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LES RSEAUX HAUTS DBITS

Introduction Au fil du temps, larchitecture des rseaux locaux se complique avec larrive des rseaux mtropolitains dont la dimension peut atteindre plusieurs centaines de kilomtres. Deux facteurs sont souvent cits pour expliquer la ncessit de rseaux hauts dbits. Ce sont la dcentralisation des traitements vers une architecture distribue de type client serveur et la forte expression de nouveaux besoins. Ces deux facteurs ont fortement modifi la nature des trafics sur les liens. Les besoins de dvelopper des applications multimdias, telles que donnes, son et images animes, ont engendr la ncessit de dbits importants. Une des solutions pouvant satisfaire ces contraintes et exigences est la mise en place de rseaux multiservices ou intgration de services. Les rseaux hauts dbits offrent une varit de dbits suprieurs 100 Mbps et sont destins aussi bien aux rseaux locaux quaux rseaux longue distance. Comme support dinformation, cest--dire pour la transmission, ils utilisent la fibre optique.

Les rseaux FDDI, FDDI-II (Fiber Distributed Data Interface)

Prsentation de FDDI Ce type de rseau est en anneau jeton et utilise la fibre optique, bien que certains de ces rseaux aient pour support le fil de cuivre paires torsades (TP-CDDI Twisted Pair Copper Distributed Data Interface) et soient limits 100 Mbps. Leurs applications sont les rseaux fdrateurs, et, pour ce qui est de la version amliore de FDDI-II, le support de la voix et de la vido. Lanneau jeton a t mis au point par IBM (token ring). Chaque ordinateur est reli lanneau et achemine les trames (informations) lordinateur voisin. Ce type de rseau prsente un tat fragile dans la mesure o lorsquune machine du rseau est dfaillante, tout le rseau peut tre inexploitable. Cest l un des dsavantages des rseaux en anneau jeton. Le rseau FDDI est un rseau en anneau double utilisant la fibre optique. Ces deux anneaux fonctionnent de manire suivante :

le premier envoie les donnes lorsque tout fonctionne correctement; le deuxime supple le premier en cas de dfaillance.

Dans un rseau FDDI, les anneaux sont qualifis de contrarotatifs parce que le flux de donnes parcourt le second anneau dans la direction oppose de celle du premier anneau.


Figure 1 : Topologie d'un rseau FDDI

Le FDDI est une norme de rseau local haut dbit (100 Mbps) qui utilise la fibre optique. La technique FDDI propose par le X3.T9.5 de lANSI a t normalise par lISO.

Les composants du modle en couche des rseaux FDDI Le rseau FDDI se dcompose en trois parties :

La couche 2 (liaison) qui se compose de : LLC (Logical Link Control) de format IEEE 802.2 MAC (Medium Access Protocol) de norme X3.139

La couche 1 (physique) compose de :

PHY (Physical Protocol) de norme X3.148 PMD (Physical Medium Dependant) de norme X3.166

Une couche SMT (Station ManagemenT) qui surveille le fonctionnement de

lanneau FDDI par un contrle direct sur les trois couches MAC, PHY et PMD.


Couche 2Liaison

SMT(Station ManagemenT)

X3 T9.5PMD

x3.166

PHYX3.148

LLCIEE 802.2

Couche 1Physique

MACX3.139

Figure 2 : Architecture du modle en couche des rseaux FDDI

Principe de fonctionnement Chaque ordinateur est reli lanneau et fait circuler les informations lordinateur voisin. Chaque station participe aussi la circulation du jeton. Laccs au jeton est gr par la couche MAC. Ainsi, une station qui veut mettre une ou plusieurs trames (informations) doit attendre le jeton. Une fois le jeton reu, elle met ses informations et libre le jeton sur lanneau.

PA SD FC DA SA Donnes FCS ED FS 16 Sym 2 Sym 2 Sym 2 Sym 4 ou 16

Sym 4 ou 12

Sym 8 Sym 2 Sym 3 Sym

Figure 2 : Format des trames FDDI PA : Prambule dau moins 16 symboles Idle.

SD (Statut Delimiter) : cest le dlimiteur de trames. En effet, il indique le dbut de la trame FDDI par deux symboles, I et J.

FC (Frame Control) : ce champ indique le type de trame.

DA (Destination Address) et SA (Source Address) : pour fournir les adresses destination et origine (metteur et rcepteur).

FCS (Frame Check Sequence) : pour protger les champs FC, DA, SA et les donnes.

ED (End Delimiter) : le drapeau (fanion) de fin de trame.

