Commutateur et routeur : la génération multiservice

Jean-Pierre Soulès

01 Informatique

le 19/02/2007 à 07h00

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Fin décembre, Ericsson achète Redback 2,1 milliards de dollars. Soit environ 13 fois son chiffre d'affaires. Un prix que les analystes estiment élevé. Si le suédois a aussi largement ouvert son portefeuille, c'est uniquement parce que l'américain détient une brique essentielle des réseaux modernes. Son SmartEdge Router appartient ainsi à la catégorie des équipements d'agrégation multiservices. Aux entreprises, ils fournissent les réseaux privés virtuels de niveau 2 et de niveau 3, les services Ethernet, la qualité de service, ainsi que le contrôle d'accès. Aux résidentiels, l'accès à Internet, la télévision sur IP, la vidéo à la demande, et la voix sur IP.

Un seul équipement pour tous les besoins

Cependant, Ericsson n'est pas le seul à miser sur ce type d'équipements. En 2004, l'israélien ECI avait des vues sur Chiaro, un constructeur de gros routeurs de cœur de réseau. Mais, à la surprise générale, achetait à la mi-2005 Laurel, un constructeur de routeurs multiservices de périphérie. Lesquels, couvrant tous les besoins, se révèlent être révolutionnaires.

Historiquement, il y a seulement une dizaine d'années, à chaque service correspondaient un réseau et un équipement d'accès. Le catalogue des opérateurs était alors moins fourni, et les besoins en bande passante des entreprises plus limités. Afin de relier entre eux ses gros autocommutateurs téléphoniques (PABX), un groupe multisite utilisait des liaisons E1 à 2 Mbit/s. Ses petits établissements se connectaient au réseau de France Télécom par le biais RTC ou RNIS. Concernant les données, l'entreprise disposait de liaisons louées de 64 kbit/s à 2 Mbit/s pour interconnecter ses sites informatiques.

Le relais de trames (de 64 à 512 kbit/s) servait principalement à raccorder les établissements secondaires au site central. Les sociétés les plus riches et les plus innovantes avaient adopté l'ATM (155 et 622 Mbit/s). Quant au particulier, il se contentait d'une simple ligne téléphonique. Il y branchait un modem à 56 kbit/s pour accéder à sa messagerie et naviguer sur Internet, deux services alors balbutiants.

Au virage du millénaire, la vague des technologies IP a déferlé. De telle manière que dans l'entreprise la messagerie s'est imposée comme un moyen de communication aussi important que le téléphone. Le Web est devenu une mine d'informations indispensables, ainsi qu'un outil de travail. La voix sur IP gagne dès lors du terrain sur la téléphonie classique. Les mobiles entrent en scène. La visiophonie et le travail collaboratif apparaissent sur les PC. Les réseaux locaux ne constituent plus des îlots ; les entreprises cherchent à les interconnecter dans le but de constituer une vaste infrastructure distribuée.

Ethernet ouvre l'ère des très hauts débits

Par conséquent, les vieux réseaux ne pouvaient plus suivre. Heureusement, deux technologies de transport ont desserré l'étreinte : DSL et Ethernet. Avec la première, le 2 Mbit/s est proposé au prix du 64 kbit/s de jadis. Avec la seconde, s'ouvre l'ère des très hauts débits : 100 Mbit/s, 1 Gbit/s et 10 Gbit/s. Demain, s'ajouteront Wimax et le haut débit pour les mobiles avec HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), en attendant la 4G. La révolution touche aussi les particuliers. Avec l'ADSL2+, ceux-ci naviguent désormais sur Internet, reçoivent la télévision sur IP, regardent des vidéos à la demande, et téléphonent sur IP. Suivra VDSL, qui promet des débits atteignant 50 ou 100 Mbit/s. Enfin, la fibre pousse ses brins jusque dans les foyers avec le FTTH (Fiber to the Home).

