Sous la pression des nouvelles technologies et de la concurrence commerciale, les architectures de réseau ont évolué. Une vue générale de cet ensemble permet d’en comprendre néanmoins la complexité de structure et de gestion.
1 - Réseaux
et architectures de réseau
Pour bien appréhender
l'écheveau complexe que constituent les
architectures de réseau et les réseaux
eux-mêmes, il faut séparer ce qui
appartient à l'histoire et ce qui relèvent
des nouvelles technologies, telles que nous
les connaissons aujourd'hui. Jusqu'à
un passé récent, les réseaux
de communication se partageaient en réseaux
téléphoniques (RTPC, RNIS, liaisons
louées), réseaux télégraphiques,
réseaux publics (ou privés) de
données, réseaux de messagerie
et réseaux de transport et de diffusion
d'images télévisuelles, liste
à laquelle on peut aussi ajouter les
réseaux internationaux à valeur
ajoutée (VANs), auxquels Internet peut
être rattaché.
Ces six catégories
de réseau offrent des services qui leur
sont propres. Ils sont constitués sur
un même modèle constitué
de la coordination d'un ensemble de moyens de
raccordement (aujourd'hui appelé "réseau
d'accès" décrit dans le DT
01) et d'un réseau de transport
à grande distance (appelé hier
" réseau de haut niveau "et
dénommé aujourd'hui" "réseau
fédérateur" ou WAN).
Figure 1 - réseau
d'accès et réseau de transport
Dans l'ancienne conception
de réseau, les six types de réseau
cités disposaient de leur propre technologie
de raccordement dans le réseau d'accès.
Au centre local, des équipements d'interfaces
étaient prévus en transmission
et en commutation pour assurer la connexion
de ces accès vers leur réseau
de transport spécialisé, l'économie
et la gestion globale faisant au mieux pour
ne pas pénaliser les prix de revient
par des occupations en débit (ou en bande
passante, dans le cas de la transmission analogique)
trop onéreuses. En principe, six types
de réseau de transport étaient
gérés en parallèle en national
et interconnectés sur leurs liaisons
internationales correspondantes.
L'ensemble de ces moyens
techniques liés aux réseaux de
transport et d'accès est appelé
"architecture de réseau". Cette
infrastructure comprend donc des équipements
de transmission et de commutation et des supports
de communication associés aux conducteurs
métalliques (paires ou quartes métalliques
ou câble coaxial), aux fibres optiques,
et aux moyens radioélectriques.
Figure 2 - Structure
des réseaux
L'évolution technologique
qui se déroule sous nos yeux tend à
conserver la dualité "réseau
d'accès" et "réseau
de transport", mais à fondre en
une seule entité les spécificités
de services ou applications offertes par les
six catégories de réseaux évoqués
ci-dessus. Cette tendance ne semble pas encore
avoir atteint son terme et nous vivons donc
avec des structures de réseau qui appartiennent
à l'ancienne architecture, alors que
de nouveaux éléments apparaissent.
2 - Analogique et numérique
Deux grandes familles
de multiplexage sont utilisées dans les
infrastructures de réseaux : l'analogique
et le numérique. Les deux techniques
ont leurs propres caractéristiques (voir
DT
13). Elles sont complémentaires
et peuvent, dans certains cas, être associées.
Le multiplexage analogique
utilise l'échelle des fréquences.
Le multiplexage numérique utilise l'échelle
des temps. La limitation de la portée
des groupes analogiques multiplexés provient
de l'affaiblissement subi par la bande de fréquences
transmise sur le support et du bruit collecté
le long du parcours. Le principe du multiplexage
analogique est appliqué en plusieurs
occasions : constitution du groupe primaire
analogique, création de la hiérarchie
des groupes analogiques, transfert d'un groupe
en vue de sa transmission dans un spectre de
fréquences plus élevé (bande
de fréquences des faisceaux hertziens,
d'un câble sous-marin, ou de celle d'un
satellite), etc. La dégradation d'un
signal analogique n'est pas récupérable.
