Dimensionnement d Un Backbone IP-MPLS -WALHA_Nada 2005

RAPPORT DE PROJET DE FIN D’ETUDES Filière

Ingénieurs en Télécommunications Option

Ingénierie de réseaux

Développement d’un outil d’aide au dimensionnement d’un backbone IP/MPLS pour le réseau NGN Elaboré par :

Nada Walha Encadré par :

M. Mounir Frikha M. Fakhreddine Khelifa

Année universitaire : 2004/2005

DEDICACES A mon père Sans ton soutien et tes encouragements je ne serais rien devenu.

A ma mère Sans tes sacrifices, tes affections et ta tendresse je ne pourrais pas arriver au bout.

A toute la famille de mon oncle Elle que j’aime et à qui je dois beaucoup.

A mes frères et ma sœur Merci infiniment

Nada

Avant propos Ce

travail a été effectué dans le cadre d’un projet fin d’études du cycle de

formation d’ingénieurs diplômés en télécommunications de l’école supérieure de télécommunication de Tunis (SUPCOM). Il a été réalisé en collaboration avec le centre de recherches et d’études des télécommunications (CERT). A ce titre, je tiens à remercier M. Mounir Frikha pour ces encouragements et son aide tout au long du projet.

Je

remercie chaleureusement M.Fakhreddine Khelifa, ingénieur principal au

sein de la direction de recherche et de veille technologique du CERT pour son encadrement, pour sa patience et pour ses conseils tout au long de la réalisation de ce travail.

Je tiens à exprimer mes respects à tout le personnel du CERT pour m’y avoir accueillie et m’avoir permise de travailler dans de bonnes conditions.

Merci également au corps administratif et à tout le cadre enseignant de l’école pour ne pas avoir épargné le moindre effort pour m’informer et me documenter sur le plan théorique et pratique durant les trois années de ma formation à SUPCOM.

Merci enfin, à tous ceux que je ne cite pas ici mais qui se reconnaîtront quand je dis qu'ils ont été indispensables eux aussi à l'aboutissement de ce travail. Projet fin d’études 2004/2005

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« Notre vie vaut ce qu’elle nous a coûté d’efforts » François Mauriac

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Table des matières Introduction générale............................................................................................ 1 Chapitre 1: La voix sur IP.................................................................................... 3 Introduction .................................................................................................................................3 I. Les apports de la voix sur IP ..................................................................................................3 II. Les architectures VoIP ..........................................................................................................4 III. La voix et la qualité de service.............................................................................................5 III.1 La qualité de service ...................................................................................................5 III.2 Contraintes stratégiques ............................................................................................8 IV. Les standards de la VoIP .....................................................................................................8 IV.1 La norme H.323 ..........................................................................................................8 IV.2 Le protocole SIP........................................................................................................14 IV.2.1 Architecture SIP ....................................................................................................15 IV.3 le protocole SIP-T .....................................................................................................15 Conclusion..................................................................................................................................17

Chapitre 2: Les réseaux multi-services ............................................................. 18 Introduction ...............................................................................................................................18 I. Nouvelles orientations du protocole IP................................................................................18 II. Les solutions possibles pour dimensionner un réseau multi-services..............................19 II.1 Le surdimensionnement du réseau ...........................................................................19 II.2 La réservation de ressources .....................................................................................20 II.3 La différenciation de services....................................................................................22 II. 4 Le protocole MPLS : réservation de capacité et traitement différencié ..............25 Conclusion..................................................................................................................................27

Chapitre 3: Dimensionnement des artères du backbone MPLS .................... 28 Introduction ...............................................................................................................................28 I.

Dimensionnement d’un réseau offrant le service de la voix..........................................28 I.1 Dimensionnement du réseau d’accès .........................................................................29

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I.2 réseau dorsal IP/MPLS ..............................................................................................35 II. Dimensionnement pour un réseau offrant le service data................................................42 II.1 Etude d’un cas particulier.........................................................................................42 II.2 Principe de distribution de charge ...........................................................................43 II.3 Capacité des liens .......................................................................................................43 II.4 Capacité des liens supportant le trafic voix et data ................................................44 Conclusion..................................................................................................................................44

Chapitre 4: Développement d’un outil de dimensionnement ......................... 46 Introduction ...............................................................................................................................46 I.

L’environnement de développement ...............................................................................46

II. Organigramme de dimensionnement ..............................................................................46 III. Description de l’outil.........................................................................................................47 III.2 Calcul de la bande passante au niveau de chaque site ..........................................48 III.3 Calcul de la capacité du lien ....................................................................................49 III.3.1 Calcul de la capacité du lien pour le trafic voix..................................................49 IV. Influence de certains paramètres sur les résultats de calcul .........................................52 V.

