TECHNOLOGIE ADSL BeWAN systems (Fév 03)

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1 TECHNOLOGIE ADSL BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 1

2 Table des matières INTRODUCTION... 3 ADSL, C'EST QUOI?... 3 QUELS SONT LES AVANTAGES D'ADSL?... 3 ADSL PROPOSE DIFFERENTES VITESSES... 3 DIFFERENTS TYPES D'ADSL... 3 ADSL PLEINE VITESSE... 3 ADSL G.LITE... 4 AVEC OU SANS SEPARATEUR DE SIGNAL... 4 COMPARAISON ENTRE UN MODEM ADSL ET LES AUTRES... 4 TOUJOURS ACTIF... 4 CONNEXION PRIVEE... 4 FIABILITE D'ADSL... 4 SECURITE D'ADSL... 5 FAIBLESSES POTENTIELLES... 5 COMMENT FONCTIONNE ADSL?... 5 COMMENT OBTENIR ADSL?... 5 À QUOI PEUT ME SERVIR ADSL?... 5 RESUME D'ADSL... 5 ANNEXES & MODULATIONS... 6 MODULATIONS DE L ANNEXE A... 6 MODULATIONS DE L ANNEXE B... 9 MODULATION DE L ANNEXE C SEPARATEURS & FILTRES COMPARAISON ENTRE ADSL ET G.LITE TECHNOLOGIES DSLAM PRESENTATION D'ATM POURQUOI ATM? ATM, C EST QUOI? NORMALISATION D ATM INTERFACES ATM CONNEXION VIRTUELLE RESEAUX D ACCES ATM POUR ADSL UNE ARCHITECTURE TOUT ATM POUR ADSL ARCHITECTURE BAS ET NSP ÉTAPES D AUTHENTIFICATION ENTRE SERVEURS RADIUS ENCAPSULATION IP DERIVEE (PONTAGE) ROUTAGE PPP AUTRES TECHNOLOGIES DSL PRESENTATION DE XDSL GLOSSAIRE BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 2

3 Introduction 1985 : Bell Labs découvre un nouveau moyen permettant aux fils de cuivre de prendre en charge les services numériques modernes : Avec le déploiement d'hdsl, les compagnies de téléphone peuvent offrir un service de niveau T1 sur fils de cuivre sans répéteurs. Les compagnies de téléphone commencent à promouvoir ADSL pour pénétrer sur le marché de la vidéo : Des sociétés novatrices commencent à voir dans ADSL une réponse aux besoins d'accès rapide à Internet. Aujourd'hui : Partout dans le monde, le déploiement constant d'adsl assure un accès rapide à Internet. ADSL, c'est quoi? ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) est une nouvelle technologie de communication large bande qui permet un accès rapide à Internet et à des réseaux éloignés sur les lignes téléphoniques (POTS, RNIS, ) déjà en place dans votre domicile. Par plusieurs aspects, ADSL est supérieur aux modems analogiques. Quels sont les avantages d'adsl? Sur une même ligne téléphonique, vous pouvez parler en même temps au téléphone et utiliser Internet La vitesse de connexion à Internet est 140 fois supérieure à celle des modems analogiques Vous restez toujours connecté à Internet Vous disposez à votre domicile de votre propre connexion privée Votre connexion est très fiable Votre connexion est hautement sécurisée ADSL propose différentes vitesses Avec ADSL à pleine vitesse, la transmission peut atteindre 8 Mégabits par seconde. Avec ADSL G.Lite, les téléchargements peuvent atteindre 1,5 Mégabits par seconde, soit une vitesse 25 fois supérieure à celle d'un modem 56 K et 50 fois supérieure à celle d'un modem 28,8 K! Les fournisseurs de services proposent aussi des débits moins élevés (à partir de 128 Kb/s) à moindre coût. Différents types d'adsl ADSL pleine vitesse ADSL universel (G.Lite) ADSL pleine vitesse Avec ADSL pleine vitesse, les transmissions "en aval" (depuis Internet vers votre ordinateur) peuvent aller de 1,5 à 8 Mégabits par seconde Dans le sens "amont", de votre ordinateur vers Internet, elles peuvent atteindre 1 Mb/s Plus le central téléphonique est éloigné, plus les débits potentiels diminuent Les coûts du service sont plus élevés qu'avec ADSL "G.Lite", dont le débit cependant est plus limité BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 3

4 ADSL G.Lite ADSL G.Lite est une version réduite qui permet un débit aval de 1,5 Mb/s et un débit amont de 384 Kb/s. Des fournisseurs de services peuvent proposer des débits plus lents à des coûts plus faibles Moins cher qu'adsl pleine vitesse Plus facile à installer Avec ou sans séparateur de signal ADSL pleine vitesse nécessite qu'un matériel, appelé séparateur, soit installé sur votre ligne téléphonique à l'entrée de votre domicile pour séparer le service vocal du service données En général, ADSL G.Lite ne nécessite pas de séparateur, sauf avec certains types de câblage ou de téléphone. Comparaison entre un modem ADSL et les autres Analogue 56 Bande descendante Bande montante RNIS 64 RNIS 128 G.Lite Full ADSL Toujours actif Comme la transmission des informations est indépendante des appels vocaux/fax, vous pouvez rester connecté à Internet en permanence. Les ouvertures/fermetures de session deviennent inutiles Plus de signal occupé Plus d'attente il suffit d'ouvrir votre navigateur! Connexion privée ADSL assure une connexion privée à Internet, alors qu'avec le câble, vous partagez une ligne avec d'autres utilisateurs du voisinage. Fiabilité d'adsl Un avantage des compagnies de téléphone est le nombre restreint des pannes, à la différence des compagnies du câble. Même en cas de coupure de courant, vous pouvez toujours appeler au téléphone. À la différence du câble, la vitesse de connexion ne dépend pas de la bande passante utilisée par vos voisins. BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 4

