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Quel type de réseau choisir ?

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Merci à Davor Males et Guy Pujolle pour leurs remarques et corrections.

Réseaux locaux, métropolitains et distants, de nombreuses technologies existent permettant de s'adapter à différents besoins. Un point actualisé des technologies disponibles et émergentes. Cette synthèse a été établie à partir des présentations faites à l'université de printemps de DNAC du 28 avril au 5 mai 2003 à Tozeur (Tunisie).

1. Les Différents types de réseaux

Les technologies sont variées pour s’adapter aux différents types de réseaux :

  • Réseaux locaux - LAN (aussi bien pour les entreprises que pour la maison ou même bientôt pour le véhicule). Les réseaux personnels - PAN, seront également traités dans ce cadre.
  • Réseaux métropolitains - MAN (mis en oeuvre au niveau d’une ville ou d’un petit territoire)
  • Réseaux régionaux, nationaux ou internationaux (WAN) qui se décomposent en coeur de réseau et en points d’accès.

Bien sûr certaines technologies peuvent être utilisées pour plusieurs types de réseaux (par exemple Wi-Fi pour les réseaux locaux et métropolitains, la fibre optique pour les réseaux métropolitains et distants...)

Les parties suivantes présentent un panorama actualisé des différentes technologies possibles. Bien sûr une telle décomposition ne peut pas être exhaustive mais elle présente les grandes tendances.

Il existe différents grands types de réseaux :

  • Les réseaux filaires : les terminaux, fixes, sont reliés par des câbles électriques ou optiques
  • Les réseaux sans fils : dans ce cas, des terminaux fixes sont reliés par les ondes
  • Les réseaux mobiles : les principales différences avec les réseaux sans fil sont que les terminaux peuvent être mobiles et qu’il est possible de passer d’une cellule à l’autre sans perdre la liaison (le handover)

Mais il faut distinguer également deux grandes philosophies :

  • Les réseaux avec signalisation (établissement d’un chemin avant de commencer l’échange). Ce système est plus complexe mais plus performant (RTC, X25, ATM, GPRS, UMTS...). Cette approche est issue du monde des télécommunications.
  • Les réseaux sans signalisation (les routeurs se débrouillent et acheminent à chaque instant chaque paquet à l’aide de l’adresse de destination qui y est encapsulé et de sa propre table de routage). Ce système permet des points d’accès jusqu’à 100 fois moins chers mais beaucoup plus difficiles à optimiser. Il faut alors faire de la surcapacité (Internet, Wi-Fi...) Cette approche est issue du monde de l’informatique.

Jusqu’à présent les réseaux avec signalisation étaient plutôt utilisés dans les réseaux mobiles (UMTS...) alors que les réseaux sans signalisation étaient plutôt réservés aux réseaux sans fils (Par exemple le Wi-Fi ne permet pas de gérer des mobiles se déplaçant à une vitesse beaucoup supérieure à celle d’un piéton.). Cela pourrait évoluer avec de nouveaux réseaux sans signalisation adaptés aux réseaux de mobiles (voir par exemple l’IEEE 802.20 MBWA).

 

Pour en savoir plus : Les réseaux Ad-Hoc

Pour couvrir des zones plus larges avec des cellules plus petites, il est nécessaire de pouvoir passer d’un point d’accès à l’autre (handover) mais il est aussi possible d’utiliser des réseaux ad-hoc sans infrastructures fixes où le signal est directement routé par les différents terminaux mobiles des utilisateurs se trouvant sur le chemin entre l’émetteur et le destinataire. Il ne faut pas confondre les véritables réseaux Ad-Hoc (actuellement définis par le groupe Manet de l’IETF) des réseaux locaux sans fil en mode Ad-hoc où le point d’accès est également remplacé par un échange entre les terminaux mobiles mais où il n’est possible de communiquer qu’avec les mobiles dans le voisinage immédiat (dans ce cas il n’y a pas de routage de proche en proche).

 2. Les réseaux locaux pour l’entreprise et pour la maison

Il existe aussi bien des technologies filaires que sans fil qui peuvent être utilisées pour les réseaux locaux.

