadband Access Server) C’est un équipement réseau qui connecte les DSLAM au réseau IP du fournisseur Internet. Cette connexion se fait soit à travers un réseau ATM (Asynchrone Transfer Mode), soit à travers un réseau type Ethernet. Les fonctions principales du BAS sont l’agrégation du trafic (venant des DSLAM), provision d’une qualité de service (Qos), et le routage du trafic entre les nœuds correspondants. Le BAS est aussi connecté à la plate-forme d’accès aux services (SAP-Service Access Plateform) qui assure les service d’authentification et facturation. Les différents protocoles utilisés dans la technologie ADSL sont représentés par les piles de protocoles implémentées dans les divers équipements (voir fig 2.6).

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Figure 2.6 Piles de protocoles utilisées de la technologie ADSL. En plus de l’ADSL, il existe plusieurs technologies semblables appelées xDSL (voir fig 2.7) .

Figure 2.7 Les différentes technologies xDSL 2.2.2 La technologie MSAN (Multi-Service Access Node) Le MSAN constitue une évolution du DSLAM. Un MSAN est un équipement qui existe dans la plupart des architectures NGN (Next Generation Network) et constitue un point d’entrée vers les réseaux d’accès des opérateurs. La différence avec le cabinet DSLAM, c’est le fait qu’il peut supporter des cartes de services de types POTS, RNIS, et Ethernet, en plus des cartes de services types xDSL. Ce qui permet à l’opérateur de Telecom de déployer toutes les technologies d’accès sur le réseau telles que la téléphonie classique RTC, téléphonie VoIP et des services hauts débit, via une plate-forme intégrée installée dans le central téléphonique local. Dans un cabinet MSAN, une carte est aussi capable de prendre en charge des milliers d’usagers large bande. Cours Reseaux d’opérateurs , Master Réseaux de Télécommunications, Département de Telecom, Faculté F.E.I, U.S.T.HB

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Figure 2.8 Exemple de déploiement de MSAN. L’utilisation des MSAN se trouvent principalement dans les réseaux dits NGN ou IMS. L’équipement MSAN est le seul point d’accès dans les réseaux NGN ou IMS, il se situe bien évidemment dans la couche d’accès (voir fig 2.2). Les réseaux NGN IMS assurent les fonctions de contrôle des MSAN. Grâce à ses MSAN, l’opérateur Telecom peut ainsi déployer la technologie FTTX. 2.2.3 La technologie FTTX L’un des principes du FTTX est l’introduction des technologies de la fibre optique dans le réseau d’accès. Plusieurs facteurs ont contribué à ce résultat notamment : a) les besoins des usagers résidentiels et entreprises sans cesse croissants. Les premiers utilisent les programmes de télévision (HD), la navigation Internet, le téléchargement, le transfert de fichiers, les communications téléphoniques et visiophoniques. Tandis que les entreprises demandent des débits en communications symétriques de l’ordre du 100 Mbit/s, voire 1 Gbit/s à terme, b) la convergence des applications et des terminaux, grâce protocole IP,

l’utilisation du

c) le support de transmission utilisant les technologies traditionnelles du câble cuivre et qui atteignant leurs limites liées aux lois de la physique.

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Figure 2.9 Technologies FTTX. Dans le réseau d’accès, les fibres optiques peuvent être déployées selon diverses topologies FTTX où X désigne le niveau plus ou moins profond de déploiement de la fibre vers l’usager final: FTTH (H = Home), FTTB (B = Building), FTTC (C = Curb) ou même FTTCab (Cab= Cabinet) (voir Fig 2.9) . La technologie FTTX permet de palier aux deux inconvénients majeurs de l’ADSL qui sont un débit limité (ne permettant pas l’utilisation des services HD et plus), et une distance maximale limitée. La technologie FTTX utilise l’architecture type PON (Passive Optical Network). La technologie PON constitue une référence en matière de réseaux d’accès au très haut débit, elle minimise le nombre de fibres et permet d’offrir une capacité de transport meilleur. Cette technologie utilise comme infrastructure de fibres optiques passives, car les équipements de la partie intermédiaire ne sont pas alimentés en électricité et n’embarquent aucune électronique. Les principaux éléments dans une architecture FTTH, par exemple, sont l’OLT, ODN et ONT. OLT (Optical Line Terminal) L'OLT est l'équipement de terminaison, côté réseau, assurant l’interface avec les fibres dans les réseaux FTTH en fibres optiques ; il est connecté à un ou plusieurs réseaux de distribution optiques (ODN). Cours Reseaux d’opérateurs , Master Réseaux de Télécommunications, Département de Telecom, Faculté F.E.I, U.S.T.HB