Simulation ..........................................................................................................................54 V.1 Topologie à simuler ....................................................................................................54 V.2 Scénario .......................................................................................................................55

Conclusion..................................................................................................................................56

Conclusion générale ............................................................................................ 57 Bibliographie........................................................................................................ 59

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Liste des figures Figure 1-1: la configuration PC to PC...........................................................................................4 Figure 1-2 : la configuration PC- phone........................................................................................4 Figure 1-3 : la configuration Phone to Phone ...............................................................................5 Figure 1-4 : principe du buffer de gigue .......................................................................................7 Figure 1-5 : architecture d’une zone H.323...................................................................................9 Figure 1-6 : architecture protocolaire de H.323 ..........................................................................11 Figure 1-7 : architecture protocolaire de la norme SIP ...............................................................14 Figure 1-8 : architecture SIP .......................................................................................................15 Figure 2-1: principe du RSVP.....................................................................................................22 Figure 2-2 : classification, marquage et conditionnement du trafic dans le domaine DiffServ ..23 Figure 2-3 : insertion du champ DSCP .......................................................................................24 Figure 2-4: Architecture MPLS...................................................................................................25 Figure 2-5: format d’un message LDP ........................................................................................26 Figure 2-6: format de l’entête LDP-PDU....................................................................................26 Figure 3-1: topologie choisie pour un service de voix ...............................................................29 Figure 3-2 : encapsulation RTP/UDP/IP .....................................................................................31 Figure 3-3: format de l’entête RTP .............................................................................................31 Figure 3-4: format de l’entête UDP.............................................................................................32 Figure 3-5 : format de l’entête IP ................................................................................................32 Figure 3-6: format de trame Ethernet ..........................................................................................32 Figure 3-7 : format de trame HDLC............................................................................................33 Figure 3-8: format de trame Frame Relay..................................................................................33 Figure 3-9: format de trame PPP.................................................................................................33 Figure 3-10: format de trame ATM.............................................................................................33 Figure 3-11 : l’algorithme d’Erlang inverse................................................................................34 Figure 3-12 : topologie choisie du backbone MPLS...................................................................35

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Figure 3-13: format de l’entête MPLS ........................................................................................36 Figure 3-14 : encapsulation du paquet labellisé sur la couche ATM ..........................................36 Figure 3-15: encapsulation de l’entête MPLS dans les protocoles l’Ethernet, PPP et HDLC...37 Figure 3-16 : format du message « Label Request »...................................................................39 Figure 3-17: format du message « Label Mapping » ..................................................................40 Figure 3-18 : format du message « Label Withdraw »................................................................40 Figure 3-19 : format du message « Label Release » ...................................................................41 Figure 3-20: modification de la topologie pour un trafic data ...................................................43 Figure 4-1: organigramme de dimensionnement ........................................................................47 Figure 4-2 : la boite de dialogue principale.................................................................................47 Figure 4-3 : saisie des informations sur site................................................................................48 Figure 4-4 : calcul de la bande passante par site .........................................................................49 Figure 4-5 : calcul de la capacité du lien pour le trafic voix.......................................................50 Figure 4-6: capacité totale pour la voix (ajout de la signalisation) ............................................50 Figure 4-7 : calcul de la capacité totale.......................................................................................51 Figure 4-8 : Influence du trafic ...................................................................................................52 Figure 4-9: Influence du CODEC ...............................................................................................53 Figure 4-10: Influence du cycle de transmission ........................................................................53 Figure 4-11: Influence du protocole de la couche liaison ...........................................................54 Figure 4-12: Topologie à simuler................................................................................................54 Figure 4-13: scénario simulé .......................................................................................................55 Figure 4-14: le taux de perte de paquets en fonction du temps...................................................56

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Liste des tableaux Tableau 1-1 : recommandation G.114 de l’UIT-T ........................................................................6 Tableau 1-2 : les codec audio.....................................................................................................12 Tableau 1-3 : comparaison entre les protocoles SIP et H.323 ....................................................16 Tableau 2-1: comparaison CR-LDP TE-RSVP...........................................................................27 Tableau 4-1 : paramètres d’entrée et paramètres de sortie de la fenêtre Réseau d’accès ...........48 Tableau 4-2 : paramètres d’entrée et de sortie pour la boite de dialogue capacité totale............51

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Acronymes A AAL5 ABR AF ATM

ATM Adaptation Layer5 Available Bit Rate Assured forwarding Asynchronous Transmission Mode

B BMAP BS

Batch Markovian Arrival Process Bottom Stacking

C CAPEX CR-LDP CU

Capital Expenditure Constraint Routing-Label Distribution Protocol Currently Unused

