DOSSER omment intégrer P et ATM dans un réseau d'opérateur? Mots-clés : Commutation, Routage, nternet, ATM par Jean-Pierre LAGASSE, Alcatel (Enterprise and Data Networks Division) Les réseaux étendus de données de demain, hauts débits et ouverts sur les applications multimédia, sont au coeur des réflexions des opérateurs et des équipementiers. Depuis près de 20 ans diverses technologies applicables au réseaux étendus sont apparues et parfois se sont opposées, principalement sur l'alternative " " sans connexion ou orienté connexion "'. Quelle est la situation aujourd'hui? Les standards internationaux en cours de définition permettent-ils de trouver une solution satisfaisante? QUELS SONT RÉSOUDRE? LES PROBLÈMES À Les réseaux de données ont à faire face à la très forte croissance du trafic des applications nternet, principalement due à : l'accroissement du nombre de serveurs - en majorité des serveurs WEB -, du nombre d'utilisateurs, et du nombre et de la variété des applications (Voix sur P, diffusion d'émissions de radio, vidéo conférence, commerce électronique,...). Aujourd'hui, en moyenne le trafic croit de 10 % par mois. Cette croissance vertigineuse a des impacts, à trois niveaux, sur les réseaux des opérateurs et les réseaux des entreprises : 1. accroissement du nombre d'utilisateurs connectés, utilisant des moyens très variés pour se connecter de façon permanente (liaisons louées), ou temporaire (réseau téléphonique commuté ou réseau numérique à intégration de services) ; 2. augmentation des besoins de connectivité de bout en bout et des moyens d'échange, générés par des applications ayant des besoins croissants en bande passante et en Qualité de Service variés, l'effort au mieux de 3. l'nternet d'aujourd'hui ne permettant pas d'avoir une qualité suffisante pour les applications de type audio ou vidéo ; La croissance rapide des trafics nternet et la très forte progression du trafic de données face au trafic de la voix, prévues pour les prochaines années, ont un impact très fort sur les équipements des réseaux pour le transport efficace des flux échangés par les applications de plus en plus consommatrices de bande passante. Les nouveaux standards, combinant P et ATM, tels que " Multiprotocol Label Switching (MPLS)" peuvent simplifier la résolution de ces nouveaux problèmes. Une architecture d'un réseau multiservice offrant des services de type Relais de Trames et ATM, protocoles pour lesquels la qualité de service est native, combiné avec l'intégration du routage et de la commutation de flux P est décrit. Ce réseau offre la meilleure solution pour le transport des flux nternet ou ntranet et des applications existantes requérant la mise en osuvre de niveaux de Qualité de Service (" QoS "). The rapid growth of nternet traffic and the huge increase of the data traffic, as forecast for the next years, have a strong impact on networks elements for the efficient transport of flow exchanged by application more and more bandwidth hungry. New standards, combining P and ATM, as MPLS, could simplify the resolution of the above issues. An architecture of a multiservice network providing Frame Relay or ATM services ; protocols for which the Quality of Service (QoS) is native, combined with P routing and switching integration is described. This type of network offers the best solution for the transport of nternet or ntranet and Legacy flows requiring the QoS implementation. concentration et intégration du trafic au niveau des réseaux d'accès et des fédérateurs de campus générant une demande de hauts débits et de large bande dès la périphérie du réseau étendu.
