Les fournisseurs de services se tournent vers les réseaux de transport maillés. La dernière avancée technologique en date est la protection maillée partagée, basée sur des normes. Cette technologie exploite un plan de contrôle GMPLS intelligent pour permettre à un réseau de transport maillé de se rétablir après de multiples pannes locales ou généralisées, tout en réduisant les coûts grâce à la suppression de la nécessité de dédier de la bande passante de secours à chaque circuit actif. Cet article examine la protection maillée partagée accélérée par le matériel comme moyen d'accroître la résilience du réseau sans engendrer de dépenses supplémentaires liées à la fibre optique.
En Inde, pays à l'économie en plein essor, le cycle incessant de construction, de démolition et de travaux routiers met à rude épreuve les infrastructures de télécommunications existantes. Selon des sources du secteur, un opérateur de premier plan en Inde subit en moyenne 12 à 15 coupures de fibre optique par 1 000 kilomètres et par mois. À titre de comparaison, les principaux opérateurs de premier plan en Inde possèdent entre 80 000 et 190 000 kilomètres de fibre optique. Cela représente plus de 60 coupures de fibre par jour, 2 000 par mois ou 25 000 par an, auxquelles ces opérateurs doivent remédier rapidement. Dans une économie mondialisée, les attentes des clients sont constamment comparées aux meilleures pratiques mondiales. Ceci représente un défi de taille pour les opérateurs de premier plan : augmentation des coûts d’exploitation liés à la réparation de la fibre, hausse des investissements dans la protection optique traditionnellement utilisée pour pallier les coupures et augmentation des dépenses de fidélisation de la clientèle.
Alors que la bande passante continue de croître à un rythme effréné (estimé à 40 % par an à l’échelle mondiale), sous l’impulsion d’applications d’entreprise telles que le cloud, le mobile et la vidéo, une simple interruption de 50 minutes par an peut réduire la disponibilité du réseau de 99,99 %. Quelle que soit la cause des perturbations du réseau, le fournisseur de services doit y remédier. Deux approches sont possibles :
     
• La protection. Celle-ci doit intervenir dans les 50 millisecondes suivant la panne (la norme de référence pour une récupération optimale). Pour garantir cette réactivité, un chemin précalculé est généralement utilisé pour les circuits de protection. La capacité de protection peut être dédiée ou mutualisée. Cependant, les protocoles de protection commutés traditionnels présentent des limitations importantes en termes de topologie et d'évolutivité. Des limitations peuvent également exister pour la protection contre les pannes multiples.
• Restauration. Lors d'une opération de restauration, lorsqu'une panne est détectée, un nouveau chemin de communication est calculé, les connexions sont interrompues sur le chemin actif et rétablies sur le chemin de secours. La restauration est courante dans les réseaux à commutation de paquets, bien qu'elle puisse être relativement lente (généralement de quelques secondes à quelques minutes). Elle permet de partager la capacité de protection et trouve presque toujours un chemin, à condition qu'un chemin de secours existe. La restauration est également possible au niveau de la couche transport numérique, avec des gains de performance allant de quelques centaines de millisecondes à quelques secondes, mais toujours bien en deçà de l'exigence de récupération après panne inférieure à 50 millisecondes.
Aujourd'hui, les approches décrites ci-dessus sont mises en œuvre à l'aide des techniques de résilience suivantes :
• SONET/SDH : la protection 1+1 et la protection de connexion de sous-réseau (SNCP) utilisent une bande passante dédiée pour garantir une protection inférieure à 50 millisecondes pour tous les types de charges utiles (SONET/SDH, Ethernet, SAN, vidéo). Cette protection est utilisée dans les réseaux de transport de nombreuses entreprises. Ce type de protection définit la valeur de 50 millisecondes, mais n'offre pas de protection contre les pannes multiples. De plus, sa mise en œuvre classique implique que la capacité de protection ne peut être partagée avec d'autres services, ce qui augmente les coûts.
• OTN Digital/GMPLS : la restauration logicielle Mesh est assurée par les commutateurs optiques intelligents les plus récents, en alternative à l'utilisation d'une bande passante dédiée pour la protection. En cas de panne, ces dispositifs utilisent des plans de contrôle intelligents pour rediriger les services affectés à l'aide de tables logicielles, qui exploitent la bande passante allouée sur le réseau. Puisque toute la bande passante non allouée est disponible sous forme de pool partagé de bande passante de restauration, ce mécanisme est généralement 20 à 35 % plus efficace en termes de ressources réseau que la bande passante de protection dédiée. De plus, comme la restauration du maillage GMPLS redirige dynamiquement un service défaillant en fonction de la bande passante disponible, cette procédure peut être répétée en cas de pannes réseau multiples. Cependant, cette approche logicielle en plusieurs étapes peut prendre plusieurs secondes, et le temps de restauration global augmente avec la complexité de la topologie du réseau, le nombre de liens et le nombre de connexions restaurables.
La redirection rapide (FRR) pour IP Packet/MPLS est une protection basée sur les routeurs, utilisée dans les réseaux orientés données. À l'instar de la restauration du maillage GMPLS, la FRR MPLS utilise une bande passante de protection partagée pour optimiser l'efficacité du réseau et peut se remettre de pannes multiples. L'un des objectifs du MPLS a toujours été d'offrir une meilleure résilience face aux réseaux IP sans connexion. La FRR MPLS (parfois appelée protection MPLS locale) permet à un routeur de commutation d'étiquettes (LSR) de réagir en moins de 50 millisecondes par une redirection locale dès qu'il détecte une panne sur le chemin opérationnel. La FRR MPLS utilise des chemins et des valeurs d'étiquettes précalculés ; il lui suffit donc d'attribuer une nouvelle étiquette et de rediriger le trafic vers un autre port. Le protocole MPLS FRR permet une topologie arbitraire et constitue une technique de protection partagée. Ses inconvénients résident dans le fait que son fonctionnement en moins de 50 millisecondes n'est pas totalement déterministe, car il est uniquement local. De plus, en cas de panne, l'ensemble du réseau peut nécessiter une reconvergence, ce qui implique l'utilisation de ports de routage MPLS/IP supplémentaires pour garantir la résilience.

