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Réseaux Haut débit

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Définition du haut débit La notion de « haut débit » est problématique puisqu’elle se réfère à un contexte technologique daté : • un débit élevé est un débit supérieur à la pratique courante du moment considéré, mais qui peut devenir un débit standard quelques années plus tard. • Le débit de 64kb/s était considéré comme une limite quasi infranchissable il y a quelques années • Les réseaux de données des années 70 avaient un débit de qq kb/s, les générations de réseaux de ce siècle atteignent plusieurs Gb/s.

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Définition du haut débit

Modem V90: Debit 56kb/s

•Minitel (videotex) utilise la norme V.23 : débit de 1200 b/s descendant pour 75 bits montant, (Année 1980-2000)

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Modem RNIS: 128kb/s

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Tarifs haut débit de l’an 2004

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Tarifs haut débit de l’an 2004

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Tarifs haut débit de l’an 2004

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Tarifs haut débit de l’an 2004

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Motivations du haut débit • L’interconnexion des réseaux locaux d’entreprises, qui sont à haut débit, passe le plus souvent par le domaine public où les débits sont plus modestes. => Nécessité d’une harmonisation des débits autorisant à terme des performances indépendantes de l’emplacement du terminal.

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Motivations du haut débit • L’évolution des réseaux vers les débits élevés résulte surtout de la migration progressive de l'échange de textes vers l'échange des images. • Le passage au codage point par point au codage vecteur puis aux images animées conduit à des besoins en débit qui varient de quelque kb/s à plus de 100 Mb/s.

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Facteurs influant sur le haut débit ▪ Durée du traitement des unités de données • A 64 kb/s, une unité de données de 1024 octets est reçue en 128 ms, ce qui laisse un temps important pour traiter l’unité de données précédente. • A 100 Mb/s, cette même unité de données doit être traitée en 81.92 μs. • Si elles ne peuvent pas être traitées à temps, les unités de données s’accumulent dans une file d’attente qui risque de déborder et d’entraîner la perte d’unités de données excédentaires.

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Facteurs influant sur le haut débit ▪ Taille des fenêtres d’anticipation • L’augmentation du débit impose également celle de la taille des fenêtres d’anticipation afin d’éviter que l’émetteur ne soit retardé •

Dans le cas d’utilisation de TCP, dont la fenêtre est limitée à 65535 octets, l’émetteur devrait s’arrêter au bout de 5 ms et attendre un acquittement qui peut prendre 5 ms. Il ne pourrait ainsi transmettre que pendant 50% du temps.

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Facteurs influant sur le haut débit ▪ Contrôle des erreurs de transmission - S’il y a des erreurs de transmission, l’émetteur risque de passer beaucoup de temps à retransmettre les mêmes unités de données. - Au lieu d’utiliser la procédure de retransmission à partir de l’unité de données découverte en erreur, il est souhaitable d’effectuer une retransmission de la seule unité corrompue (retransmission sélective). - Vu les faibles taux d’erreurs (10-19) rencontrés sur des supports comme les fibres optiques il vaut mieux éviter le contrôle des erreurs en cours de transmission. Pr MOUGHIT Mohamed

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Facteurs influant sur le haut débit ▪ Durée de l’établissement des communications • La procédure d’établissement de la connexion est également un élément critique dès que le débit augmente. •

• La procédure en trois phases devient ainsi pénalisante dans la mesure où l’échange de données utilisateur n’intervient qu’après plusieurs autres échanges.

• Des protocoles de connexion rapide autorisent l’envoi de données utilisateur dans le message d’établissement de la connexion.

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Objectifs et principes des réseaux ATM ▪ Les réseaux ATM (Asynchroun Transfert Mode) doivent permettre le transport, le multiplexage et le démultiplexage de tous types de trafic (voix, données, images) sur les supports physiques des opérateurs de réseaux public à l’échelle d’un pays ou d’un continent. ▪ Doivent permettre un haut débit et faible délai de Pr MOUGHIT Mohamed commutation Réseaux Haut Débit

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Avantages de l’ATM ▪ Dans la commutation: Les commutateurs traditionnels seront transformés en commutateur large bande grâce aux applications ATM ▪ Dans la transmission Utilisation des nœuds de commutation ATM et les nœuds de multiplexage-demultiplexage ▪ Dans l’Internet Les routeurs ATM sont impliqués dans la commutation IP et dans les applications MPLS

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Nature du flux ATM Les flots de données qui doivent être véhiculés sont : - isochrones pour le transfert de données périodiques telles que le son ou l’image animée (avec ou sans compression) ; - asynchrones (avec ou sans rafales), pour le transfert de données entre des réseaux locaux.

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Principes des réseaux ATM • Basés sur la transmission et commutation de cellules

•

Entête 5 octets

Charge Utile 48 octets

Connexions virtuelles et multiplexage asynchrone des données (sur un ou plusieurs supports physiques )

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Principes des réseaux ATM Les réseaux ATM doivent fournir à chaque client un contrat de : ▪Débit adapté à ses besoins et susceptible d’évoluer à volonté ▪Garantir un délai d’acheminement compatible avec le confort nécessaire aux applications interactives ▪ Contrôle minimale des erreurs de transmission et de flux ▪ Débit élevé: 155Mbps, 622Mbps, 2,4Gbps, … ▪ COMPROMIS ENTRE COMMUTATION DE CIRCUITS ET DE PAQUET

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CELLULES ATM Taille d’une cellule ▪ La taille d’une cellule ATM est de 53octets, dont la longueur de la zone de données est 48 octets ▪ La longueur de la zone de données est le résultat d’un compromis entre les Européens qui souhaitaient 32 octets et les Américains qui désiraient 64 octet ▪ La très faible longueur de cellule est expliquée par la qualité souhaitée dans la transmission d’un signal. En fait, pour le transport de la voix, le temps de transmission( propagation+traitement+…) doit rester inférieur à 28ms (pour éviter les annulation d'echo, adaptation…) Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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CELLULES ATM Pourquoi le choix de 48 octet comme taille de la cellule? Si nous regardons le temps de transit des octets pour la parole issue d’un combiné téléphonique nous avons ▪ échantillonnage 1octet/ 125microsec. => il faut 6ms pour remplir 48octets ▪ 28ms max = 6ms (remplissage) + 6ms (vidage) + 16ms ▪ En supposant que le signal soit transmis sur un câble électrique à la vitesse de 200000Km/s, la distance maximale que peut parcourir le signal sans que l’echo ne soit détecté est de 3200km. Comme le territoire Américain est très étendu, les Americains optent pour un allongement de la zone de données des cellules par rapport à la partie de supervision. Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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Avantages de la taille de la Cellule • Des petites cellules réduisent les délais d’attentes pour des cellules prioritaires . • Des petites cellules peuvent être commutées plus rapidement. • Des petites cellules peuvent être traitées plus facilement par du matériel spécialisé.

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Entête d’une Cellule CELLULES ATM 5 octets

48 octets

Entête

Données

Bits 4

8 VPI

GFC

16 VCI

3

1

8

PTI

C L P

HEC

PTI

C L P

HEC

(a) UNI: hôte à réseau

VPI

VCI (b) NNI: réseau à réseau Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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Entête d’une Cellule • GFC: Il attribué seulement pour les connexions entre hôte et réseau • aucune signification de bout-en-bout •n’est pas délivré au récepteur (le champs est écrasé au premier routeur rencontré…) •Dans le cas des équipements non régulés, la fonction GFC n'est pas utilisée. Par conséquent, aucune mesure n'est prise quant au positionnement du champ GFC dont tous les bits sont toujours mis à 0 à l'émission. Lorsqu'elles sont implémentées, les procédures de contrôle GFC assurent les trois fonctions suivantes: ▪

▪ ▪

une option consiste à arrêter de façon cyclique (HALT) la transmission du trafic se trouvant sur toutes les connexions ATM afin de limiter le trafic ATM vers le réseau à travers l'interface UNI à une fraction fixe du débit d'interface; le contrôle d'accès au réseau pour le trafic se trouvant sur les connexions ATM régulées l'indication explicite, de l'équipement régulé à l'équipement de régulation, qu'une cellule est offerte sur une connexion ATM régulée.