D DLCI DS DSCP

Data Link Connection Identifier DiffServ DiffServ Code Point

E EF

Expedited forwarding

F FEC FR

Forwarding Equivalent Class Frame Relay

H HDLC HTTP

High Data Link Control HyperText Transfer Protocol

I IDE IETF IP ISUP

Integrated Development Environment Internet Engineering Task Force Internet Protocol ISDN User Part

L LAN LER LS LSP LSR

Local Area Network Label Edge Router Location Server Label Switching Path Label Switching Router

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M MCU NGN

Multipoint Controller Unit Next Generation Network

MP MPLS

Multipoint Processor MultiProtocol Label Switching

O OPEX

Operational Expenditure

P PC PCM PHB PPP PS PVC

Personal Computer Pulse Code Modulation Per Hop Behavior Point to Point Protocol Proxy Server Permanent Virtual Channel

Q QoS

Quality of Service

R RFC RG RNIS RS RSVP RTCP RTP

Request For Comment ReGistrar Réseau Numérique à Intégration de Service Redirect Server Ressource Reservation Protocol Real Time Control Protocol Real Time Protocol

S SAP SLA SNMP

Session Announcement Protocol Service Level Agreement Simple Network Management Protocol

T TCP TE-RSVP TOS TTL

Transmission Control Protocol Traffic Engineering- Ressource Reservation Protocol Type Of Service Time To Live

U UDP UIT-T

User Datagram Protocol Union Internationale de Télécom

V VCI VoIP VPI

Virtual Channel Identifier Voice Over IP Virtual Path Identifier

W WDM

Wavelength Division Multiplexing

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Introduction générale Le monde des télécommunications est aujourd’hui en pleine évolution vers des services et des réseaux de nouvelles générations (NGN). Le marché des communications s’apprête à vivre des évolutions fortes en terme de services proposés. Afin de s’adapter aux grandes tendances qui sont la recherche de souplesse d’évolution de réseau, la distribution de l’intelligence dans le réseau et l’ouverture à des services tiers, les NGN sont basés sur une évolution progressive vers le « tout IP ». La Voix sur IP (VoIP) est un nouveau service parmi d’autres qui a dynamisé le marché des NGN. On a passé alors d’une commutation de circuits (téléphonie classique) à une commutation de paquets. Transporter la voix sur un réseau IP, nous amène à penser à la convergence vers un réseau multi-services où on assiste à une intégration de deux types de trafic à savoir : un trafic élastique (data) et un trafic temps réel (multimédia et voix). Ces deux types de trafics diffèrent considérablement en terme de besoin en qualité de services (QoS). Le défi de la VoIP était comment assurer un délai, une bande passante, une gigue et un taux de perte faibles des paquets de la voix avec un protocole IP développé à l’origine pour supporter un trafic data. Pour dimensionner un réseau supportant ces deux types de trafic classiques, plusieurs approches ont été adoptées telles que le surdimensionnement du réseau, la réservation de ressources (MPLS) et la différenciation de services (DiffServ), sans oublier que ces deux derniers mécanismes peuvent être intégrés (Diffserv et MPLS). Dans le cadre de ce projet, on a essayé d’aborder le problème de dimensionnement des capacités des artères dans un backbone MPLS en partant d’un réseau qui offre uniquement le service de la voix puis en intégrant le trafic data. Ce rapport est composé de quatre chapitres : le premier chapitre a pour fin de donner une idée globale sur le service VoIP : son principe, ses protocoles et ses exigences en terme de qualité de service. Le deuxième chapitre détaille les différents modèles adoptés pour gérer des réseaux multiservices intégrant des services temps réel et élastiques. Le troisième chapitre a été consacré pour présenter la méthode utilisée pour dimensionner les artères dans un backbone

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MPLS. Enfin le quatrième chapitre a été réservé pour présenter l’outil développé pour dimensionner les liens au niveau du réseau dorsal MPLS et tester le taux de rejet au niveau d’un routeur d’accès au backbone MPLS.

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Chapitre1 : La voix sur IP

Chapitre 1: La voix sur IP Introduction Actuellement, les opérateurs de télécommunications ont tendance à développer les technologies permettant le transport de plusieurs types d’informations sur le même média. La tendance à développer ces technologies est expliquée par une souplesse d’utilisation, de maintenance et d’administration ainsi qu’une réduction des coûts. Dans ce contexte, le marché de la téléphonie est entrain d’évoluer vers une convergence voix/données autour d’un protocole unique : IP. Le principe de la VoIP consiste à numériser le signal vocal par la source, le compresser pour réduire le débit et le transporter par la suite sur le réseau. La destination effectue les opérations inverses pour restituer l’information. L’objectif de ce chapitre est de donner une vision globale d’un service qui est en cours d’émergence à savoir la voix sur IP. Ce type de service mérite d’être évaluer de point de vue apports et contraintes techniques et stratégiques liées à son déploiement.