Plaidoyer pour une protection maillée partagée accélérée par le matériel :
Comme nous l’avons constaté, les réseaux sont désormais confrontés à de multiples pannes, et la protection contre une panne unique ne suffit plus. De plus, les solutions de protection contre les pannes multiples sont tout simplement trop coûteuses, compte tenu du trafic accru sur les fibres optiques, qui peut atteindre une capacité de 8 Tb/s. Les pressions sur les prix auxquelles sont confrontés les modèles économiques des fournisseurs de services exigent une nouvelle approche de la résilience.
La technologie de résilience idéale pour les réseaux de transport modernes doit offrir trois fonctions fondamentales :
1. Reprise après plusieurs pannes pour une meilleure disponibilité ; 2. Reprise rapide en moins de 50 millisecondes pour des performances déterministes ; et 3. Partage intelligent des ressources de secours pour une meilleure rentabilité.
Ces trois fonctionnalités sont désormais disponibles dans une technologie unique de protection maillée partagée accélérée par le matériel. Cette solution offre aux fournisseurs de services la possibilité de créer des plans de protection à plusieurs niveaux, ce qui pourrait générer des revenus supplémentaires pour un investissement minimal dans la capacité de protection.

L'UIT-T travaille actuellement sur deux documents : G.SMP (G.808.3) et G.ODUSMP. Le premier vise à normaliser les composants indépendants de la technologie SMP, tandis que le second vise à normaliser la couche OTN numérique. Ces protocoles couvrent l'encodage des messages, la signalisation, l'activation et d'autres fonctions nécessaires au SMP. Parallèlement, l'IETF travaille sur deux projets visant à normaliser son application aux circuits numériques et aux réseaux à commutation de paquets.
Le protocole SMP est fondamentalement une approche proactive de la protection du réseau. Il dissocie les tâches critiques en temps réel, telles que l'activation de la protection, du calcul à plus long terme du chemin du plan de contrôle GMPLS, plus gourmand en ressources. Le protocole d'activation de la protection SMP est conçu pour être léger, une caractéristique essentielle qui permet son implémentation matérielle, la prise en charge de milliers de services et une récupération rapide.
     