La technique numérique
suppose un codage préalable de l'information.
L'avantage du numérique réside
dans son immunité au bruit et dans l'association
économique des opérations de commutation
et de transmission dans le réseau. Un
réseau totalement numérique est
donc beaucoup moins coûteux, de meilleure
qualité et plus fiable qu'un réseau
analogique.
3 - Commutation de
circuits et de paquets
Pendant près d'un
siècle, les réseaux nationaux
de télécommunications ont été
construits sur le principe d'une hiérarchie
arborescente de centres, d'équipements
et d'artères linéaires fonctionnelles
effectuant la commutation et le transport des
signaux vocaux. L'objectif fondamental qui a
conduit à cette mise en oeuvre était
l'économie de la transmission et la constitution
d'un réseau maillé de transport
basé sur la commutation de circuit. L'engorgement
des artères y est limité grâce
à des dispositions relatives au trafic
de débordement. Chaque abonné
est relié au central téléphonique
par une paire de conducteurs qui lui était
affectée en permanence. Le réseau
d'accès, de type linéaire, permet
à l'appel de l'abonné de traverser
le réseau de transport pour accéder
au terminal du correspondant. Ce concept n'avait
jusqu'ici pas été remis en cause
dans un contexte de disponibilité de
supports métalliques et hertziens pour
la transmission de services principalement orientés
vers le transport de la parole. L'inconvénient
de ces dispositions conduit, pour établir
un seul circuit, à mettre en série
des centaines de contacts et des dizaines d'équipements,
avec un rendement inférieur à
43 % du temps, ce qui pénalise la fiabilité
de l'ensemble et le prix de revient. La demande
croissante en débit justifie l'évolution
des structures et des capacités du réseau
de transport et du réseau d'accès
en utilisant les ressources de la technique
numérique et des ressources de la commutation
de données par paquets.
4 - Évolution
des concepts relatifs au transport
La fibre optique permet
des débits bien plus importants que ceux
que l'on peut obtenir sur un support de transmission
en cuivre ou par voie radioélectrique
(voir DT
15). Vers la fin des années
80, la technologie a ouvert des possibilités
importantes dans les technologies de commutation
rapide de paquets constitués en trames
ou en cellules (groupes définis de données
numériques). Puis sont apparus les systèmes
de transmission SDH (hiérarchie numérique
synchrone) et ATM (mode de transfert asynchrone),
très économiques et d'une fiabilité
par liaison 100 fois supérieure aux systèmes
antérieurs. Ces réseaux large
bande (B-ISDN, pour Broadband Integrated Services
Digital Network) répondent aux exigences
de la recherche d'informations dans les grandes
bases de données multimédias ou
celles des séquences vidéo. La
perspective de très grandes capacités,
jointe à une bonne qualité de
la transmission numérique, a suggéré
une agglomération des services voix/données
ainsi que l'organisation de la fonction transport
sur double anneau de fibres sécurisées,
de sorte qu'aux hiérarchies linéaires
des liaisons se substituent des hiérarchies
de doubles anneaux entrelacés en technologie
SDH.
5 - Réseau métropolitain
Le réseau métropolitain
(MAN, Metropolitan Area Network) se place entre
les réseaux d'accès et le réseau
de transport à longue distance (WAN,
Wide Area Network). Le MAN agrège les
flux numériques dans un environnement
multiprotocole en utilisant un étiquetage
(MPLS, Multi Protocol Label Switching, par exemple)
pour l'acheminement vers le coeur du réseau
de transport à partir des différentes
demandes en trafic sollicitées par le
réseau d'accès et réciproquement.
Un MAN peut être exploité en réseau
maillé ou en réseau en anneau.
Il peut mettre en oeuvre des protocoles sur
des courtes distances (Ethernet, PON, etc.).
Les plaques MAN sont constituées de matrices
de commutation et d'équipements de multiplexage.