5 Sécurité d'adsl La connexion privée utilisée par ADSL offre plus de sécurité que le câble. Comme les utilisateurs du câble partagent la bande passante avec leurs voisins, les informations transitant sur le réseau sont plus faciles à pirater. Faiblesses potentielles Certains matériels installés par les compagnies de téléphone sur leurs lignes peuvent dégrader considérablement les performances d'adsl. La plupart des fournisseurs de services testent la compatibilité votre ligne avant de vous proposer leurs services. Certains domiciles peuvent nécessiter un recâblage. Comment fonctionne ADSL? Une ligne téléphonique permet une connexion vocale et une connexion Internet grande vitesse Les appels vocaux/fax n'utilisent que des fréquences inférieures à 4 khz Les fréquences supérieures à 4 khz sont réservées à la transmission des données Comment obtenir ADSL? Il faut souscrire un abonnement ADSL auprès de la compagnie de téléphone et un autre auprès d'un fournisseur de services Internet ; il faut également disposer d'un modem ADSL. À quoi peut me servir ADSL? Téléchargement plus rapide de tout ce qui est numérique Sons de qualité CD Sites Web riches en graphiques Multimédia plus rapide et de meilleure qualité Plus grande rapidité d'échange dans les jeux à plusieurs partenaires Résumé d'adsl ADSL renouvelle l'utilisation des lignes téléphoniques existantes. Plus de rapidité! Connexion constante! Cohabitation voix/données sur une même ligne! Pour dialoguer en direct, ADSL est ce qui se fait de mieux! BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 5

6 Annexes & modulations Pour les compagnies de téléphone, il est important qu'adsl fonctionne sur les lignes téléphoniques déjà en place. Comme la plupart des pays utilisent POTS comme service standard pour leurs lignes téléphoniques, ADSL a d'abord été développé pour les lignes POTS. C est l objet de l annexe A. A l'exemple de l'allemagne, les opérateurs téléphoniques installent un réseau numérique à intégration de services (RNIS) ; ainsi, les sociétés ADSL (comme Alcatel, Siemens ) développent un moyen de faire fonctionner ADSL sur des lignes RNIS. C est l objet de l annexe B. Dans certains pays, tels que le Japon, l'opérateur téléphonique utilise RNIS, mais avec quelques modifications. Elles font l'objet de l'annexe C. Au Japon, les câbles de transport, qui vont du central aux points de distribution, sont généralement isolés à la pâte de papier. Chaque câble de transport contient 400 paires de cuivre torsadées. Une grande partie de ces paires de cuivre torsadées isolées à la pâte de papier desservent des abonnés RNIS. En présence de signaux ADSL, ce type d'isolation peut provoquer un affaiblissement du signal ADSL à des fréquences élevées et le signal RNIS contigu entraîne des interférences significatives avec la voix. La conjugaison de cet affaiblissement et de ces interférences réduit les performances d'adsl. La norme G.dmt, en annexe C, a été définie pour réduire ces effets et améliorer les performances d'adsl. L'annexe C d Analog Devices propose une solution assurant un fonctionnement en mode FBM ou DBM. Avec la boucle obtenue, la portée et l'interopérabilité sont impressionnantes ; les performances atteignent ainsi le niveau international des solutions des annexes A et B. D autres annexes existent, mais nous n en parlons pas, puisqu'elles ne sont pas destinées aux utilisateurs finaux. Modulations de l annexe A L'American National Standards Institute (ANSI), groupe de travail T1E1.4, a approuvé le premier ADSL en Il acceptait des débits pouvant atteindre 6,1 Mb/s (norme ANSI T1.413). L'European Technical Standards Institute (ETSI) a ajouté une annexe à T1.413 pour répondre aux besoins européens. T1.413 (édition I) était limitée à une interface terminal unique côté local. L édition II (T1.413i2), approuvée en 1998, étendait la norme pour inclure une interface multiplexée côté local, des protocoles de configuration et de gestion du réseau, ainsi que d autres améliorations. Les travaux portant sur l édition III ont été finalement soumis à l ITU-T, organisme de normalisation international, pour développer les normes internationales d ADSL. Les normes ADSL de l ITU-T sont souvent appelées G.Lite (G.992.2) et G.dmt (G.992.1) les deux ayant été approuvées en juin Comme la norme internationale a permis plus d'interopérabilité entre fournisseurs et élargi l'éventail de fournisseurs de services possibles, elle a stimulé le déploiement d'adsl qui est devenue une technologie plus accessible. Comme la technologie DSL (ligne d abonné numérique) utilise l infrastructure au cuivre existante, il faut une vérification sommaire de l installation et de la nature du fil de cuivre de la ligne d abonné. Les câbles de distribution de qualité téléphonique traditionnels utilisent des paires de fils de cuivre torsadés (calibre 19 à 26). Le support est aérien ou enterré. Les critères qui limitent la ligne sont l affaiblissement, le bruit et la diaphonie. Affaiblissement : L affaiblissement (ou la perte) est la dissipation d énergie subie par un signal électrique pendant son trajet le long d'une ligne de transmission. Initialement, l installation des lignes ciblait des services téléphoniques analogiques situés dans un spectre autour de 4 khz, sans tenir compte de l utilisation future des bandes hautes fréquences. Pour limiter la perte et augmenter la portée, les compagnies de téléphone ont diminué la résistance série de la ligne en utilisant des fils de calibre supérieur. Elles ont également augmenté l inductance série de la ligne avec des bobines de charge et utilisent des amplificateurs analogiques électroniques pour apporter un gain de compensation à la ligne de transmission. Bruit : Les sources les plus fréquentes de signaux électriques parasites sont les lignes d alimentation électrique adjacentes et le matériel. Par exemple, les bougies, les appareils électriques et les moteurs peuvent générer du bruit, appelé interférence électromagnétique (EMI). La télévision, la radio, les systèmes radio cellulaires et les faisceaux hertziens peuvent générer aussi du bruit. On parle alors d interférence radioélectrique (RFI). BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 6

