Notes : Une breve introduction` a` l’architecture des...

Chaput Emmanuel

Une breve introduction al’architecture des reseaux ADSL

2016-2017

Chaput Emmanuel Une breve introduction al’architecture des reseaux ADSL 2016-2017 1 / 77

1 Introduction

2 L’architecture reseau

3 Interconnexion et degroupage

4 Les architectures protocolaires

5 References bibliographiques


Introduction

1 IntroductionL’historiqueLa technologie ADSL


Notes :

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Objectifs de base

Forte evolution des reseaux de donneesExplosion du WEB

Commerce en ligneCommunications personnelles et professionnelles

Integration des servicesTelephonie sur IPVideo (a la demande ou non)Offres triple play

Necessite d’une offre efficace de desserte de l’utilisateur finalDebits sans cesse croissantsGestion de la qualite de service (voix/donnees)Besoins (de qui ?) asymetriques

Quelles solutions techniques ?Deployer de nouvelles infrastructures

Cher (parfois redhibitoire)Pe cable, FTTx, sans-fil, . . .

Utiliser des infrastructures existantesAdaptation souvent necessairePe satellite, tele hertzienne, RTC, . . .


L’historique

1 IntroductionL’historique

Des donnees sur la boucle localeL’evolution de la boucle locale

La technologie ADSL


L’utilisation de la boucle locale

Historiquement, utilisation telephonique (RTC ou POTS)Boucle locale

Paire de cuivreQuelques kilometresUtilisation de la plage [0, 4KHz]

Reseau de desserteCables dediesBoucle SDH

Reseau de commutationHierarchiqueCircuitNumerise dans les annees 70

Dimensionnement du reseau fonde sur l’utilisation telephoniqueCommunications courtes (3 minutes)Charge par utilisateur faible (0.03 erl pour le particulier)Matrices de trafic fonction du temps (multi-periode)


Notes :

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Sans remise en cause de l’existant

Utilisation de modems vocaux (modulation QAM)V.22 puis V.22 bis au debut des annees 80

Full duplex par multiplexage en frequence1 200 puis 2 400 bit/s

V.32 milieu des annees 80, V.33 ensuiteAnnulation d’echo9 600 puis 14 400 bit/s

V.34 puis V.34bis a la fin des annees 80Analyse prealable des caracteristiques de la ligne28 800 puis 33 600 bit/s

Premier contournement d’un verrou fin des annees 90Modem V.90

Suppression de la transmission analogique cote serveur

Fonctionnement asymetriqueServeur directement en numerique sur le RTC


Pas de limites ?

Limites intrinseques des modems vocaux (formule de Shannon)Largeur de bande 4 KHzQualite des supportsBruit de quantification (cœur du reseau numerise)

Le dimensionnement du reseauCommunications de plusieurs dizaines de minutesLois et matrices traditionnelles inaplicables

Quelles solutions ?Extraire au plus tot le trafic du RTC

Points de presence dans le cœur du reseauAu plus proche de l’utilisateur

Utiliser un autre reseauProblemes de deploiement (cf fibre)


Le numerique chez l’usager

RNIS

Fin des annees 80Deux canaux B, un canal D

Debit de 160 kbit/sCanaux B en mode circuit, canal D en mode message

Modulation numerique PAM (Pulse Amplitude Modulation)Codage 2B1Q

2 bits = 1 niveau de tension

80 kbauds

Annulation d’echoUtilisation

Plusieurs equipements sur un bus derriere la TNATelephonie, fax, donnees


Notes :

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Notes :

Les liaisons specialisees

Liaisons specialisees analogiquesUne ou plusieurs paires de cuivreUtilisation de modems vocaux

Transposition en frequenceAlternatAnnulation d’echo

Liaisons specialisees numeriquesLiaisons E1/T1 (1,920/1,344 Mbit/s utile)Deux paires de cuivre entre

Multiplexeur usagerBrasseur operateur

Modems bande de base (pe sur E1 HDB3 et 0000 0001 avecinversion)Exigeant sur la boucle locale

Probleme de la “pupinisation”Qualite des supports


L’evolution de la boucle locale

Des nouveaux besoinsAcces Internet haut-debit

Video a la demandeTelephonie. . .

Interconnexion de reseauxPrix exhorbitant des liaisons specialiseesMise en place de [PP]VPN

Utilisation de l’existantDefinition de normes compatibles avec les elements du RTCLocation a l’operateur historique pour les nouveaux entrantsDeploiement incremental (investissement progressif)


Quelles technologies pour la boucle locale ?

