Les architectures métropolitaines de nouvelle génération à bas coût

L'explosion des demandes en services oblige les opérateurs télécoms à faire évoluer leur architecture traditionnelle vers des solutions de nouvelle génération. Les réseaux Ethernet sont une alternative crédible et économique pour élargir le panel d'offres de services.

Partout dans le monde, les opérateurs remplacent leur architecture réseau en commutation de circuits par une architecture en commutation de paquets de nouvelle génération pour diversifier leur portefeuille de services et multiplier leurs opportunités commerciales. Les architectures traditionnelles (en commutation de circuits) sont composées de plusieurs types de réseaux, chacun dédié à un service - multiplexage par répartition dans le temps pour les services vocaux, relais de trames pour les données confidentielles, réseau hybride fibre optique-câble coaxial pour la vidéo, accès multiple par répartition en code (CDMA) pour les services mobiles et enfin IP/MPLS pour l'accès à l'Internet et au réseau d'entreprise VPN en haut débit.

Toutefois, la tendance est à la convergence sur le marché des télécommunications car les opérateurs doivent proposer une gamme de services toujours plus étendue pour conserver leur compétitivité. Or, exploiter et maintenir des réseaux disparates coûte cher et génère moins de bénéfices pour un opérateur doté d'une architecture traditionnelle. 

Le défi des planificateurs de réseaux métropolitains est donc de trouver des solutions réseaux économiquement  rentables  sur le court terme d'une part, et suffisamment flexibles pour prendre en charge les nouveaux services d'autre part. Les architectures réseaux de nouvelle génération sont avant tout conçues pour répondre de manière plus rentable à des besoins, tels que les services Ethernet d'entreprise. Une fois cette infrastructure en place, il devient possible de proposer de nouveaux services, comme les services Ethernet pour terminaux mobiles et la convergence triple-play, permettant ainsi de valoriser cet investissement. 

Selon le cabinet Infonetics Research (http://infonetics.com), le chiffre d'affaires annuel réalisé par les opérateurs sur les services Ethernet devrait avoisiner les 30 milliards de dollars d'ici à 2013. Cette croissance devrait se faire en majeure partie aux dépends des services hérités, comme les services de type T1, relais de trames et ATM (transfert asynchrone). Les services Ethernet des entreprises de télécommunications, tel qu'ils ont été définis par le Metro Ethernet Forum (MEF), ont en effet séduit de nombreux fournisseurs de services et équipementiers du globe. Les consommateurs sont à présent suffisamment avisés pour comparer les différentes offres à leur disposition.

Certaines des définitions de service du MEF s'inspirent de celles du très populaire service de relais de trames et MPLS, bien que les débits de transfert de données soient nettement supérieurs. Conformément à ces définitions,  le terme interface réseau utilisateur UNI (User Network Interface ou encore CPE - Customer Premise Equipment) indique  le point de démarcation entre l'opérateur et l'abonné, comme au sein d'un réseau à relais de trames. Les UNI sont généralement proposées à des débits de transfert de données de 56 Kbit/s à 45 Mbit/s, tandis que les interfaces Ethernet peuvent atteindre des débits de 10 Mbit/s à 10 Gbit/s. 

De même que pour les réseaux à relais de trames, la simple configuration des paramètres de débit minimal garanti (CIR pour Committed Information Rate) et de débit d'information excédentaire (EIR pour Excess Information Rate) suffit pour proposer des services à débit fractionné, tels que les services de 10 gigabits fractionnés en 10 services de 1 Gbit/s. Cet article compare les architectures métropolitaines de nouvelle génération, qui étendent les services E-LINE et ELAN (conformes aux exigences du MEF) aux UNI tout en étant capables de supporter la mise en œuvre de nouveaux services.

Les services E-LINE permettent une connexion point à point entre deux interfaces  Ethernet UNI. Ils constituent une alternative efficace aux services T1/E1, T3/E3 et SONET/SDH sur lignes louées. Les services ELAN permettent quant à eux la connexion multipoint d'au moins trois sites et constituent une parfaite alternative aux services en commutation de paquets comme les relais de trames.