C'est pourquoi, il n'est plus question pour les opérateurs de déployer un réseau pour chaque type d'accès et de services. Et c'est là qu'interviennent les équipements multiservices. Comme de gigantesques entonnoirs, ils absorbent toutes ces sortes de trafic (excepté le relais de trames, ATM et E1, pris en charge par quelques constructeurs seulement), les agrègent, et les transforment en un gros flux Ethernet de 1 ou 10 Gbit/s vers le cœur de réseau. Véritables plaques tournantes, les équipements multiservices assurent également d'autres tâches. Ils traitent la qualité de service ; ils classent les différents types de trafic (voix, vidéo, applications critiques, entre autres) dans autant de réseaux locaux virtuels (VLAN) ; ils effectuent les premiers contrôles d'authentification des usagers et de sécurité.

Ethernet jusqu'au cœur de réseau d'opérateurs

A peu près tous les acteurs de l'industrie partagent cette conception des réseaux modernes. Mais ils se divisent en deux chapelles sur la question de la mise en œuvre. La première regroupe les constructeurs issus du monde Ethernet (dont Extreme Networks et Allied Telesyn). La seconde rassemble les tenants des routeurs IP (Cisco et Redback, par exemple).

Pour les premiers, Ethernet doit s'étendre de l'entreprise jusqu'au cœur IP MPLS du réseau. L'argumentation s'appuie sur la simplicité des équipements Ethernet et leur coût bas. En général, dans l'entreprise, les différents trafics sont répartis dans plusieurs VLAN. Ceux-ci sont définis par la norme IEEE 802.1q, qui consiste à ajouter une balise (VLAN tag) à la trame Ethernet. Dans ce système, le nombre de VLAN est limité à 4 096 – suffisant dans une entreprise, mais trop juste chez un opérateur. Pour supprimer ce verrou, l'IEEE a défini une nouvelle norme : 802.1ad, connue sous le nom de Provider Bridge Network, aussi désignée sous le sigle “ q in q ”. Dans ce cas, l'opérateur ajoute sa propre balise “ q ” à la trame Ethernet, qui comprend déjà celle de l'entreprise. Le mécanisme 802.1ad regroupe donc plusieurs VLAN de même classe (voix, par exemple) dans des “ super-VLAN ”. Mais, avec l'essor des services Ethernet, dans les très grands réseaux, cette solution devient insuffisante. L'IEEE s'est remis au travail et a édicté la norme 802.1ah, appelée Provider Backbone Bridge Network, ou “ MAC in MAC ”. Pour simplifier, elle consiste à attribuer à chaque entreprise une adresse MAC virtuelle. L'opérateur y ajoute sa balise, aussi assimilable à une adresse MAC virtuelle. Cette fois, le nombre de combinaisons suffit amplement aux besoins des plus gros opérateurs.

Voilà les réseaux Ethernet armés pour absorber tous les genres de trafic et fournir des services de niveau 2. Mais ceux de niveau 3 leur restent inaccessibles, à l'image de la TV sur IP, qui s'appuie sur le Multicast (protocole IMPG). Il existe des technologies de niveau 2 comme MVR (Multicast VLAN Registration) pour fournir cette fonction. Mais pour couvrir tous les services IP, il faut placer entre eux et le cœur de réseau un routeur ou des commutateurs de niveau 3.

Pour les membres de la seconde chapelle, IP est la technologie de convergence par excellence. Le RPV IP, infrastructure de transport universelle, fut le premier service proposé aux entreprises. Si les tenants d'Ethernet poussent leur technologie jusqu'à l'entrée du cœur de réseau IP MPLS, les champions des routeurs IP prônent l'extension de MPLS jusqu'aux équipements multiservices afin de constituer une infrastructure homogène. Dans ce cas, les services Ethernet sont, par exemple, transportés au-dessus de l'infrastructure MPLS. C'est le VPLS (Virtual Private LAN Services). Dans les grandes lignes, le réseau de l'opérateur se comporte alors comme un gros commutateur virtuel, sur lequel se raccordent les réseaux locaux des entreprises.