Certains centres des plaques MAN sont dédiés
à l'agrégation côté
réseau cour optique (en WDM, en SDH,
IP, VP-VC en ATM), alors que d'autres sont adaptés
aux structures des réseaux d'accès
(Ethernet, xDSL, LMDS, etc.). Ces deux catégories
de centres sont reliées entre elles par
des fibres optiques, la supervision étant
assurée par des passerelles optiques
multiservices. Le WDM confère aujourd'hui
aux MAN optiques la flexibilité, la compatibilité,
la compacité, la modularité des
liens et la protection optique considérée
sous l'angle de la sécurisation et de
la redondance.
6 - Les nouveaux réseaux
de transport
Les grands exploitants
cherchent à élargir leur domaine
d'action, d'une part sur le plan géographique
en nouant des accords techniques ou commerciaux,
d'autre part, en associant les plans d'activité
filaire, les mobiles, l'audiovisuel et l'accès
à Internet. La fusion de ces domaines
assure des synergies de service sur le plan
national et international. La politique tarifaire
doit être suffisamment souple pour s'adapter
à la variété des contingences
nationales, aux habitudes des clientèles
et à la dualité voix et données.
6.1 - Fibre optique
Les exploitants disposent
d'une couverture en fibre optique avec sécurisation.
Chacune des boucles optiques peut transférer
80 Gbit/s et la capacité totale d'une
boucle peut atteindre 1,2 Tbit/s sans pose supplémentaire.
Des associations d'exploitants ont réalisé
un vaste plan d'investissement en fibre optique
en Europe. Des réseaux pan européens
sont reliés au réseau nord américain
par câbles sous-marins. Ces fibres optiques
portent des canaux en SDH et ATM pour des utilisations
en protocole IP ou en relais de trame.
6.2 - Liaisons par
satellite
Tous les exploitants de
réseau, câblo-opérateurs
et diffuseurs de programmes télévisuels
utilisent des canaux de transmission satellitaire.
Les différents systèmes de communication
mis en oeuvre sur ces satellites dépendent
du nombre de circuits à établir
entre les différentes destinations et
la France.
6.3 - Faisceaux hertziens
La plupart des faisceaux
hertziens sont aujourd'hui de type numérique.
Ils sont utilisés pour les besoins du
transport de la télévision ou
pour fournir des liaisons pour la téléphonie
mobile. Des petits faisceaux hertziens régionaux
et urbains complètent les infrastructures
en câbles.
6.4 - Câbles
métalliques
La plupart des liaisons
coaxiales analogiques ont été
remplacées par des fibres optiques. Des
liaisons régionales et urbaines en MIC
sur paires ou sur quatre métalliques
sont encore utilisées.
6.5 - Câbles
coaxiaux
Ils sont utilisés
sur les réseaux câblés pour
les besoins de la diffusion télévisuelle
(voir DT
05).
7 - Systèmes
de transmission WAN
En France, la transmission
est entièrement numérique et s'effectue
principalement en double boucle SDH sur fibre
optique. La normalisation permet aussi aux liaisons
des réseaux numériques MIC de
s'interfacer au besoin avec les systèmes
ATM et SDH.
Les techniques nouvelles
de transmission et la nécessité
de disposer de plus hauts débits ont
imposé le renouvellement des liaisons
interurbaines. L'architecture de réseau
cesse d'obéir aux règles d'arborescence
classique pour respecter une structure en double
boucle optique apportant la sécurité
par un double accès à tous les
niveaux. Un réseau sémaphore,
distinct des circuits de parole et basé
sur les principes du réseau intelligent
assure le transport d'une signalisation plus
riche entre commutateurs. Les protocoles SDH
et ATM permettent de réduire les coûts
de multiplexage et de gestion. Les nouvelles
dispositions conduisent, à terme, à
une réduction du nombre de centres du
réseau national, à une amélioration
de la qualité et à une augmentation
de la disponibilité des liaisons. Les protocoles classiques (RNIS, X.25 et relais
de trames) continuent d'être offerts à
la clientèle.
