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LES RESEAUX HAUT DEBIT
A. OUMNAD
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B. SOMMAIREI - Aperu sur les techniques de transmission de donnes ..................................................................................4 I.1 Transmission sur le rseau tlphonique (analogique)........................................................................4 I.2 Transmission sur rseau public de transmission de donnes ............................................................5 I.3 Le cas particulier d'Internet...................................................................................................................6 I.4 Transmission sur ligne loue.....................................................................................................................7 I.5 Les lignes numriques d'abonn (DSL : Digital Subscriber line)......................................................7 II - Le Rseau Numrique Intgration de Service RNIS..................................................................................9 II.1 - Principe de fonctionnement du RNIS.....................................................................................................9 II.1.1 Les canaux ............................................................................................................................................9 II.1.2 Les modes d'accs............................................................................................................................10 II.2 - La Topologie ............................................................................................................................................... 11 II.3 - Le codage de ligne sur l'INTERFACE U ..............................................................................................14 II.3.1 La trame RNIS sur l'interface U..................................................................................................15 II.4 - Le codage de ligne sur l'interface S/T ...............................................................................................15 II.5 - La structure de la trame sur l'interface S/T....................................................................................16 II.6 - La signalisation ..........................................................................................................................................17 II.6.1 Le protocole D au niveau liaison : LAP D ......................................................................................17 II.6.2 - Le protocole D au niveau rseau (niveau 3).................................................................................21 II.6.3 - L'adressage RNIS ........................................................................................................................... 22 III - Le systeme ADSL.............................................................................................................................................. 23 III.1 Introduction.......................................................................................................................................... 23 III.2 Principe de fonctionnement............................................................................................................... 23 III.2.1 Multiplexage FDM (frequency division multiplexing)........................................................... 23 III.2.2 Multiplexage par annulation d'cho ......................................................................................... 24 III.3 Structure d'une installation ADSL.................................................................................................. 24 III.4 Capacit du systme ADSL................................................................................................................ 24 III.4.1 Approche simplifie..................................................................................................................... 25 III.4.2 Approche un peu plus approfondies ......................................................................................... 25 III.5 Porte d'une ligne ADSL .................................................................................................................... 27 III.6 Modulation ............................................................................................................................................. 27 III.6.1 Modulation CAP ............................................................................................................................ 27 III.6.2 Modulation DMT........................................................................................................................... 28 III.7 Tramage ................................................................................................................................................. 28 III.8 Codage et correction d'erreur ......................................................................................................... 28 III.9 Enbrouillage........................................................................................................................................... 28 III.10 - Le standard G.Lite............................................................................................................................... 29 III.11 - conclusion............................................................................................................................................... 30 IV - Le rseau Frame Relay........................................................................................................................................31 IV.1 - Introduction ..............................................................................................................................................31 IV.2 - Fonctionnement dtaill du protocole................................................................................................. 33 IV.2.1 Linterface physique........................................................................................................................ 33 IV.3 - La trame Frame Relay............................................................................................................................. 33 IV.4 - Gestion de flux......................................................................................................................................... 35 IV.5 - Gestion des exceptions .......................................................................................................................... 36 IV.6 - Contrle de congestion ........................................................................................................................... 37 IV.6.1 Notification arrire par BECN (Backward Explicit Congestion Notification) ................... 37 IV.6.2 - Notification par FECN (Forward Explicit Congestion Notification) .................................... 37 IV.6.3 - Notification par trame CLLM (Consolidated Link Layer Management)................................ 38
Rseaux haut dbit IV.7 - Commutation Frame Relay...................................................................................................................... 38 IV.8 - Signalisation LMI sur linterface UNI................................................................................................ 40 IV.9 - La signalisation interne au rseau Frame Relay ................................................................................ 42 V - Le systme HDSL.................................................................................................................................................. 43 V.1 La ligne de transmission et les dbits................................................................................................. 44 V.1.1 - Transmission sur deux paires............................................................................................................ 44 V.1.2 Transmission sur trois paires........................................................................................................ 44 V.1.3 Transmission sur une paire (SDSL) ............................................................................................. 44 V.2 Architecture et application du HDSL ................................................................................................. 44 V.3 Annulation d'cho .................................................................................................................................... 45 V.4 Structure de trame................................................................................................................................. 45 V.4.1 Trame interne (core frame) .......................................................................................................... 45 V.4.2 Trame HDSL 2B1Q pour systme deux paires. ..................................................................... 45 V.4.3 Affectation des bits de surdbit ................................................................................................ 46 V.5 Embrouillage des donnes ...................................................................................................................... 49 V.6 Conclusion .................................................................................................................................................. 50 VI - La Hirarchie SDH et SONET......................................................................................................................... 52 VI.1 - Introduction ............................................................................................................................................. 52 VI.2 - Avantages de SDH/SONET .................................................................................................................. 52 VI.3 - Topologie des rseaux SDH/SONET .................................................................................................. 52 VI.3.1 Architecture en anneau monofibre.............................................................................................. 53 VI.3.2 - Architecture en anneau bidirectionnel ....................................................................................... 53 VI.3.3 - La protection dans les rseaux SDH........................................................................................... 53 VI.4 - Constitution des trames SDH ............................................................................................................... 56 VI.4.1 Le multiplexage SDH....................................................................................................................... 56 VI.4.2 - La notion de CONTENEUR............................................................................................................. 57 VI.4.3 - La notion de CONTENEUR VIRTUEL .......................................................................................... 57 VI.4.4 - La notion de TRIBUTARY UNIT .................................................................................................. 57 VI.4.5 - La notion de Tributary Unit Group .............................................................................................. 58 VI.4.6 - Les Virtual Containers d'ordre suprieur .................................................................................. 58 VI.4.7 - Les units administratives AU et AUG....................................................................................... 58 VI.4.8 - Larbre de multiplexage SDH ........................................................................................................ 58 VI.5 - Exemple de constitution d'une trame SDH ....................................................................................... 59 VI.5.1 Constitution du container C-12 ..................................................................................................... 59 VI.5.2 - Constitution du Virtual container VC-12..................................................................................... 60 VI.5.3 - Constitution de la tributary Unit TU-12 .................................................................................... 60 VI.5.4 - Organisation matricielle des Tributary Units ........................................................................... 60 VI.5.5 - La Tributary Unit Group TUG-2 ................................................................................................... 60 VI.5.6 - Le Virtual Container VC-3 incorporant 7 x TUG-2....................................................................61 VI.5.7 - Lunit Administrative AU-3 ..........................................................................................................61 VI.5.8 - Le groupe d'unit administrative AUG ........................................................................................61 VI.5.9 - La trame STM-1 ............................................................................................................................... 62 VI.5.10 La trame STM-n ........................................................................................................................... 62 VI.6 - Synchronisation du rseau SDH........................................................................................................... 63
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I - APERU SUR LES TECHNIQUES DE TRANSMISSION DE DONNEESI.1 - TRANSMISSION SUR LE RESEAU TELEPHONIQUE (ANALOGIQUE)La ligne tlphonique analogique reliant l'abonn au central tlphonique le plus proche a une bande passante volontairement limite 4 kHz : l'information numrique ne peut y transiter directement qu' une vitesse extrmement faible. Pour rendre le dbit acceptable, on utilise un dispositif appel modem (MOdulateur/DEModulateur) qui transforme, par modulation d'une porteuse, les informations numriques contenues dans l'ordinateur en informations analogiques expdies sur la ligne tlphonique. A l'arrive, un autre modem procde l'opration inverse (Fig. I.1). Un tel systme est un peu un dfi au bon sens : l'information numrique devient analogique dans le premier modem, numrique dans le premier codec, analogique dans le second codec, numrique dans le second modem...
Fig. I.1 : utilisation du tlphone analogique pour transmettre des donnes numriques
Les premiers modems taient lents : 300 bits/sec. Comme il faut environ 10 bits pour reprsenter un caractre, plusieurs secondes taient ncessaires pour transmettre une ligne de texte au format A4. Pas question, dans ces conditions, de vhiculer la moindre image ! Petit petit, par paliers successifs, les modems sont devenus plus rapides : 0,3 - 1,2 - 2,4 - 4,8 - 9,6 - 14,4 - 16,8 - 19,2 - 21,6 28,8kb/s. Ce dernier dbit (correspondant au protocole V.34) a t quelque temps considr comme une barrire technologique. Mais la limite a t repousse 33,6kb/s pour le passage de l'analogique au numrique (appel V.34 Plus), et 56kb/s dans l'autre sens (ce qui vient juste de donner naissance au protocole V.90). Dans le parc install actuellement, les modems plus rpandus fonctionnent 28,8kb/s, et la vitesse moyenne de transfert qu'ils permettent d'obtenir en pratique est souvent voisine de 20kb/s. La transmission de donnes via le rseau tlphonique (baptise "dial-up access" en anglais) prsente les inconvnients suivants : Elle est lente, ce qui restreint son usage la transmission des petits fichiers. Sa fiabilit n'est pas toujours satisfaisante. Elle est coteuse pour les liaisons lointaines, parce qu'elle est facture au temps et la distance.
Elle prsente galement des avantages : Elle ncessite un investissement fort modeste. Elle permet d'aller partout, puisque toutes les entreprises et presque tous les particuliers possdant un ordinateur sont connects au rseau tlphonique.
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I.2 - TRANSMISSION SUR RESEAU PUBLIC DE TRANSMISSION DE DONNEESLes rseaux publics de transmission de donnes (PDN : Public Data Networks) ont commenc se dvelopper au milieu des annes 70. Ils fonctionnent selon le procd de la "commutation de paquets" (packet-switching), et utilisent gnralement le "mode connect" (connection oriented). Le terme "commutation de paquets" vient du fait que les donnes numrises circulent groupes en paquets de quelques dizaines quelques milliers d'octets, et que les paquets appartenant plusieurs transmissions diffrentes peuvent circuler simultanment sur le mme tronon de rseau (multiplexage temporel). Le terme "mode connect" vient du fait qu'une voie provisoire est ouverte sur le rseau pour permettre deux ordinateurs d'changer des donnes. En tte de chaque paquet figure le numro de voie. A chaque nud du rseau se trouve un "routeur", appareil charg d'orienter les paquets dans la voie correspondante.
Comme on le voit, la technique utilise pour le transport des donnes est diffrente de celle utilise pour le transport de la voix. Cela provient du fait que certaines donnes sont "isochrones" et d'autres pas.