Diverses options pour exploiter ce support historique (DSL : DigitalSubscriber Line)

Les technologies symetriquesSHDSL [14] jusqu’a 2 fois 4,6 Mbps symetrique sur deux pairesVDSL (Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line) [13]VDSL2 [16]

Les technologies symetriques (ADSL)ADSL

G.DMT jusqu’a 8Mbps/1.3Mbps [10]G.Lite [11]

ReADSLADSL2 G.DMT.bis jusqu’a 12Mbps/3.5Mbps

ReADSL2 jusqu’a 8 Km ([12] annexe L)ADSL2+ jusqu’a 25 Mbit/s theorique grace a 511 sous-porteuses etun support physique le permettant [15]

Possibilite d’aggregation de liens [17, 18, 19]


Notes :

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1 IntroductionL’historiqueLa technologie ADSL

IntroductionLe modeleLes canaux et leurs modes d’exploitationLe mode STMLe mode ATM


La technologie ADSL

Utilisation des proprietes asymetriques de la boucle localeConvergence des paires vers le CLDiaphonie fonction de la frequence

Utilisation d’une plage de frequences descendante et d’une plagede frequences montante au dela de la plage vocale

Separation vocal/donnee par des filtres

Compatible avec l’utilisation traditionnelle de l’InternetPemieres experimentations debut des annees 90Creation de l’ADSL-forum en 1994Standadisation/normalisation au milieu des annees 90

Norme ANSI T1.413 [6]Recommandation ITU-T G.992.1 [10]Recommandations du DSL Forum


La couche physique

Multiplexage OFDM

Plage [0, 4] KHz pour la voixPlage [26, 138] KHz pour la voie montantePlage [138, 1100] KHz pour la voie descendante

Decomposition de la plage en sous-porteusesDe 4,3125 KHz254 (max) utilisees dans le sens descendant30 (max) dans le sens montant

Debits maximum theoriquesVoie descendante

254 frequences × 15 bits/symbole × 4 Ksymboles/sec = 15.24 Mbit/sVoie montante

30 frequences × 15 bits/symbole × 4 Ksymboles/sec = 1.8 Mbit/s

Annulation d’echoChevauchement possible des plages montante et descendante

(cf Cours de Nathalie Thomas)Chaput Emmanuel Une breve introduction al’architecture des reseaux ADSL 2016-2017 15 / 77

Notes :

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Le modele de reference systeme

Extrait de la recommandation UIT-T [10]


Les principaux elements

ATU

Unite d’emission-reception ADSL (ADSL transceiver unit)MODEM ADSL

ATU-C

ATU du centre de commutation (c’est-a-dire, de l’operateur reseau)ATU-R

ATU de l’extremite distante (c’est-a-dire des locaux du client) (ATUat the remote terminal end)

SeparateursFiltres separant les frequences vocales et les frequences ADSLInexistant dans le G.lite


Les interfaces

Interface V-C

Entre le modem du centre de commutation et le commutateur (ATM,IP, . . . )

Interface U-C

Entre le modem du centre et la ligne d’abonneInterface U-R

Entre le modem distant et la ligne d’abonneInterface U-[CR]2

Equivalent de U-[CR] apres le filtreInterface T-R

Entre l’ATU-R et la couche de commutationInterface T/S

Entre la terminaison du reseau ADSL et l’installation de l’utilisateur


Notes :

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Les canaux et leurs modes d’exploitation

Quatre canaux simplex descendantsAS0 a AS3

Trois canaux duplexLS0 a LS2Eventuellement asymetriques

Debits multiples de 32 Kbit/sDeux itineraires

Rapide (FastPath)Entrelace (Interleaved)

Mode synchrone (STM)Liaison specialisee ( ?)

Mode asynchrone (ATM)Acces particulier


Le mode STM

D’apres la recommandation ITU-T [10]

Seuls les canaux AS0 et LS0 sont obligatoiresLatence unique sur LS0, duale sur AS0 et sur les canaux optionnels

DebitsDescendant de 32 Kbit/s a 6,144 Mbit/s par pas de 32 Kbit/sMontant de 32 Kbit/s a 640 Kbit/s par pas de 32 Kbit/sDebits max par canal


Les debits

Memes debits pour ATM (sans AS2, AS3, LS2)(Extrait de la recommandation UIT-T [10])


Notes :

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Le mode ATM

D’apres la recommandation UTI-T [10]

Seuls les canaux AS0 et LS0 sont obligatoiresAS0 en descendant et LS0 montant, latence uniqueLatence duale par utilisation de AS1 et LS1