FS (Frame Statut) : comporte les indicateurs derreurs, dadresse reconnue et de trame recopie. Il est compos dau moins 3 symboles : E (erreur dtecte), A (adresse reconnue) et C (trame recopie).


ATM (Asynchronous Transfert Mode) Cest un rseau commutation de cellules (unit de base en multiplexage ATM) de 53 octets utilisant comme support de transmission la fibre optique ou le fil de cuivre paires torsades de 25 Mbps 600 Mbps et plus. Ses applications sont : les rseaux locaux fdrateurs, les rseaux longue distance, la tlphonie et la vidoconfrence.

Les rseaux ATM ATM est un protocole qui a fait son apparition afin dappliquer la tlphonie linformatique. Cest un rseau classique o la commutation de circuit (tlphonie) est remplace par le traitement logiciel de la voix (commutation de paquets). Comme pour les autres rseaux, la transmission de linformation de ATM se fait en trames (cellules) dont la taille est de 53 octets (5 octets den-tte et 48 octets de donnes disponibles). Le principe de multiplexage ATM est la fois temporel et spatial :

Temporel La bande passante est dcoupe en tranche de temps qui sont des cellules

Spatial

Une fois que les cellules sont cres, des notions dadressage dans le multiplexage et dallocation dynamique de la bande passante permettent le routage des cellules entre les voies logiques.

Chaque application remplit les cellules selon les besoins.

Chaque cellule reoit une adresse et est commute individuellement en fonction de cette adresse

Train de cellules

Figure 3 : Principe de multiplexage ATM

Principe de commutation des cellules Les cellules sont commutes au sein de plusieurs quipements crant ainsi des circuits virtuels, partir de deux identifiants, entre les abonns :

un numro de canal virtuel VCI Virtual Channel Identifier pour la commutation individuelle des cellules;


un numro de chemin virtuel VPI Virtual Path Identifier pour la transmission dun paquet de voies virtuelles de bout en bout.

Ainsi, ATM est dfini par deux types dquipements : les commutateurs VPI et VCI. Il existe des interrupteurs ATM qui ne routent qu'au niveau du VPI sans se soucier du VCI. Ils sont utiliss pour des rseaux tendus pour leur efficacit, mais ne prsentent pas dintrt pour les rseaux locaux.

Architecture des rseaux ATM Le protocole ATM est organis selon quatre couches principales :

La couche signalisation pour ltablissement, le maintien et la libration des communications entre les nuds du rseau et ceci travers les circuits virtuels.

La couche AAL (ATM Adaptation Layer) qui dfinit linterface daccs ATM pour les utilisateurs; elle se divise en deux couches distinctes :

CS (Convergence Sublayer), cette couche permet une interface utilisateur pour manipuler les donnes au format PDU (Protocol Data Unit).

SAR (Segmentation and Reassembly) est une interface avec la couche ATM. Elle permet lassemblage des cellules en PDU et le dsassemblage des PDU en cellules.

La couche ATM qui assure le multiplexage des cellules et contrle le flux et la commutation des cellules. Tous les mcanismes de commutation de cellules sont traits ce niveau.

La couche physique PHY (PMD Physical Medium Dependant) qui se charge de la gestion des coutes des signaux sur le support de transmission (fibre optique, cble en cuivre, etc.). Elle assure la transmission et la rception des flux de bits. La couche physique se compose de deux sous-couches :

Couche TC (Transmission Convergence) qui gre les en-ttes de cellules, le contrle des erreurs et du calcul du champ HEC (Header Error Control), lajout et la suppression des cellules vides.

Couche PMD.


Transmission et convergence (TC)Couche Physique(PHY)I.432

ATM I.361

Segmentation et Rassemblage(SAR)

Couche d'adaptationATM(AAL)

I.362 I.363

Sous-couche convergence

(CS) Service spcifiquede la sous-coucheconvergence

(SSCS)

Partie commune dela sous-couche

convergene

Couche Sous-couche 2e Sous-couche

Support de connexion physique (PMD)

Figure 4 : Le modle fonctionnel des protocoles ATM

Les avantages dATM Les rseaux dATM assurent une meilleure qualit de service de bout en bout en

raison de la connexion virtuelle.

Ces rseaux disposent dune bande passante minimale chaque connexion. Ils supportent diverses qualits de services qui satisfont au mieux les besoins de

trafic dapplications (multiservice et multimdia).

La bande passante est alloue la demande par partage optimal grce au multiplexage statique dATM.

Les inconvnients dATM Pour un flux de donnes de faible volume, le temps de connexion peut tre long. Ncessit de connatre les besoins en qualit de service pour la mise en place

dapplications.