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Entête d’une Cellule • VPI : (8 ou 12 bits) Indicateur de chemin Virtuel (“Virtual Path”) • VCI : (16 bits) Indicateur de Circuit Virtuel (“Virtual Circuit”) Un VP contient plusieurs VC

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Entête d’une Cellule PTI : (3 bits) • Types de données de la charge utile • Permet d’indiquer au récepteur le niveau de congestion ▪

Valeur de PTI

Signification

000

Cellule de données usager, AUU=0 (type 0), sans congestion

001

Cellule de données usager, AUU=1 (type 1) , sans congestion

010

Cellule de données usager, de type 0, indication de congestion

011

Cellule de données usager, de type 1, indication de congestion

100

Cellule de maintenance entre deux commutateurs adjacents

101

Cellule de maintenance entre deux commutateurs (source et destination)

110

Cellule de gestion de ressource (notamment pour le contrôle de débit ABR)

111

Réservée pour une utilisation future

AUU= ATM User to User indique la cellule fin SDU si AUU=1 Pr MOUGHIT Mohamed

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Entête d’une Cellule • CLP : (1 bit) •Il indique le niveau de priorité (“Cell Loss Priority”) •Les commutateurs ATM laissent tomber une cellule avec CLP=1 avant une cellule avec CLP=0 • HEC : (8 bit) •CRC de 8 bits, avec g(x) = x8 + x2 + x + 1 • peut corriger toutes les erreurs sur 1 bit • peut détecter 90% de tous les autres types d’erreurs

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CONNEXIONS ATM • Entre deux interfaces réseau, une connexion (appelée VC pour Virtual Circuit), est identifiée par un nombre, le VCN (Virtual Connection Number) • le VCN se décompose en deux autres nombres : ses bits de poids fort composent le VPI (Virtual Path Identifier), et ses bits de poids faible le VCI (Virtual Channel Identifier). • Un VP est un faisceau de VC • Identification des canaux dans l’en-tête de la cellule ATM: – VCI : Virtual Channel Identifier – VPI: Virtual Path Identifier

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CONNEXIONS ATM • ATM est orienté-connexion, ce qui fait que tous les paquets traversent un circuit virtuel (la connexion): • Un circuit virtuel ATM est une connexion logique d’une source vers une destination; il est aussi possible d’établir des connexions multidestinataires. • Un CV est unidirectionnel, mais une paire de CV peuvent être créés en même temps entre deux points (un dans chaque sens). • Un circuit peut être: – Permanent: défini lorsque le réseau est établi ou modifié, PVC (Permanent VC). – Temporaire: dure le temps d’une transmission, SVC (Switched VC). Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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VPC et VCC Circuit Virtuel Permanent (CVP) - Permanent Virtual Circuit (PVC): Les connexions sont analogues aux lignes spécialisées qui sont commutées entre certains utilisateurs. Un changement peut seulement être fait par l’operateur. Circuit Virtuel Commuté (CVC) - Switch Virtual Circuit (SVC): Les utilisateurs qui sont reliés à ce type de réseau peuvent établir une connexion à leur propre choix via les procédures de signalisation. Ceci peut être comparé au l’établissement d’appel téléphonique.

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VPC et VCC

VCC (Virtual channel connection): definit la connction de bout en bout entre deux point d’accès à la couche AAL. Une VCC est composé de la cancatenation d’un ou plusieur VC Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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VCC et VPC

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Type des Cellules ATM

messages de signalisation cellules de gestion données utilisateur

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Modèle Structural du Protocole ATM Plan e gestion et administration Plan de contrôle Service et signalisation d’utilisateur Information d’utilisateur et conversion de cellule Echange de cellule et multiplexage ou démultiplexage Moyen physique de la structure du trame

Couche supérieures

Plan utilisateur

Couche supérieures

Couche d’adaptation ATM (AAL) Couche ATM

Couche Physique

▪ Les réseaux ATM suivent les principes d’une nouvelle architecture où les fonctionnalités ne sont pas regroupées aux mêmes niveaux que dans le modèle de référence Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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Modèle de Sous-couche ATM Modèle Référence OSI

Modèle du Pile du Protocole ATM Utilisateur

7 Application

CS SAR Gestion d’interface

6 Présentation

AAL

5 Session ATM 4 Transport 3 Réseau TC

2 Lien de donnée

PHY PMD

1 Physique Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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Modèle de Sous-couche ATM Modèle du Pile du Protocole ATM Utilisateur CS SAR Gestion d’interface

AAL

ATM

TC

SSCS:Service Special Convergence Sublayer CPCS:Common Part Convergence Sublayer CS:Convergence Sublayer SAR:Segmentation And Reassembly AAL:ATM Adaptation Layer PHY:Phsical Layer TC:Transmission Convergence Sublayer PMD:Physical Medium Dependent Sublayer

PHY PMD Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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Modèle de Sous-couche ATM COUCHE PHYSIQUE ▪

▪ ▪

La couche physique de ce nouveau modèle correspond à la couche physique du modèle OSI, mais avec une différence importante: Elle regroupe les bits par 424 pour retrouver directement la structure de la cellule. Elle s’occupe de la transmission sur le support physique : tension (en volts …), échantillonnage des bits, etc. Elle est divisée en deux sous-couches, la sous-couche inférieure PMD (Physical Medium Dependant) et la sous-couche au dessus (TC) (Transmission Convergence).

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Modèle de Sous-couche ATM Sous COUCHE PMD ▪

▪

La sous-couche PMD fait l’interface avec le support physique. Elle positionne les bits à 1 ou 0 et gère leur synchronisation. Elle diffère donc d’un opérateur à l’autre ou d’un support à l’autre. La PMD décrit la façon dont les cellules sont émises sur le support physique.

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Modèle de Sous-couche ATM Sous-couche TC ”transmission convergence” ❑ Permet la détection d’erreur sur l’entête uniquement → entête = 4 octets d’adresse + 1 octet CRC (HEC) → g(x) = x8 + x2 + x + 1

❑ Elle fait l’adaptation au débit de la couche physique ❑ Cadrage (“framing”) → à la réception → tâche non-triviale (il n’y a pas de marqueur (i.e. drapeau), comme c’est le cas dans HDLC, PPP) Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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Modèle de Sous-couche ATM COUCHE PHYSIQUE: Cadrage Vérification du HEC → erreur

entête

Vérification du HEC → OK

HEC correct

décalage bit à bit

décalage cellule par cellule PRE-SYNC

CADRAGE

HEC incorrect  HEC consécutifs incorrects

SYNC

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 HEC consécutifs OK 39

Modèle de Sous-couche ATM LA COUCHE ATM ▪ Cette couche assure les fonctions suivantes 1. Le multiplexage, démultiplexage 2. traduction des adresses virtuelles 3. contrôle de flux. 4. Commutation de cellule 5. Traitement de l’entête 6. Qualité de service 7. Détermination du type de la charge utile ▪ Elle est orientée connexion, à base de circuits virtuels. ▪ Gère l’entête de la cellule. Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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Modèle de Sous-couche ATM Couche AAL : Débit de Bit Constant

Burst de données

Débit de Bit Variable

AAL SDU ATM payload ATM Cellule Multiplexage

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Modèle de Sous-couche ATM Couche AAL

ATM transporte différent QOS, Un contrat de service est discuté entre l’utilisateur et le réseau Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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Couche “Transport” ATM L'AAL est une interface entre les couches logicielles supérieures et les protocoles de bas niveau de transmission de cellules de 48 octets de données d'un point à l'autre du réseau. Différents types d'AAL seront donc utilisés en fonction des besoins des couches supérieures.

AAL1

AAL2

AAL3/4 AAL5

ATM ATM PUR

ATM/WAN PDH 2M PDH 34M

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ATM/WAN ATM/LAN SDH 155M

ATM/LAN 25M 50M 100M

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Structure de la sous couche AAL AAL Service Access point AAL-SAP AAL-PDU

AAL Protocol Data Unit

SSCS

SSCS-PDU

Couche d’AAL

Service Specific Convergence Sublayer CPCS-SDU Common part CS CPCS-PDU

SAR-SDU

SAR

Segmentation And Reassembly sublayer SAR-PDU ATM-SAP ATM-SDU

•les temps de transmission, •la détection des cellules CS perdues •La détection des erreurs de transmission.

SAR découpe les CS-PDUs pour les implanter dans les cellules ATM de 48 octets de données.

