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Revue TELECOM 181 - Vers un réseau flexible pour des services à la demande

Articles Revue TELECOM

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30/05/2017



VERS UN RESEAU FLEXIBLE 

POUR DES SERVICES 

A LA DEMANDE
 


Par Philippe Lucas dans la revue TELECOM n° 181



Introduction

Les éléments constitutifs de l’évolution des réseaux sont dans la fourniture de services configurables pouvant être administrés et provisionnés en libre-service et à la demande. Cette promesse de livrer rapidement un service réseau est parfois limitée par la configuration d’éléments de réseau propriétaires qui demande plusieurs heures, voire des jours de mise en œuvre. La nécessité d’une infrastructure de réseau flexible et programmable devient un enjeu important pour les opérateurs. Dans cette article nous allons présenter comment les technologies de « cloudification » et de « softwarisation » du réseau vont permettre l’arrivée d’une nouvelle génération de réseaux flexibles et programmables et offrir ainsi des services réseaux à la demande.

Dans un premier temps, nous décrivons le nouveau paradigme de « cloudification » du réseau visant à instancier des applicatifs de niveau réseau sur une infrastructure de type cloud computing.

Puis nous aborderons la « softwarisation » du réseau basée sur une nouvelle couche logicielle réseau programmable, fédérative et ouverte à un ensemble d’interfaces d’éléments de réseau.

Une illustration de ces concepts est également présentée à travers deux exemples portant sur le partitionnement du réseau mobile 5G et l’offre de service réseau VPN à la demande.
 


La « cloudification » du réseau

Le nouveau concept consistant à virtualiser les fonctions réseau a été introduit en fin d’année 2012 dans un livre blanc1 édité par un ensemble d’opérateurs dont Orange. L’objectif principal de ce concept, connu sous le nom de Network Functions Virtualisation (NFV), est relatif à la mise en œuvre de fonctions logicielles réseau sur une infrastructure virtualisée de type cloud computing, pouvant s’exécuter sur du matériel informatique générique, et pouvant être déplacées, ou instanciées dans divers nœuds du réseau selon les besoins des opérateurs.

Les bénéfices attendus, tout en maintenant les exigences en terme de performance, sont notamment :
• le déploiement en temps réel de nouveaux services réseau ;
• la généralisation de l’automatisation de la gestion du cycle de vie des services réseaux ;
• des gains en matière d’investissement et de coûts opérationnels.
 


Des travaux internationaux de normalisation menés au sein de l’ETSI

L’ETSI (European Telecommunication Standard Institute), organisme de normalisation européen, a lancé début 2013 un groupe de spécifications pour l’industrie ISG (Industry Specification Group) visant à établir les spécifications NFV2. Des experts représentant plus de 250 acteurs du secteur des télécommunications et des technologies de l’information ont collaboré de manière à établir début 2015 un premier jeu de spécifications comprenant notamment un vocabulaire commun et un cadre architectural servant de base commune à l’ensemble de l’industrie.

La figure 1 illustre l’architecture de référence adoptée par l’ETSI NFV. Cette architecture autorise le déploiement et l’exécution de fonctions réseau virtualisées (VNF) sur une infrastructure cloud appelée « NFV Infrastructure » (NFVI). Cette infrastructure NFVI est constituée de ressources physiques et logicielles de calcul, de stockage et de réseautage.
 



















 


Figure 1 : Architecture de référence ETSI NFV



Le déploiement, l’exécution et l’exploitation des VNFs dans l’infrastructure NFVI sont contrôlés par des fonctions de gestion et d’orchestration (MANO) comprenant :

• un orchestrateur NFV (NFVO) en charge du cycle de vie des services réseau ;
• un gestionnaire (VNFM) en charge du cycle de vie des VNFs ;
• un gestionnaire (VIM) en charge de la gestion des ressources virtualisées du NFVI.

Les travaux se poursuivent au sein de l’ETSI de manière à spécifier les interfaces fonctionnelles de cette architecture.
 


La ’softwarisation’ du réseau

L’évolution des réseaux existants vers plus de flexibilité et de capacité en termes de programmation fait l’objet de nombreux projets de recherche à travers le monde. Par exemple, les dernières initiatives lancées dans le contexte de l’Internet du futur reposent sur l’utilisation d’une couche de logiciel programmable ayant une vue globale et logique du réseau sous-jacent et de ces ressources, permettant ainsi une gestion dynamique de la connectivité à travers ce réseau. La généralisation de ces approches est connue sous la dénomination ’Software Defined Networking’ (SDN). Le SDN a pour ambition de transformer la gestion des ressources hétérogènes de réseaux en une plate-forme de contrôle programmable et flexible.