I. Les apports de la voix sur IP Le protocole IP est destiné à transporter les données. Mais aujourd’hui, on cherche à exploiter ce protocole, qui est en pleine évolution, pour transmettre la voix alors qu’on est capable de la transporter sur des réseaux téléphoniques classiques. Grâce à la VoIP, on peut agir sur certains coûts qui sont liés à la maintenance et à l’administration puisque les services voix et données deviennent intégrées au sein d’un même réseau. Les utilisateurs bénéficiant du service VoIP sont généralement des entreprises. Ce service permet un tarif de télécommunication réduit. En particulier, plus les interlocuteurs sont éloignés, plus la différence de prix est intéressante. Les dépenses en capital (CAPEX) et les frais d’exploitation (OPEX) sont également réduits grâce à la gestion d’une architecture de réseau unique (économies de câblage et de communications inter-sites…)

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Chapitre1 : La voix sur IP Les frais d’administration sont également réduits (administration d'un réseau unique, un seul fournisseur d'accès…) Le protocole IP intègre non seulement la voix sur les réseaux IP mais il intègre également des services vidéo tels que la vidéo conférence, e-learning… Il permet également le développement et l’évolution des applications utilisant voix et données telles que la messagerie unifiée.

II. Les architectures VoIP On distingue 3 types de configurations : o

La configuration « PC to PC »: La configuration « PC to PC » nécessite que les deux correspondants disposent de microphones, de haut-parleurs ainsi qu’un logiciel VoIP. Les deux correspondants doivent se donner rendez-vous sur Internet ou être connecté en permanence. Modem Bank

FAI : Fournisseur d’Accès Internet RTC : Réseau Téléphonique Commuté Figure 1-1: la configuration PC to PC

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La configuration « PC to phone » ou « phone to PC » : Si l’appelant est un microordinateur, l’appelant doit demander un service à son fournisseur d’accès Internet. La passerelle se chargera de la signalisation et de l’établissement d’appel. Si l’appelant est un poste téléphonique, alors la passerelle prendra la charge d’établir la communication avec le réseau Internet.

Modem Bank

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Figure 1-2 : la configuration PC- phone

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Chapitre1 : La voix sur IP o

La configuration « Phone to Phone » : Dans ce cas de figure, on utilise soit des passerelles soit des adaptateurs des deux côtés. Le schéma de la figure 1-3 montre le cas de passerelle.

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Figure 1-3 : la configuration Phone to Phone

III. La voix et la qualité de service III.1 La qualité de service L’un des obstacles qui a retardé l’adoption de la VoIP par certaines entreprises est le problème de la qualité de service. La qualité de la voix transportée sur les réseaux IP est inférieure à celle donnée par la téléphonie classique. En effet, la voix est un service temps réel qui trouve ses besoins dans les réseaux à commutation de circuits comme le RTC (Réseau Téléphonique Commuté) puisque à chaque communication on alloue une bande passante nécessaire. Mais si on transporte la voix sur des réseaux à commutation de paquets comme le réseau IP, les paquets de la voix suivront des chemins variables, souvent longs, sans garantir la bande passante nécessaire. Etant donné que la voix exige des contraintes temps réel, il est nécessaire d’agir sur un certain nombre de paramètres quantitatifs. III.1.1 Le délai de transmission Le délai de transmission d’un paquet peut s’écrire sous cette équation D = DE + D N + DR

(1.1)

Avec : DE = Dcod + Dcomp + D paq

(1.2)

D N = D prop + Dcomm + D file

(1.3)

DR = Dbuf + Ddépaq + Ddécom + Ddécom

(1.4)

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Chapitre1 : La voix sur IP DE : le délai de l’émetteur Dcod : le temps nécessaire au codage Dcomp : le temps de compression D paq : le temps de mise en paquet.

D N : le délai du réseau D prop : le temps de propagation

Dcomm : le temps de commutation D file : le temps de mise en file d’attente.

DR : le délai du récepteur Dbuf : le temps de sauvegarde dans le buffer de gigue Ddepaq : le temps de dépaquétisation

Ddecom : le temps de décompression Ddecod : temps de décodage. Selon la recommandation G.114 de UIT-T, le délai de transmission doit être inférieur à 150 ms pour une meilleure interactivité (voir tableau 1-1). Bon

Moyen

Mauvais

Délai de transit

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