Pas de connexions de multipoint multipoint. Toutes les applications TCP/IP doivent subir des modifications afin de trouver les

ressources sur ATM et de pouvoir les exploiter de manire optimale.

Absence de services de scurit intgrs ATM.


SDH, Sonet (Synchronous Digital Hierarchy, Synchronous Optical Network) Il sagit dun mode de transmission numrique pour les rseaux de tlcommunications hauts dbits. Ce rseau de transport utilise la fibre optique pour des dbits allant jusqu 1 Gbps et plus. Ce type de rseau intervient dans les applications de multiplexage de flux comme ATM et RNIS.

Les rseaux numriques synchrones Ds 1984, la demande pour de nouveaux services de tlcommunications large bande sest faite de plus en plus croissante de la part des oprateurs. Ils avaient besoin de liaisons pouvant supporter les hauts dbits. Cest ce qui a t l'origine des travaux sur les rseaux optiques synchrones (Sonet), dont les premiers rsultats ont t publis aux tats-Unis la fin de 1986, sur linitiative de BELLCORE (BELL COmmunication REsearch). Sonet fonctionne au niveau de la couche physique du modle OSI. Sonet (Synchronous Optical Network) est un protocole dorigine nord-amricaine. Il sagit de la technologie de transport optique qui devenue le standard pour la transmission des rseaux numriques en Amrique du Nord et au Japon. Cest le mode utilis par les rseaux fdrateurs de tlcommunications optiques en ce qui concerne le transport du signal numrique (paquets de la voix et des donnes) sur de longues distances. Cette norme a t cre pour surmonter les dficiences des rseaux plsiochrones. Ces rseaux taient ainsi dnomms pour signifier le fait quils ntaient pas tout fait synchrones. Ainsi, ce nouveau protocole de rseaux synchrones met davantage laccent sur les capacits dadministration du rseau, linterfaage, la compatibilit et le multiplexage. La norme Sonet a t propose par lECSA Exchange Carriers Standards Association pour validation auprs de lANSI American National Standards Institute. On a lespoir que cette norme sera au cur de larchitecture mondiale des tlcommunications pour les prochaines dcennies. Toute la difficult de la normalisation de ce protocole a t de trouver un compromis entre les intrts amricains, europens et japonais afin de garantir l'interconnexion des diffrents rseaux des oprateurs, les Europens ayant cr leur propre norme, le SDH ou Synchronous Digital Hierarchy. De nos jours, Sonet et SDH forment un standard mondial pour les rseaux numriques, ce qui permet aux systmes de transmission de communiquer au moyen de support optique. Sonet dfinit une nouvelle norme pour les rseaux optiques synchrones (Optical Carrier ou OC) et son quivalent lectrique pour la transmission synchrone des signaux numriques (STS Synchronous Transport Signals) par fibre optique. Ce nouveau standard, et son quivalent lectrique, voit ses diffrents dbits ainsi dfinis dans le tableau ci-dessous.

Tableau 1 : Dbits optiques pour la norme Sonet

Niveau porteuse optique Equivalent lectrique Dbit (Mbit/s)OC-1 STS-1 51,84OC-3 STS-3 155,52OC-12 STS-12 622,08OC-24 STS-24 1 244,16OC-48 STS-48 2 488,32OC-92 STS-92 9 953,28

Diffrents dbits Optiques pour la norme SONET


Vous remarquerez que tous ces dbits sont des multiples du dbit 51,84 Mbps. Ainsi, OC-48 = 48 x 51,84 = 2 488,32 Mbps. Les niveaux les plus utiliss sont aujourd'hui des rseaux combinant les niveaux 3, 12, 48 et maintenant le 192. La figure ci-dessous illustre la structure du multiplexage de base du protocole. Le protocole Sonet supporte tout type de service, en partant de la voix jusquaux applications multimdias les plus gourmandes (images, donnes haute vitesse). Cela a t rendu possible par la mise au point dadaptateurs de services. Un adaptateur de services cre un lien dun signal dans lenveloppe de la charge utile (payload) du niveau STS-1 ou de son affluent virtuel (VT Virtual Tributary). Ainsi, pour ajouter de nouveaux services ou adaptateurs de services, il ny a qu les ajouter dans lchelle du rseau Sonet. Imaginez un peu Sonet comme un fleuve et les VT, comme ses affluents. Ainsi, les affluents emmnent leurs contenus au fleuve qui les transporte plus rapidement et les redistribue vers dautres affluents. Nous remarquons enfin que les informations qui taient sous forme lectrique sont converties (convertisseurs E/O) en signaux lumineux pour tre vhicules par les supports optiques. Une fois les signaux arrivs destination, le phnomne inverse est ralis en commenant par les convertisseurs E/O jusqu aboutissement complet de la chane.