Les technologies filaires :

     
  • Les réseaux Ethernet classiques largement répandus en entreprise. Ils permettent des débits de 10, 100 Mbit/s et 1 Gbit/s (et même 10 GBit/s mais plutôt pour les réseaux métropolitains)
  • HomePlug1.0, un réseau de type Ethernet (en fait du CSMA-CA) sur réseau électrique. Il permet un débit théorique jusqu’à 14 MBit/s avec une dégradation suivant la ligne jusqu’à 1 MBit/s. Le permet également 4 classes de service. La technologie est très peu chère et utilise le câblage existant.

Les technologies sans fil :

     
  • L’IEEE 802.11 est un réseau de type Ethernet (en fait du CSMA/CA car il n’est pas possible d’écouter le réseau et d’émettre en même temps avec la même antenne ce qui empêche d’utiliser le CSMA/CD de l’Ethernet). Wi-Fi correspond maintenant a tout ce qui est issu du comite 802.11 donc le standard IEEE 802.11 et tous les amendements (Wi-Fi5 n’existe plus). Le standard IEEE 802.11b utilise la bande des 2,4GHz pour des débits de 11 Mbit/s théoriques (typiquement 6 ou 7 Mbit/s). IEEE 802.11a utilise quant à lui la bande des 5 GHz et permet des débits plus élevés jusqu’à théoriquement 54 MBit/s (en pratique plutôt entre 20 et 25 Mbit/s . Mais cela n’est vrai que très proche du point d’accès et le débit chute bien plus rapidement avec la distance que pour 802.11b. L’IEEE 802.11g permet d’utiliser la même bande de fréquence que 802.11b (2,4 GHz) mais avec un débit supérieur. Les évolutions du standard IEEE 802.11 devraient permettre à l’avenir des débits de 108 Mbit/s (IEEE 802.11n prévu pour 2005/2006) et même jusqu’à 320 Mbit/s. Il y a également des travaux pour obtenir des couvertures plus larges à puissance équivalente pour permettre le déploiement de réseaux sur des grands territoires. Par ailleurs il a des améliorations de la couche 2 pour la liaison (IEEE 802.11e pour la qualité de service, 802.11i pour la sécurité et 802.11f pour le handover).
  • Hiperlan II développé par les européens dans la bande des 5 GHz. Il y a des travaux pour faire converger 802.11a et Hiperlan II. Il n’y a pas encore de mise en oeuvre de cette technologie.
  • Bluetooth. Il s’agit plutôt de remplacer les câbles entre les appareils (pda et téléphone mobile, ordinateur portable et imprimante...) avec des débits légèrement inférieurs à 1 Mbit/s. On parle souvent de Personal Area Network (PAN). Mais une version 2 de Bluetooth pourrait venir concurrencer Wi-Fi.
  • UWB (Ultra Wide Band). Dans ce type de réseau le signal est émis très faiblement en dessous du bruit mais sur un spectre très large pour permettre des très hauts débits. Il existe un UWB Indoor (pour l’intérieur) et un autre pour l’extérieur (outdoor). La bande est principalement entre 3,1 et 10,6 GHz. L’UWB permet de transporter un signal synchrone et asynchrone simultanément. L’UWB devrait permettre de faire passer du 400 Mbit/s sans gêner les autres réseaux sur les mêmes bandes.

3. Les réseaux métropolitains et les points d'accès des réseaux nationaux

Qu’ils soient filaires ou sans fil, il faut distinguer plusieurs types de réseaux accessibles au niveau métropolitain:

  • Réseaux nationaux qui peuvent être accessibles dans certaines zones urbaines : c’est le cas des réseaux d’opérateur nationaux avec points d’accès de type ADSL mais aussi des réseaux mobiles nationaux (GPRS/EDGE, UMTS, cdma2000...) ou même de réseaux dépassant le territoire national (réseau d’accès par satellite bidirectionnel)
  • Réseaux métropolitains : ils disposent d’un opérateur en charge du réseau ne couvrant que la ville. Le réseau métropolitain est ensuite connecté au reste de l’Internet (Câble, BLR...)

Bien que sur des logiques différentes, ces deux types de réseaux se retrouvent en concurrence pour l’équipement des territoires.