Plusieurs types d'architectures réseau métropolitaines alternatives peuvent fournir ce genre de services. Les plus communes sont les architectures VPLS (Virtual Private LAN Service) et MPLS (Multi-Protocol Label Switching) métropolitaines, ainsi que les architectures de transport Ethernet sur réseau métropolitain. Toutes ces architectures permettent aux fournisseurs de services de proposer différents services à partir d'un seul réseau métropolitain. Il s'agit pour eux d'une solution nettement moins complexe et moins coûteuse que leur architecture traditionnelle.

Les architectures MPLS résolvent efficacement les problèmes de routage complexes survenant au coeur des réseaux IP. Elles se composent  de commutateurs Ethernet offrant des liaisons optiques ascendantes de 1 GE qui convergent le trafic sur des routeurs à cartes de ligne MPLS installés dans le noeud de service et au coeur du réseau métropolitain. Ces architectures  confèrent ainsi aux opérateurs de nombreuses fonctions de routage IP sur réseau métropolitain.

Offrant davantage de services Ethernet privé de transport robustes sur LAN que les réseaux MPLS, les architectures VPLS tirent également parti des services réseau MPLS centraux. En configuration métropolitaine, elles étendent ces services MPLS à la périphérie du réseau via le déploiement de routeurs VPLS optimisés dans les  noeuds de services  et au coeur du réseau métropolitain.

Les réseaux Ethernet métropolitains, quant à eux, reposent principalement sur des technologies Ethernet métropolitaines, notamment VLAN Translation, IEEE 802.1ad Provider Bridging (PB), IEEE 802.1ah Provider Backbone Bridges (PBB) et IEEE 802.1Qay Provider Backbone Bridges - Traffic Engineering (PBB-TE). 

Quelle que soit l'architecture adoptée, le réseau métropolitain se connecte à un réseau MPLS central des opérateurs, lequel étend les services Ethernet au-delà de la zone métropolitaine. Il répond ainsi aux besoins des entreprises dont les bureaux sont situés un peu partout dans le monde. L'interface ENNI (Ethernet Network-to-Network Interface) sert de point de démarcation entre les différents opérateurs et permet de fournir des services à l'échelle internationale au travers d'un archipel de réseaux métropolitains.

Si toutes ces architectures de réseau métropolitain offrent les outils nécessaires à la fourniture de services E-LINE, E-LAN et autres, chacune d'elles impose des compromis qui impactent le coût total de possession tout au long du cycle de vie du réseau métropolitain. Dans son livre blanc, le cabinet spécialisé dans les télécommunications, Network Strategy Partners (NSP), publie les résultats de  son étude comparative du coût total de possession des architectures Ethernet, VPLS et MPLS métropolitaines servant à la fourniture de services triple-play pour particuliers, de services Ethernet d'entreprise et de services mobiles sans fil.

Selon cette étude, le coût total de possession des réseaux Ethernet est respectivement de 61 % et 63 % inférieur à celui des alternatives VPLS et MPLS métropolitaines. Ces économies s'expliquent par des investissements (CapEx) et dépenses opérationnelles (OpEx) moindres. 

"Les alternatives VPLS et MPLS impliquent des investissements nettement plus élevés que les réseaux Ethernet. Cette différence de coût est due aux fonctions IP/MPLS embarquées au sein des cartes d'interfaces des réseaux VPLS et MPLS, tandis que les réseaux Ethernet intègrent des fonctions L2/L3, plus répandues. Le volume de production des cartes d'interfaces Ethernet est en effet deux fois plus élevé que celui des cartes de ligne VPLS et MPLS. Par conséquent, les fournisseurs de services de transport Ethernet peuvent proposer des prix moitié moins élevés que ceux qui exploitent des cartes d'interfaces VPLS et MPLS ultra spécialisées (au volume de production relativement faible)."