NTERNET : AVENR DE LA COMMUTATON ET DE L'ADRESSAGE Réseau de routeurs P Périphérie Multiservice Commutateurs Relais de Trame FR Commutateurs ATM ATM P Fédérateur P/ATM LAN Transparent Multiplexeurs VPN PABX FR ATM Voix 1. L'intégration par un réseau multiservice Types d'applications sur le réseau à prendre en compte Les applications sur P sont nombreuses et ont des besoins en Qualité de Service variés. Par exemple, les applications de type : voix, vidéo, diffusion audio, diffusion d'images demandent un débit constant entre la source et la destination afin de pouvoir restituer du coté récepteur l'information avec la qualité initiale. On parle d'applications générant un flux temps réel. Les applications à flux non temps réel, comme la messagerie, le transfert de fichiers, bavardages (" chat ")... se contentent d'une Qualité de Service qui peut être qualifiée de débit disponible, variable garanti ou non spécifié. En conséquence les mécanismes liés à la Qualité de Service doivent être utilisés en concordance avec les besoins des applications. Les classes de Qualité de Service (CBR, VBR, VBR " real time " ABR, UBR) définies dans le standard ATM sont de bonnes candidates pour réaliser cette adéquation aux besoins des applications sur P. De plus ces Qualités de Service opèrent au niveau de la connexion individuelle de bout en bout, le circuit virtuel, commuté ou permanent. Ainsi à une connexion de bout en bout, ou à un type de trafic entre une source et une destination, on peut associer une classe de service. Comment améliorer le la périphérie du réseau? trafic tant au coeur qu'à Un des principaux problèmes à résoudre pour les réseaux d'entreprise et pour les réseaux des opérateurs est l'optimisation du trafic de bout en bout sur les longues distances en tenant compte du fait que les liens de transmission inter sites sont un poste de coût important, d'autant plus qu'il faut bâtir une topologie maillée pour accroître la résistance du réseau aux défaillances des liens physiques. Cette optimisation implique un ajustement au plus près du débit des liens entre les éléments actifs du réseau à la bande passante requise, tout en considérant les coûts récurrents des liaisons inter sites. Pour améliorer la performance éléments suivants doivent être pris en compte : au coeur du réseau, les - intégration, induite par la topologie, du trafic sur les liaisons inter noeuds ; - utilisation de la bande passante lorsque nécessaire, c'est-à-dire à la demande, combinée à un contrôle de congestion à l'entrée du réseau, au plus près de la source du flux ; - simplification du mécanisme de transmission, ou commutation des trames, dans le plus grand nombre de systèmes intermédiaires traversés. L'aspect intégration peut-être accompli en mettant en oeuvre un réseau multiservice capable de transporter aussi bien les flux des applications existantes, que les flux des nouvelles applications nternet/ntranet, et capable de transporter simultanément la voix et les données. La migration vers ce type de réseau est représentée par le contenu de la figure 1. L'utilisation de la bande passante à la demande peut être réalisée par la mise en oeuvre de circuits virtuels (CV) qui ne réservent des ressources dans le réseau, sur les liens inter sites et dans les éléments actifs, que lorsque ils sont établis. Sur ces circuits virtuels les paramètres de Qualité de Service peuvent alors être définis en fonction des besoins du trafic. L'ATM qui a été conçu dans une optique de support de plusieurs types de flux, permet l'intégration, sur le même support de transmission, des trafics voix, données et images. L'ATM offre aussi une notion de Chemin Virtuel (Virtual Path -VP-) et de Circuit Virtuel (Virtual Circuit - VC-), les VC étant une sous-division des précédents. Cette notion de chemin ou de circuit préétabli à l'échange de toute donnée, se basant sur des identifiants de circuits indépendants des adresses d'extrémité, permet de réaliser la fonction de transfert des cellules du port d'entrée vers le port de sortie par matériel, à l'aide de circuits spécifiques (ASCs) et par des matrices de commutation permettant d'atteindre des débits de 622 Mps ou de 2,4 Gbps et des temps de transit, de chaque élément actif, très faibles. L'ATM offre donc les hauts débits, des temps de transit très faibles, et la possibilité d'associer des paramètres de Qualité de Service. Ktt N 2