Couche Pr MOUGHIT Mohamed ATM Réseaux Haut Débit

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Types d’AAL Type de Service Débit de Bit Temps réel Mode de connexion AAL

A

B

C

D

constant variable variable variable OUI

OUI

NON

Connexion orientée AAL1

AAL2

AAL3/4

NON Sans connexion

AAL3/4, AAL5

• Classes de services: - Classe A: AAL 1, voix, vidéo compressée (CBR) - Classe B: AAL 2, vidéo, VBR - Classe C: AAL 3/4 , données, VBR - Classe D: AAL 5, données, VBR Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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REPARTITION DE TRAFICS DANS UN CONDUIT ATM • Les profils de trafics transmis dépendent des applications: – trafics constants – trafics variables: burst (rafale), impulsifs, dent de scie...

• les trafics sont répertoriés par classes: – CBR, VBR, ABR, UBR...

• A une classe de trafic est affecté un type de qualité de service: – pour les data, la vidéo, la téléphonie...

DEBIT CRETE

DEBIT MAX AUTORISE

DEBIT MOYEN DEBIT CONSTANT GARANTI

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REPARTITION DE TRAFICS DANS UN CONDUIT ATM

TRAFIC UBR: utilisation du débit qui reste disponible (opérations de sauvegarde, par exemple) trafic VBR moyen

TRAFIC VBR ou ABR (transmission de données) TRAFIC CBR garanti (téléphonie, vidéo..)

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Classe de Service ATM • CBR = Constant BitRate: garantit une bande passante constante, trafic crête garanti: vidéo temps-réel, téléphonie... • VBR = Variable BitRate: garantit un débit moyen , toutes les données sont transmises, mais peuvent être retardées (délai non garanti) • UBR = Unspecified BitRate: sans aucune garantie (BestEffort) • ABR = Available BitRate: utilisation de la bande passante disponible sans perte d'information, indication de congestion par le bit CLP=1) Pr MOUGHIT Mohamed 48 Réseaux Haut Débit

Couche “Transport” ATM, AAL1 • AAL1 supporte les services de classe A, le débit est constant et le service en mode connexion, et la transmission est en temps réel. • Il fait le lissage du trafic (l’application voit un débit constant) • Les cellules manquantes sont tout de même rapportées à l’application → indique aussi les cellules “mal acheminées” (numéro de séquence dans chaque cellule) • Détection d’erreurs uniquement sur l’entête CSI et le numéro de séquence (SC) ❖ Applications: Transmission temps-réel audio/vidéo compressé Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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Trame AAL1

SN: Sequence Number SNP: sequence Number Protection

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AAL1 • SN (Sequence Number): Numéro du paquet dans la trame d’origine. Le champs SN comprend deux information. • Le CSI (convergence Sublayer Indicator) • et Le SC (Séquence Counter)

• SNP (sequence Number Protection): Assure les fonctions de numérotation des cellule, ainsi que le stockage des informations pour éventuellement détecter une erreur dans la transmission du SN

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AAL1 ▪ CSI: Convergence Sublayer Information Le bit CSI permet de transporter une marque de temps RTS (Residual Time Stamp). La marque du temps est sur 4 bits, transportée par le bit CSI d’une cellule des cellules impaires. La marque de temps sera utilisée pour: 1. mesurer la gigue de la cellule ce qui permet de synchroniser la restitution des cellules. Si la vitesse d’arrivée du CSI augmente, la vitesse de restitution augmente aussi. 2. Permettre au récepteur de synchroniser ses horloges

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AAL1

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AAL1

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AAL1 ▪ SC (séquence counter): Il permet de prévenir la perte de cellule. Il numérote la cellule sur 3 bits (de 0 à7). Lors du réassemblage des cellules chez le destinataire, si une cellule manque dans la séquence, ATM sait la détecter. Si 8 cellules sont perdues, les équipements ATM seront incapables de s’en rendre compte

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AAL1

Syndrome CRC

Parité

Suite donnée à la combinaison immédiate SN + SNP

Zéro

Pas de violation

Pas de correction. SN déclaré valable. Différent de zéro Violation Correction sur un seul bit reposant sur le syndrome. SN déclaré valable. Zéro Violation Correction du bit de parité. SN déclaré valable. Différent de zéro Pas de violation Pas de correction. Les erreurs sur plusieurs bits ne peuvent pas être corrigées. SN déclaré non valable. SN Numéro de séquence (sequence number) SNP Protection du numéro de séquence (sequence number protection)

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Réaction à la combinaison suivante SN + SNP Poursuivre en mode correction Passer au mode détection

Passer au mode détection Passer au mode détection

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AAL1 Exercice d’application: On se propose de mettre les échantillons d’une voix codé par un codeur G711 (MIC) dans des cellules ATM AAL1. Quel est le temps de paquetisation d’une cellule ? 5,875mss Un réseau ATM est utilisé pour transporter 20 lignes MIC. Quel débit ATM est nécessaire? 47,48Mb/s Quel est le pourcentage de la charge utile transmise? 86,25% Quel est le pourcentage de la charge non utile transmise? 13,75%

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Structure d’AAL2 AAL-SAP

AAL2 contient deux sous-couches, CPS (Common Part Sublayer)

SSCS-PDU

CPS-SDU CPS-PDU

Couche d’AAL

AAL-PDU

ATM-SAP

ATM-SDU

Couche ATM

et SSCS(Service Specific Convergence Sublayer). La fonction de SAR est accomplie par CPS, la sous-couche SAR est absente. Pour AAL2, CPS est inchangeable quelque ce soit le type de service. Mais c’est différent pour SSCS. Parfois SSCS peut être absente.

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Structure d’AAL2 AAL-SAP

SSCS

AAL-SDU

SSCS-PDU Header

SSCS-PDU Tail SSCS-PDU Payload SSCS-PDU 45oct Max CID

CPS-PH

CPS-PP

1#

CPS-Packet

2#

2#

CPS-Packet CPS-Packet

STF

CPS-Packet C

CPS-PDU

LI

UUI HEC

CPS-PH 87654321

3#

CPS-Packet CPS-Packet

1#

STF

876543218765432187654321

CPS-SDU

CPS

OSF

3#

STF

AAL Layer

P SN

STF PS-Packet PAD CPS-PDU Payload 47 Byte

ATM-SAP ATM-SDU ATM-Header

ATM Payload

ATM Layer

SSCS: Service Specific Convergence Sublayer CPS:Common Part Sublayer SDU:Service Data Unit PDU:Protocol Data Unit CPS-PH:Common Part Sublayer-Packet Header CPS-PP:Common Part Sublayer-Packet Payload STF:Start Field CID:Channel Identifier （8Bits） LI:Length Indicator （6Bits） UUI:User to User Indicaton （5Bits） HEC:Header Error Control （5bit）OSF:Offset Field 59 CPS-Packet（6Bits） SN:Sequence Number CPS-PDU（1Bits） P: Parity （1Bits） PAD: Pad data（0 47octet）

Structure d’AAL2

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Structure d’AAL2 • UUI: User-to-user indication. Établit une liaison entre CPS et un SSCS approprié qui satisfait la couche application. Les valeurs UUI possibles: • 1-15 Formats de codage pour données audio, données mode circuit et données image de télécopie démodulées au moyen de paquets de type 1 • 16-22 Réservés. • 23 Réservé pour SSCS paquets de type 2 • 24 SSCS paquets type 3. • 25 Non-standard extension. • 26 data mode trame, fin paquet . • 27 data mode trame, ( attente d’autres trame en arrivée). • 28-30Reservé. 61 • 31 paquets d’Alarme Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

Structure d’AAL2 • Paquet type 1 La capacité utile n'est pas protégée. Ce type de format est utilisé par défaut, sauf lorsqu'un autre type de format est spécifié explicitement

• Paquet type 2 La capacité utile des paquets type 2 est partiellement protégée

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Structure d’AAL2 Paquet type 3 La totalité de la capacité utile est protégée par un code de redondance cyclique CRC de 10 bits.