Par ailleurs, NSP indique que les commutateurs VPLS et MPLS offrent une densité de ports 10GE inférieure et nécessitent donc davantage de commutateurs pour supporter le même trafic métropolitain.

L'étude précise également que les cinq plus grands postes de dépenses opérationnelles sont les frais de contrat de service, les frais d'ingénierie/locatifs/d'installation, les frais d'entretien du réseau (qui incluent les coûts de mise en service, de surveillance et de maintenance du réseau), les frais de formation et enfin les frais de test/certification. Puisque chacun de ces postes représente un pourcentage fixe des investissements (plus élevés pour les services VPLS et MPLS), ce sont les services de transport Ethernet qui imposent le moins de dépenses opérationnelles.

Les frais de contrat de service constituent le plus grand poste de dépenses opérationnelles puisqu'ils représentent généralement 10 à 15 % des investissements. Outre les économies que permettent de réaliser les réseaux de transport Ethernet à ce niveau, il faut prendre en compte également leur moindre consommation d'énergie, qui réduit de fait les frais de chauffage, de ventilation et de conditionnement d'air. 
 
Le schéma illustre une architecture Ethernet FTTX (E-FTTX), à savoir la solution Ethernet métropolitaine permettant ces économies. Elle est composée de plusieurs couches, dont le point de présence central du réseau métropolitain POP (Point-Of-Presence), le POP d'agrégation d'anneaux du fournisseur et le POP MTU (Multi-Tenant Unit). Elle peut aisément évoluer d'une centaine à plusieurs milliers d'UNI par POP central de réseau métropolitain.

Les commutateurs d'accès sont installés au niveau du POP MTU et fournissent le premier niveau d'agrégation du réseau métropolitain. Les commutateurs d'agrégation fournissent quant à eux le second niveau d'agrégation et sont installés au niveau du POP d'agrégation d'anneaux. Ils collectent le trafic provenant de plusieurs commutateurs d'accès. Le coeur du réseau métropolitain confère ainsi une connectivité 10 GigE haute densité entre les sites d'agrégation d'anneaux. 
 
Les protocoles 802.1Q (VLAN Tagging) et 802.1ad (Provider Bridging) permettent la fourniture des services au moyen de connexions point à point (P2P) et multipoint à multipoint (MP2MP) ultra évolutives. 

Les topologies en anneaux sont les topologies réseau les plus redondantes, les moins coûteuses (moins de distance de câblage) et totalement adaptées à l'Ethernet. Toutefois, selon les caractéristiques géographiques, le câblage existant et les exigences de redondance, les configurations en étoile ou maillées peuvent s'avérer plus pertinentes. Côté abonné, l'équipement installé chez le client est fourni et géré par l'opérateur pour un meilleur contrôle avec des garanties de SLA associées.

Le contrôle granulaire de la qualité de service et les hauts niveaux de capacité de bande passante permettent de supporter une large gamme de services sur un même réseau, chacun avec ses propres besoins en matière de performance. La résilience du réseau est assurée par des protocoles à même de restaurer les opérations en moins de 50ms après une panne des anneaux du réseau fibre métropolitain.
Une autre clé de réussite du déploiement, de la gestion et de la maîtrise des coûts d'un réseau Métropolitain réside dans l'OSS (Operational Support Systems), la plateforme d'administration, de provisioning (gestion des services et des ressources) et de supervision des performances et des anomalies, qui se charge de surveiller et planifier les ressources du réseau.

Comme l'illustre l'étude de NSP, les réseaux de transport Ethernet constituent le choix idéal pour les fournisseurs de services métropolitains désireux d'élargir le panel de leurs offres de services tout en réduisant leur coût total de possession. A l'heure où les opérateurs du monde entier remplacent leur architecture en commutation de circuits par une architecture en commutation de paquets de nouvelle génération, les technologies de transport Ethernet leur offrent une solution adéquate à nombre de leurs problèmes de réseau.

Consulter le rapport de NSP dans son intégralité

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