Comment intégrer P et ATM dans un réseau d'opérateur? D'autre part, le protocole P offre une structure d'adressage des serveurs, des applications, des systèmes de plus en plus universellement répandue et conviviale au niveau des noms de domaine, exemple " www.société.fr ". P offre aussi un foisonnement d'applications, transfert de fichiers ou de messages, systèmes de recherche, sur différents systèmes,... En conséquence, la combinaison du routage et de la commutation de trames du protocole P, niveau 3, avec la puissance de la commutation de cellules, de niveau 2, de l'atm doit être réalisée pour obtenir les meilleurs résultats. Techniques de combinaison de l'p et d'atm Tant pour les réseaux locaux que pour les réseaux étendus, de nombreuses propositions et standards ont été décrits et mis en oeuvre pour combiner P et ATM. Ces solutions ont pour principales caractéristiques de différentiation : - création de raccourcis sur le réseau : pour un flux ou pour une destination donnée, un chemin virtuel, par exemple un circuit virtuel ATM, est établi de façon à ce que le long de ce chemin les " paquets " soient acheminés sans avoir à se reposer à chaque noeud la question sur la direction dans laquelle il faut les faire suivre - un raccourci permet de diminuer le temps de transit ; - pilotage par la topologie ou par les flux : 1) par les flux un raccourci est établi pour chaque flux entre deux usagers du réseau, lorsque ce flux se manifeste et détruit à la fin du flux ; 2) par la topologie, le réseau apprend progressivement les adresses unitaires ou groupées par sous réseau et établit, pour un couple d'adresse un raccourci qui sera créé puis emprunté par tous les flux associés à ce couple d'adresse - le pilotage par les flux peut induire de nombreuses opérations d'établissement de raccourcis ; - intégration ou superposition des fonctions de routage : si deux technologies, par exemple P et ATM, sont mises en oeuvre en mode superposition, deux processus de construction des tables de routage seront mis en oeuvre, un pour router l'p un autre pour router l'atm ; en mode intégration un seul processus est mis en oeuvre par exemple pour router l'p, ce processus pilotant directement les raccourcis ATM - en mode intégration il y a moins de trafic parasite, dû au processus de routage ; - adaptation aux réseaux locaux ou de campus ou bien aux réseaux étendus : les réseaux locaux ou étendus n'ont pas les mêmes contraintes sur l'utilisation optimale de la bande passante et sur son coût, moins de noeuds sont à traverser dans un réseau local, le nombre de flux est aussi en général plus faible. Les principales solutions ou standards combinant l'p et l'atm sont : - l'p classique sur ATM ( " Classical P " ou CLP) - l'émulation de réseau local sur ATM (LANE) ; - le protocole multiple sur ATM (MPOA) ; - Le " CS " pour " Carriers Scalable ntegration " ; - Le PNN intégré (-PNN) ; - Les protocoles de commutation de type " Multi Protocol Label Switching (MPLS) ". Leur positionnement, par rapport aux caractéristiques de différentiation, est indiqué sur la figure 2. Topologie Fltix NH RP t MARS i (LpNE N 1-t-` MPOA.) t`-fclp) Topobgie CLP ------------- Diffër2ntiaüons principales rn.u f ".t racarcis (<uhnrtcuts») ('MARS') t.pd.9, L7 L3raWage intré ou scpqé L ---------------------- ------------- 2. Positionnement des technologies P sur ATM. Les technologies les plus prometteuses et les plus utilisées sont le LANE et le MPOA pour les réseaux locaux, de par leur adéquation aux besoins et la taille des réseaux locaux. Des travaux de normalisation concernant le MPLS. MPLS est une technologie 'L V sont en cours à l'etf qui intègre le routage du niveau réseau et le mécanisme de transfert - ou commutation - de trames basés sur des étiquettes. Les buts sont d'améliorer du niveau réseau, l'évolutivité : le rapport prix/performance du niveau réseau, la flexibilité pour délivrer de nouveaux services sans remettre en cause le mécanisme de commutation des paquets. Les premiers efforts sont tournés vers le protocole P (V4 et V6), mais les bases de cette technologie seront appliquées à d'autres protocoles. MPLS n'est lié à aucune technologie de niveau liaison, il peut opérer sur n'importe quel support de transmission