Canaux LS2, AS2, AS3 non utilisesDebits

Descendant de 32 Kbit/s a 6,144 Mbit/s par pas de 32 Kbit/sMontant de 32 Kbit/s a 640 Kbit/s par pas de 32 Kbit/s


Le choix d’ATM

ATM n’etait deja plus un concurent serieux a TCP/IP sur EthernetCout (complexite de la signalisation)Lenteur de la normalisation

Besoin des operateursCohabitation de divers types de servicesGestion de leur traficQualite de service

Pas de solution credible dans le monde IETF a l’epoqueIntServ a deja montre ses limitesDiffServ n’est pas murMPLS n’existe pas encore

ADSL est issu du monde des telecommunications


L’architecture reseau

2 L’architecture reseauArchitecture generaleLe reseau domestiqueLe nœud de raccordement d’abonnesLe DSLAM

Le reseau de donnees


Notes :

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Architecture generale




Principe de base

Pour l’operateur historiqueUtiliser autant que possible son infrastructure de transport

Minimiser le genie civilBoucle locale

Investissement : equipements supplementairesReseau paquet (cœur deja present)Positionnement au plus pres des usagers (pas de saturation du RTC)

Pour les operateurs/fournisseurs de service alternatifsUtiliser les services de l’operateur historiqueDeployer progressivement leur infrastructure

Pour le legislateurFavoriser la concurrence

Obligation a l’operateur historique de louer son infrastructureNe pas decourager les investissements

Tarifs suffisament eleves


Architecture heritee du RTC


Notes :

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Le reseau domestique




Le reseau domestique


Le nœud de raccordement d’abonnes




Notes :

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Le nœud de raccordement d’abonnes

Environ 13 000 en France debut 2008


Zoom

Dessertevers

usagers

Concentrateur

CLRTC

Filtre

Modem ADSL

Reseau paquets


Le DSLAM




Notes :

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Le DSLAM

Digital Subscriber Line Access MultiplexerSitue a proximite du CL du RTCEn aval du repartiteur d’entreeDans les locaux de l’operateur historique (NRA)

Equipement du fournisseur d’acces Internet (NAP)Peut etre le meme organisme que le fournisseur de service (NSP)Organisme different (degroupage)

Ensemble de modems xDSL cote commutateur (ATU-C)Trafic utilisateur en entreeConcentrateur en sortie

Commutateur ATM, Ethernet, IP. . .

Position strategiqueEntre le reseau local et le reseau de transport

TypiquementArmoire(s) rackPlusieurs centaines d’usagers


Exemples






Notes :

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Reseau IP du fournisseur de servicePlan de donnees

Reseau IP traditionnelPlan de controle

Gestion des utilisateurs (identification, tarification, . . . )

Broadband Access ServerExtremite de l’encapsulation IP (routage en aval du traficdescendant)Gere une dizaine de DSLAMPortee metropolitaine/regionale (“plaque”)


Exemple de Broadband Access Server

Redback SMS (Subscriber Management System) 1800Jusqu’a 10 000 utilisateurs


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Interconnexion et degroupage

3 Interconnexion et degroupageLes differents acteursLes fournisseurs de service et leurs clientsLe degroupage


Les differents acteurs





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Le modele de reference du SNAG (Service Network ArchitectureGroup) [7]

Service domainAssure par un NSP

Transport domainAssure par le NSP, un NTP ou le NAP

Access domainAssure par le NSP, ou un NAP

Premises domainReseau de l’utilisateur


Les fournisseurs de service et leurs clients



Les founisseurs de service et leurs clients

Ou sont-ils mis en relation ?

Sur un CTS/CTP

L’operateur historique fait office de fournisseur d’accesService de telephonie elementaire uniquement

Acces par modem vocal

Directement dependant des equipements de l’operateur historiqueSur un CL/CAA

Eventuellement au travers d’un fournisseur d’acces tiersTous les services sont envisageables

Population touchee plus ou moins vasteNecessite d’un point de presence de l’operateur alternatif


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Les options des FAIs alternatifs

Les options definies en Avril 1999 par l’ART pour les FAIs “alternatifs”(ie autre que l’operateur historique) [2]

Option 1, acces a la paire de cuivre (le degroupage)L’operateur historique loue l’acces a la paire de cuivreL’operateur alternatif doit disposer d’equipements dans le NRAOption souhaitee, a terme, par les acteurs

Option 3, destinee aux operateursL’operateur historique fournit un acces a un circuit virtuel permanentTrafic concentre en des points de livraison ou des operateurs tiersle collectent