7 Diaphonie : La diaphonie se produit quand l énergie est couplée entre deux paires de câbles adjacentes. Elle provoque des erreurs de bits et une distorsion des signaux numériques. Ce phénomène se produit parce que les lignes de transmission sont disposées en groupes, comme des câbles en paires. Quand une partie de l énergie d une ligne de transmission est couplée avec une ligne adjacente sous forme de bruit, il y a un risque de diaphonie. Il faut prendre en considération d autres phénomènes. Lors de la mise en place des équipements au cuivre, le but initial des entreprises de téléphonie locales était de fournir à moindre coût une ligne de qualité téléphonique (4 khz) dans leurs zones d intervention sans dépasser les normes de perte en ligne (8 db). Pour cela, elles associaient différentes capacités de câbles (généralement 24 à 36), créant des désadaptations d impédance et des réflexions. Pour les lignes d abonnés en milieu rural, la plupart des entreprises de téléphonie utilisaient des amplificateurs analogiques (prolongateurs de ligne) au central téléphonique pour stimuler les niveaux des signaux. Pour obtenir des lignes de portée plus importante, elles utilisaient également des inducteurs (bobines de charge) pour compenser les capacités des câbles en paires. Pour mieux comprendre la difficulté de l environnement dans lequel les émetteurs-récepteurs DSL doivent fonctionner, nous développons ci-dessous quelques techniques de transmission numérique. Méthodologie de transmission de données numériques La transmission d un flux numérique d un point A vers un point B nécessite un certain traitement. Au minimum, il faut une puissance suffisante du signal transmis pour atteindre côté récepteur un rapport signal sur bruit (SNR) adéquat. C'est pourquoi on fait appel à des amplificateurs de linéarité acceptable et de distorsion minimale. Cependant, dans le domaine numérique, il y a de nombreuses autres façons de traiter le signal avant sa transmission : Codage de canal. Destiné à maintenir l intégrité de la séquence de données transportée (trame), le codage de canal peut incorporer des techniques de correction d erreurs telles que l autocorrection des erreurs Reed- Solomon (RS FEC) et l entrelacement. Codage de ligne. Ce type de codage implique la conversion des séquences de chiffres binaires en structures transmissibles sous forme d impulsions (modulation). Le codage de ligne conserve aussi une synchronisation régulière de la séquence de bits et peut utiliser des techniques de détection d erreurs telles que le treillis ou Viterbi. Génération d impulsions. Dans le cadre de la transmission et de la détection d impulsions individuelles, la génération d impulsions peut être modélisée en tant que filtre avec une réponse impulsionnelle égale à la forme d impulsion souhaitée. Cette couche est étroitement liée à la sortie analogique, parce qu elle est concernée par la gestion des formes d onde sur la ligne et par la maximisation du rapport signal sur bruit. Autocorrection des erreurs Reed-Solomon (RS FEC) Les erreurs de transmission, telles que le bruit, les interférences ou la distorsion, sont dues à des problèmes de signal. Quand une erreur est détectée, la correction la plus classique consiste à demander une retransmission. Une autre méthode de correction ajoute quelques bits aux données transmises, ce qui permet de les corriger à l extrémité réceptrice. Il s'agit alors d'une autocorrection des erreurs (FEC). Une des méthodes d autocorrection est le codage RS qui utilise des codes de blocs. Les codes de blocs RS sont basés sur des groupes de bits. Ces groupes de bits sont référencés sous forme de symboles. Prenons le cas où un symbole = 6 bits et un mot de code = soixante trois symboles (47 de charge utile/16 d autocorrection). Avec ces paramètres, le matériel récepteur peut corriger des erreurs de charge utile de 12 bits de long. Comment une bouffée de bruit est-elle gérée? C est ici que l entrelacement intervient. L entrelaceur stocke ligne par ligne des symboles provenant de différentes trames et les lit colonne par colonne. Ainsi, par autocorrection RS et entrelacement, l unité réceptrice peut résoudre et récupérer des erreurs de bits provoquées par du bruit. G.DMT et G.Lite utilisent tous deux l autocorrection et l entrelacement, mais G.Lite utilise un jeu de paramètres réduit pour le codage de l autocorrection et l entrelacement. DMT BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 7

8 La clé des performances de DMT réside dans la division de la bande passante disponible en sous-canaux indépendants et orthogonaux. En mesurant le rapport signal sur bruit de chaque sous-canal et en attribuant un nombre de bits en fonction de sa qualité, DMT transmet des données sur des sous-porteuses ayant un rapport signal sur bruit correct et évite les régions du spectre de fréquences trop bruyantes ou très affaiblies. La technique de modulation sous-jacente est basée sur une modulation d amplitude en quadrature (QAM). Chaque sous-canal a une largeur de 4,3125 khz et peut transporter jusqu à 15 bits. Les sous-canaux sont attribués en fonction des paramètres suivants : Sens aval : 26 à 1104 khz, offrant 249 sous-canaux pour G.DMT ; 26 à 578 khz, offrant 127 sous-canaux pour G.Lite Sens amont : 26 à 138 khz, offrant 25 sous-canaux dans le sens amont. DMT peut utiliser soit une suppression d écho (EC), soit un multiplexage de fréquences (FDM). Comme l affaiblissement de toute ligne de transmission en cuivre augmente avec la fréquence, il vaut mieux transmettre les données dans la bande de fréquences la plus basse possible. Même si la suppression d écho est plus difficile à mettre en œuvre, elle réutilise un spectre de fréquences de meilleure qualité entre 26 et 138 khz. Pour G.DMT, la suppression d écho est facultative. Dans G.DMT, la modulation codée en treillis (TCM), autre fonction facultative, augmente les possibilités de codage, améliorant ainsi le rapport signal sur bruit et l affectation de bits par sous-canal DMT. Codage en treillis et Viterbi Le codage en treillis (TCM) associe un code de convolution et une modulation d amplitude en quadrature (QAM). La redondance du code de convolution nécessite plus d états dans la constellation TCM QAM que dans le cas d'une modulation QAM seule. Le codage en treillis utilise un schéma de codification semblable à celui de la modulation d amplitude en quadrature, mais il ajoute des bits supplémentaires pour sa correction d erreurs. Le codage en treillis agit en continu sur les données en entrée et la codification des bits en entrée dépend donc de ce qui s est passé avant ; on parle alors de mémorisation. Cette mémorisation permet, selon la valeur du signal qui précède, de déterminer si un élément de signal donné est reçu avec ou sans erreur. Le codage en treillis a un ensemble de transitions autorisées basées sur les données précédentes. Le codeur du treillis et le décodeur Viterbi utilisent l équivalent d un calcul d état des données. Ce calcul utilise les données actuelles et précédentes pour déterminer l état des bits qui vont être transmis. En n autorisant que certaines transitions de données (entre un point du treillis et un autre), le codage en treillis dispose d une capacité inhérente de correction d erreur. Si le codage en treillis a été sélectionné par l émetteur, les données reçues doivent traverser un décodeur Viterbi. L algorithme Viterbi de décodage utilise la structure du treillis (les transitions autorisées) et les données en entrée pour déterminer le cheminement le plus probable dans le treillis. Dans G.DMT, le treillis et Viterbi sont des fonctionnalités facultatives. Quand elles sont activées, le débit, l immunité contre le bruit et la portée de la liaison DSL asymétrique (ADSL) sont améliorés. La modulation T1.413, G.dmt ou G.Lite, doit être établie pour que la connexion au réseau ADSL de l opérateur puisse être réalisée. C est comparable à la tonalité d une ligne standard (POTS). Si vous n avez pas de tonalité ou de modulation établie, vous ne pourrez jamais recevoir ou envoyer quelque donnée que ce soit sur la ligne ADSL. T1.413 édition 2 et fréquences G.dmt : 0 à 4 khz pour les lignes POTS 26 à 138 khz pour ADSL vers l'amont 138 à 1105 khz pour ADSL vers l'aval BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 8