Les donnes isochrones. Elles rsultent d'applications fonctionnant en tant rel ("real time" ou "live" en anglais) : tlphonie (transport de la voix), mission (de radio ou de tlvision), tlconfrence et visioconfrence. Ces donnes doivent tre transmises avec un dlai constant, sous peine de ne pas pouvoir tre restitues sous forme analogique sans distorsion. En pratique, le dlai de transmission ne doit pas varier de plus de quelques dizaines de millisecondes, sinon l'oreille dtecte un changement de rythme. La commutation de circuit, qui rserve une voie chaque communication, est particulirement bien adapte au transport des donnes isochrones (sous rserve que le dbit soit suffisant). Elle convient galement bien aux flux relativement continus de donnes.transmission d'un fichier informatique, affichage d'une page web, messagerie. Ces donnes peuvent, sans inconvnient tre transmises avec un dlai variable. La commutation de paquets, qui permet de regrouper plusieurs transmissions sur un mme tronon de rseau, permet une meilleure utilisation des infrastructures, et donc un moindre cot de transport.
Les donnes non-isochrones. Elles rsultent d'applications pouvant fonctionner en diffr :
Les PDN sont souvent appels "rseaux X.25", du nom du protocole qui dfinit l'interface entre l'utilisateur et le rseau. Ce protocole de communication synchrone date de 1974 ; il a t revu et corrig trois fois (en 1980, 1984 et 1988) par le CCITT (l'anctre de l'UIT). Il est dsormais bien au point, totalement dbogu, stable, et sr. L'offre correspondante de matriel (cartes d'interface ou NIC (Network Interface Card ) et routeurs) et de logiciel de communication est abondante. Le X.25, qui est utilis par tous les grands rseaux publics, prsente cependant l'inconvnient d'tre un peu lent, La vitesse de beaucoup de rseaux X.25 est infrieure ou gale 64kb/s. Certains PDN migrent actuellement vers des protocoles plus rapides : le "Relayage de Trame" (Frame Relay) -- dj trs utilis -- et l'ATM (Asynchronous Transfer Mode) -- qui fait ses premiers pas. Deux mthodes peuvent tre utilises pour se connecter un rseau public de transmission de donnes : L'accs direct l'aide d'une ligne loue une compagnie de tlphone. C'est le plus rapide, mais aussi le plus cher. Il requiert soit un micro-ordinateur quip d'une carte de communication implmentant le protocole X.25, soit un routeur adquat. L'accs indirect via le rseau tlphonique RTC. On atteint de cette faon un point du rseau
Rseaux haut dbit appel PAD (Packet Assembler/Disassembler), en choisissant le plus proche. C'est l'accs recommand dans le cas d'un usage intermittent ; il est moins onreux mais plus lent que le prcdent. Il requiert l'interposition d'un modem entre l'ordinateur et la ligne tlphonique.
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I.3 - LE CAS PARTICULIER D'INTERNETInternet est un rseau international de transmission de donnes qui utilise le systme de commutation de paquets. Il fonctionne suivant le protocole TCP/IP (normalis ISO 8473), et possde une structure particulire : c'est un rseau de rseaux. Si l'ordinateur dont on se sert ne fait pas partie d'un rseau constitutif d'Internet, on se branche sur Internet en utilisant les services d'un fournisseur d'accs (ISP, Internet Service Provider), que l'on rejoint via une ligne tlphonique. Une autre particularit d'Internet est de fonctionner en mode "non connect", et sa norme est parfois appele CLNP (Connection-Less Network Protocol). Contrairement ce qui se passe en tlphonie ou sur les PDN, le systme ne rserve pas de voie provisoire pour le transport de donnes entre deux ordinateurs. Chaque paquet de donnes possde l'adresse du destinataire ; chaque routeur travers lit cette adresse, et fait de son mieux pour acheminer le paquet. Pour ce faire, il utilise une table de routage, qui est fonction de la topologie du rseau, et des informations que les autres routeurs lui envoient rgulirement. Il en rsulte que tous les paquets ne suivent pas le mme chemin, qu'ils n'arrivent pas forcment dans le bon ordre, que le dlai de leur transmission est variable, et que certains ne parviennent jamais destination. Internet a en effet la mauvaise rputation de "perdre" des paquets. En fait, chaque fois qu'un paquet traverse un routeur, un compteur est dcrment (la valeur initiale vaut typiquement 15). Lorsque le compteur atteint la valeur nulle, le paquet est dtruit. Il faut en effet viter que des paquets qui errent sans pouvoir atteindre leur but (par suite d'un engorgement local, par exemple) n'encombrent et ne bloquent le rseau. Les paquets rputs "perdus" ont en fait t volontairement supprims. Internet, c'est un peu la dmesure, comme l'indiquent les chiffres suivants : Internet est constitu par l'interconnexion de plus de 6.000 rseaux appartenant plus de 130 pays, et 80 millions d'ordinateurs lui sont raccords ; Il connat, dans sa version actuelle (courrier lectronique, web et groupes de discussion), un dveloppement extrmement rapide : son trafic double tous les ans environ ; Plus de 80.000 entreprises et particuliers sont prsents sur le web ; Il a prs de 80 millions d'utilisateurs rguliers (dont environ 60 aux Etats-Unis), particuliers et professionnels mlangs. Aux Etats-Unis toujours, 25 millions de foyers sont dots d'un moyen d'interroger Internet.
Le succs d'Internet est d au fait que les monopoles n'ont gure gn son dveloppement (ce fut d'abord un rseau militaire, puis universitaire), que les tats ne l'ont pas rglement et ne l'ont pas encore cras de taxes, qu'il correspond un rel besoin de communication des utilisateurs, qu'il est gr de manire libre et dcentralise -- et qu'il bnficie aussi d'un effet de mode que l'on ne peut nier. Mais, victime de son propre succs, Internet est souvent trs congestionn : d'o les plaisanteries sur le "World Wide Wait" et le "World Wild Web", en lieu et place du "World Wide Web". Cette congestion n'est pas prs de s'arrter, compte tenu du succs grandissant d'applications consommatrices de bande passante, telles que le tlchargement de programmes, la diffusion audio et vido en temps rel. Internet apparat comme aussi maltrait que le tlphone l'tait dans les annes 50-60, tel point qu'il est presque impossible de l'utiliser en milieu de matine ou d'aprs-midi. En pratique, pour vhiculer des volumes notables de donnes sur Internet, il faut : Travailler pendant les heures creuses (six heures du matin, c'est parfait... pour ceux qui aiment se lever tt), Disposer d'une liaison rapide avec Internet (ct client et ct serveur).
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I.4 - TRANSMISSION SUR LIGNE LOUEEOn peut louer une ligne tlphonique la compagnie de tlphone dont on dpend, et l'utiliser pour transmettre des donnes entre deux entreprises. Aux Etats-Unis, une ligne T1 comporte 24 canaux de 64kb/s ; en Europe, une ligne E1 comporte 30 canaux du mme dbit. Certaines compagnies acceptent de louer une fraction seulement de ligne T1 ou E1, par tranches de 64kb/s. Solution coteuse, la location d'une ligne n'est valable que dans le cas o le flux des donnes transmettre est important, et o il s'effectue toujours entre les mmes entreprises. Le cot mensuel de location est fonction de la distance et du dbit maximum demand. Faute de concurrence, la location des lignes est beaucoup plus onreuse en Europe que sur le continent amricain. On notera que l'on a plus souvent recours la location d'une ligne pour relier entre eux deux rseaux locaux appartenant la mme entreprise, que pour changer des donnes entre deux entreprises distinctes.
I.5 - LES LIGNES NUMERIQUES D'ABONNE (DSL : DIGITAL SUBSCRIBER LINE)Les techniques de transmission de donnes en mode numrique sur des paires symtriques connues sous l'acronyme DSL ou XDSL sont de plus en plus nombreuses, ADSL, VDSL, VADSL, DSL, SDSL, BDSL, il y a de quoi "se mlanger les pattes". Rassurons-nous, chacune de ces technologies a une dfinition relativement claire. La bande passante utilise en tlphonie classique (POTS: Plain Old Telephone System) a t volontairement limite 3.3 kHz. Cette limitation n'est pas due la ligne tlphonique, elle s'opre aux niveaux des filtres placs dans les centraux tlphoniques. La ligne (paire symtrique) peut fonctionner avec une bande passante de l'ordre du MHz, mais l'attnuation augmente avec la frquence du signal et la longueur de la ligne. Simplifions un peut pour comprendre comment se passent les choses. Dire que la ligne a une bande passante de l'ordre de 1 MHz signifie que l'on peut transmettre dessus un signal sinusodal de 1 MHz sans qu'il ne soit compltement absorb par la capacit rpartie de la ligne. Il en rsulte qu'on peut faire circuler sur la ligne des impulsions une frquence environ dix fois plus faible, sans que ces impulsions ne soient trop dformes pour tre irrcuprables. Si chaque impulsion reprsente un bit (ce qu'il y a de plus simple en matire de modulation), on peut faire circuler l'information 100 kb/s. Il n'y a donc pas d'obstacle technique majeur ce que le tlphone devienne numrique chez une majorit d'usagers, et mme ce que l'on transmette d'autres types d'information que la voix. Cette constatation, vieille de 20 ans, arrive enfin au stade de la commercialisation, avec les lignes d'abonn numrique en gnrale et la tlphonie numrique RNIS (Rseau Numrique Intgration de Services), connue sous le nom de MARNIS dans notre pays. Comme l'attnuation augmente en mme temps avec la frquence et la longueur, le fait de travailler avec des frquences suprieures la frquence du POTS va nous obliger travailler sur des distances plus courtes afin que le signal puisse tre rgnr. Le tableau ci dessous donne les dbits couramment utiliss avec les longueurs max respecter pour une ligne de calibre 24 AWG (American Wire Gauge) soit environ 0.5 mm DS1 E1 DS2 E2 STS-1 STS-1 STS-1 1.544 Mb/s 2.048 Mb/s 6.312 Mb/s 8.448 Mb/s 12.960 Mb/s 25.920 Mb/s 51.840 Mb/s 18000 feet 5.5 km 16000 feet 4.88 km 1200 feet 3.66 km 9000 feet 2.74 km 4500 feet 1.37 km 3000 feet 914 m 1000 feet 305 m
Tab. I.1 : Portances indicatives pour les techniques DSL
Diffrentes techniques de transmission de donnes sur paires symtriques en vu le jour ces dernires annes. Certaines sont arrives maturit, d'autres sont encore en dveloppement et connatront encore des mises jours. Voil un bref aperu des techniques les plus connues :
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Les lignes T1 et E1 sont les lignes utilises initialement par les compagnies de tlphone pour transmettre les donnes multiplexes MIC entre les centraux tlphoniques. T1 est le standard amricain et japonais, 24 voies : 1.544 Mb/s. E1 est le standard europen, 30 voies ; 2.048 Mb/s. Il arrivait que ces lignes soient loues des organismes particuliers pour interconnecter leurs rseaux privs (WAN). Aujourd'hui, les lignes T1/E1 peuvent tre utilises dans d'autres applications comme, connecter deux routeurs Internet, transporter les donnes entre une station d'antenne d'un systme cellulaire (GSM par exemple) et un central tlphonique ou encore en RNIS (accs primaire) qui offre 31 canaux 64 kb/s dont 1 pour la signalisation. Les lignes T1/E1 utilisent 2 paires symtriques. Le protocole (un peu rudimentaire) AMI (Alternate Mark inversion) occupe une largeur de bande de 1.5 Mhz et ncessite un premier rpteur 972 m (3000 feet) (*) du central puis un tous les 1945 m.
