Technologie des réseaux étendus ( (Les réseaux - Notions de base - Chapitre 8)

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Technologie des réseaux étendus (Les réseaux - Notions de base - Chapitre 8)
Présentation des réseaux étendus
Commutation de circuit
Commutation de message
Commutation de paquets
Services sans connexion ou orientés connexion
Types de réseaux à commutation de paquets
Réseaux à commutation de paquets X.25
Relais de trame
ATM
Technologies en développement
FDDI
Topologie FDDI et tolérance de panne
Passage du jeton sur FDDI
Structure d'un réseau FDDI
SONET
Fonctionnement de SONET
Couches de protocoles du standard SONET
SMDS

Technologie des réseaux étendus (Les réseaux - Notions de base - Chapitre 8)

Les réseaux étendus (ou WAN, Wide Area Network) se consacrent à l'échange d'informations sur de vastes aires géographiques. Ils sont, comme vous l'avez peut-être appris à propos de l'Internet, concernés par l'évolutivité - la capacité à s'accroître pour s'adapter au nombre d'utilisateurs du réseau et à répondre aux requêtes que ceux-ci adressent à ses ressources. Un réseau étendu - qui dépend de télécommunications pour couvrir de grandes distances - est généralement affecté d'un débit plus lent, de plus longs délais et d'un plus grand nombre d'erreurs qu'on en trouve généralement sur un réseau local. Mais il est aussi le moyen le plus rapide et le plus efficace aujourd'hui disponible pour transférer des données informatiques.

Présentation des réseaux étendus

Sur un point au moins, les réseaux étendus se définissent par leurs méthodes de transmission des paquets de données. Certes, les moyens de communication doivent déjà être en place. Sans doute encore, les réseaux locaux le constituant doivent être opérationnels. De plus, des administrateurs réseau doivent pouvoir surveiller son trafic, prévoir sa croissance et soulager les goulots d'étranglement. Mais, au final, une partie essentielle de ce qui constitue un réseau étendu tient à sa capacité à livrer des paquets de données d'un endroit à un autre, quelle que soit la structure en place. À lui de déplacer ces paquets rapidement et sans erreur, en livrant leurs données dans l'état exact où les a placées l'expéditeur, même s'ils doivent passer par de nombreux réseaux intermédiaires afin d'atteindre leur destination.

Imaginez un instant un vaste réseau comportant de nombreux sous-réseaux, chacun avec de nombreux utilisateurs individuels. Pour ces derniers, ce vaste réseau est (ou devrait être) transparent - fonctionnant si bien qu'il semble invisible. Ils ne savent pas, et ne se préoccupent pas de savoir, si les informations dont ils ont besoin sont sur le serveur A ou le serveur B, si leur interlocuteur se trouve dans la ville A ou dans la ville Y, ou si le réseau sous-jacent exécute tel protocole ou tel autre. Ils souhaitent que le réseau fonctionne et que leur demande d'informations soit satisfaite correctement, avec efficacité et aussi vite que possible.

Imaginez maintenant la même situation du point de vue du réseau. Il "voit" des centaines, des milliers, peut-être même des dizaines de milliers d'ordinateurs ou de terminaux, des myriades de serveurs de toutes sortes - d'impression, de fichiers, de courrier, d'autres encore offrant un accès à l'Internet-,sans oublier différents types d'ordinateurs, de passerelles, de routeurs et de périphériques de communication. En théorie, n'importe lequel de ceux-ci peut communiquer avec un autre ou lui transmettre des informations. Tout PC, par exemple, peut décider d'accéder à l'un des serveurs du réseau, qu'il se trouve dans le même bâtiment ou dans un autre pays. Pour compliquer davantage les choses, il peut arriver que deux PC tentent d'accéder au même serveur et à la même ressource en même temps. Naturellement, il est bien improbable qu'un nœud, sur le réseau, soit le seul actif à tout moment donné, même aux heures les plus sombres et froides de la nuit.

Ainsi, en théorie et en pratique, ce réseau étendu doit-il interconnecter des milliers ou des centaines de milliers de " points" individuels du réseau, en les reliant de façon temporaire mais à la demande. Comment parvient-il donc à faire circuler des données qui vont du simple courrier électronique aux larges (en termes d'octets) documents, voire aux grands graphiques, aux fichiers son, etc., alors même que le nombre d'interconnexions possibles entre nœuds donne le vertige ? La solution réside dans le routage, qui sollicite plusieurs technologies de commutation.

La commutation de quelque type que ce soit met en jeu le déplacement de quelque chose à travers une série d'étapes intermédiaires, ou segments, plutôt que par déplacement direct d'un point de départ à un point d'arrivée. Les trains, par exemple, peuvent changer de voie, au lieu de toujours rouler sur la même, et atteindre quand même la destination prévue. La commutation dans les réseaux fonctionne un peu de la même façon : au lieu de dépendre d'une connexion permanente entre la source et la destination, elle s'appuie sur une série de connexions temporaires, qui relaient des messages de station en station. Elle sert aux mêmes fins que la connexion directe, mais met plus efficacement en œuvre les ressources de transmission.

Les réseaux étendus (et les réseaux locaux, tels Ethernet et Token Ring) dépendent d'abord de la commutation de paquets, mais ils font aussi usage de la commutation de circuit, de la commutation de message et, depuis peu, de la technologie de commutation de paquets à grande vitesse, connue sous l'appellation de relais de cellules (cell relay).

Commutation de circuit

La commutation de circuit correspond à la création d'une connexion physique entre l'expéditeur et le destinataire, conservée tant que les deux parties doivent communiquer. Pour qu'elle se produise, la connexion doit naturellement être installée avant qu'une communication ne puisse survenir. Une fois en place toutefois, expéditeur et destinataire sont sûrs de disposer de toute la bande passante qui leur est attribuée pour la durée de leur connexion.