Les organismes de normalisation internationaux - l’Union Internationale des Télécommunications (UIT) et l’Internet Engineering Task Force (IETF) - ont adopté en 2014 des définitions similaires pour le SDN, à savoir un ensemble de techniques permettant de programmer, orchestrer et gérer les ressources réseau afin de faciliter la conception, la fourniture et l’opération des services réseaux de manière dynamique et évolutive.
 


Quel usage du SDN?

Le SDN répond à plusieurs cas d’usage permettant :

• l’automatisation de la configuration de la connectivité réseau (par exemple pour un service de VPN à la demande) ;

• l’ingénierie de trafic et la gestion dynamique de ressources réseau hétérogènes ;

• le contrôle différencié des flux réseau selon le besoin des applications (par exemple la priorisation des flux vidéo) ;

• la gestion de la connectivité réseau entre les plates-formes NFV.
 


Architecture SDN

L’architecture pour le SDN est typiquement structurée en trois couches, à savoir (cf. Figure 2) :

• Les ressources réseau constituées par l’ensemble des éléments de réseaux physiques ou virtuels (routeurs et commutateurs) ;

• Une couche de contrôle contenant des fonctions d’abstraction et de programmation des ressources réseau sous-jacentes et offrant un ensemble de services comme la gestion des nœuds (routeurs et commutateurs) et des liens associés,... ;

• Une couche de services applicatifs réseau (tels que des applicatifs permettant la gestion de VPN à la demande).

Les trois couches de l’architecture SDN sont séparées au moyen de deux types d’interfaces dites NorthBound (NBI) et South Bound (SBI).
 


La normalisation SDN

En réalité, SDN ne constitue pas un concept totalement nouveau du point de vue des travaux de normalisation. Pour preuve, l’IETF travaille depuis 2004 sur un concept similaire au sein du groupe de travail ’Forwarding and Control Element Separation’ (ForCES) mais les produits implémentant cette solution tardent à voir le jour. En 2011 un nouveau forum dénommé ’Open Networking Foundation’ (ONF) a été établi avec pour objectif la spécification d’une solution SDN reposant sur la séparation des plans de transfert et de contrôle réalisée à travers l’utilisation du protocole OpenFlow développé en phase initiale par l’Université de Stanford. Du côté de l’UIT, un projet de recommandation est en cours de finalisation concernant l’architecture fonctionnelle du SDN.                                                                                                                                                                                                                                                    Figure 2 : Architecture SDN

 






















Figure 3 : Plate-forme Open Source OpenDaylight




Initiative Open Source

Le projet OpenDaylight3 a été lancé en avril 2013 au sein de la Linux Foundation par les principaux équipementiers et acteurs de l’ICT avec comme objectif la fourniture d’une implémentation SDN. Depuis son lancement, ce projet Open Source a produit quatre versions logicielles (« Release ») de la solution SDN OpenDaylight impliquant plusieurs centaines de contributeurs, solution d’ores et déjà distribuée par une dizaine d’industriels.

L’architecture du contrôleur OpenDaylight comprend une couche d’abstraction (Service Abstraction Layer) mise à jour de manière dynamique en fonction des modèles de données d’éléments de réseau (notion de Model driven) associés aux différentes ressources réseau contrôlées. OpenDaylight propose plusieurs interfaces réseaux ’South Bound’ intégrant différents protocoles tels que OpenFlow et Netconf (voir Figure 3).

 



Figure 4 : Partitionnement de réseau mobile 5G



Partitionnement du réseau Mobile 5G ’Network Slicing’

Parmi les concepts majeurs envisagés pour le futur réseau 5G figure le partitionnement du réseau ou ’network slicing’4. L’objectif est de permettre aux opérateurs de partitionner un réseau physique unique en plusieurs réseaux virtuels (« slices »), chacun étant optimisé pour des services ou clients spécifiques. Les technologies SDN et NFV joueront un rôle important dans l’implémentation du concept de ’slicing’ en fournissant une plate-forme permettant de définir le contenu de chacun des « slices » (les fonctions impliquées) et de les gérer.

La figure 4 illustre une découpe du réseau mobile 5G en plusieurs « slices » selon les services proposés.

Ces services ayant des contraintes différentes, ils peuvent ainsi tirer bénéfice de configurations optimisées du réseau.
 


Réseaux VPN à la demande

Le service visé est de permettre à un client d’entreprise de créer et gérer des réseaux VPN à la demande sur des accès Internet en ADSL, VDSL ou FTTH5. Le client peut également commander en ligne un certain nombre de fonctions de sécurité associées à ces VPNs, comme un pare-feu, un filtrage web, une inspection de paquet ou un antivirus. Ces fonctions étant virtualisées au moyen de la technologie NFV , elles s’activent instantanément dans le réseau de l’opérateur.
 