Les technologies d'accès aux réseaux régionaux, nationaux ou internationaux :

     
  • Les systèmes xDSL (dont l'ADSL est la forme la plus connue) permettent d'accéder depuis une ligne téléphonique aux réseaux des opérateurs qui ont placé des points d'accès à coté des équipements d'agrégation des lignes téléphoniques
  • Les systèmes de téléphonie mobile (GPRS/EDGE, UMTS, cdma2000...)
  • Les systèmes d'accès bidirectionnel par satellite

Certaines technologies ne permettent qu'un accès unidirectionnel en réception (Satellite unidirectionnel, W-ADSL, DAB, DARC...) avec éventuellement une voie de retour filaire. Elles servent plus particulièrement à diffuser des contenus.

Dans le cadre des réseaux métropolitains, il est souvent intéressant de mixer les technologies avec en particulier des parties filaires et d’autres sans fil.

 

Les technologies filaires pour les réseaux métropolitains :

     
  • Le réseau Câblé (CATV) originellement prévu pour la diffusion par câble de la télévision, il permet aujourd’hui d’y intégrer la téléphonie et les réseaux de données
  • Réseaux optiques pour des groupes fermés d’utilisateurs (GFU). Dans ce cas, la vocation est plutôt de relier à très haut débit quelques points locaux (locaux municipaux, écoles, grandes entreprises...) à très haut débits. Il existe également des réseaux métropolitains optiques dont la vocation est de couvrir le plus grand nombre de personnes en amenant la fibre optique jusqu’à l’immeuble FTTC (dans ce cas les derniers mètres peuvent être réalisés en câble cuivré ou en sans fil) ou même jusqu’à l’appartement FTTH. Les Réseaux Métropolitains optiques utilisent de plus en plus souvent de l'Ethernet (Metropolitan Ethernet NetworksMEN).
  • L’ADSL en mode totalement dégroupé permet également une approche qui ressemble à celle d’un réseau MAN avec des échanges entre les personnes sur le même DSLAM jusqu’à 10 Mbits/s.

Les technologies sans fils pour les réseaux métropolitains :

     
  • L’IEEE 802.11 a été conçu initialement pour les réseaux locaux sans fils (voir la partie précédente). Il se développe actuellement fortement à la fois pour les hot-spots (point d’accès publics) que pour la mise en place ou la densification des réseaux métropolitains.
  • L’UMTS en mode sans fil (terminal fixe). Dans ce cas on peut bénéficier de débits bien plus importants qu’avec des terminaux mobiles. Une démonstration a permis de montrer des débits de 10 Mbits/s par utilisateurs
  • L’IEEE 802.16 (aussi appelé Wireless Man) qui vient d’être’ normalisé suivant deux cas : en dessous de 11 GHz, le signal peut se propager de manière omnidirectionnelle pour couvrir de larges territoires (IEEE 802.16) et au-dessus de 10 GHz. Dans ce cas on est sur une propagation directive pour des liaisons point à point (802.16a récemment normalisé). Entre 10 et 11 GHz il est possible de choisir l’un ou l’autre des protocoles (MMDS ou LMDS). Cette technologie permet des débits théoriques de 2Mbit/s (typiquement 512 Kbit/s descendants). La Boucle Locale Radio (à 3,5 et 26 GHz en France) utilise ces technologies mais devra se remettre à jour pour être conforme à la norme récemment publiée. Une nouvelle version 802.16b devra couvrir les bandes sans licence.
  • L’IEEE 802.20 ou Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) devrait être publié en fin 2003. Il permet une mise en œuvre à un prix relativement modéré (comme les réseaux sans signalisation de type Wi-Fi) tout en permettant une qualité de service et une optimisation que l’on retrouve habituellement dans les réseaux avec signalisation (tels que l’UMTS). Cette technologie utilise des fréquences inférieures à 3,5 GHz avec une cellule d’un rayon de 2,5 Km et peut offrir 1 MBits/s par utilisateur. Le IEEE 802.20 permet également de mettre en place des réseaux de mobiles pouvant se déplacer jusqu’à 250 Km/h. Son efficacité (Bits/s/Hz/cell) est plus du double des systèmes 3G tout en étant sur une logique totalement IP.

 4. Les coeurs de réseau

Les coeurs de réseau utilisent principalement des fibres optiques (mais également parfois des interconnexions par satellite). Dans ce cas on dispose de surcapacité dans les fibres optiques :

  • Les paquets sont rassemblés au sein de signaux diffusés sur une longueur d'onde dans une fibre optique (ODU1 2,5 Gbit/s, ODU2 10 GBit/s, ODU3 40 GBit/s. On travaille sur 160 GBit/s et même sur 4X 160 GBit/s par longueur d’onde)
  • Les longueurs d'ondes sont multiplexées dans une fibre optique (bientôt jusqu'à 1 000 couleurs)
  • Les fibres optiques sont rassemblées dans un faisceau de fibres assemblées dans le même câble.