Bien qu'expéditeur et destinataire aient à respecter la même vitesse de transfert des données, la commutation de circuit permet une vitesse de transmission constante (et rapide). Son principal inconvénient réside dans le fait que toute bande passante inutilisée est, précisément, inutilisée. Comme la connexion est réservée aux deux parties communicantes, la bande passante inutilisée ne peut être " empruntée" par aucune autre transmission.

La forme la plus commune de la commutation de circuit se produit dans le plus familier des réseaux, le système téléphonique. Elle intervient aussi dans certains réseaux. Les lignes RNIS aujourd'hui disponibles, appelées RNIS à bande étroite, et le type de ligne T1 appelée T1 commuté constituent deux exemples de technologies de télécommunication à commutation de circuit.

Commutation de message

À la différence de la commutation de circuit, la commutation de message ne fait pas appel à une connexion directe entre l'expéditeur et le destinataire. Lorsqu'un réseau y a recours, l'expéditeur peut enclencher une transmission - après l'avoir correctement adressée - lorsqu'il l'entend. Ce message est ensuite routé par des stations intermédiaires, éventuellement par un ordinateur central du réseau. En cours de route, chaque intermédiaire l'accepte en son entier, en examine l'adresse, puis le fait suivre vers la partie suivante, qui peut être un autre intermédiaire ou le nœud de destination.

L'aspect particulièrement remarquable du réseau à commutation de message, qui est en fait l'une de ses fonctionnalités distinctives, tient à ce que les intermédiaires ne sont pas dans l'obligation de faire suivre immédiatement les messages : ils peuvent les conserver. Tel est l'un des avantages de la commutation de messages. Comme les stations intermédiaires peuvent attendre l'occasion de transmettre, le réseau est à même d'éviter ou, tout au moins, de réduire ses moments d'engorgement ; il dispose aussi d'un certain contrôle sur l'usage efficace des lignes de communication.

Commutation de paquets

La commutation de paquets, bien qu'elle soit elle aussi impliquée dans le routage des données au sein de réseaux locaux tels que Ethernet et Token Ring et entre eux, forme aussi la colonne vertébrale du routage des réseaux étendus. Ce n'est pas l'autoroute sur laquelle voyagent les paquets de données, mais un système de répartition : dans une certaine mesure, elle constitue les containers du cargo qui transporte les données d'un endroit à un autre. En un sens, c'est le service " Colissimo" d'un réseau étendu.

Dans la commutation de paquets, toutes les transmissions sont divisées en unités, les paquets, dont chacune d'entre elles contient des informations d'adressage qui identifient à la fois le nœud de la source et celui de la destination. Ces paquets sont ensuite routés par différents intermédiaires, appelés PSE (Packet Switching Exchanges), jusqu'à ce qu'ils atteignent leur destination. À chaque arrêt le long du trajet, l'intermédiaire inspecte l'adresse de destination du paquet, consulte une table de routage, puis le fait suivre, à la plus grande vitesse possible, jusqu'à la prochaine liaison de la chaîne menant au destinataire.

Lorsqu'ils circulent de liaison en liaison, les paquets sont souvent transportés sur ce que l'on désigne par les termes circuits virtuels - allocations temporaires de bande passante sur lesquelles les stations émettrice et destinataire communiquent, après s'être mises d'accord sur certaines règles de base, telles que la taille des paquets, le contrôle du flux et le contrôle d'erreur. Ainsi, à la différence de la commutation de circuit, la commutation de paquets n'immobilise généralement pas une ligne indéfiniment, pour le seul bénéfice de l'expéditeur et du destinataire. Les transmissions n'exigent que la bande passante nécessaire pour faire suivre un paquet quelconque et, comme la commutation de paquets est aussi basée sur le multiplexage des paquets, de nombreuses transmissions peuvent être simultanément entrelacées sur le même moyen de transport.

Services sans connexion ou orientés connexion

Ainsi, les réseaux à commutation de paquets transfèrent des données sur des trajets variables dans de petits conteneurs, appelés paquets. Comment effectuent-ils en fait la connexion entre expéditeur et destinataire ? Le premier ne peut simplement supposer que le paquet trouvera son chemin jusqu'à la destination correcte. Il faut qu'existe une espèce de connexion - un type de liaison entre l'expéditeur et le destinataire. Celle-ci peut se fonder sur des services sans connexion, ou des services orientés connexions, selon le type de réseau à commutation de paquets en jeu.

• Dans une " connexion" sans connexion, si on peut parler ainsi, aucune liaison de communication effective n'est établie entre expéditeur et destinataire avant que ne puissent être transmis des paquets. Chaque paquet transmis est considéré comme une unité indépendante, sans relation avec une autre. De ce fait, les paquets constituant un message peuvent être routés sur différents parcours pour atteindre leur destination.

• Dans un service orienté connexion, la liaison de communication est établie avant la transmission des paquets. De ce fait, les paquets d'un message suivent tous la même route jusqu'à leur destination. En établissant la liaison entre l'expéditeur et le destinataire, un service orienté connexion peut faire usage soit de SVG (Switched Virtual Circuits ou Circuits virtuels commutés), soit de PVC (Permanent Virtual Circuits ou Circuits virtuels permanents) :

• Le recours à un circuit virtuel peut se comparer à un appel téléphonique. L'appelant se connecte à l'ordinateur de l'appelé ; ils échangent des informations, puis terminent la connexion.

• Le recours à un circuit virtuel permanent, pour sa part, rappelle plutôt l'usage d'une ligne spécialisée. Elle demeure disponible à tout moment, même lorsque aucune transmission n'y intervient.

Types de réseaux à commutation de paquets

Comme vous l'avez vu, le transfert des données par paquets est ce qui définit un réseau à commutation de paquets. Mais ce n'est là qu'énoncer une évidence, qui ne tient pas compte des différences possibles entre les divers types de réseaux appliquant cette technologie. Ainsi, un réseau à commutation de paquets peut-il être de type X.25, à relais de trame, ATM (Asynchronous Transfer Mode ou Mode de transfert asynchrone), SMDS (Switched Multimegabit Data Service), etc.