Le contenu du champ CRC-10 est déterminé par l'expression polynomiale x10 + x9 + x5 + x4 + x + 1. Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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Structure d’AAL2 • STF: Start field: début du paquet CPS, il comporte le champs OSF ( Offset field) pointe sur le début du premier paquetAAL2 de cette cellule. OSF indique la longueur en Octet entre la fin du champs STF et le début du premier paquet CPS. • SN: compteur de séquence modulo 2 • P: bit de parité impaire

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Couche “Transport” ATM : AAL 3/4 ▪ Deux modes: service fiable, et service sans garantie

▪ Multiplexage

• exemple: plusieurs sessions sur le même circuit virtuel • les transporteurs facturent à la connexion (i.e. CV)

▪ Quatre octets de contrôle pour chaque cellule en plus des 5 octets de l’entête … ▪ Permet de traiter des “messages” pouvant aller jusqu’à 65535 octets. La sous-couche de convergence (CS) découpe le message en cellules, et ajoute 4 octets de contrôle à chaque cellule

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AAL3/4

CPI( Common Part Indicator) est une indication pour interpréter les champs suivants. Aujourd’hui ce champ n’a qu’une seule intrerpretation Btag et Etag: identifient les unités appartenant à la même unité de données BaSize (Buffer Allocation Size) indique comment dimensionner les buffers AL (Alignement) est un drapeau de fin pour compléter la fin de la SDU à 32 bits Len (Length) donne la taille des données utiles de la SDU. ST (segment type) informe sur les segments de début ou de fin MID (Multiplexing Identification) Identifie les cellules d’origine différente sur une même connexion multiplexée. S’il n’y a pas de multiplexage MID égale à 0 LID (Length Indicator): donne le nombre d’octets utiles dans l’unité de donnée CRC: protège le champ de données Pr MOUGHIT Mohamed 66 Réseaux Haut Débit

AAL3/4 Segment Type (ST) BOM

10

Beginning of message

COM

00

Continuation of message

EOM

01

End of message

SSM

11

Single segment message

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Couche “Transport” ATM AAL 5 • Réaction tardive de l’industrie informatique • Plusieurs types de services - service fiable, avec contrôle du flot de données - service sans garantie les cellules avec erreurs sont jetées ou rapportées à l’application (avec indication de défaut) • AAL5 supporte le mode message comme pour AAL ¾ (Message=65535 octets). • AAL5 supporte le mode “stream” (ne préserve pas les limites de messages, comme TCP) • Usage d’un CRC plus long (4 octets), mais sur TOUT le message • Aucune information supplémentaire n’est ajoutée aux cellules

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Cellule AAL5 AAL-SAP 8 1 8 116

CPCS

UU CPI Length

AAL-SDU CPS-PDU Payload

PAD

CRC

CPS-PDU Tail

PAD

CPS-PDU N*48 Octet

SAR SAR-PDU #1

1

132

0-47octet

SAR-SDU

SAR-PDU #2

SAR-PDU #3

AAL Layer

SAR-PDU #4

ATM-SAP 3

ATM-SDU #1 Cell #1

2

1 AUU

ATM-SDU #2 Cell #2

ATM Layer

PTI :ATM Header (AUU=0)

ATM-SDU #3 Cell #3

:ATM Header (AUU=1)

ATM-SDU #4 Cell #4 ATM Payload

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Couche “Transport” ATM AAL 5 • La couche SSCS dépend du type de trafic transporté. • UUI: User to User Indication （8Bits） • CPI: Common Part Indication （8Bits） • Length: Indique la longueur du CPCS-PDU （16Bits） • CRC: Cyclic Redundancy Check （32Bits） • PTI: Payload Type Indicator （3Bits） • AUU: ATM User to User Indication （1Bits）

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Questions ATM est un protocole de commutation de ? A-Cellule B-paquet C-Circuit virtuel AAL1 est adapté au transfert de video? A- OUI B-Non Un réseau ATM implémente les couches OSI: A- Physique B-Liaison de données C-Réseau D-Session Quels sont les champs utilisés par l’ATM pour l’adressage A- VPI B-VCI C- Adresse MAC D-CLP Dans une cellule ATM le champ GFC est toujours présent A- Vrai B-Faux La couche SAR est indispensable dans toutes les classes ATM A- Vrai B-Faux La taille d’une cellule adopté par l’UIT est: A- 48octet B- 32 Octet C-64 octet D- 53 octet

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Questions 1- Dans la AAL1, le champs CSI permet de : a.Mesurer le temps de propagation b.De régler le gigue c.De régler le flux 2- La sous couche SAR de la couche AAL: a.Est indispensable pour le transport des cellules dans un réseau ATM b.Est implémentée définitivement dans un réseau ATM pour offrir une qualité de service particulière c.est activée automatiquement selon le trafic à transporter. d, Aucune reponse 3- Dans un réseau ATM la synchronisation se fait par : a.Horloge atomique b.Horloge liée à une constellation de satellite

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Exercice d’application On se propose de transmettre via AAL3/4, un paquet de 1Mo; Déterminer le pourcentage de la charge utile, Quel sera ce pourcentage si AAL5 est utilisé?

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Commutation ATM ATM Network Node User B

ATM Terminal Cell and user’s VPI=2 VCI=37 data change each other UNI

VPI=1 VCI=51

Port 1 Port 2

ATM Switch Port

VPI

VCI

1

2

37

2

1

51

NNI

ATM Network Node

Port 1 User A

ATM Terminal Cell and user’s UNI data change VPI=3 VCI=39 each other

Port 2

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ATM Switch Port

VPI

VCI

1

1

51

2

3

39

74

Commutation ATM

UNI cell VPI =1 VCI =1

A

1

Port

VPI

VCI

1

1

1

2

26

44 1

3 2

NNI cell VPI =2 VCI =44

1

VPI

VCI

1

26

44

2

2

44

NNI cell VPI =6 VCI =44

NNI cell VPI =26 VCI =44 3

Port

UNI cell VPI =20 VCI =30 3

2

3

B

2

Port

VPI

VCI

2

6

44

3

20

30

2

1

ATM Virtual Connection

Port

VPI

VCI

1

2

44

2

6

44

Pour le transfert de cellules entre A et B, certaines tables seront mises à jours dans les noeux où les cellules passent. Après cette mise à jour, toutes les cellules traverseront cette route. Cette route est la connexion virtuelle. 75 Pr MOUGHIT Mohamed

Protocole Pile d’IPOA IP over ATM Application d’utilisateur

Application d’utilisateur

TCP/UDP

TCP/UDP

IP

IP

AAL ATM

Paquet d’IP est transférée au payload d’ATM

AAL

Adresse IP est associé á PVC ou SVC

ATM

Couche physique du réseau ATM Pr MOUGHIT Mohamed

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Processus de TCP/IP en-tête de TCP donnée d’App

TCP

en-tête d'IP en-tête de TCP donnée d’App

IP SNAP/LLC

LLC:Low Layer Compatibility SNAP: Sub-network access protocol

CS

LLC en-tête d'IP en-tête de TCPdonnée d’App

LLC en-tête d'IPen-tête de TCPDon. d’App PADCPCS-PDU queue

AAL5 SAR SAR-SDU#1

SAR-SDU#2

SAR-SDU#3

SAR-PDU#4

SAR-PDU#5

ATM

L’en-tête de la cellule sera ajouter á SAR-PDU, dont VPI et VCI dépendent la table de routage ATM. Puis les cellules seront envoyer à la couche physique.

PHY

Accomplie la transmission des cellules ATM via des moyens physiques. Pr MOUGHIT Mohamed

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77

PARAMETRES DE QoS ATM • PCR (Peak Cell Rate, Débit de transmission maximum) indique la valeur maximale du débit envisagé. • SCR (Sustained Cell Rate, Débit pratiqué sur une longue période de temps) correspond à la valeur moyenne du débit envisagé sur un long intervalle de temps. • MCR (Minimum Cell Rate, Débit minimum acceptable) est le débit minimum considéré comme acceptable par l’usager. • CVDT (Cell Variation Delay Tolerance, Variation du délai toléré ou gigue maximale acceptable) exprime la variation admissible du temps de transmission des cellules (gigue acceptable). Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

78

PARAMETRES DE QoS ATM • CLR (Cell Loss Ratio, Taux de cellules perdues ou arrivées trop tardivement) exprime le taux de perte de cellules : le pourcentage de cellules transmises qui n’arrivent pas à destination, ou le pourcentage de cellules arrivées en retard (notamment en cas d’un trafic temps réel). ▪ Le CLR est négocié entre l’utilisateur et le Réseau en fonction des buffers disponibles ▪ Le CLR est de l’ordre de 10-1 à 10-15 et peut rester non spécifié ▪ Le CLR peut être appliqué aux réseaux dont le CLP=0 ou dans ceux CLP=0+1

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79

PARAMETRES DE QoS ATM • CTD (Cell Transfer Delay, Temps d’acheminement des cellules : moyen et Max) est le temps moyen de transit des cellules entre la source et la destination. • Le CTD inclut: – – – – –

Le délai de propagation Le délai de traitement Le délai en file d’attente Le délai de commutation Le délai de multiplexage

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80

PARAMETRES DE QoS ATM • CDV (Cell Delay Variation, Variance du délai d’acheminement) mesure la variance admissible du temps d’acheminement des cellules au destinataire.