9 Fréquences G.Lite : 0 à 4 khz pour les lignes POTS 26 à 138 khz pour ADSL vers l'amont 138 à 512 khz pour ADSL vers l'aval Modulations de l annexe B Il y a environ dix ans, le réseau à intégration de services (RNIS) semblait devoir remplacer les lignes POTS installées par des communications téléphoniques et numériques simultanées, en utilisant la même paire torsadée en cuivre. Et RNIS a tenu ses promesses, principalement en Europe et au Japon, où plus de dix millions de lignes RNIS ont été installées (et ce nombre ne fait que croître). Bien que la technologie RNIS soit disponible en Amérique du Nord, elle n y a pas été largement déployée. RNIS fournit à l utilisateur deux canaux de 64 Kb/s (appelés canaux B ou porteurs) ainsi qu un canal de signalisation plus lent (canal D) souvent utilisé pour les services de paquets de données X.25. Chaque canal de 64 Kb/s peut transporter simultanément la voix et les données. Côté voix, RNIS offre des fonctions d appel améliorées telles que la qualité du téléphone numérique, la numérotation rapide, la mémorisation des appels, l identification de l appelant, le transfert d appel et la transférabilité du numéro local. Du côté données, les deux canaux porteurs peuvent être liés, donnant ainsi une connexion de données bidirectionnelle de 128 Kb/s. ADSL sur RNIS (AOI) promet même des vitesses supérieures sur la même liaison tout en conservant les fonctions RNIS. BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 9

10 L'obstacle principal auquel AOI se trouve confronté est le chevauchement des spectres de fréquences RNIS et ADSL. RNIS occupe jusqu à 80 khz (codage de ligne 2B1Q RNIS) ou 120 khz (codage de ligne 4B3T RNIS) sur le spectre de fréquences de la paire torsadée. ADSL occupe entre 26 khz et 1,1 MHz (256 plages, de 4 khz chacune) le spectre de fréquences. Une bande garde-fou POTS et services ADSL, située entre 4 et 26 khz, permet l'affaiblissement du séparateur (filtre). Pour éliminer le chevauchement des spectres, il est possible de laisser ADSL occuper son spectre de fréquences normal et de transmettre la voix et les flux de bits de données RNIS dans cette bande (à l intérieur de la charge utile ADSL). G.Lite et G.DMT pourraient ainsi être libres d activer et d utiliser les parties inutilisées de la paire torsadée. Un séparateur devient inutile pour G.DMT comme pour G.Lite, et cette approche reste conforme aux normes de l ITU. Cependant, le routage de la voix RNIS sur ADSL signifie que la totalité du trafic doit passer par le modem ADSL, ce qui pose deux problèmes majeurs. Le premier est l impossibilité d alimenter un modem ADSL par la ligne à cause de ses besoins en électricité. Une coupure électrique locale peut interrompre les services téléphoniques de sécurité. Un autre problème est le traitement ADSL des informations RNIS, qui occasionne un retard de 2 ms incompatible avec les normes RNIS. Une alternative à la transmission dans la bande passante consiste à décaler la totalité du signal ADSL au-delà du spectre de fréquences utilisé par RNIS. C est le changement de bande. La procédure d activation ADSL ne pourrait plus utiliser le spectre qui lui est normalement affecté au démarrage, qui tomberait directement dans le spectre RNIS. Ainsi, les modems ADSL devraient utiliser une bande plus élevée. Cette approche est envisagée par les spécifications G.DMT de l annexe B. Avec le changement de bande, les services ADSL et RNIS peuvent coexister. Les communications de sécurité restent préservées et les normes RNIS sont respectées. Actuellement, l annexe B propose 3 modulations différentes dont la plus connue est ITU G Alcatel et Siemens ont développé leur propre modulation pour l annexe B, ETSI pour le premier et DTAG pour le deuxième. Fréquences de l annexe B : 0 à 80 khz pour RNIS (2D1Q) 0 à 120 khz pour RNIS (4B3T) 138 à 286 khz pour ADSL vers l'amont 286 à 1104 khz pour ADSL vers l'aval Modulation de l annexe C L annexe C de G.DMT aborde les questions posées par AOI au Japon. Les lignes des abonnés de ce pays utilisent plus de fils et des techniques d isolation différentes et le même tube transporte souvent des lignes électriques. BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 10