Réseaux à commutation de paquets X.25

Datant de 1970, X.25 est un protocole à commutation de paquets, orienté connexion ; il reposait à l'origine sur l'emploi de lignes téléphoniques analogiques et est resté pendant vingt ans le standard des communications en réseau. Les ordinateurs d'un réseau X.25 utilisent des communications full-duplex, qui démarrent lorsqu'un ordinateur en contacte un autre et que l'appelé répond en acceptant l'appel.

Bien que X.25 soit un protocole de commutation de paquets, son intérêt ne réside pas dans la façon dont ceux-ci sont routés de commutateur en commutateur entre réseaux, mais dans la définition des moyens par lesquels les ordinateurs expéditeur et destinataire (désignés par le sigle DTE) entrent en interface avec les dispositifs de communication (DCE) par lesquels passent de fait les transmissions. X.25 ne contrôle pas le chemin effectif emprunté par les paquets qui en constituent une ; aussi ce parcours représente-t-il une manière de nuée, comme l'indique l'illustration qui suit.

Une recommandation de l'ITU (anciennement le CCITT), X.25, se rapporte aux trois couches réseau les plus basses - Physique, Liaison et Réseau - du modèle de référence ISO :

• Au niveau de la couche la plus basse (Physique), X.25 spécifie les moyens - électriques, mécaniques, etc. - par lesquels la communication a lieu sur le support physique. À ce niveau, X.25 couvre des standards tels que RS-232, la spécification V.24 de l'ITU pour les connexions internationales et la recommandation V.35 de l'ITU pour les modems à grande vitesse transmettant des signaux sur plusieurs circuits téléphoniques.

• Au niveau suivant (Liaison), X.25 couvre le protocole LAPB (Link Access Protocol, Balanced), qui définit les trames des paquets. LAPB garantit que deux dispositifs communicants peuvent établir une connexion exempte d'erreur.

• Au niveau le plus élevé (en termes de X.25), la couche Réseau, le protocole X.25 couvre les formats des paquets, ainsi que le routage et le multiplexage des transmissions entre dispositifs communicants.

Sur un réseau X.25, les transmissions sont habituellement divisées en paquets de 128 octets. Elles peuvent comporter de 64 octets à un maximum de 4096 octets.

DTE et DCE. Comme cela a déjà été indiqué, les ordinateurs expéditeur et destinataire sur un réseau X.25 ne sont pas appelés ordinateurs, hôtes, passerelles ou nœuds, mais DTE. Dans le langage X.25, ces DTE sont des périphériques transmettant les paquets aux DCE, suivant les liaisons qui constituent un réseau étendu. Les DTE se trouvent ainsi aux deux extrémités d'une connexion réseau ; les DCE résident pour leur part aux deux extrémités d'un circuit de communication, comme le montre l'illustration suivante.

PAD. Comme, cependant, les paquets sont aussi importants pour un réseau à commutation de paquets que les atomes le sont pour la matière, qu'en est-il des périphériques qui créent et ré-assemblent les paquets ? Dans certains cas, par exemple pour un ordinateur passerelle X.25 (le DTE) situé entre le réseau local et le réseau étendu, c'est lui qui va s'occuper de la mise en paquets. Dans d'autres cas, comme celui d'un PC ordinaire (autre type de DTE), le travail est géré par un dispositif appelé un PAD (Packet Assembler and Disassembler ou Assembleur/désassembleur de paquets). Dans ce cas, le PAD se trouve entre l'ordinateur et le réseau, plaçant les données en paquets avant de les transmettre ; lorsque tous ont été reçus, il reconstitue le message d'origine, en les replaçant dans le bon ordre.

Ce travail est-il difficile ? Pour un humain, sans doute, parce que les paquets sont envoyés par la meilleure route disponible au moment de leur transmission. Ainsi, il est tout à fait possible que des paquets représentant un seul message voyagent sur différentes liaisons et parviennent dans le désordre à destination. Vue l'importance du trafic sur un réseau étendu, et compte tenu du nombre possible de nœuds qui transmettent et reçoivent, le travail de reconstruction d'un message quelconque représenterait donc une tâche herculéenne - mais le PAD n'en éprouve aucune difficulté.

Relais de trame

Le relais de trame est une nouvelle forme de la commutation de paquets, plus rapide et moins encombrante que X.25. On s'y réfère souvent comme à une technologique de commutation de paquets rapide ; le relais de trame transfère des paquets de longueur variable, jusqu'à 4 ko, et à des vitesses de 56 Kbps ou T1 (1,544 ou 3 Mbps) sur des circuits virtuels permanents.

Opérant uniquement au niveau de la couche Liaison, le relais de trame est plus rapide que le protocole X.25 car il supprime la majeure partie des informations de suivi, telles que la correction d'erreurs et le contrôle du flux du réseau, nécessaire dans un environnement X.25. Pourquoi ? Parce que le relais de trame, à la différence de X.25 qui dépendait à l'origine de connexions téléphoniques souvent peu fiables, a été conçu pour tirer parti des nouvelles possibilités de transmissions numériques, telles que les câbles en fibre optique et RNIS. Celles-ci sont fiables et pâtissent de peu d'erreurs, ce qui rend inutiles les types de mécanismes de vérification et de contrôle en usage sous X.25.

Si, par exemple, le relais de trame inclut bien un moyen de détecter des transmissions corrompues par un contrôle de redondance cyclique, ou CRC, lequel peut détecter si des bits de la transmission ont changé entre source et destination, il n'en comporte pas qui corrige les erreurs. De façon analogue, comme il peut s'appuyer sur d'autres protocoles de couche supérieure pour garantir que l'expéditeur n'engorge pas trop rapidement le destinataire d'un trop grand nombre de données, il se contente d'inclure un moyen de répondre aux messages " trop de trafic en même temps" en provenance du réseau.