T1 et E1 :
DSL -- Digital Subscriber line
Cet acronyme qui signifie ligne numrique d'abonn reprsente le procd (modem compris) permettant de transmettre des donnes numriques sur une ligne tlphonique classique avec un dbit allant jusqu' 160 kb/s, en utilisant une bande passante de 80 kHz aux USA et 120 kHz en europe. Ce procd est utilis principalement en tlphonie numrique RNIS (accs de base) qui offrent deux canaux de 64 kb/s chacun plus un canal de 16 kb/s pour la signalisation.
Par l'utilisation d'une technique de modulation plus volue, le procd HDSL permet de transmettre les dbits T1/E1 en utilisant moins de bande passante (80 240 kHz) et moins de rpteurs ( 12000 feet 4 km). HDSL utilise une ligne 2 paires pour transmettre le dbit T1 et 3 paires pour transmettre le dbit E1. Chaque paire transmettant la moiti/tiers du dbit. Remarquons quaujourdhui, le systme HDSL/E1 2 paires a tendance remplacer le systme 3 paires.
HDSL -- High data rate Digital Subscriber Line
SDSL Symmetric (single line) Digital Subscriber LineC'est tout simplement une version de HDSL qui utilise une ligne une seule paire pour transmettre les dbits T1/E1. Cela lui donne la possibilit d'tre utilise par des particuliers qui sont dans la quasitotalit des cas, desservis par une seule paire symtrique.
ADSL -- Asymmetric Digital Subscriber LineComme son nom l'indique, la technologie ADSL permet des liaisons numriques avec des flux diffrents dans un sens et dans l'autre. Le dbit entrant (downstream) est bien plus important que le dbit sortant (upstream).
VDSL -- Very high data rate Digital subscriber line
La technologie VDSL a commenc exister sous le nom de VADSL car, -au moins pour ces dbutscette technologie sera asymtrique, mais elle offrira des dbits suprieurs ceux de l'ADSL avec toutefois des distances plus courtes. Il n'existe pas encore de standard VDSL, mais les discussions s'orientent vers les dbits downstream suivants : 12.96 Mb/s ( 1/4 STS-1 ) 4500 feet (1458 m) 25.82 Mb/s ( 1/2 STS-1 ) 3000 feet (972 m) 51.84 Mb/s ( STS-1 ) 1000 feet (324 m) Pour le flux upstream, on s'oriente vers des dbits variant entre 1.6 Mb/s et 2.3 Mb/s
(*)
feet = 0.30479 m
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II - LE RESEAU NUMERIQUE A INTEGRATION DE SERVICE
RNIS
Avec le rseau tlphonique classique, le last mile (boucle locale) constituait un goulot d'tranglement qui limitait le dbit de transmission entres les usagers et les telcos. En abandonnant la contrainte des 3400 Hz de bande passante, et en utilisant des techniques de modulation plus volues. Les technologies de la ligne dabonne numrique DSL ou xDSL apportent un progrs considrable, elles permettent des dbits dpassant les 7 Mb/s rpondant aux nouveaux besoins des utilisateurs comme l'accs rapide l'Internet, le transfert de donnes, les communications multimdias (Audio, vido et donnes) comme la tlconfrence et ceci sans faire appel des investissements colossaux en infrastructure puisqu'elles utilisent l'immense rseau de cuivre dj install et qui reprsente plus 700 millions de lignes travers le monde. La porte d'entre aux technologies DSL est le RBIS
L'extension de la technologie numrique la boucle locale a t tudie ds les annes 70, et les protocoles ont t dfinis partir de 1984. Mais il faudra attendre les annes 90 pour que le RNIS commence se faire une relle clientle, essentiellement parmi les entreprises. Le protocole correspondant, dfini par l'ITU (International Telecommunications Union), a t baptis ISDN (Integrated Services Digital Network) -- RNIS (Rseau Numrique Intgration de Services) est la traduction franaise, MARNIS est le nom commercial utilis au Maroc par l'oprateur Maroc Tlcoms. Le RNIS peut servir transmettre tout type de donne numrique, ce qui largit le champ d'action habituel des compagnies de tlphone.
Fig. II.1 : le tlphone entirement numrique (RNIS)
Le remplacement du tlphone ordinaire par le RNIS (dans sa version la plus simple, appele "accs de base") peut gnralement s'effectuer sans modification des lignes tlphoniques existantes. Il faut cependant que ces lignes ne soient pas trop mauvaises, et que leur longueur n'excde pas 6 km . Le passage au RNIS ne ncessite pas non plus de changement important dans les centraux tlphoniques, les modifications portent essentiellement sur la carte dabonn et sur le logiciel en introduisant essentiellement le systme de signalisation ss7.
II.1 - PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU RNISII.1.1 - LES CANAUX Le protocole du RNIS prvoit que les donnes transitent dans des "canaux", et que plusieurs canaux
Rseaux haut dbit fonctionnent simultanment sur la mme ligne tlphonique. Il existe deux types de canaux : Le canal B (Bearer channel), utilis pour la transmission des donnes numriques, fonctionnant par commutation de circuits (mode connect), 64 kb/s. Le canal D (Delta channel), utilis pour la signalisation (ex : L'tablissement de la communication), fonctionnant par commutation de paquets (selon le protocole X.25), 16 ou 64kb/s. Outre son rle de base dans la signalisation, un canal D peut tre utilis pour assurer la liaison avec un rseau de transmission de donnes (ex : Transpac), l'acheminement du courrier lectronique, la vrification des cartes de crdit en commerce lectronique, etc. Lors de l'tablissement d'une communication, au lieu d'envoyer une sonnerie vers le demand, on lui envoie un paquet sur le canal D contenant les informations ncessaires comme l'identit de l'appelant, la nature (voix/donnes) de l'appel, le numro demand Les quipements RNIS du demand utilisent ces informations pour diriger l'appel vers l'quipement adquat. L'tablissement d'un appel RNIS prend moins de 2 secondes, alors qu' travers un modem V.34, l'tablissement prend de 30 60 secondes.
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Ces canaux sont "full duplex", c'est dire que le trafic peut s'effectuer simultanment dans les deux sens, comme pour une ligne tlphonique analogique. Les canaux B peuvent tre utiliss sparment, ou groups plusieurs pour crer une liaison fonctionnant un multiple de 64kb/s. Cette technique est appele "inverse multiplexing", ou "bonding". On notera que la bande passante effective des canaux B peut ventuellement tre augmente en compressant les donnes. II.1.2 - LES MODES D'ACCES Il existe deux modes d'accs au RNIS : LACCES DE BASE : RNIS-AB ou ISDN-BRI (Basic Rate Interface) Cet accs comporte deux canaux B, et un canal D ( 16kb/s). On l'appelle aussi connexion 2B+D. Il se contente d'une ligne tlphonique ordinaire. LACCES PRIMAIRE : RNIS-AP ou ISDN-PRI (Primary Rate Interface) Ce mode est dfini de manire diffrente suivant les pays. Il requiert une ligne tlphonique de 2 paires ayant subit un engineering un peut plus soign qu'une ligne ordinaire. Il comporte : En Europe : 30 canaux B et un canal D ( 16kb/s). On l'appelle parfois "connexion 30B+D". Aux USA et au Japon : 23 canaux B et un canal D ( 64kb/s). On l'appelle parfois "connexion 23B+D".
Les deux types de RNIS sont destins des usagers ayant des besoins diffrents : Laccs de base est utilis par les particuliers, et les petites entreprises. En utilisant plusieurs lignes tlphoniques, on peut coupler plusieurs accs de base, et obtenir une bande passante multiple de 128 kb/s. Laccs primaire est utilis par les entreprises ayant transmettre de gros volumes de donnes. Sa bande passante est beaucoup plus large (23 30 canaux B au lieu de 2), et peut tre "alloue dynamiquement", c'est dire que le multiplexage des canaux B peut tre automatiquement ralis en fonction des besoins des applications actives (BOD : bandwidth-on-demand).
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II.2 - LA TOPOLOGIELa figure ci-dessous regroupe toutes les interfaces de connexion normalises par l'IUT TNR : Terminal numrique de rseau. Il assure l'interface entre le rseau tlphonique et les quipements utilisateur. La fonction de conversion deux fils (ligne tlphonique) en 4 fils (S0/T0), La gestion des accs des terminaux sur la "ligne" S0 (ou "bus" S0), La tl-alimentation (ventuelle) des terminaux et en particulier des postes tlphoniques, La protection du site de l'abonn contre les surcharges (foudre en particulier)tel. Analogique fax g4 tel. numrique1234587 chhjdsq d 1234587 chhjdsq d
tel. numrique
R TA S prise S prise S S S prise S
S S Bus S prise S ligne tlphonique
TNRU
centrale tlphonique
routeur
LAN
Fig. II.2 : Installation RNIS BUS
ligne tlphonique fax g4
TNRU
centrale tlphonique
T S
TNAS S TA R1234587 chhjdsq d
S
ordinateur + carte RNISFig. II-1 : Installation RNIS TNA (HUB RNIS)
Rseaux haut dbit TNA : Terminal Numrique d'abonn. Il s'agit d'un PABX (ou HUB RNIS) qui permet d'augmenter le nombre de terminaux raccords et d'autoriser la communication entre deux postes locaux. Le TNA assure la fonction de traitement de protocole ou plus prcisment la partie du protocole associe au transfert de l'information dans le rseau, les parties de haut-niveau de la fonction de multiplexage, les fonctions de commutation et de concentration, de maintenance, et d'interface avec les interfaces S et T. TA : Terminal Adapter. C'est tout simplement un adaptateur qui permet de raccorder un terminal analogique comme un tlphone classique ou un fax groupe 3. L'interface U : dfinit la communication sur la ligne d'abonn numrique deux fils. L'interface S : dfinit la communication sur la liaison qui raccorde un terminal RNIS au TNR, TNA ou au bus RNIS dit aussi bus S. Bien que la norme prvoit 8 fils pour cette interface, on n'utilise gnralement que 4 fils. L'affection des fils est la suivante : - 2 fils : transmission vers le terminal - 2 fils : transmission partir du terminal - 2 fils : tlalimentation du terminal - 2 fils : tlalimentation du rseau par le terminal L'interface T : dfinit la liaison entre le TNR et un TNA. En pratique, cette interface est identique l'interface S. Cependant, on a gard ces deux appellations car elles permettent de distinguer le ct par lequel on accde au TNA Bus RNIS : Le bus RNIS dit aussi bus S est un bus passif de 4/8 fils et de longueur infrieure 150 m, qui permet de brancher jusqu' 8 terminaux RNIS l'aide de prises RJ45 dites prises S. Bien entendu, comme on ne dispose que de deux canaux, seules deux conversations simultanes sont possibles. L'intrt rside dans le fait de pouvoir prendre un appel o on le dsire. Par contre, les postes tlphoniques ne peuvent dialoguer entre eux. Pour y remdier, il faut disposer d'un commutateur (TNA). Dans la pratique, le bus S est peu utilis car dlicat mettre en ouvre. Pour les abonns l'accs de base on utilise soit un TNA de petite capacit soit un TNR qui englobe les fonctionnalits de TNA et mme des TA (Fig. II-3). Ainsi, on trouve des TNR qui ont plusieurs sortie S et plusieurs sortie R et mme des sortie RS232 pour connecter directement des PC, l'interface RNIS tant incorpore dans le TNR. Par convention les interfaces S et T sont appeles S0 et T0 dans le cas de l'accs de base.
