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Un réseau d’accès réaménagé en centre de données - Par : Rim Elfahem,

Un réseau d’accès réaménagé en centre de données


Rim Elfahem
Rim ElFahem est étudiante à la maîtrise en technologie de l’information à l’ÉTS. Son sujet de maîtrise porte sur l'optimisation du déploiement des applications verticales dans le nuage informatique.

L’image d’en-tête provient du site choualbox, source. Pas de restriction d’usage connu. Les autres images proviennent de l’article de référence du conférencier, source.

Les professeurs Mohamed Cheriet et Kim Khoa Nguyen du laboratoire de recherche Synchromedia ont organisé une mini-conférence, dans le cadre de la 12e conférence internationale sur la gestion des réseaux et services (CNSM) de l’IEEE, qui s’est tenue du 31 octobre au 4 novembre 2016 à l’École de technologie supérieure (ÉTS).

Image de Larry Peterson, architecte en chef du Open Networking Laboratory, directeur du Consortium PlanetLab et du Robert E. Kahn Emeritus, et professeur d'informatique à l'Université de PrincetonCet article donne un aperçu de la conférence CORD : Central Office Re-architected as a Datacenter, (Central téléphonique réaménagé en centre de données) présenté par Larry Peterson, architecte en chef du Open Networking Laboratory, directeur du Consortium PlanetLab et du Robert E. Kahn Emeritus, et professeur d’informatique à l’Université de Princeton. L’article a été écrit par Rim ElFahem, étudiante-chercheuse au laboratoire Synchromedia, qui a assisté à la conférence.

Introduction

De nos jours, l’augmentation exponentielle du trafic vidéo et de la diffusion en continu (streaming) cause des difficultés importantes aux opérateurs de réseau en raison de la demande croissante de bande passante. En outre, fournir des services nouveaux et améliorés devient un défi, car l’ajout d’une nouvelle fonctionnalité prend trop de temps.

Afin de relever ces défis, AT & T et Open Networking Lab ont entrepris un travail de collaboration sur le réaménagement du réseau d’accès, particulièrement le central téléphonique (CO), en centre de données, pour profiter de la souplesse et des économies d’échelle offertes par l’informatique en nuage, le réseau SDN (Software Defined Networking) et l’architecture NFV (Network Function Virtualization).

  • Le réseau SDN est une nouvelle architecture de réseau dans laquelle les plans de contrôle et de données sont séparés, permettant un plan de commande ouvert et programmable et une infrastructure de réseau simplifiée, composée de commutateurs peu coûteux.
  • L’architecture NFV virtualise le plan de données à partir des périphériques matériels vers des machines virtuelles (MV), à l’aide de serveurs de base.
  • L’informatique en nuage est l’utilisation des capacités de stockage, de traitement et de réseau. Elle offre la souplesse et l’élasticité permettant d’ajouter de nouveaux services avec efficacité et rapidité.
  • Un central téléphonique est un bâtiment contenant des commutateurs téléphoniques. Les abonnés qui y sont connectés obtiennent des services comme la commutation de leurs appels.

Architecture CORD

L’architecture de haut niveau CORD est basée sur un simple routeur résidentiel connecté au matériel CORD, lequel est formé d’un ensemble de serveurs et de commutateurs de base. Cette architecture matérielle est complétée d’une architecture logicielle composée des systèmes ONOSOpenstack et XOS, offrant la version virtuelle des équipements OLT (Optical Line Termination), CPE (Customer Premises Equipment) et BNG (Broadband Network Gateway) (figure 2).

Illustration de l`architecture de haut niveau CORD

Figure 1. Architecture de haut niveau CORD

a. Matériel CORD

Le matériel CORD est composé d’un ensemble de serveurs de base et de commutateurs de type Leaf-Spine (littéralement lame-dorsale) (figure 2).

Illustration de matériel construit à partir de serveurs de base, de périphériques de stockage et de commutateurs

Figure 2. Matériel construit à partir de serveurs de base, de périphériques de stockage et de commutateurs.

Les commutateurs Leaf-Spine sont des commutateurs de base (white box switch) particulièrement adaptés à un trafic dit Est-Ouest, soit de la connexion des clients à la dorsale de l’opérateur située dans le Central.

b. Logiciel CORD

Le logiciel CORD se compose de trois parties principales. Les systèmes XOS, composante responsable de la gestion des services, ONOS, qui héberge les applications de commande, et Openstack, une infrastructure de service qui gère les instances informatiques (figure 3).

Illustration du logiciel CORD

Figure 3. Logiciel CORD

c. Comment le Central classique est-il réaménagé en architecture CORD?

Le réaménagement d’un Central traditionnel en architecture CORD se fait en deux étapes :

  • La virtualisation des périphériques matériels existants vers un logiciel qui s’exécute sur un équipement de base;
  • L’unification des composantes virtualisées en un système cohérent.

Première étape

L’architecture CORD assure la virtualisation de trois composantes précises : l’OLT, le CPE et le BNG, comme le montre la figure 4.

Figure 4. Central classique (Legacy), comprenant trois dispositifs (CPE, OLT, BNG) à virtualiser et à décomposer.

  • La virtualisation du CPE peut se faire entre un simple dispositif résidentiel et une passerelle virtuelle (vSG, virtual subscriber gateway) acceptant un ensemble de fonctions choisies par l’abonné (par exemple, NAT, DHCP, voix sur IP, pare-feu, contrôle parental, etc.) et située au Central.
  • L’application vOLT, la version virtuelle de l’OLT, est responsable de l’authentification de l’abonné, soit de sa connexion au Central par l’établissement d’un VLAN.
  • L’application vRouter, la version virtuelle du BNG, est responsable de fonctionnalités telles que la qualité de service (QoS), le réseau privé virtuel (VPN), etc.

Deuxième étape

À cette étape est constitué un cadre unifiant le matériel de base virtualisé, dans le but de produire un système cohérent où les trois composantes virtualisées sont considérées comme des services multilocataires. D’abord, nous avons le service d’accès (Access-as-a-Service, ACCaaS), assuré par l’application vOLT, où chaque utilisateur correspond à un VLAN d’abonné, ensuite le service d’abonné (Subscriber-as-a-Service, SUBaaS), assuré par l’application vCPE, où chaque utilisateur correspond à un groupe d’abonnés (subscriber bundle) et enfin, le service Internet (Internet-as-a-Service, INTaaS), où chaque utilisateur correspond à un sous-réseau routable (figure 5).

Graphique du service CORD, comprenant deux services d'accès : vOLT et vG.Fast

Figure 5. Graphique du service CORD, comprenant deux services d’accès :
vOLT et vG.Fast

Conclusion

CORD est un projet innovant qui convertit le Central traditionnel en centres de données dont l’infrastructure de base permet la réduction des coûts de capital (CAPEX) et d’exploitation (OPEX) et la création rapide de nouveaux services.

Pour plus d’information

Pour plus d’information à ce sujet, consulter le rapport de recherche suivant :
Larry Peterson, Ali Al-Shabibi, Tom Anshutz, Scott Baker, Andy Bavier, Saurav Das, Jonathan Hart, Guru Palukar et William Snow, Central Office Re-Architected as a Data Center, IEEE Communications Magazine, October 2016.

Rim Elfahem

Profil de l'auteur(e)

Rim ElFahem est étudiante à la maîtrise en technologie de l’information à l’ÉTS. Son sujet de maîtrise porte sur l'optimisation du déploiement des applications verticales dans le nuage informatique.

Programme : Génie des technologies de l'information 

Laboratoires de recherche : SYNCHROMÉDIA – Laboratoire de communications multimédias en téléprésence 

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