De plus, le relais de trame opérant sur des circuits virtuels permanents (PVC ou Permanent Virtual Circuit), les transmissions suivent un parcours connu et il n'est pas besoin de périphériques de transmission afin de déterminer la route préférable à tout moment donné. Elles n'ont pas vraiment de choix en la matière car les parcours utilisés dans le relais de trame sont basés sur des PVC appelés des DLCI (Data Link connexion Identifiers). Bien qu'un réseau à relais de trame puisse comporter un certain nombre de DLCI, chacun d'eux doit être associé de manière permanente à un trajet particulier pour une destination donnée.

À ces questions de vitesse s'ajoute le fait que les périphériques d'un réseau à relais de trame n'ont pas à se préoccuper de reconstituer les paquets et/ou de réassembler les trames au fil de leur voyage. Par essence, le relais de trame fournit un service de bout en bout sur une route de communications numériques connue et rapide ; il s'appuie énormément sur la fiabilité offerte par les technologies numériques. En revanche, tout comme X.25, il est basé sur la transmission de paquets de longueur variable et définit l'interface entre les DTE et les DCE. Il s'appuie aussi sur le multiplexage d'un certain nombre de circuits (virtuels) sur une seule ligne de communication.

Comment le relais de trame fonctionne-t-il exactement ? À l'instar de X.25, les commutateurs de relais de trame dépendent d'informations d'adressage dans chaque en-tête de trame, pour déterminer où doivent être expédiés les paquets. Le réseau les transfère ensuite à une vitesse prédéterminée, dont il estime qu'elle permet un flux fluide d'informations durant les opérations normales.

Bien que les réseaux à relais de trame ne se chargent pas eux-mêmes de contrôler le flux des trames sur le réseau, ils s'appuient sur des bits spéciaux dans les en-têtes de trame, qui leur permettent de gérer l'engorgement du trafic. Leur première réponse face à ce problème consiste à envoyer une requête à l'application expéditrice, lui demandant de ralentir sa vitesse de transmission. La seconde se débarrasse des trames dotées d'un drapeau de livraison de priorité faible, réduisant ainsi de façon substantielle l'engorgement (on jette par-dessus bord une partie de la cargaison).

Les réseaux à relais de trame connectant des réseaux locaux à un réseau étendu dépendent, bien sûr, de routeurs et d'équipements de commutation capables de fournir des interfaces de relais de trame appropriées.

ATM

ATM, on le sait, est le sigle de Asynchronous Transfer Mode (Mode de transfert asynchrone). Mais qu'est-ce exactement, et quels avantages offre-t-il ?

Il s'agit d'une méthode de transport capable de livrer, non seulement des données, mais aussi de la voix et de la vidéo, simultanément et sur les mêmes lignes de télécommunication. Généralement considérée comme la nouvelle génération de transport, en termes d'accroissement des capacités des réseaux locaux et des réseaux étendus, ATM est une technologie réseau orientée connexion, étroitement liée à la recommandation de l'ITU pour RNIS à large bande (BISDN ou broadband ISDN) révisée en 1988. ATM se révèle particulièrement intéressante pour la communication réseau à grande vitesse des réseaux locaux et des réseaux étendus, sur une gamme de supports allant du câble coaxial traditionnel au câble en paire torsadée et aux fibres optiques, pour les services de communication du futur telles que Fiber Channel, FDDI et SONET (décrits dans les sections suivantes de ce chapitre).

Relais de cellules. ATM, tout comme X.25 et le relais de trame, se fonde sur la commutation de paquets. À leur différence toutefois, il recourt au relais de cellules, méthode de transmission à grande vitesse basée sur des unités de taille fixe (petites unités de longueur limitée à 53 octets), appelées des cellules, qui sont multiplexées sur la porteuse.

Le fait que des cellules de taille uniforme voyagent plus vite et puissent être routées plus rapidement que des paquets de longueur variable est une raison - il en est d'autres - expliquant la rapidité d'ATM. La transmission s'effectue généralement à une vitesse de 1,544 Mbps, mais l'ITU a aussi défini des vitesses d'ATM jusqu'à 622 Mbps (sur câble en fibre optique).

Fonctionnement. Imaginez une machine universelle - capable d'accepter tous types de matériaux, qu'ils soient livrés sporadiquement ou selon un flux constant, et qui les transforme en paquets identiques. C'est fondamentalement la manière de fonctionner d'ATM. Il accepte des flux de données (voix, vidéo, peu importe) et les conditionne sous forme de cellules uniformes de 53 octets. En sortie, il les envoie sur le réseau étendu afin de constituer un flux continu jusqu'au lieu de livraison, comme l'indique la figure 8-1.

Tout semble suffisamment simple, mais examinons de plus près l'intérêt effectif d'ATM.

Figure 8.1 ATM brise les flux de données en cellules de taille fixe et les livre sur un réseau étendu.

Le " convertisseur", ici, n'est pas un véritable commutateur ATM - il rappelle une trémie ou un entonnoir, à travers lequel s'écoulent les différents flux de données. La représentation est approximative, mais conceptuellement exacte.

Pour commencer, rappelez-vous qu'ATM est conçu pour permettre la livraison de flux multimédias, lesquels recouvrent des types différents d'informations aux caractéristiques également différentes, que gèrent aussi différemment les périphériques qui les traitent aussi bien que les protocoles réseau de plus haut niveau. Toutefois, pour utiliser ATM, il doit exister un élément qui forme interface avec ces différents dispositifs, pour empaqueter ces types de données afin de les transporter. Cet élément est le nœud ATM, qui gère les conversions spécifiées dans le modèle à trois couches d'ATM, que donne l'illustration suivante.

Voici ce que font ces couches :

• La couche supérieure, AAL (ATM Adaptation Layer ou Couche d'adaptation ATM) se trouve entre ce que l'on peut considérer comme l'ATM véritable et les périphériques et protocoles réseau de niveau supérieur, qui envoient et reçoivent les différents types d'informations sur le réseau ATM. AAL, comme le mot adaptation le suggère, sert de médiateur entre la couche ATM et ces protocoles de niveau supérieur, en remodelant les services de l'un pour qu'ils s'adaptent aux services de l'autre. Cette disposition est assez fascinante, dans la mesure où AAL récupère les différentes formes de données (audio, vidéo, trames de données) et les transmet à des services AAL comparables (audio, vidéo, trames de données) qui les conditionnent en unités de 48 octets, avant de les passer à la couche ATM où elles subissent un traitement supplémentaire.