11 Séparateurs & filtres Si une norme G.Lite a pu être établie, c'est en raison d'un facteur primordial, la nécessité de pouvoir installer la technologie côté utilisateur sans intervention ou déplacement sur site de la compagnie de téléphone. Le déploiement coûte par conséquent moins cher. Le but est de se passer d un technicien du téléphone pour installer le séparateur de ligne POTS sur le matériel dans les locaux de l utilisateur. Avec cette version du service, le modem G.Lite et la ligne POTS fonctionnent ensemble sur le même système de câblage du domicile, permettant de brancher un téléphone et un modem informatique dans une prise téléphonique murale standard. Le concept initial est tout à fait différent puisqu'adsl est fourni sur un câblage séparé branché sur un séparateur de ligne POTS centralisé, situé sur la ligne téléphonique à son entrée dans l habitation, généralement dans une unité d interface réseau (NID). Cela nécessite aussi un nouveau câble entre l unité d interface réseau et le modem ADSL. Dans le cas de G.Lite, le téléphone et le service ADSL sont transportés vers l ordinateur sur un câblage domestique commun. Comparaison entre ADSL et G.Lite Une installation G.Lite doit accepter un environnement de fonctionnement plus difficile que le concept de séparateur ADSL initial. G.Lite doit fonctionner sur le câblage du domicile avec un téléphone sans séparateur de ligne POTS. C est le partage des signaux téléphoniques et ADSL sur le même câblage du domicile qui crée la plus grande difficulté pour G.Lite. L illustration ci-dessous montre que le bruit généré par un téléphone dans la même plage BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 11

12 de fréquences que le signal ADSL risque d interrompre le signal ADSL. En outre, l impédance d un téléphone décroché peut être si faible qu elle shunte la puissance du signal ADSL. Quand un séparateur de ligne POTS est installé à l entrée de la ligne dans le domicile, il filtre les signaux téléphoniques avant de les combiner aux signaux ADSL transmis et reçus. Les problèmes de bruit et d impédance sont éliminés avec une installation de séparateur de ligne POTS unique. Les tests ADSL et téléphoniques effectués sur le même câblage ont montré que les perturbations sont extrêmement différentes selon le modèle de téléphone utilisé. Certains combinés, non linéaires, convertissent BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 12

13 les signaux vocaux en signal de bande haute fréquence qui provoque une interférence sur le modem. L inverse peut également se produire et le signal ADSL peut être entendu sous forme de nuisance sonore dans le téléphone. Une solution simple pour traiter ces cas consiste à installer un micro-filtre (filtre passe bas) en ligne entre la prise murale et le téléphone pour éliminer le problème de perturbations. Ce type de filtre ne coûte pas cher et peut être installé facilement par le client. En effet, pour G.Lite, l effet est le même que celui obtenu par un séparateur centralisé. Au lieu d avoir le filtre en un point unique, le filtrage prend la forme d'un séparateur réparti, comme le montre l illustration ci-dessous. Ce micro-filtre en ligne élimine le bruit d interruption et augmente l impédance aux fréquences ADSL pour éviter le shunt du signal ADSL. Comme ils ne coûtent que quelques euros et évitent l envoi d un technicien à domicile, ils représentent le meilleur moyen de résoudre les problèmes d'intervention sur site. Une installation G.Lite doit accepter un environnement de fonctionnement plus difficile que le concept de séparateur ADSL initial. G.Lite doit fonctionner sur le câblage du domicile avec un téléphone sans séparateur de ligne POTS. BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 13

14 Si le problème de bruit ne peut pas être résolu par un simple filtre en ligne, le client peut installer un séparateur centralisé. Pour beaucoup, un séparateur centralisé unique n est pas plus difficile à installer que G.Lite. Une compagnie de téléphone a réalisé un test en proposant un ADSL pleine vitesse avec séparateur de ligne POTS autoinstallable en option. Environ 50 pour cent des acheteurs ont choisi l'option et 90 pour cent ont effectué l installation sans assistance, ce qui tend à prouver que la manipulation n'est pas très complexe. Si les micro-filtres sont installés correctement sur toutes les prises téléphoniques, un domicile peut bénéficier aussi d ADSL pleine vitesse. Leur présence corrige une erreur importante de conception de G.Lite. Orckit a réalisé des tests en situation avec G.Lite qui démontrent que, sans micro-filtre, il y a un ralentissement du service à cause des interférences induites par les combinés téléphoniques.. Avec des micro-filtres correctement installés, il est possible d'atteindre une vitesse optimale. La présence ou l'absence de séparateur, de micro-filtre ou de séparateur centralisé rend la définition de G.Lite très imprécise. Un concept se développe, selon lequel G.Lite sera une technologie moins coûteuse du fait de vitesses moins élevées, installable sans filtre (en l'absence d'interférences par combinés téléphoniques), avec des micro-filtres (en la présence d'interférences téléphoniques) ou avec des séparateurs ADSL centralisés (pour éliminer l installation de nombreux microfiltres). Le problème de l installation de G.Lite sur un ordinateur personnel n est peut-être pas aussi simple à résoudre. La norme G.Lite n aborde pas la complexité des logiciels et des programmes pilotes nécessaires au PC. Elle ne prévoit pas le mécontentement prévisible des utilisateurs, qui vont se plaindre auprès de leur compagnie de téléphone que le service G.Lite ne fonctionne pas, alors que le problème vient d'un pilote logiciel du PC. Dans G.Lite, rien ne résout ce problème, bien que Windows 98 et les nouveaux ordinateurs aux normes G.Lite facilitent l installation de nouvelles unités. Les acheteurs de PC disposant d un modem et de programmes pilotes pré-installés devraient rencontrer très peu de difficultés de cet ordre. Une autre considération est le fait que le câblage domestique ne fait l objet d aucune norme. Souvent, la connexion téléphonique domestique est effectuée sur un câble imparfait peu adapté aux transmissions ADSL. En outre, il est difficile de désigner un responsable des défauts d isolation. Si l utilisateur n a pas de contrat de maintenance avec la compagnie de téléphone pour son câblage domestique, tous les problèmes de câblage relèvent de sa responsabilité. BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 14