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Rseaux haut dbitfax g41234587 chhjdsq d
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tel. numrique1234587 chhjdsq d
S0 S0 S0 ligne tlphonique S0 R routeur R U centrale tlphonique
TNR
R LAN
RS232
fax g3
ordinateurFig. II.3 : exemple d'installation d'un abonn accs de base
Les abonns l'accs primaire ont en gnral un PABX en guise de TNA. La figure ci-dessous montre un exemple d'installation. Par convention les interfaces S et T sont appeles S2 et T2 dans le cas de l'accs primaire.fax g41234587 chhjdsq d
tel. numrique1234587 chhjdsq d
S0 S0 S0 T2 R routeur R
S2
ligne tlphonique
PABX
TNRU
RTC
R LAN
S2
fax g3 ordinateur + carte RNISFig. II.4 : exemple d'installation d'un abonn accs de base
Rseaux haut dbit
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II.3 - LE CODAGE DE LIGNE SUR L'INTERFACE UL'interface U0 est constitue d'une paire de cuivre sur laquelle transitent les signaux montant et descendant. La thorie de transmission assure qu'une ligne peut tre le support de la propagation simultane de deux signaux dans les directions opposs sans (ou presque sans) qu'il y est d'interfrences entre eux. Cependant chaque signal s'accompagne de l'cho de l'autre. Cet cho est d essentiellement l'adaptation non parfaite du "duplexeur" hybride et aux discontinuits d'impdance de la lignes causes par la jonction entre cbles de transport et de distribution. Le principe de l'annulation de l'cho, comme le montre (Fig. II-2), est bas sur la fabrication d'une rplique de l'cho du signal transmis. Le signal transmis tant connu du tranceiver, il suffit de connatre les caractristiques du duplexeur hybride et ceux de la ligne pour dterminer l'amplitude de l'cho. Ceci est ralis l'aide d'un filtre adapt numrique implant sur un DSP. Une fois l'cho dtermin, il suffit de le soustraire du signal arrivant du duplexeur pour construire le signal reu.
Transmission
Ampli ligne
Filtre adapt Rception +Fig. II-2 : Annulateur d'cho
Duplexeur hybride
En Amrique du Nord, on a choisi une modulation appele 2B1Q (2 Binary 1 Quaternary), qui fonctionne sur quatre niveaux de tension. Ces niveaux varient rgulirement de -2,5 +2,5 V (Fig. II-3), parce qu'une diffrence de tension de 5 V est classique en tlphonie. A chacun de ces quatre niveaux on associe l'un des nombres binaires suivant : 00, 01, 10 et 11. Ainsi, une impulsion peut transporter un nombre binaire de deux bits. Le dbit de la ligne RNIS vaut donc : 80(kHz) x 2(bits) = 160kb/s, On notera qu'en tlphonie 1 Ko vaut 1.000 octets, et non 1.024 octets comme c'est le cas en informatique. En Europe, la modulation choisie est un peu plus complexe (4B3T) et la vitesse de modulation plus leve (120 kilobauds), le dbit total est de 192 kb/s.tension 2.5 V sympbol 3 10
0.83 V
1
11
-0.83 V
-1
12,5 s 01
-2.5 V
-3 00Fig. II-3 : la modulation utilise par l'ISDN amricain
Rseaux haut dbit
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La suite de bits 100111010100101101 sera reprsente par le signal ci-dessous qu'en peut reprsenter textuellement par la suite de symbole +3 1 +1 -1 -1 -3 +3 +1 -1 :tension2.5 V 10
0.83 V
11
-0.83 V
01
-2.5 V
00
Fig. II-4 : signal 2B1Q
II.3.1 -
LA TRAME RNIS SUR L'INTERFACE U
Il faut enfin grouper les informations par paquets. La figure Fig. II-5 reprsente la constitution globale d'une trame RNIS de 240 bits, qui dure :
1,5 ms Synchro 18 bits 24 * ( 4B + 4B + D ) 216 bitsFig. II-5 : Structure d'une trame RNIS
maintenance 6 bits
Les 18 bits de synchronisation permettent de synchroniser le transiever du TNR sur celui du centre de rattachement. La partie utile est constitue de 216 bits ; elle transporte l'information des canaux B et D dans les rapports 4bits/4bits/1bit. Les 6 bits de maintenance permettent la supervision de la liaison. Les trames sont groupes par 8 pour former des multitrames de 1920 bits, soit 240 octets transmis sur une dure de 12 millisecondes.
II.4 - LE CODAGE DE LIGNE SUR L'INTERFACE S/TPour l'accs de base, le code retenu pour l'interface S0/T0 est le code pseudo-ternaire dans lequel les "1" logiques sont reprsents par lune tension nulle, les "0" logiques sont achemins alternativement avec une polarit positive ou ngative. Pour avoir une composante continue nulle. Il faut que les polarits positives et ngatives soient en nombre strictement gal. On introduit pour cela des bits d'quilibrage qui n'ont d'autre signification que de permettre un quilibrage lectrique parfait. Pour l'accs primaire, le code retenu pour l'interface S2/T2 est le HDB3. Les niveaux logiques "0" sont reprsents par une tension nulle. Les niveaux logiques "1" sont transmis par des niveaux lectriques alternativement positifs et ngatifs. Ce code prsente une difficult. Si les squences d'information transmettre comportent une suite longue de 0 logiques, ceci se traduit par une absence
Rseaux haut dbit de signal qui rend difficile l'opration de rcupration d'horloge. Pour viter ce phnomne, le code HDB3 est accompagn de la rgle suivante : le dernier bit d'une suite de 4 bits zro est cod comme "1" logique mais avec une polarit inverse de celle dfinie pour "1" vritable. Cette rgle de viol de la loi de bipolarit introduit un risque de gnration de composante continue puisque les impulsions diffrentes de 0 ne sont plus alternativement positives ou ngatives. Il faut introduire une compensation ce dfaut. Ceci est fait en introduisant un bit de bourrage ayant la bonne polarit.
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II.5 - LA STRUCTURE DE LA TRAME SUR L'INTERFACE S/TSur l'interface S0/T0 (accs de base), les informations voyagent sur des trames de 250 s comprenant 48 bits dont : deux octets pour chacun des canaux 4 bits du canal D 12 bits de synchronisation et d'quilibrage En ralit, il y a deux trames circulant en sens contraire, une sur chacune des deux paires de transmission. Comme le canal D est partag par les deux terminaux en communication, ceux-ci doivent savoir si celui-ci est libre ou non. Pour cela, toutes les informations mises sur le canal D en direction du TNR doivent tre recopies dans l'autre direction, dans un canal spcifique qu'on apple le canal D cho. La structure de la trame diffre lgrement suivant que la transmission se fasse des terminaux vers le TNR ou du TNR vers les terminaux. Dans le sens terminal vers TNR, plusieurs stations peuvent mettre. Elles s'ignorent et par consquent chacune doit quilibrer lectriquement son propre trafic en introduisant des bits de polarit tels que la composante continue soit maintenue gale zro. Il en rsulte que pour chaque champ Bi ou D qu'une station peut envoyer, il est prvu un bit d'quilibrage lectrique. Ils sont dsigns sur la figure ci-dessus par la lettre E. Dans le sens TNR vers terminal, il n'y a que la TNR qui met et, par consquent, un bit d'quilibrage par trame est suffisant. De ce fait, les emplacements des bits d'quilibrage prvus pour chaque canal sont disponibles. Ces bits sont utiliss pour vhiculer des canaux complmentaires (simplex) dont un est le canal d'cho du canal D montant. D'autres bits peuvent tre utiliss pour vhiculer des informations de multitrames. Par exemple, une fois sur huit un bit peut tre prsent pour indiquer des blocs de huit trames et donc dfinir des horloges plus lentes pour de futurs services de donns par exemple. Par ailleurs, des bits sont ncessaires pour la gestion de l'interface. Ainsi, les doublets (F,L) et (Fa,N) transportent l'horloge trame de 4 kHz, le bit M l'horloge multitrame 200 Hz. Enfin, les bits A et S supervisent les problmes de transfert de l'nergie de tlalimentation.
Terminal vers TNR F E B1 E D E Fa E B2 E D E B1 E D E B2 E D E
TNR vesr terminal F L B1 De D A Fa N B2 De D M B1 De D S B2 De D E
48 bits en 250 sFig. II.5 : structure des trames de l'interface S0/T0
Rseaux haut dbit
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F : dbut de trame E : quilibrage Bi : octet du canal Bi D : bit du canal D Fa : bit d'alignement
De : cho de D A: bit d'activation L : complment de F N : complment de Fa M : multitrame
Pour l'accs primaire, les trames de l'interface S2/T2 ont la mme structure que les trames MIC 2048 kbit/s. Chaque trame transporte 30 octets B (IT 1 15 et 17 31), un octet D de signalisation en position 16 et un octet en position 0 alternativement pour la synchronisation et la gestion du TNR : L'IT 0 de chaque trame impaire transporte un mot de verrouillage de trame qui sert pour l'extrmit rceptrice rcuprer le cadrage en trame. L'IT 0 de chaque trame paire peut tre utilis pour transmettre d'autres signaux (par exemple des alarmes).