• La couche ATM attache des en-têtes aux unités ATM. Cela peut sembler simple, mais cet en-tête ne dit pas simplement " ceci est une cellule". Il comporte entre autres des informations identifiant les chemins et circuits sur lesquels voyageront ces cellules, ce qui permet aux commutateurs et routeurs ATM de les livrer correctement aux destinations prévues. La couche ATM multiplexe aussi les cellules pour la transmission, avant de les passer à la couche physique. Celle-ci, comme vous le voyez, a beaucoup de travail à effectuer.

• La couche physique, la plus basse, correspond à la couche Physique du modèle de référence ISO/OSI. Comme dans le modèle OSI, elle s'occupe du déplacement des informations - dans le cas présent, des cellules ATM de 53 octets - sur le support de communication. Comme nous l'avons déjà indiqué, ce support peut être varié : fibres optiques basées sur SONET (Synchronous Optical NETwork), lignes T1 ou E1, voire modem. Le médium et le message, dans ce cas, sont clairement séparables, car ATM est une méthode de transport, indépendante des supports de transmission sur lesquels voyagent les messages.

Que se passe-t-il après qu'ATM a filtré les informations jusqu'aux couches AAL, ATM et Physique ? Une fois que la couche physique a envoyé les cellules, celles-ci voyagent jusqu'à leur destination sur des connexions qui peuvent les commuter d'un circuit à un autre. En chemin, les commutateurs et routeurs font en sorte de conserver des connexions offrant au réseau le minimum de bande passante au moins nécessaire pour donner aux utilisateurs la qualité de service (QOS ou quality of services) qui leur est garantie.

Lorsque les cellules arrivent à destination, elles subissent le processus inverse de celui de l'expédition. La couche ATM transmet les cellules aux services appropriés (voix, données, vidéo, etc.) de l'AAL, où leur contenu est reconverti sous sa forme originelle ; tout en est vérifié, pour garantir que la livraison est sans erreur, et les informations reconstituées sont passées au dispositif récepteur.

Disponibilité. ATM est donc un merveilleux moyen de transmettre toutes sortes d'informations à grande vitesse. Il est fiable, flexible, évolutif et rapide, parce qu'il dépend des protocoles de plus haut niveau pour le contrôle d'erreurs et leur correction. Il peut entrer en interface avec les réseaux à large bande et à bande étroite, et il convient particulièrement à une dorsale de réseau.

Comporte-t-il des inconvénients ? Oui, bien sûr. Tout d'abord, les réseaux ATM doivent être constitués de périphériques compatibles ATM, onéreux et peu répandus. De plus, leur déploiement pose un problème sérieux : les entreprises ne sont pas prêtes à s'engager dans des dépenses d'investissements en équipements ATM, si les services ATM ne sont pas facilement disponibles à grande échelle dans les entreprises de télécommunications ; ces dernières sont peu disposées à investir dans des solutions de communications réseau ATM si la demande est trop faible.

Il ne fait aucun doute qu'ATM recevra à terme la faveur des entreprises de télécommunications et des usagers, et qu'un ATM extrêmement rapide et fiable verra le jour. En attendant, cette technologie poursuit son développement, en particulier du fait du travail d'un organisme, ATM Forum - groupe de fabricants et autres œuvrant à la mise en place de standards, de diffusion de l'information et, plus généralement, d'encouragement du développement de ces technologies. Le temps passant, on peut penser qu'ATM remplira complètement ses promesses. Au vu de l'augmentation de la fiabilité des communications réseau, mais aussi de la croissance de la demande en fait de méthodes plus rapides et plus sophistiquées de fourniture de multimédia, tout porte à croire que cette technologie trouvera sa place.

Avant d'aborder d'autres sujets, examinons le RNIS à large bande, autre technologie en développement mais prometteuse, et pour laquelle ont été définies les couches ATM.

RNIS à large bande. RNIS à large bande (BISDN ou Broadband ISDN) est la prochaine génération de RNIS. C'est une technologie qui peut livrer toutes sortes d'informations sur le réseau. En termes de RNIS à large bande, ces dernières se divisent en deux catégories de base, les services interactifs et les services distribués (ou de distribution).

• Les services interactifs incluent des transactions du type " entre vous et moi", telles que la visioconférence, la messagerie et la récupération d'informations.

• Les services distribués comprennent des informations du type " de vous à moi", qui sont livrées ou diffusées au destinataire. Ces services sont de plus répartis entre ceux que le destinataire contrôle (par exemple, le courrier électronique, la visiotéléphonie et les télex), et ceux que le destinataire ne peut contrôler, sinon en refusant de se connecter (par exemple, les diffusions audio et télévisuelles).

Mais, allez-vous objecter, RNIS à bande étroite est lui aussi capable de livrer des données, de la voix, de la vidéo et du son ; où est donc la différence ? Elle réside dans la méthode de livraison. Les transmissions RNIS à bande étroite sont basées sur le multiplexage temporel (TDM ou Time Division Multiplexing), où la synchronisation est la clé de l'entrelacement de transmissions multiples sur un seul signal. Par opposition, RNIS à large bande utilise ATM, sa commutation de paquets et ses petites cellules de 53 octets pour la livraison.

Ainsi, ATM définit RNIS à large bande ou, au moins, sa partie relative à la livraison des messages. Dans un certain sens, RNIS à large bande est comparable à un catalogue de vente par correspondance, allant de la nourriture aux vêtements : ATM fournit les boîtes où sont empaquetés ces produits pour leur livraison.