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81

PARAMETRES DE QoS ATM • CER (Cell Error Ratio, Taux d’erreurs de cellules) défini par le rapport CER = cellules erronées / cellules transmises + cellules erronées). • SECBR (Severely Errored Cell Block Ration, Taux d’erreurs de blocs) est le nombre moyen de blocs de N cellules dans lesquels M cellules au moins sont erronées. • CMR (Cell Misinsertion Rate, Taux de cellules arrivées à une mauvaise destination) défini par le nombre total de cellules insérées à tort dans une connexion, observées durant une période de temps arbitraire, divisé par cette durée. Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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Effet de la vitesse et la latence

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PARAMETRES DE QoS ATM • Effet de la vitesse et Latence: Le tableau suivant montre la valeur de N pour certains réseaux: R en Mb/s

P en ms

N

Ethernet

100

0.005

0,1

MAN

45

0,01

2,4

FR

1,5

15

10,6

ATM WAN

150

15

5300

ATM WAN

600

15

21200

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Objectif du MPLS • IP est le premier protocole défini et utilisé • IP est le seul protocole pour l’interconnexion dans le réseau Internet • Mais IP a certains Inconvénients tels: ▪ IP est orienté non connexion ▪ Ne gère pas la QoS ▪ Chaque routeur achemine les paquets indépendamment des autres routeurs en se basant sur les adresses IP, ▪ Un routeur analyse l’entête IP du paquet, en fonction de sa table de routage choisie un « Next Hop ». Ce processus est répété au niveau de chaque routeur traversé

▪ L’entête IP contient plus d’informations que nécessaire pour le routage (temps de traitement élevé) ▪ Le routage dans la couche 3 est moins rapide que le switching Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

85

Objectif du MPLS • ATM est orienté connexion • ATM gère la QoS • ATM permet une Commutation rapide des paquets de taille fixe (53 octets) • Intégration du trafic triple play (Voix, data, vidéo) Mais,,,,, ▪ L’ATM est complexe ▪ Il est plus complexe d’assembler/segmenter des paquets de longueur variable en cellules de longueur courte à très haut débit ▪ L’ATM est plus chère ▪ Non largement adopté

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Objectif du MPLS • Initialement le MPLS(Multi-protocol Label Switching) a été déployé pour réduire le temps de traitements des paquets dans les routeurs afin de gagner en performance • Actuellement le MPLS permet d’offrir de l’ingénierie de trafic (MPLS-TE (TE:Trafic enginering)) et la mise en œuvre de VPN efficaces. • Dans le futur, l’utilisation du MPLS aura pour fin la construction de réseaux optiques efficaces (GMPLS et λ−MPLS ).

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Le concept d’un réseau MPLS • • • •

Le MPLS permet une stricte séparation entre routage et forwarding La couche 3 est en fait responsable du routage Et la couche 2 est responsable du forwarding Le routage consiste en traitement des informations permettant de construire une table de routage • Le Forwarding fait le passage d’un paquet reçu sur un port d’entrée vers le bon port de sortie en se basant sur une table de forwarding

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88

Interfaçage avec multiple protocole • Le MPLS est interfaçable avec plusieurs protocoles de la couche 3 IPV4, IPV6, IPX, …) ou la couche 2 (ATM, FR,PPP….)

Niveau 3

IPV4

IPX

Apple Talk

MPLS

Niveau 2,5

Niveau 2

IPV6

ATM

Frame Relay

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PPP

Ethernet

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Architecture du réseau MPLS • LSP: Label switch path: C’est le chemin suivi par un paquet auquel a été ajouté une étiquette appelé Label ou Tag, dans le réseau indépendamment du protocole de la couche 3 • Ingress ou Egress LSR (LER): C’est le routeur périphérique. IL insère le Label à l’entrée du réseau et le retire à la sortie • LSR: Ce sont des routeurs qui font la commutation des Label à l’intérieur du réseau MPLS

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90

Le Principe de base du MPLS • En MPLS l’entête IP du paquet est analysé une seule fois par le Routeur à l’entrée du réseau « Ingress » • Le Routeur Ingress l’affecte à une classe « FEC »Forwarding équivalent Class, identifiée par un « Label », les autres Routeurs commutent le paquet selon le Label sans analyser d’entête IP • FEC est associé à un groupe de paquets IP ayant les mêmes propriétés (Classe de service, adresse de destination, …). Tous les paquets ayant le même FEC empruntent le même chemin et bénéficient du même traitement

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Le Principe de base du MPLS Dans le scénario ci-dessous , en considérant seulement la destination, les paquets IP 1&2 appartiennent à la même FEC, tandisque IP3 à une autre FEC

IP1

IP3 R

R

IP2 R

IP3

IP1 R

R

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IP2

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Le Label • C’est un identifiant, de 32 bits destiné à identifier une FEC • Le label a une signification local • Le Label est transporté soit: ▪ dans un ‘’shim’’ header entre les entêtes des couches 2 et 3 ▪ ou soit comme un champ existant de l’entête de la couche 2 tel que VPI/VCI dans l’ATM ou DLCI pour FR

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Label Le réseau postal transfert les paquets sur la base du code postal L’agent de poste se base de son coté sur le nom et l’adresse Nom~~~~~ Adresse~~~~ Ville ~~~~~~ code Postale 20440

La Poste

Nom~~~~~ Adresse~~~~ Ville ~~~~~~ code Postale 20440

Les LERs Ingress ajoutent un label et transférent le paquet sur la base de la valeur du label, Les LER Egress supprime les labels et routent sur la base de l’adresse IP @IP Port Label

Réseau MPLS

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@IP Port Label

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Format de Label

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Format du Label Toute l’architecture MPLS est organisée autour d’une principale notion que constitue le label ou étiquette dont le format dépend explicitement des caractéristiques du réseau utilisé La taille du Label est 20 bits Cos ou Exp = Experimental, 3 bits S = Indique le bas de pile, permet d’empiler des labels TTL = Time to live, 8 bits

le label MPLS n’a qu’une signification locale entre deux équipements MPLS

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Format du Label L’entête MPLS est représenté sur 4 octets et est composé par les champs suivants: • Le numéro de label • CoS (Class of service): Permet différentes« discard politics » ou « scheduling politics ». (La RFC précise que c’est un champ encore experimental). • S: bottom of stack, champ à 1 quand le dernier label de la pile est atteint. S est utile dans la commutation hiérarchisée. • TTL : Il a le même rôle que le TTL de l’entête IP. la valeur du TTL est recopié dans l’entête MPLS à l’entrée du réseau par le Ingress LER. Ensuite, à chaque commutation par un LSR, le TTL est modifié. La valeur TTL de l’entête MPLS est ensuite recopié dans l’entête IP à la sortie du réseau MPLS par le Egress LER. Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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commutation hiérarchisée

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Distribution de Label • Les LSRs se basent sur le label pour commuter les paquets au travers le backbone MPLS. • Chaque routeur LSR, lorsqu’il reçoit un paquet taggué, utilise le label pour déterminer l’interface et le label de sortie. • Pour cela, des protocoles de distributions de labels sont utilisés tels que LDP (label description protocol), TDP(Tag Description protocol: protocol cisco), RSVP-TE(Ressource Reservation Protocol) , CR-LDP (Constraint-based Routing LDP)…. Ces protocoles coopèrent avec des protocoles de routage de niveau supérieur IS-IS (intermediate system to intermediate system), OSPF, RIP, BGP,… • Le protocole LDP reste le plus utilisé en MPLS

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99

Distribution de Label • LDP: associe des labels à des FECs (adresses unicast) • RSVP: Utilisé pour le “Traffic Enginering” et la réservation de ressources • PIM association de label en multicast • BGP Labels externes: VPN

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100

Le Protocole LDP

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101

Le Protocole LDP • Le LDP est un nouveau protocole permettant d’apporter aux LSRs les informations nécessaires concernant les différents labels d’un réseau MPLS. • Les sessions LDP sont établies entre homologues d’un réseau MPLS sans que ceux-ci aient besoin d’être adjacents. • L’échange des messages LDP suppose préalablement la découverte du voisinage suivie de l’établissement d’une session de transport entre voisins LDP. • LDP est indépendant de tout protocole de routage, car il exploite la table de routage que génère ce dernier. • Comme tout protocole de distribution de labels, LDP a pour objectif d’assigner des labels à des FECs et de les distribuer.