15 Technologies DSLAM La technologie DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer ou Multiplexeur d accès DSL) permet de multiplexer plusieurs utilisateurs sur une liaison haute vitesse. Elle réduit le nombre de connexions physiques nécessaires entre les modems du central téléphonique et le réseau principal. Le multiplexage peut être basé sur un schéma TDM (Time Division Multiplexing ou Multiplexage temporel) ou sur des schémas de commutateurs tels que Frame Relay, IP ou ATM. Avec un schéma basé sur des commutateurs, l avantage est de limiter la vitesse de la liaison vers l'amont, vers le réseau principal, à une valeur inférieure à la somme des vitesses d accès de tous les utilisateurs finaux. Ce ratio, appelé ratio de contention, mesure la qualité du service. Les implantations DSLAM avec commutateurs sont principalement utilisées pour les services d accès à Internet ; les implantations DSLAM basées sur TDM servent surtout aux services de lignes spécialisées et à l interfaçage avec des infrastructures patrimoniales du réseau principal. Si le modem est synchronisé, la connexion monte vers le modem du multiplexeur DSLAM (ATU-C). Présentation d'atm Le multimédia, tout le monde en parle, que cette technologie fascine ou laisse indifférent. La tendance consiste à associer du son, des images, du texte et des images animées pour éduquer, divertir ou informer. Les utilisateurs du multimédia savent tous que même les ordinateurs les plus récents ont du mal à suivre l'évolution. Si on y l'augmentation des réseaux de PC subie dans le monde entier ces dix dernières années, il est facile de comprendre que les opérateurs du réseau doivent faire face à des défis totalement nouveaux. Historiquement, des réseaux différents basés sur des technologies différentes se sont développés pratiquement indépendamment les uns des autres. Ainsi, nous avons d un côté des réseaux téléphoniques convenant à la transmission de la voix, avec les restrictions correspondantes en termes de bande passante, fax et signaux de données et de l'autre, des réseaux conçus pour répondre aux besoins spécifiques de la transmission de données. L abréviation ATM signifie Asynchronous Transfer Mode (mode de transfert asynchrone). Derrière ATM, nous trouvons la même idée que celle qui a présidé au développement de RNIS (Réseau Numérique à Intégration de Services) : Fournir un réseau capable de supporter les applications actuelles et futures indépendamment de leurs besoins en bande passante. Le but était de rassembler des télécommunications et des communications de données. Déjà, ATM a montré qu'au cours des prochaines années, il devrait jouer un rôle décisif sur le segment réseau principal des réseaux de télécommunications. De nouvelles applications, telles que la médecine à distance ou la vidéo à la demande (VoD), vont certainement justifier un développement important des réseaux ATM. Ce guide de poche a pour but de présenter les bases d ATM, puis de donner quelques détails sur diverses méthodes de mesure. BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 15

16 Pourquoi ATM? Avant ATM, chaque application nécessitait son propre réseau. La raison principale en était que les conditions à remplir par le moyen de transmission étaient très différentes selon le service à assurer. Par exemple, une bande passante de 3,1 khz convient à la transmission de la voix. Cependant, le délai de transmission de la voix doit être court et rester constant. La transmission de données entre ordinateurs est une toute autre histoire. Les besoins en bande passante ont considérablement évolué avec le temps. Le résultat est que seules de petites quantités de données peuvent être correctement transmises sur un réseau téléphonique. La communication entre ordinateurs est aussi très différente de la conversation humaine. Le transfert de données se fait en rafales. En d autres termes, il peut y avoir alternance entre longues périodes d inactivité et transmission de données pendant quelques secondes à des vitesses de plusieurs Mb/s. Le décalage temporel a une importance mineure. Alors qu'une référence de trame de temps constante entre la parole et le message reçu est absolument essentielle dans les communications entre humains. Différentes technologies ont ainsi été employées pour répondre à différents besoins. Ceci a donné naissance d un côté au multiplexage temporel (TDM), utilisé pour la téléphonie, et d un autre côté à tout un ensemble de protocoles normalisés, basés principalement sur l utilisation de paquets de longueur variable. Par exemple, nous pouvons citer X.25, Frame Relay et IP (Internet Protocol). ATM permet de réunir dans une seule et même entité des réseaux exclusivement destinés aux données et des réseaux exclusivement destinés au téléphone. L utilisation d ATM apporte les avantages suivants : Intégration de divers services tels que la voix, les images, la vidéo, les données et le multimédia, avec adaptation aux différents besoins et aux profils de circulation de données. Standardisation des structures et des composants du réseau, ce qui permet de réduire les coûts pour les fournisseurs de services réseau. ATM permet l'intégration des réseaux pour en améliorer l efficacité et la gestion. Réservation de bande passante pour des technologies nouvelles telles que la médecine et l'enseignement à distance, Internet, la vidéo à la demande, etc. Transmission indépendante du support utilisé ; PDH, SDH, SONET. D autres supports peuvent être utilisés pour transporter des cellules ATM. Toutes ces méthodes de transmission sont transparentes pour ATM. ATM est évolutif, c est-à-dire que la souplesse de la bande passante répond aux besoins de l utilisateur. Qualité de transmission garantie pour répondre aux exigences des clients en matière de service. Téléphone, fax Réseau numérique ou téléphonique analogique Données Réseaux de données tels que X.25, Frame Relay, etc. Télévision par câble Réseaux CATV La technologie ATM montre particulièrement son efficacité dans deux domaines : L abonné accède à des services longue distance. Cela évite les interfaces coûteuses et signifie que la même technologie de communications peut être utilisée d'un abonné à un autre. Malgré ses avantages, la progression d'atm reste lente si on la compare à celle des technologies utilisant les réseaux locaux. ATM, c est quoi? ATM (Asynchronous Transfer Mode ou Mode de transfert asynchrone) est une méthode de communications de données à commutation de circuits et de cellules. Pour transmettre des informations utilisateur et des signaux, ATM utilise des cellules d'une longueur fixe de 53 octets. Elle se différencie donc nettement des systèmes à commutation de paquets, tels que X.25 ou Frame Relay, qui utilisent des paquets de données de longueur variable. Les cellules dépendent du temps et forment ainsi un flux de données continu. Comparées aux procédures synchrones qui effectuent une attribution fixe de tranches de temps, les cellules utilisées par un matériel terminal particulier n ont pas de position fixe dans le flux de cellules. Les besoins en BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 16