Figure 3 : Liaison de type Sonet (de bout en bout)

Bien que les transmissions haut dbit passent par le systme Sonet sous forme optique, elles ne commencent ni ne finissent forcment de cette faon. E n effet, tout le monde na pas opt pour cette technologie. La seule chose qui importe pour lutilisateur, cest que ses communications se passent bien. Toutes les informations en entre sont ventuellement converties dans un format de base compatible un signal synchrone STS-1 (51,84 Mbps ou plus). Pour les dbits infrieurs STS-1, une mise niveau est effectue par les VT (nous rappelons que les VT sont des affluents) qui les encapsulent avant le multiplexage afin de les adapter aux normes du rseau Sonet (n x 51,84 Mbps). Ensuite, plusieurs STS-1 sont multiplexs ensemble pour donner lieu un processus un ou deux niveaux afin de former un signal lectrique STS de niveau n (n = 1 ou plus). Les signaux ainsi multiplexs sont


ensuite convertis en signaux optiques par un convertisseur lectrique/optique plac en aval du multiplexeur. De mme, en amont du dmultiplexeur, un convertisseur optique/lectrique sera plac pour effectuer le processus inverse.

Sonet est un protocole dont la structure de transport est base sur la synchronisation des signaux dont le dbit de base opre des multiples de 51,84 Mbps qui est la vitesse de base du signal (STS-1 et OC-1). Il ne faut pas perdre de vue que STS-n est un signal lectrique de niveau n et OC-n est son quivalent optique. Lindice n indique le nombre de signaux STS-1 multiplexs en un seul flux et la vitesse ( n fois la vitesse de base, soit donc n x 51,84 Mbps) laquelle Sonet opre.

Entre la source et la destination, une transmission peut passer par plus d'un multiplexeur intermdiaire, ainsi que par un certain nombre de commutateurs, des routeurs et des rpteurs, pour amplifier le signal. Dans la terminologie Sonet, diffrents noms ont t donns pour dfinir les diffrentes parties de cette route :

Une section dsigne une mme longueur de cble en fibre optique. Une ligne reprsente un segment sparant deux multiplexeurs. Un chemin (path) dsigne le trajet complet entre le multiplexeur source (o les

signaux des affluents sont combins) et le multiplexeur de destination (o les signaux sont dmultiplexs pour tre transmis).

En effectuant tout ce travail d'organisation, de multiplexage, de transmission et de routage des trames, Sonet s'appuie sur quatre couches de protocoles, dont chacune gre un aspect de toute la transmission. Voici, sommairement expliqu, le fonctionnement de ces couches :

La couche photonique convertit les signaux lectriques sous forme optique. La couche section cre les trames et s'occupe de grer les erreurs de

transmission. La couche ligne est en charge du multiplexage, de la synchronisation et du

dmultiplexage. La couche chemin s'occupe d'amener la trame de la source sa destination.

Il existe bien d'autres dtails plus techniques dans la dfinition d'un rseau Sonet, mais ce que nous venons de voir en constitue les bases et devrait vous aider comprendre comment il fonctionne. Ce qu'il faut surtout retenir, cest que Sonet reprsente un transport rapide et fiable pour les technologies en dveloppement ou venir des rseaux tendus, telles que le RNIS large bande (et, par extension, ATM). Retenons aussi que Sonet est laffaire des oprateurs de tlcommunications tels que AT&T, Bell ou Sprint. Les quipements sont trop chers pour quune personne isole puisse tre tente par laventure.

Les rseaux SMDS (Switched Multimegabit Data Service) Ils constituent des rseaux commutation de paquets hauts dbits pour les liaisons longue distance. Cette couche de service au-dessous de ATM ou de DQDB (Distributed Queue Dual Bus) dsigne la norme IEEE 802.6 pour les rseaux MAN. Pour relier les rseaux locaux situs en diffrents lieux, les entreprises louaient des lignes spcialises. Cependant, la location de lignes spcialises (LS) cote assez cher.