Technologies en développement

ATM constitue un exemple de technologie avancée. On peut y avoir recours, même s'il n'est pas encore largement disponible. Mais est-ce la seule technologie offerte à votre choix ? Il en existe en fait d'autres. L'une d'elles, FDDI, bien connue, sert dans les réseaux locaux et les réseaux étendus. On en compte aussi deux autres : SONET (en développement) et SMDS, disponible auprès de certaines opérateurs de télécommunications. Toutes trois, FDDI, SONET et SMDS, ont un rapport avec ATM, au moins dans la mesure où ces technologies de communication réseau à haute vitesse sont recommandées par l'ATM Forum comme interfaces pour les réseaux ATM.

Ces trois réseaux, décrits dans les sections suivantes, visent avant tout à apporter toujours plus de la vitesse et, bien sûr, de fiabilité.

FDDI

FDDI est l'acronyme de Fiber Distributed Data Interface. Comme vous pouvez le supposer, cette technologie se fonde sur la transmission par fibre optique. Elle est aussi basée sur une topologie en anneau et jeton circulant. Eh oui, il s'agit d'une technologie avancée, mais sous la forme d'un anneau à jeton en fibre optique.

FFDI a été développé pour deux raisons principales : pour prendre en charge et faciliter l'extension des capacités des réseaux locaux anciens, tels qu'Ethernet et Token Ring, et pour apporter une infrastructure fiable aux entreprises accédant à des applications réseaux cruciales pour leur mission. La spécification FDDI, basée sur un standard produit par le comité X3T9.5 de l'ANSI, a été mise au jour en 1986 - époque lointaine dans le monde des réseaux.

Bien que FDDI ne soit pas vraiment une technologie de réseau étendu (ses anneaux sont limités à une longueur maximale de 100 kilomètres), la surface qu'il peut couvrir le rend intéressant pour une dorsale connectant plusieurs petits réseaux locaux ; il peut constituer le cœur d'un réseau métropolitain (MAN ou Metropolitan Area Network). En ce sens, FDDI est plus qu'un réseau local, mais moins qu'un réseau étendu. De plus, du fait qu'il transfère les informations extrêmement rapidement (100 Mbps), il est souvent utilisé pour connecter des périphériques haut de gamme tels que des systèmes centraux, des mini-ordinateurs et autres, ou pour connecter des dispositifs à hautes performances dans un réseau local. Les stations de travail de bureau d'études ou vidéo/graphiques, par exemple, bénéficient de FDDI, parce qu'elles ont besoin d'une bande passante considérable pour transférer de larges quantités de données à grande vitesse et de façon satisfaisante.

Comme son nom l'indique, FDDI a été développé en fonction du câble en fibre optique. C'est effectivement le type de câble utilisé, en particulier lorsqu'une transmission à grande vitesse s'avère nécessaire sur des distances relativement grandes (de 2 000 à 10 000 mètres). Toutefois, sur de plus courtes distances (100 mètres environ), FDDI peut aussi être implémenté sur du câble en cuivre, moins coûteux. En tout, FDDI supporte quatre types de câbles :

• Câble en fibre optique multimode. Ce type de câble peut être utilisé sur 2 000 mètres au maximum ; il utilise des LED comme source de lumière.

• Câble en fibre optique simple mode. Il peut être utilisé sur 10 000 mètres au maximum et se sert de lasers pour source de lumière. Le câble simple mode a un cœur plus mince que le multimode, mais il offre une plus grande bande passante, en raison de la façon dont les impulsions de lumière y circulent.

• Câblage en cuivre à paire torsadée non blindée de catégorie 5. Ce câble comporte huit fils et, comme la catégorie suivante, peut être utilisé sur des distances jusqu'à 30 mètres.

• Câblage en cuivre à paire torsadée blindée IBM type 1. C'est un câble blindé qui contient deux paires de fils torsadés, chacun lui aussi blindé.

Topologie FDDI et tolérance de panne

La topologie et le fonctionnement de FDDI sont analogues au Token Ring, si ce n'est que FDDI repose sur une transmission optique. De plus, FDDI se caractérise par deux anneaux doubles.

Pourquoi deux anneaux ? Le second est là essentiellement par sécurité. Normalement, dans un réseau FDDI, un anneau (appelé anneau principal) transporte effectivement les jetons et les données, l'anneau secondaire demeurant inactif et ne servant que de roue de secours pour la tolérance de panne. Grâce à la présence de cet anneau secondaire, chaque fois qu'un nœud provoque une panne sur l'anneau principal, le trafic peut le contourner et continuer à transporter les données, mais dans la direction opposée et sur l'anneau secondaire. Ainsi, même si un nœud connaît une panne, le réseau continuera-t-il de fonctionner.

Naturellement, il est aussi possible que deux nœuds tombent en panne. Lorsque cela arrive, la boucle aux deux emplacements segmente effectivement l'anneau unique en deux anneaux distincts ne communiquant pas. Pour éviter ce sérieux problème potentiel, les réseaux FDDI dépendent de dispositifs de contournement appelés des concentrateurs (concentrators). Ceux-ci ressemblent aux concentrateurs de type hubs ou à des MAU, auxquels sont connectés plusieurs nœuds. Ils peuvent aussi isoler des nœuds en panne, tout en préservant le trafic du réseau.

Ce sont parfois les deux anneaux qui servent aux données. Dans ce cas, celles-ci voyagent dans une direction (dans le sens des aiguilles d'une montre) sur l'un, dans l'autre direction (sens contraire des aiguilles d'une montre) sur l'autre. Le recours à deux anneaux permet de faire circuler en même temps deux fois plus de trames et de doubler donc la vitesse du réseau - pour passer de 100 à 200 Mbps.