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Chapitre 2 Technologies des réseaux opérateurs L’OLT est situé dans le central de télécom et contrôle le flux bidirectionnel des informations sur l’OND. Chaque OLT est chargée d’éviter toute interférence entre le contenu de la liaison descendante et la voie de liaison montante, en utilisant les techniques WDM (Wavelength Division Multiplexing). Deux longueurs d’ondes différentes sont utilisées : l’une pour la voie montante et l’autre pour la voie descendante. ODN (Optical Distribution Network) ODN est un réseau de fibres optiques reliant les différents équipements PON. Son rôle est de fournir un canal de transmission optique entre l’ONT et les OLT. ONT (Optical Network Terminal) Dans un réseau FTTH, un OLT est relié à une ou à plusieurs terminaison d'abonnés, appelées Optical Network Terminal par des fibres optiques « point à point » (réseau FTTH P2P) ou multipoint (réseau GPON). Un ONT est un équipement du réseau optique utilisé pour le raccordement à Internet par fibre optique et se trouve au niveau du domicile de l’usager. L'ONT assure l'adaptation du signal (optique / électrique) et le filtrage des flux entrants et sortants destinés à l'usager. De plus, dans un réseau PON/GPON, il assure aussi le multiplexage dans une seule fibre optique le trafic appartenant à plusieurs usagers. Les réseaux PON sont normalisée au niveau international par les principaux organismes de normalisation : l’ITU (International Télécommunication Union), le FSAN (Full Service Access Network) et l’IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Il existe plusieurs normes pour l’architecture PON (voir fig 2.10). Normes PON Normes

APON ITU-T G 983 ATM

BPON ITU-T G 983 ATM

EPON IEEE802.3ah IEEE802.av Ethernet CSMA/CD

Taux de partage Distance OLT ONT

16,32 10 ou 20Km

1490 nm/ 1310 nm 155Mbit/s ou 622Mbit/s 155Mbit/s ou 622Mbit/s 16,32 10 ou 20Km

1490 nm/ 1310 nm 1.25Gbit/s 10Gbit/s

Débit montant

1490 nm/ 1310 nm 155Mbit/s ou 622Mbit/s 155Mbit/s

Protocoles Longueur d’onde (descen/montan) Débit descendant

1.25Gbit/s 1Gbit/s ou 10Gbit/s 16,32,64 20 Km

GPON ITU-T G 984 GEM (Ethernet, ATM,TDM) 1490 nm/ 1310 nm 2.5Gbit/s 1.25Gbit/s 16,32,64,128 20 Km

Figure 2.10 Différentes normes PON. Cours Reseaux d’opérateurs , Master Réseaux de Télécommunications, Département de Telecom, Faculté F.E.I, U.S.T.HB

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Chapitre 2 Technologies des réseaux opérateurs 2.2 Réseaux de transport (haut débit) L’objectif des opérateurs réseaux est de satisfaire le transport des informations de milliers et de millions d’usagers. Ceci soit pour le grand public, soit pour les professionnels. Le nombre de connexion de ces réseaux opérateurs est très important et leur taille s’étend en général sur un territoire important. De ce fait certaines technologies particulières sont utilisées pour l’acheminement des informations. L’une des taches importante de l’opérateur réseau est de bien connaitre les besoins de ses clients (usagers). Une fois déterminés, ces besoins ou demandes sont transformés en configuration d’équipements et de lignes de transmission. Dans tous les cas les différents opérateurs ont opté pour des technologies qui utilisent le principe de la signalisation. Ce principe consiste à réserver explicitement un chemin à travers le réseau avant d’envoyer l’information (paquet) vers la destination voulue. Les réseaux d’opérateurs utilisent alors un mode appelé mode orienté connexion, qui met en place un chemin permettant de contrôler au mieux les ressources et de garantir la qualité de service. Les technologies qui utilisent la réservation de chemin sont l’ATM (Asynschronuous Transfer Mode) et le MPLS (Multi Protocol Label Switching). Un aspect important qui caractérise aussi les réseaux operateurs est l’interconnexion avec les autres opérateurs existants dans un même pays ou dans le reste du monde. Traditionnellement, c’est le rôle de l’organisme UIT-T à travers ses différentes recommandations (normalisation). Cependant avec la présence de plus en plus importante IETF (autre organisme de normalisation), qui est plus flexible que l’UIT-T, la tâche d’interconnexion entre les opérateurs est de plus en plus complexe. L’objectif des opérateurs est finalement d’offrir un maximum de services à leurs clients. Les plus importants sont la bande passante et les temps de réponse, ainsi que, la sécurité, la gestion de la mobilité, l’optimisation, etc. Les réseaux privés virtuels, ou VPN (Virtual Private Network), et le TE (Traffic Engineering) font aussi partie de la panoplie de solutions proposées par les opérateurs. Ceci se fait par l’intermédiaire d’ un contrat appelé SLA (Service Level Agreement).