Cest un canal qui vous est spcialement rserv par votre oprateur, et cest vous qui demandez le dbit qui vous intresse, ou du moins, celui dont les frais affrents sont le plus la porte de votre bourse. Les oprateurs ont alors propos un nouveau service pour apporter aux entreprises un moyen moins coteux que la location des LS pour relier les rseaux : ce sont les rseaux SMDS Switched Multimegabit Data Service ou Service de donnes commutes en multimgabits. SMDS est un service de communication en rseau public large bande. C'est une technologie sans connexion commutation de paquets. Les rseaux SMDS font partie de la famille des technologies hauts dbits. Leur vitesse de transmission va de 1 45 Mbps et leur connexion nest disponible quau moment o elle est ncessaire. Ce nest donc pas une connexion permanente. Une connexion SMDS est une adresse rseau attribue par un oprateur de tlcommunications et cette adresse sert connecter un rseau local un autre. Elle est conue comme un numro de tlphone incluant le code du pays, celui de la zone de mme que le numro local. Si on veut diffuser simultanment plusieurs rseaux locaux, on utilise une adresse de groupe. Si les utilisateurs ont besoin de transfrer des informations un ou plusieurs rseaux locaux, ils nont qu slectionner tout simplement les adresses appropries pour en indiquer la ou les destinations finales. SMDS se chargera du reste en faisant en sorte que les informations aboutissent aux destinataires. Il faut par contre quun travail pralable soit fait par les utilisateurs avant mission : ils doivent soccuper du contrle de la communication et se charger de rparer les erreurs de transmission. Ces tches sont la charge des rseaux locaux et non pas celle du SMDS. Ce dernier se contente simplement de laisser passer les informations d'un endroit un autre sans se soucier de la forme ni du format de ces donnes. Il agit comme un service de messagerie qui, aprs sa collecte, livre des envois sans se proccuper du contenu. Les paquets transfrs par SMDS sont de longueur variable; ils renferment les adresses de la source et des destinations et peuvent contenir jusqu' 9 188 octets de donnes. Ils sont routs individuellement et peuvent contenir toutes sortes de donnes (paquets ethernet, token ring, etc.) en provenance de nimporte quel type de rseau local.


Figure : Illustration dun rseau SMDS

Les services apports par SMDS peuvent tre exploits par diffrentes plates-formes rseau car cette technologie nest pas particulire un modle type de rseau. On a ainsi la possibilit de passer dun rseau un autre et de bnficier des avantages quapporteront les dveloppements futurs, ceci tant rendu possible grce son caractre volutif tout en conservant une compatibilit avec les services des donnes des utilisateurs. La principale plate-forme utilise pour les accs SMDS est base sur DQBD qui est un protocole de communication dvelopp par une universit australienne et soutenu par Telecom Australia. Ce protocole a t normalis par lIEEE 802.6 et lISO 8802.6 comme norme de rseau mtropolitain. Il a t mis au point paralllement ATM et utilise le format des cellules de 53 octets dont 48 de charge utile. Les paquets SMDS de longueurs variables doivent ainsi tre segments dans un nombre appropri de cellules lorsquils sont encapsuls dans DQDB. Ce dernier permet des transferts isochrones et asynchrones en mode connect ou non des dbits allant de 45 155 Mbps. Afin de rendre compatibles les accs DQDB vers des centres de rseaux de commutation pour les utilisateurs, un nouveau protocole a t mis en uvre : le SIP (SMDS Interface Protocol). Le DXI (Data eXchange Interface) est quant lui un protocole qui a t dfini afin de donner SMDS la possibilit de supporter des connexions srie particulirement celles bases sur les trames HDLC. Le protocole SIP est un protocole trois niveaux qui contrle les accs des utilisateurs aux rseaux. Au niveau 3, SIP reoit et transporte les trames de la couche de niveau suprieur. Au niveau 2, SIP, bas sur DQDB, contrle les accs au support physique. Au niveau 1, SIP prend en compte le systme de transmission. Une version 622 Mbps devrait tre disponible prochainement.


Conclusion L'arrive dsormais inluctable des hauts dbits implique dans nos socits des bouleversements structurels. Cette perspective doit se traduire maintenant en orientations, en dcisions et en actions. La technologie hauts dbits suppose la mise en place dinfrastructures cbles, de fibre optique, de cble coaxial, paire torsade ou radio. Les systmes SONET transportent soit des signaux numriques de type optique, soit des signaux analogiques pour la transmission dimages vido. Cette technique de transmission par le biais de la fibre optique est aujourdhui trs largement employe dans les infrastructures terrestres et sous-marines longue distance. En fait, les technologies hauts dbits se retrouvent actuellement sur tous les types de rseaux. Elles sont mises en uvre tant au niveau des dorsales dinterconnexion quau niveau des boucles locales dabonns. Les techniques modem rcentes comme le cble, xDSL, LMDS et le satellite permettent daccder plus facilement aux rseaux hauts dbits sans goulots dtranglement. Il est de nos jours relativement simple de les mettre en uvre. Quant les administrer, cela reste encore le domaine de quelques gourous

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