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102

Les Tables MPLS Sur la base des informations collectées par le protocole LDP, les LSRs et ELSRs (Edge LSR) construisent les deux tables LIB (Label Information Base) et LFIB (Label Forwarding Information Base) qui serviront par la suite pour la prise de décision au niveau de la commutation de Label. Table FIB (Farwarding IP Base):C’est une table de commutation complète qui contient les mêmes informations que la table de routage et qui permet au routeur de prendre ses décisions d’acheminement. Table LIB (Label Information Base):C’est la première table construite au niveau d’un LSR, elle contient pour chaque sous-réseau IP la liste des tables reçus par les voisins. Ses entrées sont de la forme (réseau de destination, LSR, Label) où LSR est le nœud qui a généré le label. Table LFIB (Label Forwarding Information Base): Elle est construite à partir de LIB et FIB et utilisée pour la commutation de label Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

103

Les Tables MPLS

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104

Le Protocole LDP

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105

Le Protocole LDP Demande label pour 192.168.1.0/24

Demande label pour 192.168.1.0/24

1

2

4

3

Utilise le label 26 pour 192.168.1.0/24

Utilise le label 12 pour 192.168.1.0/24

192.168.1.0/24

In

Out

Dest

In

Out

Dest

In

Out

Dest

…

26

192.168.1.0/24

26

12

192.168.1.0/24

12

…

192.168.1.0/24

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106

Le Protocole LDP

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Le Service VPN-IP • Le service VPN consiste en la mise en place d’un réseau privé bâti sur une infrastructure mutualisée fournie par l’opérateur de service SP ‘Service Provider’. • L’aspect virtuel est dû à l’absence de la réservation lien physique de bout en bout entre les différents sites du même client.

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108

Modèles de référence VPN Les modèles de référence VPN se basent sur trois composantes fondamentales à savoir : • CE (Customer Edge): C’est l’équipement permettant au client l’accès au réseau à travers une connexion vers le routeur PE ; • PE (Provider Edge): C’est le routeur desservant un ensemble de CEs. Le PE échange les informations de routage avec le CE en utilisant le routage statique ou dynamique, RIPv2, OSPF ou BGP. Chaque PE maintient une VRF (VPN Routing Farwarding) relative à chaque site qui lui est directement connecté • Routeur P: C’est le routeur backbone qui permet l’interconnexion des PEs sans avoir de connexion vers les CEs. Les Routeur P sont chargés du maintien des routes au PE, et non du maintien d’information spécifique de routage pour les sites clients . Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

109

Modèles de référence VPN

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Modèles de référence VPN La classification des VPNs se base sur la logique d’échange des informations de routage entre le CE et le SP. Deux principaux modèles peuvent être définis sur la base de ce critère : 1. Le modèle Overlay 2. Le Modèle PEER to PEER

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111

Modèles de référence VPN 1. Le modèle Overlay Dans ce modèle, le service VPN est fonctionnellement équivalent à des liaisons louées émulées. Le SP et le CE n’échangent aucune information de routage de niveau 3. Ce modèle offre une nette séparation des domaines de responsabilités Clients et SP. Néanmoins, l’implémentation d’un nouveau site nécessite la mise à jour de la matrice de trafic, l’ajout de (n-1) PVC ‘permanent virtual conduit’, la révision de la taille des PVCs en maille complète, la mise à jour du routage et la reconfiguration de chaque CPE (Custmer Provided Equipement) pour la topologie couche Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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Modèles de référence VPN 2. Le Modèle PEER to PEER • Le modèle Peer to Peer se base sur le principe de la participation active du SP dans 1. le routage client 2. l’acceptation de ses routes, 3. transport sur le backbone 4. distribution vers les autres sites clients. • Le modèle PEER to PEER est un modèle simple, souple et extensible offrant une facilité de provisioning et une meilleure gestion des ressources réseau. Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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MPLS et Ingénierie de Trafic: MPLS-TE • Il est difficile de réaliser l’ingénierie de trafic dans Internet car les protocoles de routage n’utilise que des informations de topologie de réseau. • L’IETF a introduit dans l’architecture de MPLS un routage à base de contrainte et un protocole de routage interne à état des liens étendu afin de réaliser une ingénierie de trafic efficace.

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MPLS et Ingénierie de Trafic: MPLS-TE

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MPLS-TE: L’algorithme Constraint-Based Routing (CR) • L’algorithme CR est appliqué lors de l’ouverture du chemin ou de sa réouverture si le chemin est dynamique • Le CR détermine les routes en fonction de la topologie et la bande passante • Les chemins calculés par le protocole CR ne sont pas forcément les plus courts car Le chemin le plus court peut ne pas satisfaire la capacité de la bande passante demandé par le LSP. • L’algorithme CR peut s’effectuer en temps réel ou non.

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MPLS-TE: L’algorithme Constraint-Based Routing (CR) • Dans le cas temps réel, le nombre de LSP à traversser est calculé à des instants quelconques par les routeurs sur la base d’informations locales • Dans le cas non real time, un serveur se charge de calculer les LSP périodiquement et de reconfigurer automatiquement les routeurs avec les nouveaux chemins calculés en fonctions d’informations recueillies sur tout le réseau.

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Conception de MPLS-TE La conception d’un MPLS pour l’ingénierie de trafic nécessite: 1. Définition de l’étendu géographique du système MPLS 2. Définition des routeurs membres du système MPLS 3. Définition de la hiérarchie du MPLS 4. Définition des besoins en bande passante des LSP 5. Définition des chemins des LSP 6. Définition des priorités des LSP 7. Définition du nombre de chemins parallèle entre deux extrémités quelconque 8. Définition des affinités des LSP et des liens

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Modèles de la QoS sur IP La QoS peut être évaluée selon différents critères: – Bande passante – Délai : • Délai de bout-en-bout • Variation du délai de bout-en-bout (jitter) – Intégrité des données : • Taux de perte de paquets • Taux d’erreur des paquet • Taux de déséquencement des paquets – Fiabilité et disponibilité

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Besoin de QoS dans les réseaux IP La QoS est exigée dans un réseau IP, puisque différents types de flux traversent ces réseaux – Les applications de voix, vidéo et multimédia constituent des flots de trafic temps réel qui ont des contraintes de délai. – Les applications commerciales basées sur des transactions client/serveur ont des contraintes fortes en terme de temps de réponse.

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QoS: Les Mecanismes • Protocole de réservation. Permet de réserver les ressources nécessaires pour l’acheminement des flux • Contrôle d’admission. Pour déterminer, pour chaque nouvelle réservation, si elle peut être acceptée ou non en fonction des ressources disponibles. • Classification. Pour identifier le flot auquel appartient le paquet qui arrive • Fonction de police. Pour vérifier la conformité des flux de données par rapport à un contrat de trafic. • Fonction de mise en forme. Pour retarder les flots qui ne suivent pas certaines règles. • Algorithmes d’ordonnancement. Pour allouer une capacité de transmission sur une base paquet par paquet afin d’atteindre les objectifs de QoS pour chaque flot. • Gestion de files d’attente. Pour jeter les paquets, en cas de congestion selon le niveau de priorité des paquets Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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Modèles de la QoS sur IP • Les différents modèle de gestion adaptés à IP sont: – Intserv (Integrated service): c’est un modèle de QoS à service garanti. – Diffserv (differentiated services): Modèle de QoS à service défferencié – MPLS

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IntServ • Le modèle IntServ a été crée en 1994 • Le modèle IntServ est conçu pour des flots de données correspondant à une séquence de paquets relative à une application nécessitant une QoS Exemple d’application: o une session audio • Pour assurer la QoS requise , IntServ propose une réservation des ressources avec le protocole RSVP (Resource Reservation Protocol)

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Classes de service IntServ IntServ définit trois types de services: 1- Le service avec une garantie totale Ce service exige - Bande passante garantie - Délai court - Taux de perte faible Ce service est adapté aux flux applicatifs ayant des contraintes temps réel fortes Exemple: Session audio ou vidéo…