II.6 - LA SIGNALISATIONLe RNIS est concern par deux types de signalisation : 1) La signalisation entre les commutateurs. C'est la signalisation CCITT n7 (ss7) qui a t adopte par l'IUT-T. Cette signalisation est vhicule par rseau smaphore distinct du rseau de communication. Nous ne dtaillerons pas cette signalisation dans ce document. 2) La signalisation d'abonne qui dfinit le protocole d'accs entre l'usager et le rseau. Cette signalisation est base sur le modle OSI. Le protocole D spcifie les change sur le canal D et concerne les trois premires couches du modle ISO. Elle est dfinie par la spcification Q.921 de lIUT. II.6.1 - LE PROTOCOLE D AU NIVEAU LIAISON : LAP D Le protocole D de niveau 2 sur le canal D dfini par les recommandations internationales est le protocole LAP D : Link Access Protocole on the D channel. Il sagit dun protocole trs proche du LAP B utilis dans la norme X25 reposant par consquent sur la base des rgles HDLC (High Level Data Link Control). Les fonctions de niveau 2 mises en uvre par le LAP D sont principalement : La gestion de liaison de donnes (tablissement, maintient, libration) ; Le multiplexage de plusieurs liaisons de donnes sur le canal D ; Lchange dinformations structures (trames) incluant entre autre le maintient de la chronologie des trames et le contrle de flux ; Identification des connexions : dans une interface de base, il y a plusieurs quipements terminaux, il est donc ncessaire didentifier ceux qui transmettent ainsi que le type dinformations pour lesquels ils utilisent les services de la couche 2. Cette dernire fonction est lie ladressage. La dtection et la correction ventuelles derreurs intervenues au niveau physique, fonction de base dune procdure de communication ;
Rseaux haut dbit II.6.1.1 LE FORMAT DES TRAMES LAP D
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0111 1110
0111 1110
Flag1 octet
Adresse Contrle2 octets 1 ou 2 octet(s)
Informationn octets
FCS2 octets
Flag1 octet
Le drapeau est le premier lment dune trame. La trame est dlimite par deux drapeaux, le drapeau de fin dune trame pouvant constituer le drapeau de la trame suivante sil y en a une. Le corps de la trame est dcoup en champs, identifis par leur position relative par rapport aux drapeaux. La configuration du drapeau est celle de lHDLC : 01111110. Or, dans une procdure oriente bit, nimporte quelle configuration peut apparatre dans le corps de la trame, en particulier la suite 01111110. Un mcanisme de transparence est donc prvu pour interdire ces apparitions. Cette opration est la dernire opration mise en uvre avant la transmission. Lentit de liaison mettrice examine le corps de la trame et insre un "0 ayant une polarit errone" derrire toute squence de cinq "1" conscutifs. Ceci assure quaucun drapeau ne peut apparatre lintrieur dune trame. De faon analogue, lentit de liaison rceptrice examine le corps de la trame et limine tout faux"0" qui suit une squence de cinq "1".
LE CHAMP FLAG :
LE CHAMP ADRESSE
8
7
6
5 SAPI TEI
4
3
2
1
C/R 1 0
Fig. II.6 : champs adresse du protocole LAP D
Le sous champ TEI :Lidentificateur de point dextrmit de terminal (TEI : Terminal End-point Identifier) permet d'identifier le terminal concern par cette trame, cest ladresse multipoint proprement dite. Le TEI constitue donc lidentit du terminal vis--vis du rseau. Mise en uvre pour grer laccs de plusieurs terminaux sur un mme bus, cette valeur permet au rseau de reconnatre le terminal et au terminal de distinguer les informations qui lui sont destines. Laffectation dun TEI peut tre automatique ou non automatique. Dans le cas dune affectation automatique, le terminal RNIS, ds sa connexion physique sur le bus entame une procdure daffectation de TEI sur le rseau. Cette procdure aboutit la rservation par le rseau dun numro de TEI pour le terminal concern. Dans le cas dune affectation non automatique, le TEI est gnralement fix par une procdure soft ou hard au nivau de lquipement RNIS. Les numros de TEI sont rgis par des rgles prcises : les numros de TEI compris entre 0 et 63 sont rservs aux TEI affectation non automatique, les numros de TEI compris entre 64 et 126 sont rservs aux TEI affectation automatique, le numro de TEI 127 concerne le TEI de diffusion.
Lidentificateur du point daccs au service (SAPI : Service Access Point Identifier) permet de distinguer le service de niveau 2 fourni lentit de niveau 3. La notion de SAPI permet de multiplexer
Le sous champ SAPI :
Rseaux haut dbit sur le niveau 2 diffrentes liaisons de donnes utilises dans le cadre de diffrents services de tlcommunications comme la signalisation, la commutation de paquets dinformation utilisateur, la tlaction, ... Le protocole LAP D prcise les diffrentes valeurs prises par le SAPI en fonction des services de niveau 2 offerts la couche suprieure : Le SAPI = 0 est rserv pour la signalisation ; cest--dire les procdures dtablissement et de fermeture de connexion. Le SAPI = 1 est rserv pour les techniques de communication de trames (frame switching). Le SAPI = 16 est attribu au transfert de donnes en mode paquets conforme aux procdures de niveau 3 de la recommandation X25 (Point d'Accs Paquet : PAP). Lintervalle [32-47] est laiss pour chaque pays avec un usage rglement au niveau national. En France, par exemple, on utilise le SAPI = 32 pour le Tlex. Le SAPI = 63 est utilis pour les procdures de gestion de niveau 2 comme la gestion des TEI, les fonctions de maintenance et de contrle. Les bits dextension dadresses (0 et 1), bits de rang 1 de chacun des deux octets, indiquent explicitement la longueur du champ dadresse : 0 pour le premier octet, 1 pour le dernier. Dans certains protocoles, le champs adresse a plusieurs octets, le 0 permet d'identifier le dernier octets. Le bit C/R identifie une trame en tant que commande ou rponse, conformment aux rgles de la procdure HDLC. On peut considrer quil nappartient pas au mcanisme dadressage.
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LE CHAMP DE CONTROLE :Le champ de contrle dtermine le type de la trame. Il en existe trois : trame dinformation, trame I, trame de supervision, trame S, trame non numrote, trame U (unnumbered).
1 Trame I Trame S Trame UN(S) : N(R) : S : M : P/F :
2 0 1
3 N(S) S M
4 S M
5 P P F P F
6
7 N(R) N(R)
8
0 1 1
M
M
M
P :
numro de squence en mission numro de squence en rception lment binaire de la fonction de supervision lment binaire de la fonction de modification lment binaire dinvitation mettre lorsquil provient dune commande lment binaire final lorsquil provient dune rponse (1 : invitation mettre/fin) lment binaire dinvitation mettre (1 : invitation mettre)
Elles sont utilises pour effectuer le transfert dinformation. Elles contiennent des informations fournies par lentit de niveau 3. Ces trames contiennent en outre, des informations lies au contrle de la transmission des trames : N(S) numro de squence en mission, N(R) numro de squence en rception.
LES TRAMES I (0XXXXXXX):
Rseaux haut dbit
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Les trames dinformation sont toujours des commandes et lon peut exiger une rponse en utilisant le bit P mis 1.
Elles permettent dassurer des fonctions de supervision de la liaison de donnes et particulirement de gestion de trames : le squencement, le contrle de flux, la retransmission, la suspension de la transmission de trames. Les trames S peuvent tre des commandes ou des rponses, on distingue 3 types de trames S : La trames RR (Received Ready : 1000xxxx) est un acquittement positif qui indique le numro N(R) de la trame attendue par le rcepteur. N(R) acquitte la trame R-1. La trame RNR (Received Not Ready : 1010xxxx) est galement un acquittement positif pour les trames de numros infrieurs N(R), elle doit tre utilise par le terminal (ETTD) pour indiquer un tat d'occupation, c'est--dire une incapacit momentane accepter des trames I supplmentaires. Cette trame est utilise en cas de difficult temporaire comme une occupation de mmoire. La trame REJ (REJect : 1001xxxx) est un acquittement ngatif, elle indique quune erreur de transmission t dtecte et demande lmetteur de reprendre sa transmission partir de la trame de numro N(R).
LES TRAMES S (10XXXXXX)
Elles permettent de mettre en uvre lchange de trames dinformation sans avoir ouvrir une liaison de donnes au pralable; lchange de ce type de trame dinformation est en consquence moins scuris (pas de contrle de squencement ou de flux). Les trames non numrotes sont utilises pour ltablissement et la libration des liaisons de donnes ainsi que pour la gestion des erreurs de squencement ou de protocole. Les trames non numrotes sont des commandes ou des rponses. Voici la description de quelques trames de gestion.
LES TRAMES U (11XXXXXX)
Commande de mise en mode asynchrone quilibr tendue : SABME (1111P101)
SABME (Set Asynchronous Balanced Mode Extended) sert tablir une connexion, elle force lentit distante rinitialiser la liaison en remettant tous les compteurs de trames zro.
Commande de dconnexion : DISC (1100P010)
DISC (DISConnected) permet de mettre fin une connexion ; les squenceurs N(R) sont remis zro.
UA (Unnumbered Acknowledge) doit tre utilise par l'ETTD pour accuser rception et accepter les commandes non numrotes SABME et DISC. Il ne doit pas tre permis d'inclure un champ d'informations dans la rponse UA. L'mission d'une rponse UA doit indiquer la sortie d'un tat d'occupation qui avait t signal auparavant par l'mission d'une trame RNR par la mme station.
Rponse d'accus de rception non numrote : UA (1100P110)
Rponse en mode dconnect : DM (1111F000)
Rseaux haut dbit DM (Disconnected Mode) doit tre utilise par l'ETTD pour signaler un tat dans lequel l'ETTD se trouve dans la phase de dconnexion.
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Rponse de rejet de trame : FRMR (1110F000)
FRMR doit tre utilis par l'ETTD pour indiquer une condition d'erreur ne pouvant pas tre rcupre.
LE CHAMP INFORMATION
Le champ information contient des donnes issues du niveau OSI suprieur. Ca peut tre des donnes de supervisions, de signalisation (protocole Q.931) ou des donnes utilisateur. Sa longueur maximale a t fixe 260 octets.
Le bloc derreur que lon reconnat a posteriori aprs avoir reu le drapeau de fin est de longueur 16 bits. Il est calcul partir du contenu complet de la trame (adresse, contrle et donnes) qui est converti en polynme et divis par le polynme du CCITT X16 + X12 + X3 + 1. Cette division fournit un reste qui est un polynme de degr 15 maximum et qui a 16 coefficients binaires : ces coefficients constituent le FCS.