Un seul câble optique passe aujourd'hui plus que l'ensemble du débit de l'Internet mondial et les débits des fibres optiques augmentent plus vite que le débit de l'Internet.

Le véritable point est l'acheminement de bout en bout des paquets qui passent dans un ensemble de fibres optiques. L'approche originelle utilisant un routage des paquets optiques (après les avoir reconvertis en paquets électriques) est peu à peu remplacée par une approche de commutation des paquets optiques (établissement à l'avance de chemins) moins souple car les chemins sont figés pour un certain temps mais bien plus rapide. Dans le futur, la commutation elle même pourra se faire entièrement sous forme optique (OOO) sans nécessiter une conversion au format électrique pour utiliser des équipements de routage ou de commutation électroniques (OEO)

 

Pour en savoir plus : Le protocole Internet va t-il se cantonner au réseau de signalisation ?

On utilise donc une approche commutée, donc avec signalisation, dans les coeurs de réseau. Le réseau de signalisation est " hors bande passante ". Il établi le chemin pour chaque couple " adresse de départ- adresse d'arrivée ". Les paquets sont ensuite commutés et non plus routés (il n'est plus besoin de lire les adresses et de rechercher dans une table de routage où diriger le paquet car les chemins sont déjà pré-établis). L'Internet et son approche routée est ainsi vu par certains comme ... la technologie pour le réseau de signalisation et non plus pour le transport des données.

Il en va de même avec les approches Ethernet en réseau métropolitain ou local. Le protocole Ethernet ne permet pas le routage. Pour éviter d'empiler les couches de protocoles (IP sur Ethernet sur Sonet par exemple), certains imaginent une approche commutée où les chemins sont d'abord établis (grâce à un réseau de signalisation qui lui peut être routé ... par exemple grâce au protocole IP), puis les trames Ethernet sont directement commutées suivant les routes préétablies sans être ralenties par le routage (qui nécessite de comparer l'adresse d'arrivée avec des tables de routage de plus en plus grandes).

La place du protocole de routage IP fait aujourd'hui débat. Les réseaux par commutation seront-ils réservés aux coeurs de réseaux ou seront-ils étendus à l'ensemble des réseaux, prenant ainsi la place des réseaux routés ? Dans ce cas, le protocole Internet (IP) ne servirait plus que pour le réseau de signalisation.

La première approche a été faite avec MPLS (Multi-Protocol Label Switching) qui attache aux paquets des étiquettes indiquant le nom de la route préétablie. Une version adaptée à la commutation des longueurs d'ondes des fibres optiques a été développée : MPlS. Aujourd'hui le GMPLS permet une généralisation du plan de contrôle.

 

Pour en savoir plus : Ethernet sera-t-il le protocole roi sur la fibre optique ?

Il est possible d'empiler les couches de protocoles : par exemple Sonet/SDH au niveau bas qui encapsule des trames Ethernet ou ATM qui elles mêmes encapsulent des paquets IP.

Tout comme les réseaux locaux et les réseaux métropolitains, le protocole Ethernet envahit peu à peu les coeurs de réseaux.

Cela a des conséquences sur les protocoles de plus bas niveau : le protocole Sonet/SDH utilisé le plus souvent dans les boucles optiques est capable d'encapsuler également des trames Ethernet complètes. Ce protocole se voit concurrencé par le nouveau protocole IEEE 802.17 promu par la RPR Alliance qui effectue la même chose dans une logique qui ressemble à de l'Ethernet (la trame est un peu plus longue pour incorporer par exemple une synchronisation des horloges).

Au niveau supérieur on s'arrête parfois au niveau 2 (commutation) et on supprime la couche 3 de routage du protocole IP pour ne garder pratiquement que le protocole Ethernet (voir l'encadré " l'Internet va-t-il se cantonner au réseau de signalisation ? " Les paquets IP existent cependant toujours et sont encapsulés dans des trames Ethernet pour permettre de les retrouver une fois sorti du réseau commuté (que ce soit le coeur de réseau ou même l'ensemble du réseau).



Jean-Michel Cornu - 6 juin 2003