Passage du jeton sur FDDI

Le jeton passant sur un réseau FDDI fonctionne de la même façon que sur un réseau Token Ring : les nœuds le font passer sur l'anneau, et seul le nœud qui le détient peut transmettre une trame. Cette technique recourt aussi à une astuce, qui permet de renforcer la tolérance de panne de FDDI. Lorsqu'un nœud sur l'anneau détecte un problème, il ne conserve pas le jeton ; il produit en fait une trame, appelée une balise (beacon), qu'il envoie sur le réseau. Lorsque les nœuds voisins la détectent, ils commencent eux aussi à transmettre des balises, et ainsi de suite sur tout l'anneau. Lorsque le nœud qui a débuté le processus reçoit à son tour sa propre balise, généralement après que le réseau ait basculé sur l'anneau secondaire, il suppose alors que le problème ait été isolé ou résolu ; il produit un nouveau jeton et passe à nouveau la balle aux autres.

Structure d'un réseau FDDI

Un réseau FDDI, ainsi que nous l'avons déjà mentionné, ne peut comporter d'anneaux excédant 100 kilomètres chacun. Une autre restriction vient de ce qu'il ne peut pas accepter plus de 500 nœuds par anneau. Bien que la topologie générale du réseau doive se conformer à un anneau logique, le réseau n'est en fait pas obligé de ressembler à un cercle. Il peut comporter des étoiles connectées à des concentrateurs (hubs ou concentrators), voire des arbres - ensemble de concentrateurs connectés dans une hiérarchie. Aussi longtemps que les étoiles et les arbres se connectent en anneau logique, le réseau FDDI fonctionne correctement.

Les nœuds qui se connectent au réseau se classent en deux variétés, selon la façon dont ils sont reliés à l'anneau FDDI : l'une d'elles, SAS (Single Attachment Station), connecte le nœud à un concentrateur et, par là, à l'anneau primaire. Comme un SAS se connecte à un concentrateur, ce dernier dispositif peut isoler le nœud du reste de l'anneau en cas de défaillance.

Le second type de nœud, appelé DAS (Dual Attachment Station), dispose de deux connexions au réseau. Elles peuvent le lier soit à un autre nœud et à un concentrateur, soit - s'il est d'importance critique pour le réseau - à deux concentrateurs, dont l'un sert de secours en cas de défaillance des autres. Ce type de connexion à deux concentrateurs pour une seule ressource, par exemple un serveur crucial pour la mission, est baptisé double domiciliation (dual homing en anglais), et fournit le meilleur mécanisme de secours en cas de défaillance.

En conclusion, FDDI est un réseau à grande vitesse, à large bande passante, basé sur des transmissions optiques. Il est relativement cher à implémenter, bien que ce coût puisse être réduit en associant à la fibre optique un câblage en cuivre. Il existe depuis quelques années et parvient à un haut niveau de stabilité. Il est souvent utilisé sur une dorsale, pour connecter des ordinateurs haut de gamme (systèmes centraux, mini-ordinateurs et périphériques), et sur des réseaux locaux connectant des stations de travail d'ingénierie ou de graphisme, etc., qui requièrent un transfert rapide d'importantes quantités de données.

SONET

SONET (Synchronous Optical NETwork ou Réseau optique synchrone) est un standard ANSI pour la transmission de différents types d'informations - données, voix, vidéo - sur des câbles optiques (fibre optique), largement en usage dans les entreprises de télécommunications de longue distance. Conçu afin de leur fournir une interface standard pour la connexion des réseaux optiques, SONET a été formulé par une organisation appelée ECSA (Exchange Carriers Standards Association) et incorporé par la suite à la recommandation ITU répondant au nom SDH (Synchronous Digital Hierarchy).

Aujourd'hui, mis à part des différences relativement minimes, SONET et SDH sont équivalents : SONET en Amérique du Nord et au Japon, SDH en Europe. Ensemble, ils forment un standard mondial pour les réseaux numériques, qui permet aux systèmes de transmission de la planète de se connecter au moyen de supports optiques. SONET est comparable à un standard garantissant que les rails des trains, quel que soit leur fabricant, suivent les mêmes spécifications de conception et peuvent par conséquent être interconnectés, afin de permettre aux convois de les parcourir librement et sans problème.

Conçu au milieu des années 80, SONET fonctionne au niveau de la couche Physique et est concerné par les trames, le multiplexage,

l'administration et la transmission des informations de façon synchrone sur support optique. En quelques mots, il spécifie un moyen standard pour multiplexer un certain nombre de signaux plus lents en un autre, plus grand et plus rapide, pour la transmission.

Pour ce qui est des possibilités de multiplexage, deux définitions de signaux se trouvent au cœur du standard SONET :

• Des niveaux de transport optique (OC ou Optical Carrier), qui sont utilisés par des supports en fibre optique et qui correspondent approximativement à un niveau de vitesse et de transport.

• Des signaux de transfert synchrone (STS ou Synchronous Transfer Signals), qui représentent les équivalents électriques des niveaux OC et sont utilisés par des supports sans fibre.

Qu'est-ce que cela signifie ? Revenons un peu en arrière. SONET est une technologie de transport optique. Rappelez-vous qu'il s'agit d'un transport pour longue distance. Bien que les transmissions passent par le système SONET sous forme optique, elles ne commencent ni ne finissent de cette façon. Les transmissions sont multiplexées sur le support optique SONET, mais elles proviennent de - et se dirigent vers - d'autres types de transport numérique, basés sur l'électricité, comme par exemple T1. En cela, SONET peut rappeler un fleuve, les canaux qui y sont connectés constituant des affluents qui s'y jettent ou le quittent (dans la terminologie SONET, ces canaux sont réellement appelés des affluents : l'analogie est donc exacte). L'illustration suivante schématise ce qui se produit durant une transmission SONET :

Comme SONET est un transport synchrone, les signaux avec lesquels il fonctionne sont liés à la synchronisation, et les diverses vitesses de transmission qu'il gère se basent sur les multiples d'une vitesse unique de base du signal, appelée STS-1 (Synchronous Transport Signal level-1 ou Signal de transport synchrone de niveau 1) et de son équivalent optique, OC-1. Cette vitesse de base opère à 51,84 Mbps. C'est effectivement rapide et explique pourquoi SONET est une méthode de transport enviable. Rappelez-vous toutefois que 51,84 est un signal de base. Les vitesses de SONET peuvent être supérieures. Les plus élevées sont littéralement astronomiques. Par exemple STS-3 (équivalent de OC-3), multiplexe trois signaux STS-1 en un seul flux et opère à trois fois la vitesse de base du signal, soit 155,520 Mbps. Et ce n'est pas tout ! STS-12 (OC-12) opère à 12 fois le signal de base, soit 622,08 Mbps. Au sommet, on trouve STS-48 (OC-48), avec une vitesse de transmission définie à 2,488 Gbps (gigabits par seconde).