La figure ci-contre illustre l’architecture du réseau VPN à la demande ainsi que les applications associées.

 




 


Figure 5 : VPN à la demande




Conclusions

Suite aux phases de numérisation des réseaux fixes et mobiles dans les années 1990’s, de développement du haut débit (« broadbandification ») dans les années 2000’s, de migration vers le tout IP (« l’IPisation ») dans les années 2010’s, on assiste désormais à l’émergence de « l’ITification » dans les réseaux télécoms. Cette évolution a pour objectif de rendre nos réseaux plus agiles et de permettre l’introduction de nouvelles fonctionnalités à la demande, répondant ainsi aux besoins de nos clients plus rapidement.

Comme évoqué dans cet article, les instances de normalisation y travaillent d’arrache-pied à travers de nombreuses initiatives que les opérateurs doivent parfois canaliser afin qu’elles délivrent ce dont les opérateurs, intégrateurs de l’ensemble des industriels, ont besoin.

Cette évolution va d’ores et déjà se matérialiser sur des services fixes comme des évolutions de gestion des services de VPN pour les entreprises et dans un moyen terme sur le mobile avec un accroissement de la virtualisation de fonctions réseaux des réseaux existants comme la gestion de la mobilité (EPC). Cette virtualisation va se matérialiser par l’utilisation de clouds dédiés au réseau télécoms, les exigences étant différentes de celles nécessaires pour un cloud grand public. Dans un deuxième temps, les réseaux 5G en cours d’élaboration, seront vraisemblablement les réseaux massivement virtualisés, avec de nouvelles fonctions comme la mise en couche des réseaux mobiles (network slicing), permettant d’industrialiser la gestion des objets/terminaux connectés de différents clients ayant des besoins hétérogènes (par exemple le besoin de fonction de fonctions de réseaux professionnels mobiles – PMR -, ou la gestion d’une flotte de compteurs connectés,…).

Ces évolutions sont majeures et prendront du temps pour émerger ; au-delà des aspects techniques, notre industrie va être bouleversée par les évolutions de compétences nécessaires pour déployer, opérer et gérer un réseau télécoms. La fertilité croisée entre compétences télécoms et informatique (IT) va être la clé de la réussite des déploiements de ces nouvelles technologies dans nos réseaux. C’est évidemment un défi important pour notre industrie, mais une opportunité d’enrichissement entre les différentes compétences qui vont se rencontrer dans la mise en œuvre de nos prochains réseaux télécoms.
 

1 Livre Blanc ETSI NFV, https://portal.etsi.org/nfv/nfv_white_paper.pdf
2 Spécifications ETSI NFV, http://www.etsi.org/technologies-clusters/technologies/nfv
3/ Le projet SDN open source OpenDaylight, https://www.opendaylight.org/
4/ Network slicing, https://www.ngmn.org/uploads/media/160113_Network_Slicing_v1_0.pdf
5/ Orange Business Services, VPN à la demande, http://www.orange-business.com/en/press/digital-transformation-of-network-infrastructure-orange-business-services-launches-a-first-sdn.

 

L'auteur


Philippe Lucas
 a rejoint le groupe Orange en 2002 et est directeur de la Normalisation et du Développement d’Ecosystèmes. Philippe Lucas dirige la stratégie de normalisation et la représentation du groupe Orange dans plus de 40 instances internationales en lien étroit avec les entités stratégiques, marketing et technique. Mr. Lucas est administrateur et vice-président du conseil de l’European Telecommunication Standard Institute, membre du Comité Produits & Services de la GSM Association, président de la Commission Innovation & Normalisation de la Fédération Française des Télécoms et Administrateur de l’AFNOR.

Auparavant, Mr. Lucas était consultant indépendant intervenant à la demande des principaux acteurs de l’industrie télécoms ainsi que du gouvernement français.
De 1994 à 1999, Mr. Lucas était en charge du développement de nouvelles technologies 2G et 3G chez SFR. Il a contribué à la normalisation des services GSM et UMTS et était responsable du Groupe Services de la GSM Association entre 1999 et 2003.
Mr. Lucas a démarré sa carrière chez Matra Communication entre 1990 et 1994 comme ingénieur système et responsable des développements de traitement de signal numérique pour l’UMTS, le GSM et de systèmes militaires.
Mr. Lucas est diplômé de l’Institut Polytechnique de Grenoble et possède un Mastère en traitement de signal numérique.
Mr. Lucas est marié et a trois merveilleux enfants.

 

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