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124

Classes de service IntServ 2- Le service à control de charge ou garantie partielle Il est équivalent à un service Best Effort (BE) mais dans un environnement non chargé. Ce service est caractérisé par: - Taux de perte faible - Délai court Adapté aux flux applicatifs nécessitant une bonne interactivité • Exemple : Signalisation SIP, session Telnet… 3- Le service Best Effort Fournit le service déjà existant sur Internet

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125

Protocole RSVP RSVP est un protocole de signalisation qui fournit l’initialisation et le contrôle de réservation nécessaires aux services intégrés. Les réservations sont faites de 3 manières 1- Réservation de ressources unidirectionnelle - Une session correspond à 2 flux applicatifs unidirectionnels - Réservation de ressources sur chacun des chemins correspondants 2- Réservation de ressources au niveau du récepteur - Le récepteur décide quelles ressources réserver - Le récepteur initie la réservation 3- Réservation de ressources au niveau des routeurs - Les routeurs traversés réservent les ressources demandées quelque soit le protocole de routage unicast ou multicast - Pas de collaboration avec le protocole Pr MOUGHIT Mohamedde routage 126 Réseaux Haut Débit

DiffServ • Ce modèle a été développé par l’IETF pour palier à la faiblesse de IntServ surtout dans les réseaux de tailles importantes • DiffServ agrège les trafics en classes de trafic identifiées en se basant sur la valeur ToS dans l’entête IP 32 bits Version

IHL

Type of Service

O D M Fragment Offset F F

Identification Time to Live

Total Length

Protocol

Entête

Header checksum

Source Address Destination Address Padding

Options

Data Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

Zone optionnelle

Données des couches supérieure s 127

DiffServ AF offre différents niveaux de services : • AF1 (AF11, AF12, AF13) • AF2 (AF21, AF22, AF23) • AF3 (AF31, AF32, AF33) • AF4 (AF41, AF42, AF43)

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128

DiffServ Avantages de l’Assured Forwarding : • peut offrir une meilleure différenciation (classe et priorité) • le marquage à l’entrée du réseau est une opération moins coûteuse que le shaping (façonnage) • ne demande pas une coordination entre domaines • une facturation simple peut être utilisée.

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129

DiffServ Inconvénients de l’Assured Forwarding : • la qualité offerte dépend énormément du niveau d’agrégation et de la présence de flux concurrents • il n’existe aucune assurance de délai • il y a beaucoup de paramètres à régler • 3 niveaux de priorité ne suffissent pas pour assurer une bonne différentiation sur des liens non-chargés • un mauvais dimensionnement rend inutile la présence de priorités sur des liens en congestion • le marquage ne suffit pas pour protéger TCP de UDP.

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130

DiffServ • La classification du trafic permet d’appliquer différents comportements (Per Hop Behavior: PHB) selon la classe de trafic. • Un PHB est la description du traitement de transmission appliqué par un nœud DS (DiffServ) à un agrégat de trafic DS • Deux PHB sont normalisés: EF-PHB (Expedite Forwarding) et AF-PHB( Assured Forwarding)

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PHB • EF-PHB: Fournit un service premium en assurant: ✓une garantie de bande passante, ✓Délai faible, ✓gigue faible ✓taux de perte faible

•

AF-PHB: regroupant plusieurs PHB garantissant un acheminement de paquets IP avec une haute probabilité sans tenir compte des délais.

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132

Composants DiffServ • Conditionnement du trafic dans le routeur d’accès -Classification -Policing (Maintien l’ordre) -Marquage / rejet

Meters: composant de mesure de propriétés temporelles d ’un flux Markers: composant de marquage de paquets. Le Marquage de paquets est nécessaire pour que les routeurs puissent distinguer des classes différentes; nouvelle politique des routeurs pour traiter les paquets en fonction de leur classe. Shapers: composant de retardement de paquets d ’un flux pour assurer sa conformité à un profil défini Pr MOUGHIT Mohamed 133 Réseaux Haut Débit

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134

Composants DiffServ • PHB dans chaque routeur traversé - Ordonnancement (queuing / scheduling) - Elimination sélective de paquets (dropping)

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Opérations DiffServ du routeur d’accès • Classification - Le classificateur identifie le flux d’après l’entête du paquet - Le classificateur récupère dans une table la classe de service associée - Policing - Le policeur décide si le paquet est conforme ou non • Marquage / Rejet - Selon le résultat du policeur, le paquet est marqué ou rejeté • Ordonnancement: Le paquet marqué est placé dans la bonne file d’attente. On distingue les files FIFO, LIFO, Round robin, Fair queuing, Weighted Fair queuing • Elimination sélective de paquets - Le paquet peut être éliminé en situation de congestion Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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Opérations DiffServ du routeur d’accès Lorsque plusieurs paquets doivent être émis simultanément sur le même lien : • seul l’un d’entre eux peut être effectivement émis • les autres doivent être placés en attente Il existe de nombreuses politiques de gestion des files d’attente FIFO: First In First Out - l’ordre d’émission est l’ordre d’arrivée Avantages et Inconvénients . simple et rapide car minimale . pas de service différencié

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Opérations DiffServ du routeur d’accès Round Robin (Fair Queuing): Parcourt les files des différentes classes de manière cyclique, en servant 1 paquet de chaque classe on dispose de plusieurs classes et d’une file par classe, - à chaque file est allouée une portion égale du débit ("round robin")

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Opérations DiffServ du routeur d’accès Round Robin (Fair Queuing):

Avantages et inconvénients . le trafic en excès d’une classe n’a pas d’impact sur le trafic des autres classes. la portion non consommée attribuée à une classe peut ne pas être récupérée par une autre classe . algorithme plus complexe . la répartition des différents flux entre les différentes classes est soit arbitraire, soit difficile . la prédiction du service obtenu est difficile

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Opérations DiffServ du routeur d’accès Weighted Fair Queuing:Round Robin généralisé Chaque classe obtient une quantité de service pondérée à chaque cycle

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Marquage DiffServ • Entête du paquet - Champ ToS en IPv4 - ToS= PPPDTRC0 est défini sur 8 bits et a été peu utilisé: - champ PRECEDENCE (priorité)(3 bits) définit la priorité du datagramme (111= plus grande priorité); - bits D (Delay), T (Throughput: debit), R (Reliability: fiabilité) et C (Cost:prix) définissent le mode de transport (D=délai court, T débit élevé, R=transport fiable, C= coût);

- Champ Class en IPv6 • Format - 6 bits pour le marquage DiffServ appelés DSCP (DS Coding Point) - 2 bits réservés pour l’ECN(Explicit Congestion Notification) • DSCP Indique le PHB (Per-Hop Behavior) au routeur, File d’attente, Pr MOUGHIT Mohamed 141 priorité,…. Réseaux Haut Débit

PHB relatif aux services ATM • PHB par défaut correspond au service UBR • PHB AF Correspond au Service ABR ou VBR-nrt

• PHB EF C’est le service CBR ou VBR-rt (DSCP=101110)

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Unicast, Multicast et le Broadcast Unicast

Broadcast

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Multicast

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Unicast, Multicast et le Broadcast Unicast

En Unicast, le routeur transfert le datagramme reçu via seulement une de ses interfaces Pr MOUGHIT Mohamed 144 Réseaux Haut Débit

Unicast, Multicast et le Broadcast Multicast

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Unicast, Multicast et le Broadcast En Multicast, un routeur peut envoyer le datagram reçu, sur plusieurs de ses interfaces

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Multicasting et le Multiple Unicasting Multicast Legend S1 Di Gi

G1

G1

G1

G1

Multicast router Unicast router Unicast destination Group member

D1

a. Multicasting

S1

D2

D3

D4

b. Multiple unicasting

L’Emulation du Multicast à travers multipe unicast est non efficace et peut introduire un délai non négligable. Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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Adresse IP Unicast et Multicast Classe A 7 bits 0

Net ID

24 bits Host ID

Classe B 14 bits 10

16 bits

Host ID

Net ID

Classe C 21 bits 110

Net ID

8 bits Host ID

Classe D 28 bits 1110

Adresse Multicast Pr MOUGHIT Mohamed Réseaux Haut Débit

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Adresse IP Unicast et Multicast Une adresse Multicast est comprise entre 224.0.0.0 à 239.255.255.255