17 bande passante de la source sont comblés par l utilisation d un nombre correspondant de cellules par unité de temps. Ce processus pourrait être comparé à un téléski. Les cannes montent de manière continue de la vallée jusqu à la montagne et redescendent. S il y a beaucoup de skieurs, pratiquement toutes les places sont occupées et le téléski est utilisé au maximum de sa capacité. S il y a peu de skieurs, certaines places restent libres. La bande passante, avec ATM, s'adapte de façon très similaire. Un flux continu de cellules part de l utilisateur vers le réseau, et inversement. S il n y a aucune donnée à transmettre, des cellules vides sont insérées dans le flux. Elles ne contiennent aucune information. Si les besoins en bande passante augmentent, le nombre de cellules remplies augmente aussi. Cela signifie que la bande passante a une grande faculté d'adaptation. Normalisation d ATM Deux organismes travaillent sur la normalisation de la procédure ATM. Le premier, ATM Forum, est une association de quelques 700 fabricants et fournisseurs de matériels de télécommunications. Le deuxième est l autorité de normalisation internationale, ITU-T (appelée auparavant CCITT). Ces deux organismes travaillent en étroite collaboration, bien qu il faille mentionner qu ATM Forum réagit beaucoup plus rapidement aux besoins du marché et aux nouveaux développements technologiques. Cela donne des différences mineures enter les recommandations des deux organismes. Interfaces ATM Le réseau ATM présente plusieurs interfaces distinctes. L interface entre le commutateur de l abonné et le matériel terminal est appelée UNI (User Network Interface ou Interface réseau utilisateur). L interface entre les commutateurs du réseau est appelée NNI (Network Node Interface ou Interface entre noeuds du réseau). ITU-T définit des protocoles de signalisation différents pour les deux interfaces. Celui de l UNI publique est spécifié dans la recommandation Q.2931 et celui de la NNI dans la recommandation Q Les deux recommandations sont étroitement basées sur les protocoles RNIS. Si les réseaux sont privés, ils ont leurs propres règles pour les interfaces NNI et UNI. Les protocoles utilisés sont définis par ATM Forum (UNI privée et NNI privée). Tout a commencé par une seule et unique cellule... Les cellules ATM sont les plus petites unités d information normalisées dans le réseau ATM. Toutes les informations utilisateur et de signalisation doivent être représentées dans ce format de cellule. Chaque cellule contient 53 octets, dont les 5 premiers composent l en-tête de cellule et les 48 suivants peuvent être utilisés pour les informations utilisateur ou de signalisation. Les informations de l en-tête de cellule servent principalement à diriger la cellule dans le réseau ATM. BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 17

18 GFC (Generic Flow Control, Contrôle de flux générique, 4 bits) : Ce champ de 4 bits est réservé à la configuration du matériel de l abonné. Destiné à contrôler un éventuel bus système sur l interface utilisateur, il est actuellement inutilisé. VPI (Virtual Path Identifier, Identifiant de chemin virtuel, 8 bits) : Le VPI contient la deuxième partie des instructions d adressage ; Il est prioritaire sur le VCI. Le VPI rassemble plusieurs canaux virtuels. Cela permet de diriger rapidement les cellules dans le réseau, puisque ce dernier contient des interconnexions ATM qui envoient le flux de cellules dans diverses directions en fonction du VPI. Le VPI le VCI sont attribués par les centres de commutation quand l appel est établi. VCI (Virtual Channel Identifier, Identifiant de canal virtuel, 16 bits) : Ce champ contient une partie des instructions d adressage. Toutes les cellules appartenant au même canal virtuel ont le même VCI. Dans chaque cas, l identifiant de canal virtuel indique une section de chemin entre centres de commutation ou entre le centre de commutation et l abonné. Tous ces VCI mis ensemble donnent le chemin à travers le réseau. PTI (Payload Type Identifier, Identifiant du type de charge utile, 3 bits) : Ce champ indique le type de données du champ réservé aux informations. Il y a une distinction entre les informations du réseau et celles de l'utilisateur. CLP (Cell Loss Priority, Priorité de perte de cellule,1 bit) : Ce champ détermine l'ordre de suppression des cellules dans le cas d un engorgement du réseau. Si une cellule a un CLP égal à 0, elle a plus de chances d'être supprimée que si elle a CLP égal à 1. HEC (Header Error Control, Contrôle d erreur d en-tête, 8 bits) : Ce champ est prévu pour contrôler et, en quelque sorte, corriger les erreurs pouvant survenir dans les données de l en-tête. Le HEC sert à synchroniser le récepteur avec le début de la cellule. Une procédure de type CRC est utilisée pour la détection des erreurs (contrôle de redondance cyclique). Le CRC est basé sur la division du champ d en-tête par le polynôme générateur x8 + x2 + x + 1. Connexion virtuelle ATM est une procédure de communication à commutation de circuits, ce qui signifie qu il faut établir une connexion à travers le réseau avant de transférer des informations (comme une connexion téléphonique). Dans le réseau ATM, la connexion est dite virtuelle, puisqu elle n existe pas physiquement, mais est présente uniquement sous la forme de tables de routage dans les centres de commutation. Pour diriger les cellules à travers le réseau, on utilise les informations des identifiants VPI et VCI. Dans chaque cas, les informations ne s appliquent qu à une partie de la connexion. Le VCI est attribué par le centre de commutation et, associé au VPI, identifie toutes les cellules appartenant à une connexion particulière. Quand une connexion est libérée, les valeurs du VCI sont mises à la disposition du réseau. Les valeurs du VPI indiquent des chemins dits virtuels, qui permettent de rassembler les canaux. Les interconnexions ATM peuvent changer le VPI et effectuer ainsi un certain degré de sélection. Les commutateurs ATM sont les seuls à gérer la commutation des cellules avec les changements auxiliaires dans les deux parties des informations d adressage. BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 18