Fonctionnement et importance de l'accélération matérielle :
Si la transmission longue distance évolue rapidement vers les technologies de supercanaux cohérents à 100 Gb/s et 500 Gb/s, la demande de services reste principalement dictée par un très grand nombre de connexions Gigabit Ethernet et 10 GbE. Avec le passage à une capacité de 100 Gb/s et 8 Tb/s par fibre, une simple coupure de fibre peut impacter des milliers de services. Les clients prévoient d'utiliser des plateformes de transport dorsales depuis plus de dix ans, exigeant qu'elles soient conçues pour gérer des volumes de plusieurs térabits avec une granularité de service très fine, tout en offrant une efficacité et une résilience de la bande passante inégalées. Cette nouvelle conception permet la mise en œuvre de la technologie SMP grâce à des processeurs d'accélération matérielle dédiés, capables de prendre en charge la récupération en 50 millisecondes de milliers de services simultanément, même en cas de coupures de plusieurs fibres. Infinera implémente cette technologie sur la plateforme de transport DTN-X à l'aide de son processeur FastSMP, intégré à chaque carte disponible sur le marché. Une architecture de pipeline massivement parallèle est mise en œuvre, prenant en charge les réseaux comportant des milliers de nœuds, de multiples sauts et une reprise après panne de fibre optique multi-térabits. Les scénarios de panne sont gérés avec une grande précision (pour chaque service).
     
Par conséquent, l'orchestration d'un grand nombre de demandes de service avec une hiérarchie de protection sophistiquée exige un système de planification robuste. La première étape pour SMP consiste à utiliser le logiciel Network Planning System (NPS) pour précalculer les scénarios de pannes multiples, puis à alimenter les tables matérielles du processeur FastSMP. Cette étape est essentielle pour garantir une protection de bout en bout en moins de 50 millisecondes.
Dès qu'une panne survient, le processeur FastSMP garantit l'activation de la protection en moins de 50 millisecondes. Simultanément, la notification de panne demande à l'intelligence GMPLS de chaque nœud de recalculer les routes de secours en temps réel, puis met à jour en continu les tables matérielles du réseau et le NPS si nécessaire. Ainsi, les trois composants clés — le NPS, le processeur FastSMP et le plan de contrôle GMPLS — sont toujours synchronisés.

Rentabilité de la technologie :
La technologie SMP à accélération matérielle peut être utilisée dans les réseaux de transport maillés, qu’ils soient entièrement ou partiellement maillés, notamment les réseaux longue distance et métropolitains. Selon le degré d’interconnexion entre les nœuds du réseau, la protection SMP peut améliorer considérablement l’utilisation des ressources réseau par rapport aux autres mécanismes de protection. Une étude récente d’ACG Research montre que des économies allant jusqu’à 33 % peuvent être réalisées en utilisant la technologie SMP au lieu de la protection 1+1.
De plus, cette technologie offre la possibilité de proposer différents niveaux de protection. Les opérateurs commencent à étudier les niveaux suivants :

• Premier : Maintien des performances sans interruption suite à la défaillance de deux réseaux prioritaires ; • Elite : Maintien des performances sans interruption suite à la défaillance d’un réseau ; restauration au mieux en cas de défaillances supplémentaires ; • Protégé : Maintien des performances sans interruption suite à la défaillance d’un réseau ; • Restaurable : Restauration au mieux en cas de défaillances réseau ; • Non protégé : Interruption de service suite à une défaillance réseau, mais non préemptible ; et • Au mieux : Priorité inférieure et préemptible pour les services prioritaires.
À minima, la gestion des performances réseau (SMP) permet à un opérateur de se positionner plus avantageusement sur le marché, lui permettant ainsi d’acquérir et de fidéliser d’importantes sources de revenus clients.

Conclusion :
Face à l’interconnexion croissante des opérations commerciales et à la fiabilité des réseaux, conjuguées à la multiplication des menaces naturelles et humaines pesant sur les réseaux de fibre optique, les fournisseurs de services doivent tirer parti des nouvelles capacités de protection offertes par l’intelligence réseau, l’innovation matérielle et les topologies de réseaux maillés. La solution SMP à accélération matérielle combine les trois capacités de résilience essentielles suivantes en une seule technologie :
• Disponibilité accrue : Sauvegarde automatique et globale du réseau en cas de pannes multiples grâce à l’intelligence réseau ; • Performance déterministe : Restauration en moins de 50 millisecondes grâce à un matériel dédié ; et • Réduction des coûts d’investissement et d’exploitation : Sauvegardes partagées via une couche de transport économique.
Grâce à cette capacité, les fournisseurs de services peuvent continuer à proposer des SLA rigoureux à leurs clients finaux pour les services protégés et même créer une hiérarchie de classes de protection offrant une différenciation essentielle des services et des opportunités de revenus supplémentaires. Ils peuvent également sensibiliser les retraités, novices en matière d’Internet, aux risques de pannes de services Web.

Auteur : Geoff Bennett, Infinera