Option 5, destinee directement aux fournisseurs d’accesL’operateur historique se charge de l’acces et de la collecte DSLLe FAI alternatif assure uniquement la fourniture de service IP

Les options 2 et 4 ont ete jugees sans interet par les acteurs


Les options


Les differentes licenses

Premiere ouverture a la concurrence, au premier janvier 1998 enEurope : service telephonique “longue distance”Licenses attribuees par l’ART selon la loi de reglementation destelecommunications (LRT)

License L33-1Operateurs dotes d’une infrastructure propre (reseau de transport)

License L34-1Installation d’un POP colocalise avec un centre de transit del’operateur historiqueUtilisation de l’infrastructure de l’operateur historique (moyennantfinance !)Conditions financieres publiees par l’operateur historique


Notes :

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Le degroupage



Le degroupage

Depuis le premier janvier 2002, obligation est faite aux operateurshistoriques de tous les pays de l’UE de permettre l’interconnexionde la boucle locale avec le reseau d’un operateur alternatif.C’est le degroupageL’objectif du degroupage est de permettre aux operateursalternatifs d’acceder a l’utilisateur finalInvestissement progressif dans la boucle localeLe degroupage peut etre limite dans le temps (eg Canada,Pays-Bas, . . . )


Le degroupage

Le degroupage peut etre

PartielLa telephonie classique reste l’apanage de l’operateur historiqueLes operateurs alternatifs peuvent proposer d’autres services(acces internet, VoD, . . . )

TotalL’operateur alternatif peut fournir tous les services au client


Notes :

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Le degroupage

Repartiteur de colocalisation (a gauche)

Salle de colocalisation (a droite)

(Source : ministere de l’equipement)


Les architectures protocolaires

4 Les architectures protocolairesLa supertrame ADSL

Le plan de donneesLe plan de controle


La supertrame ADSL




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La supertrame ADSL


La supertrame ADSL

Chaque trame contientDes donnees rapides (fast data)Des donnees entrelacees (interleaved data)

Trame 0CRC des fast data

Trames 1, 34 et 35Exploitation, administration et maintenance (OAM)

Symbole de synchronisation sans donnee


Les donnees rapides


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Les donnees entrelacees


Le plan de donnees


Le plan de donneesLe modele de reference du DSL forumPiles protocolaires aux interfacesArchitecture protocolaire de bout en bout

Le plan de controle


Le modele de reference du DSL forum


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Vers une agregation par ethernet

D’apres [1].Chaput Emmanuel Une breve introduction al’architecture des reseaux ADSL 2016-2017 61 / 77

Piles protocolaires aux interfaces



Le plan de controle


PPP/AAL5/ATM/DSL

Pile initialement proposee par le DSL Forum [8] [4]Encapsulation de PPP dans AAL5 selon PPPoA [3]


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Interface BAS - utilisateur

Piles recommandees par le DSL Forum [5]


Vers ethernet

D’apres [1].


hitecture protocolaire de bout en bout



Le plan de controle


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hitecture protocolaire de bout en bout

4 architectures recommandees par le DSL Forum [9]Transparent ATM Core NetworkL2TP Access AggregationPPP Terminated AggregationVirtual Path Tunneling Architecture


Transparent ATM Core Network

Circuit ATM etabli de bout en boutTrafic au-dessus acheminee de facon transparente


L2TP Access Aggregation

L2TP est utilise pour acheminer le trafic PPP jusqu’au NSP

Le BAS joue le role de LAC, communiquant avec le LNS dans lereseau du NSP

Equivalente, pour le NSP a un acces par modem sur RTC

Nombre d’AN par LAC variable


Notes :

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PPP Terminated Aggregation

Le trafic PPP s’arrete au BAS, il ne va pas jusqu’au NSP

Le BAS achemine ensuite le trafic IP directement vers le NSP


Virtual Path Tunneling Architecture

Comparable a Transparent ATM Core NetworkCircuit virtuel commute entre l’utilisateur et l’AN


Le plan de controle




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LAA : etablissement des sessions

Etablissement de la connexion PPP entreClient cote : l’ATU-RCote serveur : le LAC

Determination du fournisseur de service souhaitePar le mecanisme de realm : [email protected] du LNS en consequence

Etablissement d’un tunnel vers le LNS

Utilisation d’un tunnel existant si possibleAu travers d’un reseau paquet, par exemple IP

Phase d’authentification entre le LNS et le client


LAA : terminaison des sessions

Trafic PPP achemine entre le client et le LNS

Terminaison a l’initiative du clientEmission d’un message LCP/PPPMessage recu par le LNS