19 Réseaux d accès ATM pour ADSL Des fournisseurs de services réseaux vont proposer à court terme des réseaux ADSL avec PVC (circuits virtuels permanents) et des chemins basés sur ATM entre un terminal utilisateur et un fournisseur de services d informations, tel qu'un fournisseur de services Internet (ISP) ou un portail de réseau local d entreprise. Un PVC est créé par un administrateur réseau suite à une demande de service et il ne peut pas être modifié par l utilisateur. Un PVC vers Internet (via un ISP par exemple) donne accès à toutes les ressources Internet au moyen d un routage IP. Par le même jeton, un PVC vers un réseau local d entreprise donne accès à tous les fichiers et autres ressources disponibles sur le réseau d entreprise, en utilisant également le protocole IP. Initialement, il était prévu d'insérer dans un réseau d accès ATM des circuits virtuels commutés (SVC ou Switched Virtual Circuits) pour suivre la croissance et les possibilités du réseau. Une connexion SVC est établie en temps réel en réponse aux messages de signalisation envoyés par l utilisateur. Les SVC réduiraient beaucoup le travail que représente la venue d'un nouvel utilisateur et permettraient aussi de passer plus librement d un fournisseur de services à un autre. Une architecture tout ATM pour ADSL Elle commence par l hypothèse que tout le trafic est commuté à travers un réseau principal ATM. Elle apporte beaucoup de souplesse dans la connexion de plusieurs services et constitue le meilleur compromis entre des paquets et des profils de trafic vidéo/audio. Chaque bureau est équipé d un multiplexeur d accès DSL (DSLAM) avec, modem ADSL intégré pour chaque abonné, et les fils de cuivre existants servent d'accès jusqu'aux locaux de l'abonné. La difficulté d ATM réside dans le réseau d accès du fournisseur ADSL. Cet accès était initialement être basé sur les SVC et les PVC. Le SVC permettrait à un client donné de sélectionner un fournisseur de services réseau. Il suffit de disposer d une connexion Ethernet entre le modem ADSL et le PC, d intégrer le modem ADSL dans le PC ou d implémenter dans les locaux un réseau de forme quelconque, Ethernet ou ATM, pour prendre en charge plusieurs unités. Pour desservir plusieurs PC, il peut être nécessaire d installer un petit routeur dans les locaux. Selon les prévisions, les circuits virtuels ATM étaient présents sur toute la ligne, du PC de l utilisateur jusqu'au fournisseur de services final. Les PVC fonctionnent bien pour une première entrée sur le marché des réseaux ADSL. Cependant, ils ne savent pas évoluer pour répondre à la croissance d'un réseau et desservir des millions d utilisateurs et des milliers de changements de circuits par jour. Comme les SVC se connectent et se déconnectent selon les besoins des utilisateurs, comme des appels téléphoniques, ils constituent la réponse à long terme ; mais ils sont beaucoup plus difficiles et coûteux à mettre en place que ce qui était initialement prévu. Pour combler cette lacune, les réseaux d accès ADSL ont ajouté une extension dont le rôle est de simuler une commutation de forme limitée, mais suffisante pour assurer un accès séquentiel à plusieurs réseaux privés, sous le contrôle du client. BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 19

20 Architecture BAS et NSP Dans le cadre de la prochaine étape de l architecture des réseaux d'accès ADSL, NSP assure une architecture de passerelle, alternative à court terme aux avantages promis par les SVC ATM. De nombreux fournisseurs d accès réseau prennent cette architecture en charge. Un concentrateur d accès L2TP met plusieurs sessions PPP de PVC individuels du réseau d accès en correspondance avec des sessions PPP d'un tunnel L2TP (un tunnel est une connexion virtuelle) à l intérieur d un PVC unique à destination du fournisseur de services réseau sélectionné. L2TP (ou PPTP, protocole similaire) fait intervenir un réseau pour transporter des sessions PPP entre des utilisateurs et un fournisseur de services réseau. La sélection du fournisseur de services utilise un champ comportant le nom de la structure et situé dans l en-tête PPP, tel que jeanne.martin@isp.net. La structure qui suit le appelée nom de domaine, est analysée et la session est transmise au tunnel identifié. Pour la fonction "Classe de service", plusieurs tunnels peuvent exister entre le BAS et le NSP, où le tunnel utilisé pour transporter un paquet dépend de la priorité attribuée à ce paquet. Le concept de passerelle NSP peut être également déployé en utilisant un serveur d accès large bande (Broadband Access Server ou BAS) partagé, avec une architecture appelée PTA (PPP Terminated Aggregation). Le BAS qu'utiliserait un fournisseur d accès Internet pour terminer PPP peut aussi fonctionner à l intérieur du réseau d accès ADSL. Chaque serveur AAA du fournisseur, pour gérer les sessions à destination du serveur BAS, utilise une interface proxy RADIUS vers le BAS, qui permet l'autonomie du service. L encapsulation PPP est enlevée des paquets utilisateur avant transmission à l ISP. Si IP est utilisé comme protocole L3, le serveur BAS agit en tant que routeur IP et doit être partie prenante dans le domaine IP de chaque NSP. Les méthodes utilisées dans le cas de domaines multiples ne sont pas présentées ici. Ainsi, avec les SVC ou les passerelles NSP, l utilisateur peut passer, en séquence, d un fournisseur de services à un autre ; le fournisseur d accès réseau et le fournisseur de services Internet gagnent en efficacité lorsqu'ils doivent satisfaire un très grand nombre de clients. Comme ADSL est largement accepté et bien compris, l industrie (et ADSL Forum) focalise son attention sur la résolution des autres aspects du problème : le réseau d accès et les locaux du client. BeWAN systems (Fév 03) - Technologie ADSL par Yaël DEFAYE Page 20