Fonctionnement de SONET

Comme vous pouvez le voir dans l'illustration précédente, SONET convertit des signaux électriques (STS) en niveaux optiques (OC) pour les transporter. Il les " déconvertit" aussi (de OC en STS) au point où les transmissions quittent le support SONET pour passer sur le support qui amènera à destination. La manière dont cela se produit est impressionnante.

Pour commencer, SONET n'est pas constitué d'un élément unique de fibre optique, très long (il s'agirait sinon d'un câble enlaçant la planète entière). Entre la source et la destination, une transmission peut passer par plus d'un multiplexeur intermédiaire, ainsi que par des commutateurs, des routeurs et des répéteurs, pour amplifier le signal. Aux différentes parties de cette route ont été donnés différents noms SONET :

• Une section désigne une même longueur de câble en fibre optique.

• Une ligne représente un segment séparant deux multiplexeurs.

• Un chemin (path) désigne le trajet complet entre le multiplexeur source (où les signaux des affluents sont combinés) et le multiplexeur de destination (où les signaux sont démultiplexés pour être transmis).

Les transmissions elles-mêmes sont constituées de trames de 810 octets, qui circulent à raison de 8000 par seconde. Ces trames contiennent non seulement des données, mais aussi un certain nombre d'octets relatifs à leur contrôle, à leur gestion, etc. Deux aspects sont révélateurs de la manière dont sont gérées ces trames :

• D'abord, elles sont déversées dans un flux régulier, qu'elles contiennent ou non des informations. En d'autres termes, elles forment des manières de wagons de fret sur un train interminable. Si certaines données arrivent au moment où SONET crée une trame, elles y sont insérées - le wagon est chargé. Si aucune n'arrive, la trame quitte la " gare" vide.

• Ensuite, comme SONET est un transport synchrone, chaque trame contient un dispositif, appelé pointeur, qui indique où y débutent effectivement les données. Ce pointeur se révèle nécessaire parce que la synchronisation forme un élément central de la transmission SONET, mais que le réseau lui-même ne peut savoir si les données arrivantes sont synchronisées sur la même horloge (cela serait, en fait, impossible). Aussi, SONET permet-il une certaine variation de cette synchronisation et recourt-il au pointeur pour s'assurer que le début de ce qui constitue des données est clairement marqué pour sa récupération à destination.

Couches de protocoles du standard SONET

En effectuant tout ce travail d'organisation, de multiplexage, de transmission et de routage des trames, SONET s'appuie sur quatre couches de protocoles, dont chacune gère un aspect de toute la transmission. Voici ce qu'elles font:

• La couche photonique convertit les signaux électriques sous forme optique.

• La couche section crée les trames et s'occupe de gérer les erreurs de transmission.

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

• La couche chemin (path) s'occupe d'amener la trame de la source à sa destination.

Il existe bien d'autres détails plus techniques dans la définition d'un réseau SONET, mais ce que nous venons de voir en constitue les bases et devrait vous aider à comprendre, à peu près, comment il fonctionne. Ce qu'il faut surtout retenir est qu'il représente un transport rapide et fiable pour les technologies en développement ou à venir des réseaux étendus, telles que RNIS à large bande (et, par extension, ATM).

SMDS

SMDS (Switched Multimegabit Data Service ou Service de données commutées en multimégabits) est un service de communication en réseau, public, à large bande, proposé par les opérateurs de télécommunications comme moyen pour les entreprises de connecter des réseaux locaux situés en différents lieux. C'est une technologie sans connexion à commutation de paquets, conçue pour apporter aux entreprises un moyen moins coûteux que la location de lignes spécialisées pour relier leurs réseaux. Outre la réduction du coût, SMDS convient au type de trafic " en pics" des communications d'un réseau local (ou d'un réseau local à un autre).

SMDS étant sans connexion, il n'est disponible qu'au moment nécessaire, plutôt que continûment. C'est aussi une technologie rapide, transmettant à des vitesses allant de 1 (aux États-Unis) à 45 Mbps. La base d'une connexion SMDS est une adresse réseau, conçue comme un numéro de téléphone incluant le code du pays et le code de la zone, ainsi que le numéro local. Cette adresse est attribuée par l'opérateur de télécommunications et sert à connecter un réseau local à un autre. Une adresse de groupe peut aussi être employée pour diffuser simultanément des informations à plusieurs réseaux locaux.

Les utilisateurs qui doivent transférer des informations à un ou plusieurs réseaux locaux sélectionnent simplement les adresses appropriées pour indiquer où elles seront livrées. SMDS entre alors en jeu et fait de son mieux pour les amener à destination. Il ne contrôle pas les erreurs de transmission, ni ne s'occupe du contrôle du flux. Ces tâches sont à la charge des réseaux locaux qui sont entrés en communication.

Les paquets transférés par SMDS sont de longueur variable ; ils renferment les adresses de la source et de la destination, et jusqu'à 9 188 octets de données. Ils sont routés individuellement et peuvent contenir des données sous toutes les formes avec lesquelles opère le réseau local - paquet Ethernet, Token Ring, etc. SMDS se contente de laisser passer les informations d'un endroit à un autre et ne se soucie ni de la forme ni du format de ces données. En d'autres termes, SMDS agit un peu comme un service de messagerie : il collecte et livre, mais ne s'occupe pas du contenu des envois.

Dernière mise à jour le lundi 3 avril 2000

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