qui permet d'échanger des paquets de niveau réseau. Une mise en oeuvre de MPLS liée à l'atm est aussi en cours de définition pour indiquer comment des commutateurs ATM peuvent être utilisés en tant que routeurs permettant la commutation sur des étiquettes (notion de commutateur -routeur). Le MPLS devrait rassembler le plus grand nombre d'acteurs. l est adapté aux réseaux étendus tant par sa mise à disposition de raccourcis que par l'intégration du routage P pour déterminer ces derniers. De plus MPLS permettra de mettre en oeuvre le concept de Réseau Privé Virtuel (VPN), bien adapté au partage des ressources d'un réseau public étendu entre plusieurs entreprises. Mise en oeuvre du MPLS Un exemple d'un réseau mixte " commutation - routage " est celui de la Figure 3. REE N'2 Février 1999
NTERNET : AVENR DE LA COMMUTATON ET DE L'ADRESSAGE Rout. : ige au niveau 1 Cotnmutatioti ou n veou 2 MPLS ryv evl LJ LO Applimfiu-i R.out-r Rotaeur Rauter Pouaerr Applimfim i! afl'!.wls 7.APLS MPLS Rodage P RCage P Focage P RDLdcige P R.agelP a,tjv AT, ATM - L*DA e ; f., Al 1 -ATriA,TiJ ;, 4TM RÂTM Sj,fè,, Final ntermediare!,.steme. ntermédioire Final 3. Un réseau mixte commutation - routage Le premier commutateur- routeur MPLS, près du système final, attribue une étiquette au flux, ce flux est ensuite acheminé sur le raccourci ATM. Ce raccourci ATM a été construit par les protocoles dits de Distribution d'étiquettes (Label Distribution Protocol) du MPLS, représentés dans la figure par le " Routage P " des systèmes intermédiaires. La conjugaison d'p et d'atm permet une simplification des mécanismes de transmission de trames P, portées par des cellules ATM, dans les commutateurs intermédiaires au coeur du réseau. LA SOLUTON P@ATMM P@ATMTM est la solution Alcatel pour optimiser performances des flux P sur les réseaux ATM en associant les capacités de routage du protocole P et les capacités de commutation rapide de l'atm. Comme P@ATMTM est mis en oeuvre sur une plateforme de commutation multiservice, les opérateurs peuvent intégrer les réseaux nternet/ntranet et les flux des applications déjà existantes sur une même infrastructure, comme illustré sur la figure 4. ' "._ PATM- 1 -. PATMTM! " P@ATM' 1 rernc,,t & ntranet i (pour les besoin, irernes de l'entrepri-.e), a-f a.s : q La combinaison ntemet<lranet! "' 4. Utilisation d'patm " pour nternet et ntranet P@ATMTM utilise les capacités de commutation rapide de l'atm pour simplifier et accélérer la transmission des trames P dans le réseau étendu. Cela permet d'éliminer besoin de routage des trames P dans chaque noeud du réseau. La commutation de trames P s'effectue le long de les le circuits virtuels permanents, établis sous contrôle du protocole MPLS, selon la topologie du réseau et les adresses P ; ces circuits virtuels permanents constituant autant de raccourcis vers les destinations des trames P. Les avantages de ce type de solution La solution Alcatel est conçue pour optimiser tant le coeur du réseau que les commutateurs en périphérie. Améliorations à la périphérie A la périphérie, l'usager P est directement raccordé au commutateur sur un lien Relais de Trames ou ATM. Ce lien est capable de traiter à la fois le trafic P et le trafic traditionnel. Cela constitue donc une économie tant au niveau du nombre de liens qu'au niveau des points de raccordement sur les commutateurs de l'opérateur. Les trames P sont analysées par la fonction de routage P du commutateur, l'emploi de la fonction MPLS permet d'associer une étiquette à ce flux qui est ensuite transmis sur le circuit virtuel ATM correspondant. L'opération d'analyse de l'entête P n'est faite qu'une fois au point d'entrée dans le réseau. Cela permet donc de diminuer le nombre de routeurs nécessaires dans le réseau. Améliorations au coeur du réseau Au coeur du réseau ATM, sur les circuits virtuels établis grâce aux données du protocole MPLS, le trafic P est maintenant commuté au niveau 2, et bénéficie de toute la puissance de la commutation ATM. La traversée du réseau étendu est donc plus rapide. Autre élément d'amélioration, les flux P sont transmis sur les liens inter sites qui peuvent véhiculer d'autres types de trafics : de l'atm biais de l'interfonctionnement natif ou du Relais de Trames par le Relais de Trames - ATM. Les liens peuvent donc être dimensionnés