Terminaison eventuelle du tunnel L2TP

Entre le LNS et le LACA l’initiative du LNSSi non utilise par une autre connexion PPPTerminaison possible sur time-out


PTA : etablissement des sessions

Connexion PPP entre le client et le BAS

A l’initiative du clientC’est le BAS qui

Authentifie le clientConfigure son interface IPEffectue la comptabilite

Etablissement d’une session entre le BAS et le NSP

Identifiant obtenu en fonction de l’utilisateurPaquets IP achemine au travers de cette sessionPas de routage “classique” des paquets IP

Peu de changement pour le client par rapport a du vocalTravail realise par le BAS

Dialogue avec le client d’un cote (PPP)Dialogue avec l’AAA du NSP de l’autre (RADIUS)


Notes :

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PTA : terminaison des sessions

Terminaison de la connexion PPP

Entre le client et le BASA l’initiative du client

Le BAS

Confirme la fin de la connexion PPPLibere l’adresse IP

Aupres du NSPDans son pool local

Notification aupres du NSP

Comptabilite


VPTA : etablissement/fin des sessions

Mise en place du SVC entre le CPE et l’AN

Necessite du deploiement de Q.2931Utilisation d’un Virtual Path Tunnel (VPT)

Entre l’AN et le NSPEncapsulation d’un VC pour le client

PPP/ATM de bout en boutEntre le client et le NSPPas de LAC, pas de BAS


[1] Architecture and transport working group.Migration to ethernet-based dsl aggregation.Technical report, DSL Forum, April 2006.

[2] ART.Site web de l’ART.http://www.art-telecom.fr.

[3] G. Gross, M. Kaycee, A. Li, A. Malis, and J. Stephens.PPP Over AAL5.Technical Report 2364, July 1998.

[4] Architecture & Transport Working Group.Protocols at the u interface for accessing data networks usingatm/dsl.Technical report, DSL Forum, August 2001.

[5] Architecture & Transport Working Group.Broadband remote access server (bras) requirements document.Technical report, DSL Forum, August 2004.


Notes :

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[6] American National Standards Institute.Ansi t1.413-1998 ”network and customer installation interfaces —asymmetric digital subscriber line (adsl) metallic interface.”.Technical report, ANSI, 1998.

[7] The SNAG Working Group.Requirements and reference models for adsl access networks :The ”snag” document.Technical report, DSL Forum, June 1998.

[8] ATM End to End Working Group.Broadband service architecture for access to legacy datanetworks over adsl (”ppp over atm”).Technical report, DSL Forum, June 1998.

[9] ATM End to End Working Group.Core network architecture for access to legacy data network overadsl.Technical report, DSL Forum, September 1999.

[10] International Telecommunication Union.Chaput Emmanuel Une breve introduction al’architecture des reseaux ADSL 2016-2017 77 / 77

Recommendation g.992.1 : Asymmetric digital subscriber line(adsl) transceivers.Technical report, International Telecommunication Union, 1999.

[11] International Telecommunication Union.Recommendation g.992.2 : Splitterless asymmetric digitalsubscriber line (adsl) transceivers.Technical report, International Telecommunication Union, 1999.

[12] International Telecommunication Union.Recommendation g.992.3 : Asymmetric digital subscriber linetransceivers 2 (adsl2).Technical report, International Telecommunication Union, 1999.

[13] International Telecommunication Union.Recommendation g.993.1 : Very high speed digital subscriber linetransceivers (vdsl).Technical report, International Telecommunication Union, 2004.

[14] International Telecommunication Union.


Recommendation g.991.2 : Single-pair high-speed digitalsubscriber line (shdsl) transceivers.Technical report, International Telecommunication Union, 2005.

[15] International Telecommunication Union.Recommendation g.992.5 : Asymmetric digital subscriber line(adsl) transceivers 2013 extended bandwidth adsl2 (adsl2plus).Technical report, International Telecommunication Union, 2005.

[16] International Telecommunication Union.Recommendation g.993.2 : Very high speed digital subscriber linetransceivers 2 (vdsl2).Technical report, International Telecommunication Union, 2005.

[17] International Telecommunication Union.Recommendation g.998.1 : Atm-based multi-pair bonding.Technical report, International Telecommunication Union, 2005.

[18] International Telecommunication Union.Recommendation g.998.2 : Ethernet-based multi-pair bonding.Technical report, International Telecommunication Union, 2005.


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[19] International Telecommunication Union.Recommendation g.998.3 : Multi-pair bonding using time-divisioninverse multiplexing.Technical report, International Telecommunication Union, 2005.


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