8 - Économie de la transmission
Les coûts de transport
supportés par une communication comprennent
ceux du support et du multiplexage. Ils peuvent
s'exprimer par la relation de la forme suivante
:
La formule comporte autant
de termes que de sections de circuits traversées
par la communication. Chaque section de circuit
a une longueur D (en km). Elle est terminée
par un couple de multiplexeurs/commutateurs
traitant N circuits. La technologie actuelle
mettant en cause des multiplexeurs plus coûteux
que le prix kilométrique du transport,
les effets de la distance deviennent marginaux
par rapport aux fonctions de commutation et
de brassage. Il est donc nécessaire de
tenir compte de ce résultat dans l'organisation
du réseau en allongeant au besoin le
parcours des connexions et en réduisant
le nombre M de points de brassage multiplexage.
Les liaisons de petite capacité sont
réservées aux courtes distances
(à l'intérieur de la zone locale)
et les liaisons à forte capacité
sont dévolues aux parcours les plus longs.
Toutefois, les impératifs de sécurité
conduisent à pondérer ces règles.
Il faut garder une marge de capacité
disponible afin d'éviter les rappels
successifs en cas de liaison occupée
et afin de pouvoir faire face à une éventuelle
surcharge de réseau, les engorgements
d'accès ayant une fâcheuse tendance
à se répercuter d'un centre à
un autre (effet " boule de neige ").
Il est aussi nécessaire de disposer de
liaisons de secours (soit en toute propriété,
soit par négociation avec un exploitant
international concurrent). Les équipements
d'observation de trafic et de gestion de réseau
sont de ce point de vue des outils indispensables.
9 - Cas des liaisons
internationales
Dans les relations internationales,
les stratégies bilatérales d'hier
ont laissé place aujourd'hui à
la construction de liaisons homogènes
de bout en bout (dites " sans couture")
qui attribuent la maîtrise d'oeuvre, d'exploitation
et de gestion à un seul exploitant ou
à un groupe d'exploitants (alliances).
Cette activité résulte de la demande
exprimée par la clientèle d'affaires
nationale et du trafic généré
par les flux d'accès à Internet
et, éventuellement, de la demande d'autres
exploitants s'intéressant au trafic international.
La masse de trafic transporté et la technologie
disponible permettent d'offrir les coûts
les plus bas. Les ANO (Affiliated Network Operators),
comme France Télécom et Deustch
Telekom, collaborent au projet EBN (European
Backbone Network) qui a pour vocation de constituer
un réseau de 20 000 km de double boucles
optiques. Ce réseau, qui s'étend
sur 16 pays, réunit 250 villes européennes
et dispose de deux centres de gestion (Blagnac
et Francfort). Le NABN (North American Backbone
Network) est un réseau en fibre optique
à 1,6 Tbit/s sécurisé reliant
28 grandes villes d'Amérique du Nord
auquel participe France Télécom.
10 - Interconnexion
entre réseaux différents
Le jeu de la réglementation
permet, à l'intérieur du réseau
national, un changement d'exploitant. Des liaisons
dites d'interconnexion permettent de quitter
un réseau d'accès pour un autre
ou de changer de réseau de transport.
La liaison type entre abonné demandeur
et abonné demandé n'a plus désormais
la simplicité de sa structure ancienne.
Les fonctions de réseau intelligent sont
possibles entre réseaux différents
grâce aux travaux de normalisation accomplis
au sein du projet TIPHON et des groupes de travail
PARLAY et JAIN.
Entre exploitants concurrents,
la règle de l'entraide en cas de défaillance
majeure est appliquée sans difficulté.
Des liaisons d'entraide sont donc prévues
entre réseaux de transport voisins. Des
compensations financières sont établies
chaque trimestre en fonction des actions réciproques
éventuelles.
Bibliographie :
- Analyse structurée des réseaux,
J. Kurose et K. Ross, Editions Pearson Education
- Réseaux, André Tanenbaum,
Editions Dunod
- Télécommunications, Daniel
Battu, Editions Dunod.
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