Un pied dans chacun des deux mondes

Points forts d'IP : la solution n'est pas limitée par la taille des réseaux. Le plan d'adressage joue sur les adresses privées et les adresses publiques. Enfin, IPv6 ouvrira les portes jusqu'à l'infini. Cependant, dans les gros réseaux, lorsque le taux d'agrégation est important, des commutateurs Ethernet sont placés en amont, côté utilisateurs.

Les cloisons entre les deux mondes ne sont pas étanches. Ainsi, Foundry joue sur les deux tableaux. Parti du réseau local Ethernet, il a musclé ses équipements pour les proposer aux opérateurs et s'est mis à IP MPLS. Même perméabilité des frontières chez les exploitants. Un opérateur n'est pas prisonnier d'une seule solution. Il peut déployer des réseaux Ethernet dans les zones peu denses et réserver IP MPLS dans les zones à fort trafic. MPLS possède, en effet, un atout de taille : l'ingénierie de trafic. Celle-ci garantit la qualité de service et optimise les ressources réseaux. C'est pourquoi MPLS s'impose peu à peu dans le cœur de réseau, où la performance prime.

Enfin, tant Ethernet que IP MPLS doivent garantir la haute disponibilité avec un rétablissement du lien rompu en moins de cinquante millisecondes. En technologie MPLS, c'est le Fast-Reroute. En Ethernet, plusieurs technologies sont en lice : RPR (802.17) ou EAPS (Ethernet Automatic Protection Switching, RFC 3619), d'origine Extreme Networks, ou EPSR (Ethernet Protection Switched Rings), développé par Allied Telesyn, ou encore MRP (Metro Ring Protocol), chez Foundry.

Avec le temps, IP et Ethernet, issus du monde des réseaux informatiques, auront eu raison des technologies de transport traditionnelles des télécoms telles que SDH, ATM, relais de trames et RNIS. Mais, après tout, c'est le reflet de l'évolution des réseaux. La voix, trafic télécoms par excellence, n'est-elle pas en passe d'être submergée par la donnée ?

Deux technologies pour agréger les différents types de trafic

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La technologie IP MPLS du cœur de réseau s'étend jusqu'au routeur de périphérie, capable de traiter ce type de flux. Côté utilisateurs, le routeur concentre tous les genres de trafic et fournit l'ensemble des services de niveau 2 comme de niveau 3. Cependant, un niveau d'agrégation intermédiaire se révèle souvent nécessaire. Le DSLAM joue ce rôle dans l'environnement DSL, et un commutateur Ethernet de niveau 2 tient cette fonction pour les entreprises.

Avantages
Offre tous les services tant aux entreprises qu'aux résidentiels.
Technologie de convergence par excellence.
Prend en charge les anciennes technologies télécoms comme le relais de trames.
Pas de limites en termes de nombre de nœuds à raccorder.

Inconvénients
Souvent associée à une infrastructure MPLS, la technologie IP se complexifie et nécessite des experts pour l'exploitation.
Les routeurs IP coûtent plus cher que les commutateurs Ethernet.

L'équipement d'agrégation de base est un commutateur Ethernet de niveau 2. Il possède une palette d'interfaces (DSL, Ethernet, etc.) côté entreprise, et des interfaces GE ou 10GE vers le cœur de réseau. Mais lorsque le réseau s'étend, la limite des 4 096 adresses MAC des commutateurs est vite atteinte. Il faut alors déployer des mécanismes plus complexes, comme Provider Bridge Network et, au-delà, Backbone Provider Bridge Network.

Avantages
Technologie simple et peu onéreuse.
Permet de très hauts débits (jusqu'à 10 Gbits).
Large gamme de services : EPL, EVPL, E-LAN…
Technologie aujourd'hui de classe opérateur grâce aux travaux du MEF (Metropolitan Ethernet Forum).

Inconvénients
Se complexifie dans les très gros réseaux avec l'introduction nécessaire de mécanismes comme 802.1ad (q in q) et 802.1ah (MAC in MAC).
Ne permet pas les services de niveau 3, comme la TV sur IP.