LE CHAMP DE CONTROLE DERREUR ET DE SUPERVISION : FCS
Flag
Contenu de la trame
FCS
Flag
Division par un polynme gnrateur X16 + X12 + X5 + 1II.6.2 - LE PROTOCOLE D AU NIVEAU RESEAU (NIVEAU 3) Le niveau 3 du protocole D a comme fonction principale la commande des appels (tablissement, maintient et libration) pour permettre la mise en uvre des connexions commutation de circuits ou commutation de paquets. La structure du champ information de la trame LAP D est la suivante : 8 7 6 5 4 3 2 1 Discriminateur de protocole 08 = Q.931 0 0 0 0 Length of CRV CRV : rfrence dappel 0 Type de message Information dpendant Du Type de message
CRV = Call reference value ou rfrence d'appel. C'est un identificateur qui permet de savoir quelle communication appartiennent les donnes du champ information. Type de message : Etablissement, connexion, Sonnerie, Libration
Rseaux haut dbit La longueur du dernier champ quand il y en a un dpend du champ type de message Les principaux messages utiliss par le niveau 3 du protocole D sont : ETABLISSEMENT. Initialisation de l'appel. Emis par l'usager-rseau pour demander l'tablissement d'un appel. APPEL EN COURS. Confirmation de la rception d'un message Etablissement indiquant que les ressources ncessaire l'tablissement de l'appel sont en cours de rservation. ALERTE. L'alerte de l'usager demand est en cours (sonnerie par exemple). CONNEXION. L'usager demand accepte la communication. ACCUSE DE RECEPTION DE CONNEXION. Confirme la prise en compte de la connexion et constitue l'achvement de la phase d'tablissement d'appel. INFORMATION. Contient les informations supplmentaires pouvant concerner l'exploitation du service (taxation). ETAT. Dfinit l'tat de l'appel, ct usager ou ct rseau. DECONNEXION. Initialise la libration de l'appel. LIBERATION. Confirmation de la libration du message de dconnexion. FIN DE LIBERATION. Achvement de la phase de libration. Les ressources rserves pour la communication sont libres. II.6.3 - L'ADRESSAGE RNIS La signalisation RNIS manipule une grande varit d'identifiants, adresses, sous adresses, numro d'installation, identit de personnes, etc. On peut distinguer deux cas particulier : 1. L'adressage MSN (multiple subscriber number) ou Numro d'Abonn Multiple. L'appel est destin un abonn connect un Bus S, un TNA ou directement au TNR. Le message d'tablissement d'appel peut comprendre quatre champs d'adressage : les numros de destination et d'origine (numros d'installations) et les sous-adresses de destination et d'origine (numro de poste). Les sous-adresses sont des champs remplis par les quipements des usagers. Ils ne sont pas examins par le rseau. L'usage de ces champs est laiss la disposition de l'usager. Les quatre octets de ces champs peuvent tre alphabtiques ou numriques. Dans certains postes tlphoniques, la sousadresse du destinataire peut tre compose partir du clavier tlphonique. La touche "#" peut tre utilise comme sparateur entre le numro public et la sous-adresse. Dans d'autres cas, la sous-adresse peut servir dsigner une application dans un ordinateur. L'adressage SDA (Slection Directe l'Arrive). L'appel est destin un poste branch un PABX. Dans ce cas, on peut utiliser le mode d'adressage dit SDA Une partie des numros du plan de numrotation public est affecte l'installation. Ceci est dj offert avec les grosses installations tlphoniques analogiques, et est gnralis aux trs petites installations grce au RNIS
22
2.
Rseaux haut dbit
23
III - LE SYSTEME ADSLIII.1 INTRODUCTION
Digital Subscriber line)
Les tudes menes sur les lignes DSL ont montr que la porte tait fortement rduite cause du phnomne de diaphonie entre les lignes se trouvant dans le mme cble de transport/distribution et aussi entre le faisceau montant et le faisceau descendant. Le phnomne est videmment plus marqu quand le dbit est plus important. Ces mmes tudes ont montr que le fait de rduire le dbit dans un des deux sens de communication permettait une augmentation substantielle de la porte. Le fait que la diaphonie est plus importante du cot du centrale tlphonique, car c'est l que le plus grand nombre de lignes est group dans un mme cble, les tudes ont montr que la liaison est meilleure quand on rduit le dbit montant (abonn telco). Pour une fois, le hasard a bien fait les choses car, il se trouve que les applications candidates l'utilisation des technologies XDSL, comme la connexion l'Internet, sont de natures asymtriques. C'est ainsi qu'est ne la technologie ADSL (Asymmetric
Le systme ADSL utilise la ligne tlphonique bifilaire classique pour offrir : Une Liaison tlphonique analogique classique (POTS), Une liaison entirement numrique haut dbit comportant : Un canal montant (Upstream) offrant un dbit pouvant aller de 16 640 kb/s; Un canal descendant (downstream) offrant un dbit pouvant aller de 2.048 (1.536) 6.144 Mb/s;III.2 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
La ligne tlphonique aune bande passante de l'ordre de 1.1 MHz. Cette bande passante est rpartie entre le canal tlphonique analogique (POTS) et la liaison numrique. Le canal tlphonique analogique ne se chevauche pas avec les canaux numriques, ceux-ci occupent une bande s'tendant entre 30 kHz et 1.1 MHz. Ainsi, le canal tlphonique peut tre spar des canaux numriques l'aide d'un filtre (splitter) plac chez l'abonn et dans la telco (Fig. III-3) Pour sparer les deux canaux numriques montant et descendant, on trouve deux variantes de systmes ADSL utilisant deux techniques de multiplexage diffrentes. III.2.1 - MULTIPLEXAGE FDM (FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING) La bande alloue la liaison numrique est constitue de deux bandes distinctes La bande basse est alloue au flux montant et la bande haute est alloue au flux descendantPOTS
flux montant 4 30 138
flux descendant 1104 f(kHz)
Fig. III-1 : allocation frquentielle des canaux ADSL - FDM
Rseaux haut dbit III.2.2 - MULTIPLEXAGE PAR ANNULATION D'ECHO Ici la bande du faisceau montant se chevauche avec celle du faisceau descendant. La sparation entre le faisceau transmis et le faisceau reu se fait par annulation d'cho.
24
POTS 30
flux montant 138
flux descendant 1104 f(kHz)
Fig. III-2 : allocation frquentielle des canaux ADSL annulation d'cho
III.3 -
STRUCTURE D'UNE INSTALLATION ADSL
Les splitters installs chez l'abonn et dans le centre de rattachement permettent de sparer la liaison tlphonique analogique de la liaison numrique. Les terminaux ADSL appels communment modems ADSL s'occupent de tous les aspects lis une liaison numrique (Tramage, signalisation, modulation, multiplexage . . .) : ATU-R : ADSL Transceiver Unit - Remote terminal end ATU-C : ADSL Transceiver Unit - Central office end
abonn ligne bifilaire splitter (modem ADSL) ATU-R
teclco splitter ATU-C
RTC
Data terminal InternetFig. III-3 : Connexion ADSL
RTR rseau numrique (ATM par exemple)
III.4 -
CAPACITE DU SYSTEME ADSL
Les flux montants et descendants, grce un multiplexage TDMA, offrent chacun un canal de donnes utiles (utilisateur) et des canaux de surdbit pour la synchronisation et l'exploitation. On obtient ainsi : Un canal utile descendant haut dbit Un canal utile Duplex faible dbit appel canal C Un canal duplex pour l'exploitation
Le systme ADSL est offert selon plusieurs classes ayant chacune un dbit diffrent. Comme il est assez facile de s'y perdre, nous allons y porter deux regards diffrents.
Rseaux haut dbit III.4.1 APPROCHE SIMPLIFIEE
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Dans une premire approche, on peut dire que les dbits utiles de des trois classes proposes par le systme ADSL sont : 2 Mb/s Classe 2M-3 16 kb/s4 Mb/s Classe 2M-2 64kb/s 6 Mb/s Classe 2M-1 64k
III.4.2 -
APPROCHE UN PEU PLUS APPROFONDIES
Comme dans tout protocole de communication, les trames qui transportent l'information ne comporte pas que des donnes utilisateur mais aussi les informations de synchronisation, de signalisation, correction d'erreur, d'exploitation, etc Toutes ces donnes supplmentaires constituent un canal de surdbit (Overheading channel) ou tout simplement canal d'exploitation. Les tableaux (Tab. III.1) et (Tab. III.2) donnent les dbits respectifs des faisceaux downstream et upstream pour les classes europennes. Pour la classe 2M-3, Le canal C est transport par certains bits inutiliss du canal Overhead. Pour le flux descendant, on a 128 kb/s qui se rpartissent 112 kb/s pour l'exploitation et 16 kb/s pour le canal C. Pour le flux montant, on a 96 kb/ qui se rpartissent 80 kb/s pour l'exploitation et 16 kb/s pour le canal C. classe 2M-1 6 144 64 128 6 336 classe 2M-2 4 096 64 128 4 288 classe 2M-3 2 048 16 (note 1) 128 (112+16) 2 176
Simplex downstream Duplex C channel Overhead Total
Tab. III.1 : Dbits du faisceau downstream kb/s
Duplex C channel Overhead Total
classe 2M-1 64 96 160
classe 2M-2 64 96 160
classe 2M-3 16 (note 1) 96 (80+16) 96
Tab. III.2 : Dbits du faisceau upstream en kb/s
Note 1 : le canal C est totalement transport parmi les informations de surdbit, il ne figure donc pas dans le calcul du totalLa norme ADSL prvoit, l'utilisation en cas de besoin de canaux duplex optionnels. Ceci videmment quand la qualit de la ligne et la porte le permettent : classe 2M-1 0-576 d:0-64 / m:0-32 classe 2M-2 0-384 d:0-64 / m:0-32 classe 2M-3 0-160 0-32
Duplex optionnel Overhead qui va avec