pour un trafic plus global que celui des seules applications P, et les coûts d'exploitation récurrents profitent de l'économie d'échelle. Le trafic Relais de Trames étant généralement porteur du trafic des applications existantes. Si ces applications migrent sur P, leur dimensionnement restera globalement correct et la décroissance du trafic Relais de Trames sera compensée par la croissance du trafic P sans qu'il soit nécessaire de dimensionner à nouveau les liens. La croissance du trafic nternet est donc plus facile à maîtriser. De plus, comme le nombre de systèmes à déployer est réduit, l'ingénierie du réseau est plus facile que dans le cas de deux réseaux séparés. La granularité de l'atm permet aussi d'améliorer l'allocation de la bande passante. L'ATM permet une granularité plus fine, sans effet de palier, qui liée aux classes de service permet de donner à un Chemin Virtuel (VP) ou à un Circuit Virtuel (VC) la quantité de bande passante adaptée au flux à transporter. La bande passante des liaisons inter sites est donc mieux exploitée. Utilisation de l'alcatel 1100 HSS " " L'Alcatel 1100 HSS a été développé pour répondre à la REE N'2 Février 1999
Comment intégrer P et ATM dans un réseau d'opérateur? croissance des besoins de commutation en technologies ATM, Relais de Trames et P. Conçu pour les opérateurs, l'alcatel 1100 HSS permet de déployer des réseaux robustes et fiables. La combinaison de l'p et de l'atm dans une plate-forme multiservice permet de répondre aux besoins de performance, de Qualité de Service, et d'évolution. Le commutateur multiservice Alcatel 1100 HSS est un des rares commutateurs du marché offrant une commutation ATM et Relais de Trames indépendantes. Avec P@ATMTM un troisième type de service peut être déployé. Ainsi l'opérateur peut offrir des services de connectivité de bout en bout pour les applications traditionnelles ou pour les applications P, la migration d'un type de service vers un autre étant facilitée, ce qui réduit d'autant les coûts d'exploitation et de redimensionnement du réseau. Al Par fr FN "' " AM ca,n Canm.Jtaleur " utaleur- N teu. - de FD.leur pm ; pf,, ; e de pèriphërie naroleur _ Rwle.f fédat,u. r r _E : r rf C,_ ci,ju vmmuj :. h,ole " r fnfe_r FR = Fb4ai d- T,.- 5. Schéma de fonctionnement de PA TVF' l.h-atei l'alcatel 1100 HSS offre les classes de service ATM standards telles que le débit constant (CBR), le débit variable (VBR) et le débit non spécifié (UBR). Lorsque les raccourcis, sous la forme de circuits virtuels ATM, sont établis, le trafic P est extrait de cellules ATM (ou des trames sur l'interface Relais de Trames) et directement transmis sur un circuit virtuel en fonction de son " étiquette ". CONCLUSON La croissance du trafic P doit être anticipée par des solutions offrant : - la meilleure utilisation de la bande passante des liaisons inter sites au coeur du réseau ; - le partage dynamique de cette bande passante entre le trafic P et le trafic ATM natif ; - différents niveaux de Qualité de Service qui peuvent être associés aux besoins variés des flux des applications sur P. L'intégration d'p et d'atm, réduisant les temps de traversée du réseau et la charge des processus de routage, dans une plate-forme multiservice offrant la commutation ATM, permet aux opérateurs de fournir les meilleurs services nternet ou ntranet pour l'accroissement de la satisfaction de leurs clients. La fonction de routage P est assurée par un Serveur P, intégré au commutateur, et met en oeuvre les protocoles de routage de façon continue, voir figure 5. Le serveur P dispose aussi de la fonction de caractérisation du trafic au niveau 3, c'est lui qui met en oeuvre le protocole MPLS. Avec P@ATMTM, les aspects de Classes de Service (COS) et de Qualité de Service s'appliquent au trafic P : Jean-Pierre Lagasse, ngénieur ENSEEHT et Docteur ngénieur de l'université Paul Sabatier, est responsable du marketing produit pour les réseaux de données des opérateurs à Alcatel. l a occupé, dans le domaine des réseaux de données et des applications associées, différentes fonctions de développement de logiciel, de conseil ou de marketing en société de services (SESA), en milieu utilisateur grand compte (Elf), chez des fournisseurs d'informatique (Digital) ou de télécommunications (Atlantis). REE Meï \ " 2'1 Fév,,er 1999 57