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2.2.1 l’ATM (Asynchronuous Transfer Mode)

Les réseaux ATM étant des réseaux de commutation de niveau trame, ils sont performants et peuvent atteindre des débits importants. C’est une technologie basée sur un système de signalisation spécifique relativement complexe. Elle utilise comme unité d’information un paquet de taille fixe (53 octets) appelée cellule (voir fig 2.11).

Figure 2.11 Cellule ATM L’acheminement de l’information à travers le réseau se fait par commutation de cellules par l’intermédiaire des nœuds appelés commutateurs ATM (voir fig 2.12).

Figure 2.12 Réseau ATM

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La commutation de cellules dans la technologie ATM a amélioré les performances des réseaux notamment en termes d’une meilleure latence et par une allocation dynamique de la bande passante en plus d’autres avantages (voir fig 2.13).

Figure 2.13 Avantages de la commutation de cellule ATM.

Malgré ses nombreuses performances la technologie ATM n’a pu s’imposer complètement et durablement chez les opérateurs réseaux. Ceci à cause de la complexité de sa signalisation et de l’incapacité de l’UIT-T à imposer une norme pour l’interface usager (au niveau des équipements) aux différents fabricants de télécommunications. Ainsi à défaut de s’imposer, l’ ATM est actuellement remplacé par une nouvelle technologie appelée MPLS dérivée du monde IP. 2.2.2 MPLS (Multi Protocol Label Switching) La technologie MPLS permet d’utiliser les anciens réseaux introduisant de la qualité de service, comme ATM. Le passage d’ATM à MPLS ne pose donc pas vraiment de problème. L’avantage de cette solution MPLS est l’utilisation d’un réseau de signalisation fondé sur IP, assez simple à mettre en œuvre. MPLS peut également utiliser des réseaux Ethernet à partir du moment où Ethernet emploie le mode commuté introduit avec le shim-label. Cours Reseaux d’opérateurs , Master Réseaux de Télécommunications, Département de Telecom, Faculté F.E.I, U.S.T.HB

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Chapitre 2 Technologies des réseaux opérateurs L’acheminement de l’information, dans le cas MPLS, se fait par commutation d’etiquette (Label). Le principe est de rajouter à chaque paquet IP entrant dans le réseau MPLS un entête spécial voir ( Fig 2.14). Au niveau des nœuds du réseau MPLS, qui sont des routeurs MPLS, des opérations (voir fig 2.15 ) avec les labels sont effectuées pour construire un chemin réservé pour le transit des paquets.

Figure 2.14 Entête MPLS.

Ce chemin est appelé LSP (Label Switched Path) dans la technologie MPLS. L’un des avantages du MPLS est l’utilisation d’une signalisation permettant de mettre en place les chemins simplement avec une signalisation IP. Ceci du fait que l’IP est un réseau avec un routage aux adresses universelles.

Figure 2.15 Opération avec les labels.

Les nœuds (équipements) qui participent à la composition MPLS sont des routeurs (voir fig 2.15) et sont classifiés selon leur position et leur fonction dans le réseau.

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LSR (Label Switch Router) Un LSR est un routeur dans le cœur du réseau qui participe à la mise en place du circuit virtuel par lequel les trames sont acheminées. Ses fonctions consistent en l'échange d'informations de routage, l'échange des labels, et l'acheminement des paquets. LER (Label Edge Router) Un LER est un nœud d'accès au réseau MPLS, qui peut avoir des ports multiples permettant d’accéder à plusieurs réseaux distincts. Les LER jouent un rôle important dans la mise en place des références. Il existe deux types de LER, l’Ingress LER qui est un routeur qui gère le trafic qui entre dans un réseau MPLS et l’Egress LER qui est un routeur qui gère le trafic qui sort d'un réseau MPLS. En plus des routeurs MPLS et de l’étiquette (Label) un autre élément est aussi important pour comprendre le fonctionnement du réseau MPLS. Cet élément est la notion de classes d'équivalence, appelées FEC (Forwarding Equivalence Class). Une classe représente un flot ou un ensemble de flots ayant les mêmes propriétés, notamment le même préfixe dans l'adresse IP. Toutes les trames d'une FEC sont traitées de la même manière dans les nœuds du réseau MPLS. Les trames sont introduites dans une FEC au nœud d’entrée et ne peuvent plus être distinguées à l'intérieur de la classe des autres flots.

En conclusion, les réseaux d’opérateurs sont en pleine mutation du fait de la migration de la technologie commutation de circuit à la technologie IP en utilisant des infrastructures en mode orientée connexion. Les choix futurs seront de type MPLS ou, Ethernet/MPLS. Dans l’avenir proche, beaucoup de réseaux d’opérateurs ne travailleront plus qu’en mode paquet IP. L’un des défi est la fiabilité ou comment atteindre un taux de disponibilité comparable aux réseaux classiques. En conséquence, les opérateurs de télécommunications en mode IP doivent donc faire un énorme effort cet objectif.

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