Rseaux haut dbit La figure (Fig. III-4) illustre les dtails des dbits des trois classes. On remarquera la prsence de canaux optionnels, et que les dbits d'exploitation s'adaptent la prsence de ces canaux afin d'en assurer la gestion. Les figures (Fig. III-5, Fig. III-6 et Fig. III-7) illustre d'une faon un peut plus visuelle les dbits des trois classes et ceci en absence de canaux optionnels.2M-1 simplex downstream duplex C channel duplex optional channel overhead channel 6.144 Mb/s 64 kb/s 64 kb/s 0-576 kb/s 0-576 kb/s 128-192 kb/s 96-128 kb/s 2M-2 4.096 Mb/s 64 kb/s 64 kb/s 0-384 kb/s 0-384 kb/s 128-192 kb/s 96-128 kb/s 2M-3 2.048 Mb/s 16 kb/s 16 kb/s 0-160 kb/s 0-160 kb/s 128-160 kb/s 96-128 kb/s
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Fig. III-4 : dtail des dbits pour les 3 classes ADSL
donnes utilisateur
Downstream channel
2048 kb/s
16 kb/s Donnes utilisateur Overhead channel exploitation exploitation 112 kb/s 80 kb/sFig. III-5 : Illustration des canaux de la classe 2M-3
C channel
16 kb/s
donnes utilisateur
Downstream channel
4096 kb/s
C channel Donnes utilisateur exploitation exploitation
64 kb/s 64 kb/s 128 kb/s 96 kb/s
C channel
Overhead channel
Fig. III-6 : Illustration des canaux de la classe 2M-2
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donnes utilisateur
Downstream channel
6144 kb/s
C channel Donnes utilisateur exploitation exploitation
64 kb/s 64 kb/s 128 kb/s 96 kb/s
C channel
Overhead channel
Fig. III-7 : Illustration des canaux de la classe 2M-1
III.5 -
PORTEE D'UNE LIGNE ADSL
Il est vident que plus le dbit est important, plus la porte de la ligne est rduite. Le tableau cidessous donne quelques valeurs indicatives. 2.048 Mb/s 6.144 Mb/s 24 AWG = 0.5 mm 26 AWG = 0.4 mm 24 AWG = 0.5 mm 26 AWG = 0.4 mm 18000 ft = 5.5 km 15000 ft = 4.6 km 12000 ft = 3.7 km 9000 ft = 2.7 km
tab. III.3 : Porte en fonction du dbit et du calibre de la ligne
III.6 -
MODULATION
t dveloppe par la socit Paradyne, filiale du gant amricain AT&T. La modulation DMT a t dveloppe par la socit Amati telecommunications en association avec Stanford university puis commercialise par Northern telecom. Bien que la modulation DMT soit plus rcente que la modulation CAP, c'est elle qui a t retenue par les organismes de standardisation. D'abord vers 1993, l'ANSI (American National Standards institute) sort le standard T1.413 auquel l'ETSI (European Telecommunication standards Institute) ajouta une annexe pour l'adapter aux spcificits europennes. Plus tard, en 1998, l'ITU (International Telecommunication Union) adopta le standard ADSL G.Lite sous la rfrence G.922.2. La modulation DMT a t adopte comme standard pour la technologie ADSL bien qu'elle soit moins mature que la modulation CAP. Ce choix a t fait la suite d'une srie de test sur les diffrentes technologies ADSL disponibles, l'issu duquel, la modulation DMT s'est affirme comme la plus fiable, surtout pour les hauts dbits. La standardisation de la modulation DMT n'a pas empch un certain nombre de constructeurs de continuer dvelopper et d'investir dans la technologie ADSL base de CAP et on parle d'une possible standardisation de ce systme. III.6.1 MODULATION CAP
(Discrete MultiTone) et la modulation CAP (Carrierless Amplitude-Phase). Cette dernire mthode
Il y a deux types de modulations principales utilises par la technologie ADSL, la modulation DMT
La modulation CAP utilise la totalit de la bande passante disponible. L'information est transmise sur un signal multiniveaux et multiphases pouvant coder jusqu' 64 symboles diffrents portant 6 bits
Rseaux haut dbit chacun. Le nombre de niveau est choisi d'une faon adaptative selon le dbit transmettre et la qualit de la ligne, ce qui amliore la fiabilit du systme. Du point de vue algorithme, la modulation CAP est trs similaire la modulation QAM. III.6.2 MODULATION DMT
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La modulation DMT consiste subdiviser (Fig. III-8) la bande disponible en 256 sous-bandes de 4 kHz. Chaque sous bande vhicule son propre signal et subit son propre traitement. Le dbit nominal est de 8 bits par Hz, ce qui donne un dbit de 32 kb/s pour chaque sous-bande.
flux montant
Flux descendantFig. III-8 : spectre du systme ADSL-DMT
Dbit du flux montant : 20 sous-bandes * 32 kb/s = 640 kb/s Dbit du flux descendant : 256 sous-bandes * 32 kb/s = 8.192 Mb/s L'allocation du nombre de bits par Hz pour chaque sous-bande se fait d'une faon adaptative. Ainsi, si une sous bande prsente un trs bon SNR (c'est le cas dans la partie basse du spectre), elle se voit affecter un nombre de bits suprieur 8bits/Hz (max 16) ce qui augmente son dbit. Par contre, une sous bande de la partie haute du spectre prsentera un SNR plutt mdiocre, il lui sera affect un nombre de bits infrieur 8 bits/Hz (4 bit/Hz). La dtermination des caractristiques (SNR) d'une sous bande se fait par la transmission d'un squence de test connue de l'ATU-C et de l'ATU-R. Si une sous bande prsente un SNR trs mauvais, elle est teinte et le flus est rparties sur les bandes restant en fonctionnement.
III.7 -
TRAMAGE
Les flux de donns sont rangs dans des multitrames de 17 ms constitues de 68 trames de 250 s chacune.
III.8 -
CODAGE ET CORRECTION D'ERREUR
Le systme ADSL peut souffrir de plusieurs types d'interfrences pouvant dgrader le rapport signal sur bruit. Ce sont principalement des interfrences entre les liaisons XDSL et EI/T1 partageant le mme cble de distribution/transport. Le codage dcodage par constellation et la correction d'erreur FEC (Forward Error correction) permettent d'obtenir des liaisons de grande fiabilit.
III.9 -
ENBROUILLAGE
Afin d'amliorer les performances des filtres d'galisation, du codage et de la correction d'erreur, le flux de donnes est d'abord embrouill avant d'tre transmis. La technique d'embrouillage utilise et la mme que celle utilis dans le systme HDSL. Le polynme utilis est :
x 23 + x 18 + 1 .
Rseaux haut dbit
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III.10 - LE STANDARD G.LITEJusqu' prsent, le procd ADSL s'est dvelopp fort lentement, et ce pour les raisons suivantes : La norme qui dcrit le procd ADSL ne fixe pas les valeurs des dbits : chaque telco a donc adopt ses propres valeurs pour le dbit montant et pour le dbit descendant. Pour l'instant, l'interoprabilit n'existe pas. Le matriel n'est pas normalis. Un modem prvu pour fonctionner avec une telco donne ne marche pas avec une autre. Les frais de raccordement sont levs, parce qu'un technicien doit venir installer le splitter au domicile de l'usager, et le configurer. Le prix de l'abonnement est trop lev, du moins pour les particuliers. Le personnel des telcos n'est pas familiaris avec la nouvelle technologie.
La norme G.Lite, qui dfinit la version "lgre" de l'ADSL (encore appele "Universal ADSL", "splitterless ADSL", ou "lite ADSL"), rgle les principaux problmes : Elle fixe les dbits : 1.5 Mb/s dans le sens descendant, et 384 Kb/s dans le sens montant. Elle choisit le procd de modulation DMT (Discrete MultiTone), de prfrence au procd CAP (Carrierless Amplitude and Phase). Elle intgre le splitter au modem (splitterless ADSL). Ceci est un facteur de rduction des cots, car la transformation d'une ligne ordinaire en ligne ADSL ne ncessite plus l'intervention d'un agent de la telco au domicile de l'abonn. La nouvelle norme rend l'ADSL "splitterless", au grand soulagement de ses partisans, qui avait fait du splitter leur bte noire. Un journaliste a prtendu, sans rire, qu'il avait fallu six visites d'un technicien pour installer et configurer un splitter son domicile... Elle impose un modem auto-configurable (Plug and Play). Aujourd'hui, les utilisateurs de microordinateurs (et plus spcialement les particuliers) n'admettent plus que les priphriques soient difficiles configurer. "Plug and Play" signifie que le modem doit tre automatiquement reconnu et configur par le systme d'exploitation. Le fait que ce dernier soit "ADSL-ready" (ex : Windows 98), facilite l'criture des programmes pilotes par les fabricants de modems et leur installation par l'utilisateur. On notera que l'utilisation du connecteur USB (pour relier le modem l'ordinateur) va de pair avec le caractre Plug and Play car les modems externes seront traits peu prs de la mme faon que les cartes internes de l'ordinateur.
telco (modem ADSL) ATU-R ligne bifilaire ATU-C
RTC
Data terminal
abonn
InternetFig. III-9 : connexion ADSL G.Lite
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III.11 - CONCLUSIONLe systme ADSL G.Lite parat tre la solution qui a toutes ces chances pour se dvelopper dans les annes avenir et devenir le meilleur moyen pour se connecter l'internet. Le dbit prvu le sens descendant (1,5 Mb/s) est largement suffisant pour le particulier et mme pour les providers. Le dbit prvu dans le sens montant (384 kb/s) est plus que suffisant pour l'interrogation d'Internet (l'internaute envoie essentiellement de courtes requtes vers le serveur), et le courrier lectronique. Dans notre pays, il faudra probablement attendre encore quelques annes, d'un cot cause de l'absence de concurrence du fait qu'il y a un seul oprateur tlphonique qui en plus gre le seul PDN (Magribpac). D'une autre cot cause de la faible pntration de la micro informatique dans les foyer marocain et les PME/PMI.