28 bits 1110

Adresse Multicast

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Adresse IP Multicast ▪ Une adresse multicast ne peut être que destinataire. Elle est l’adresse d’un groupe de machines abonnées à une session multicast ▪ les sources (émetteurs) sont désignées par leurs adresses unicast Exemples d’adresses Muticast 224.0.0.1 224.0.0.2 224.0.1.1 224.0.0.9

Tous les systèmes sur ce sous-réseau Tous les routeurs de ce sous-réseau NTP (Network Time Protocol) RIP-2 (a routing protocol)

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Adresse physique Multicast • les adresses physiques Mulitcast se situent de 01:00:5E:00:00:00 à 01:00:5E:7F:FF:FF. • Le niveau liaison de données n’utilise pas ARP pour déterminer l’adresse physique. • Les dresses physiques sont conçues comme suit:

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Adresse physique Multicast • Puisque 5 bits ne sont pas utilisés dans l’adresse MAC, cette adresse ne sera pas unique

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Adresse physique Multicast Exemples: Soit à changer l’adresse IP 232.43.14.7 en une adresse ethernet multicast

Quelle est l’ adresse MAC qui correspond à l’adresse Multicast 238.212.24.9

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Couche Transport pour le MULTICAST Le Multicast est toujours sous UDP. On ne peut utiliser le multicast sous TCP User Layer Socket Layer Stream Sockets

Datagram Sockets

TCP

Multicast Sockets

UDP IP

IP Multicast

Network Interface

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Internet Group Management Protocol (IGMP) IGMP est un protocole exécuté entre les machines hôtes d'un même sous-réseau et les routeurs multicast de ce sous-réseau. Il permet à une machine hôte d'informer un de ces routeurs multicast sur ses abonnements en cours à des groupes multicast. . IGMP est utilisé par les routeurs Multicast pour garder une trace de l'appartenance à un groupe de multicast.

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Internet Group Management Protocol (IGMP) IGMP offre trois fonctions de base pour les réseaux IP multicast. 1. Requête JOIN: Utilisée pour demander de joindre un groupe et en conséquent recevoir toutes les données transmises vers le groupe. 2. Leave : Grâce à cette requête une machine indique qu'elle ne souhaite plus recevoir d'informations d'un groupe multicast 3- QUERY: Un routeur IGMP peut demander aux machines quels sont les groupes dont elles sont membres. Ceci permet de vérifier si une requête JOIN/LEAVE a eu lieu.

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Internet Group Management Protocol (IGMP)

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Internet Group Management Protocol (IGMP)

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Internet Group Management Protocol (IGMP)

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Paquet IGMP • Les messages IGMP messages ont une longueur de 8octets seulement 14 bytes

20 bytes

8 bytes

Ethernet Header

IP header

IGMP Message

Version Type (= 0) (=1-2)

(unused)

Checksum

32-bit Class D address

•Type: 1 = emis par le routeur, 2 = emis par Host 160

Protocol IGMP H1

H2

R1 Ethernet IGMP query

IGMP Report

161

Protocol IGMP H1

H2

R1 Ethernet IGMP general query IGMP group address = 0 Destination IP address = 224.0.0.1 Source IP address = router's IP address

IGMP group-specific query IGMP group address = group address Destination IP address = group address Source IP address = router's IP address IGMP membership report IGMP group address = group address Destination IP address= group address Source IP address = host's IP address 162

Tables de routage Multicast

Dans routage unicast, chaque routeur dispose d'une table qui définit le plus court chemin vers les destinations possibles

163

Tables de routage Multicast

Table de routage en Unicast 164

Tables de routage Multicast

Dans le routage multicast, chaque routeur doit participer à la construction d’un court chemin pour chaque groupe

165

Tables de routage Multicast

Table de routage en Multicast 166

Les algorthimes deployés par les protocoles de routage Multicast

Plusieurs algorithmes sont déployés par les protocole de routage Multicast: - Spanning Trees - Flooding - Reverse Path Forwarding (RPF) - RPB (Reverse Path Broadcasting) - Core-Based Trees (CBT) - …………………..

167

Les algorthimes deployés par les protocoles de routage Multicast Spanning tree • Permet de construire un arbre recouvrant (spanning tree) permettant la connexion de tous les membres d’un groupe multicast

168

Les algorthimes deployés par les protocoles de routage Multicast Flooding (Inondation) La procédure d'inondation (Flooding) commence dés qu’un routeur reçoit un paquet qui est adressé à un groupe de multicast, Le routeur determine si c'est la première fois qu'il a vu ce paquet particulier ou s'il l’a vu avant. S'il s'agit de la première réception du paquet, le paquet est transmis sur toutes les interfaces sauf celle sur laquelle il est arrivé. Si non le paquet sera jeté

Les algorthimes deployés par les protocoles de routage Multicast Flooding (Inondation)

Les algorthimes deployés par les protocoles de routage Multicast Reverse Path Forwarding (RPF) ⚫

⚫

Normalement dans le routage unicast, on cherche l’adresse de destination dans la table de routage, pour le choix de l’interface de sortie sur la quelle sera émis le paquet RPF: on Cherche l’adresse de source dans la table de routage. Le paquet sera transmis si et seulement s’il arrive de cette inteface

Cisco IP multicast technology overview

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Les algorthimes deployés par les protocoles de routage Multicast L’algorithme RPB (Reverse Path Broadcasting) est l’algorithme de base de construction d’un arbre basé à la source. Lors de la réception d’un paquet multicast, un routeur compare l’interface sur laquelle ce paquet est arrivé à l’interface menant vers la source par le plus court chemin (appelée interface entrante ou interface parent). S’il trouve que c’est la même interface, il duplique le paquet sur toutes ses interfaces autres que celle de réception. Si non, il détruit le paquet

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Les algorthimes deployés par les protocoles de routage Multicast

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Les algorthimes deployés par les protocoles de routage Multicast CBT: Core Base tree: Arbre de diffusion partagé

▪ Un seul et même arbre partagé par tous ▪ Un routeur est connu comme étant le centre de l’arbre appelé Rendez vous Point (RP) ▪ Pour joindre l’arbre: • Les routeurs périphériques envoient des demandes de join directement au RP • Les joins sont traités au niveau des routeurs intermédiaires • Le chemin emprunté par les joins devient une nouvelle branche de l’arbre CBT.

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Les algorthimes deployés par les protocoles de routage Multicast

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Les algorthimes deployés par les protocoles de routage Multicast Si un routeur reçoit un paquet multicast, il encapsule le paquet dans un paquet unicast et l'envoie au Rendez-vous Point. Le routeur Rendez-vous point consulte sa table de routage pour router le paquet vers le groupe spécifié.

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Les algorthimes deployés par les protocoles de routage Multicast

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Les algorthimes deployés par les protocoles de routage Multicast

CBT: Core Base tree: Arbre de diffusion partagé

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Protocoles de Routage Multicast • On distingue deux types de protocoles de routage Multicast:

1. Mode dense (inondation) Exemple: DVMRP(Distance Vector Multicast Routing Protocol ) , PIM DM et MOSPF. PIM est Protocol Independent Multicast Dans le mode dense, on suppose que les abonnés aux groupes multicast sont nombreux

2. Mode épars (sparse) Exemple: PIM SM Dans le mode épars, on a une faible population d’abonnée

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Protocole DVMRP Le protocole DVMRP Distance Vector Multicast Routing Protocol agit en mode dense: flooding + pruning ▪ on inonde (flooding ) tout l'arbre multicast: Quand un multicast paquet arrive sur une interface du routeur, celui-ci verfie s’il a déjà vu ce paquet. Dans le cas positif, le paquet sera ignoré et ne sera pas transmis. Dans le cas contraire, le paquet sera émis sur toutes ses interfaces sauf sur celle où a été reçu le paquet. ▪ Pour eviter les boucles on déploie le protocole RPF(Reverse path forwarding) ▪ Flooding consomme plus de bande passante. ▪ Les routeurs qui ne sont pas intéressés par un paquet, le disent et ils sont élagués de l’arbre (pruning ) 180

IGMP Snooping/ CGMP IGMP Snooping est un mécanisme de commande de multicast qui fonctionne dans la couche liaison de données. Il est employé pour la production et le maintien des entrées de transmission de multicast. Le CGMP est equivalent au IGMP snooping mais sur une plate forme cisco

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BGP/MBGP

Multiprotocol BGP (MBGP) est défini dans RFC 2283. MBGP inclut kes informations de routage pour : • IPv4 Unicast routing • IPv4 Multicast RPF checking • IPv6 Unicast routing

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