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IV - LE RESEAU FRAME RELAYIV.1 INTRODUCTION
Frame Relay est un protocole de communication du niveau liaison (niveau 2 OSI) sans reprise sur erreur. Cest une amlioration de la commutation de paquet (ex : X25) par la rduction du nombre de niveaux OSI prendre en compte. La commutation est ramene au niveau 2, ce qui simplifie considrablement le travail des nuds du rseau. En effet, dans une commutation de paquets, on attend de recevoir correctement une trame, (avec des retransmissions potentielles,) puis un acquittement est envoy vers le nud prcdent et on garde une copie tant que le nud suivant na pas fait parvenir un acquittement positif. Labsence de contrle de lintgrit du flux, (rendue possible grce la qualit croissante des mdias de transmission), a permis de rduire les temps de transit (5 10 fois plus courts que X25) ce qui permet de sadapter aux applications multimdias mergentes avec la capacit supporter les pics de charge (bursts) des utilisateurs. Comme il n'y a aucun contrle de flux, les utilisateurs ont la possibilit d'envoyer autant de donnes sur le rseau qu'ils en ont envie et ceci n'importe quel moment. Frame Relay n'a aucun moyen de forcer un utilisateur cesser d'envoyer des donnes si le rseau est satur. Il a seulement un mcanisme pour informer l'utilisateur qu'il y a congestion sur le rseau en esprant que celui-ci respecte la rgle DAUTODISCIPLINE en diminuant la quantit dinformation quil envoie sur le rseau. Sil ne le fait pas la congestion sur le rseau va augmenter et cest pour cela que le principe du CIR (committed information rate) a t cre. Le CIR est le dbit minimum garanti que loprateur sengage passer dans le rseau. Sa valeur est fixe par lutilisateur et loprateur le jour de labonnement. Mais si le rseau nest pas congestionn, lutilisateur peut passer plus dinformation, surtout pendant les pics (burst) de trafic, mais larriv de ce surplus dinformation destination nest pas garanti par loprateur. Notons que le client paie seulement le CIR mme sil a souvent la possibilit de travailler un dbit suprieur. En cas de congestion, les trames constituant le dpassement sont tout simplement dtruites et cest les applications utilisateurs qui doivent grer lintgrit du flux. Frame Relay a t initialement dfini comme tant un protocole orient connexion permanente : une connexion entre 2 sites est tablie de faon permanente (pour remplacer les lignes spcialises), lutilisateur ne peut pas nimporte quel instant tablir une liaison avec nimporte quel abonn au rseau Frame Relay. Ce mode dopration est appel circuit virtuel permanent CVP, ou PVC (Permanent Virtual Circuit). La connexion est mise en place une fois pour toute (par un ingnieur rseau de loprateur) et sera disponible de faon permanente. Une nouvelle norme, appele circuit virtuel commut CVC ou SVC (Switched Virtual Circuit) a t mise en place pour rpondre ce besoin mais elle nest que peu utilise actuellement. Le protocole Frame Relay est issu des travaux du CCITT dans les annes 80 dans le cadre des travaux sur le RNIS, essentiellement sur la recommandation Q.922 (ISDN data link layer specification for frame mode bearer services), et plus particulirement sur le noyau de base de cette recommandation : Core Q.922. Certains constructeurs ont jug que le protocole mritait un intrt particulier et ont implment une version en dehors du monde du RNIS. Ce groupe, connu sous le nom de groupe des quatre (DEC, Northern Telecom, Cisco and Stratacom) produisit un document en septembre 1990 connu sous le nom de (Frame Relay Specification with Extensions based on Proposed T1S1 Standards). Ce document fut propos tout vendeur dsireux de limplmenter. Un second groupe de vendeurs fut cr quelques
Rseaux haut dbit mois aprs cette proposition, le Frame Relay Forum, pour dvelopper cette technologie.
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Rseau Frame Relay Utilisateur A
UNI NNIswitch Frame Relay Utilisateur D
Utilisateur C Utilisateur B
Fig. IV-1 : rseau Frame Relay
Comme on peut le constater sur la figure ci-dessus, le rseau tant dj cbl, quand un nouvel abonn demande une nouvelle liaison, le travail sera essentiellement un travail logiciel pour configurer le nouveau PVC. Les rseaux Frame Relay constituent une solution court et moyen terme en attendant que les rseaux ATM se dveloppe. Frame Relay apparat donc comme une solution intermdiaire entre les rseaux X25 et les lignes spcialises dune part et le rseau ATM dautre part.
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IV.2 -
FONCTIONNEMENT DETAILLE DU PROTOCOLE
Dans cette partie, nous allons dtailler le protocole Frame Relay en nous attachant plus son fonctionnement interne. IV.2.1 - LINTERFACE PHYSIQUE Linterface entre lutilisateur et le rseau sappelle linterface UNI (User to Network Interface). Comme le Frame Relay est issu des travaux sur le RNIS, cette linterface physique est donc linterface daccs de base ou primaire du RNIS. Le Frame Relay Forum permet dutiliser dautres interfaces telles que V.35 , G.703 et G.704, X.21. Toutes ces interfaces autorisant uniquement un dbit de 2,048 Mb/s ; la norme UNI Frame Relay (FRF1) a t amende en Janvier 96 pour ajouter le support des interfaces plus rapides suivantes (norme FRF1.1) : Ansi-530-A-1992, HSSI (High Speed Serial Interface) 52Mb/s, DS3 Interface 44Mb/s, E3 Interface 34Mb/s, V36 et V37 (2-> 10 Mb/s)
IV.3 -
LA TRAME FRAME RELAY
La plupart des protocoles (comme X25 ou SNA) utilisent une trame drive de la trame HDLC (high level data link control procedure ). LAPD est le driv de HDLC utilis dans le RNIS sur lequel le Frame Relay est bas.
Rappelons la composition dune trame de type HDLC : Flag Champ dadresse Champ de contrle Champ dinformation FCS Flag
Et voici la trame Frame Relay : Flag Champ dadresse Champ dinformation FCS Flag
Comme le Frame Relay nimplmente pas toutes les fonctions du HDLC, quelques lments ont t omis et dautres ont t regroups : cest le cas des champs dadresse et de contrle qui ont t regroups dans un champ simple de type header et appel lui aussi champ dadresse. Les champs suivant du HDLC ont t conservs : Le Champs Flag : 01111110 Comme tous les flag, il indique la fin ou le dbut dune trame et permet la synchronisation. Pour viter que cette squence de bits ne se retrouve de nouveau lintrieur de la trame, on ajoute un 0 aprs une squence de 5 bits 1. De la mme faon, le rcepteur recherchera lui aussi 5 bits 1 et enlvera le bit 0 qui suit cette squence. Le champ dinformation : Il contient les donnes de lutilisateur (donnes brutes ou trames provenant dautres protocoles et encapsules). La longueur de ce champ est dfinie par lutilisateur et loprateur le jour de labonnement. Le Frame Relay Forum recommande une taille de 1600 octets avec une taille minimale de 1 octet. Les donnes de ce champ sont transmises sans tre interprtes. Le champ FCS : (Frame Check Sequence) :
Rseaux haut dbit Cest un champ qui sert sassurer que la trame na pas t transmise avec des erreurs. Il fait 2 octets et correspond au polynme (x16 + x12 + x5 + 1) dfini par le CCITT. Le Frame Check Sequence effectue un contrle sur tous les bits de la trame lexception des flags. Voyons maintenant les spcificits de la trame Frame Relay : Le champ adresse Il a une longueur de 2 4 octets, le bit EA (Extended Adress). Permet de grer la longueur de ce champ. Allure gnrale du champ adresse 8 7 6 5 4 3 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1 DLCI C/R EA DLCI FECN BECN DE EA
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Champ adresse 2 octets : Octet 1 DLCI Champ adresse 3 octets : Octet 1 DLCI CR 0
C/R
0
DLCI
Octets 2 FECN BECN
DE
1
Octet 2 DLCI 0
Octets 3 F DLCI E C N
B E C N
D E
1
Champ adresse 4 octets : Octet 1 DLCI C 0 R
Octet 2 DLCI 0
Octet 3 DLCI 0
Octet 4 F B DLCI E E D 1 C C E N N
- DLCI (Digital Link Connexion Identifier) : Cest lindicateur du circuit virtuel qui permettra au switchs Frame Relay daiguiller ou de relayer les trames dans la bonne direction. Il na pas de signification globale de bout en bout, il est dfinit pour un tronon et change chaque traverse dun nud du rseau. Il peut tre de 10, 17 ou 24 bits selon la longueur du champ adresse. En gnral, on utilise un champ adresse de 2 octets ce qui donne un DLCI de 10 bits permettant dadresser 1024 Circuits virtuels. - C/R : Sert identifier (ventuellement) les trames commandes et les trames rponses. Il est transmis de bout en bout est nest pas modifi par le rseau. - FECN et BECN (Forward/Backward Explicit Congestion Notification) : En positionnant ces bits sur les trames qui le traversent, un nud Frame Relay informe en amont et en aval quil est le sige dune congestion. - DE (discard eligibility) : En plaant ce bit 1, le nud dentre au rseau indique que cette trame peut tre jete en cas de congestion.
Rseaux haut dbit
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IV.4 -
GESTION DE FLUX
Le CIR (committed information rate) est le dbit de donnes que l'utilisateur est sur de voir passer dans le rseau n'importe quel moment et sans aucun problme. Le CIR n'a aucun lien avec le dbit rel de la ligne de l'utilisateur. Un utilisateur peut avoir une ligne 2Mbps et avoir, par exemple un CIR de 64Kbps. Cela signifie que l'utilisateur sera toujours sur de passer 64Kbps, mais en pic de charge il pourra faire passer des dbits suprieurs. Le transfert sur la ligne se fait toujours au dbit d'accs de la ligne, mais il peut tre intermittent selon l'application de l'utilisateur. Dans ces conditions le CIR reprsente le dbit moyen sur un intervalle de temps T, il sera explicit par le volume de donnes Bc transmis pendant l'intervalle de temps T. Le jour de son abonnement au service Frame Relay, l'utilisateur souscrit un contrat qui prcise les lments essentiels suivant : L'intervalle de mesure T (souvent T = 1s). Bc (committed burst size) : C'est le volume de donnes garanti durant T. Be (excess burst size) : C'est le volume de donn supplmentaire non garanti que le rseau essayera de transmettre durant l'intervalle de temps T. La longueur de la trame Ceci dfinit le CIR car il est li Bc par la relation : Bc = CIR T La rgle de gestion de flux utilise par le rseau est trs simple : Si le volume de donnes transmis pendant l'intervalle de temps T n'excde pas Bc, il est transmis normalement. Si le volume de donnes est suprieur Bc mais reste infrieur Bc + Be, les trames excdentaires sont marques jetables (DE = 1) par le nud d'entre au rseau. Si ces trames arrivent sur un nud o il y a congestion, elles seront jetes, sinon elle sont relayes normalement. Si le volume dpasse Bc + Be, toutes les trames qui dpassent seront jetes.
exemple :
Dbit d'accs : DA = 144 kb/s Dbit garantit : CIR = 64 kb/s Dbit possible : PIR = 128 kb/s Intervalle de mesure T = 1s Longueur de trames LT = 1 ko = 8 kb
Volume garantit : Bc = CIR T = 64 kb = 8 ko Volume possible : Bc + Be = PIR T = 128 kb = 16 ko Volume excdentaire : Be = 8 ko Temps de transmission d'une trame : TT = LT / DA = 8 kb / 144 kbs = 55.5 ms S'il n'y a pas de temps mort entre deux trames successives, Les 8 trames correspondant Bc sont transmises en 0.44 s. Les 8 trames (marques) correspondant Be sont transmises pendant 0.44 s supplmentaires ce qui fait 0.89 s. Dans les 0.11 s restantes, on pourrait transmettre 2 trames supplmentaires mais elles seront rejetes par le nud d'entre au rseau.
Rseaux haut dbitvolume de donnes trames jetes Bc+Be trames marques debit d'accs Bc activit utilisateur CIR
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trames garanties
t 0 trames garanties trames marquesFig. IV-2 : illustration de la rgle de gestion de flux
T trames jetes
autre exemple :
Dbit d'accs : DA = 512 kb/s Dbit garantit : CIR = 128 kb/s Dbit possible : PIR = 128+64 = 192 kb/s Intervalle de mesure T = 1s Longueur de trames LT = 1 ko = 8 kb
Volume garantit : Bc = CIR T = 128 kb = 16 ko Volume possible : Bc + Be =
Recommended
