CCNP SPCOR 350-501 · Chapitre 1 : les architectures des réseaux opérateurs

Metro Ethernet, MPLS, Unified MPLS, Segment Routing, SRv6, DOCSIS, xDSL, TDM, DWDM, xPON, Routed Optical Networking, cœur mobile 4G/5G, xHaul et O-RAN : le tour complet de ce qui fait tourner un réseau d’opérateur, expliqué simplement et calé sur le blueprint de l’examen.

1. Le réseau opérateur : de quoi parle-t-on ?

Un réseau d’opérateur (Service Provider, SP) transporte le trafic de milliers à millions de clients : particuliers, entreprises, mobiles, autres opérateurs. Il se distingue d’un réseau d’entreprise par trois choses : l’échelle (des centaines de milliers de préfixes, des milliers d’équipements), la diversité des services vendus sur la même infrastructure, et l’exigence de disponibilité (le fameux « cinq neuf », 99,999 %, soit environ 5 minutes d’indisponibilité par an).

1.1 D’où viennent les opérateurs d’aujourd’hui

Historiquement, deux mondes cohabitaient :

• Les opérateurs télécom historiques vendaient beaucoup de services différents, chacun avec sa technologie : circuits TDM pour la voix et les liaisons louées, Frame Relay ou ATM pour les VPN, SONET/SDH pour transporter tout cela sur la fibre, de la QoS pour les clients prêts à payer, et IP pour Internet. Riche, mais coûteux à exploiter : une technologie, une équipe, un outil de supervision.
• Les fournisseurs d’accès Internet misaient tout sur IP : moins cher, mais limité à l’accès Internet.

La convergence s’est faite sur IP/MPLS : une seule infrastructure de paquets capable de transporter Internet, VPN de niveau 2 et 3, voix, vidéo, mobile et même l’émulation de circuits TDM. Les services typiques d’un opérateur moderne : accès très haut débit fixe (FTTH, câble, xDSL), 4G/5G, VoIP, VPN L2/L3 pour entreprises, cloud et datacenter, CDN, sécurité managée, IoT, transport optique (longueurs d’onde louées).

1.2 L’organisation en couches

Presque tous les réseaux opérateurs suivent un découpage hiérarchique. Les noms varient d’un opérateur à l’autre, mais l’idée est toujours la même : on agrège progressivement le trafic vers un cœur très capacitif.

Le vocabulaire à connaître par cœur, qu’on retrouve dans tout le reste de la certification :

2. Les architectures de cœur

Le blueprint (objectif 1.1.a) cite six architectures : Metro Ethernet, MPLS, Unified MPLS, Segment Routing, SR-TE et SRv6. Elles ne s’opposent pas : elles se sont empilées au fil du temps, chacune corrigeant les limites de la précédente.

2.1 Metro Ethernet

Metro Ethernet consiste à utiliser Ethernet, la technologie du LAN, pour construire des réseaux à l’échelle d’une ville ou d’une région (MAN, Metropolitan Area Network). Ses atouts : des équipements standards et bon marché, des débits élevés, et une interface que tous les clients savent déjà utiliser. Il repose sur deux normes IEEE :

• 802.1Q : le tag VLAN classique (12 bits, 4094 VLAN utilisables).
• 802.1ad (Q-in-Q ou Provider Bridging) : l’opérateur ajoute son propre tag (S-tag, EtherType 0x88A8) par-dessus le tag du client (C-tag). Le client garde ses VLAN, l’opérateur sépare ses clients.

Le vocabulaire MEF

Le MEF (anciennement Metro Ethernet Forum) est l’organisme qui normalise les services « Carrier Ethernet ». Trois notions de base :

• UNI (User Network Interface) : le port physique où le client se raccorde.
• EVC (Ethernet Virtual Connection) : l’association logique entre plusieurs UNI. C’est « le circuit » vendu au client.
• ENNI (External Network-to-Network Interface) : l’interconnexion entre deux opérateurs pour livrer un service de bout en bout.

Un avantage clé du transport Ethernet sur MPLS (VPLS) : le cœur n’a plus besoin de Spanning Tree. Les trames sont encapsulées dans des LSP et commutées sur des labels ; la prévention des boucles est assurée par la règle de split-horizon entre pseudowires, pas par STP. Côté certifications, le MEF a publié CE 2.0 (services, classes de service, gestion) puis MEF 3.0 (orchestration, services SD-WAN, API LSO). Pour l’examen, retiens surtout les noms et topologies des services.

2.2 MPLS (Multiprotocol Label Switching)

MPLS est le socle de quasiment tous les cœurs opérateurs. Son idée : au lieu que chaque routeur fasse une recherche dans sa table de routage IP (longest match), le premier routeur du réseau colle une étiquette (label) sur le paquet ; les routeurs suivants commutent ensuite simplement d’après ce label. Le gain de vitesse n’est plus vraiment l’argument aujourd’hui (le matériel fait le longest match très vite) ; ce qui compte, c’est ce que MPLS permet :

• Les VPN (L3VPN, L2VPN) : un label identifie le client, ce qui permet de partager le même cœur entre des milliers de clients isolés, même avec des adresses identiques.
• Un cœur « BGP-free » : seuls les PE connaissent les routes Internet et clients ; les P n’ont besoin que de l’IGP et des labels.
• L’ingénierie de trafic (MPLS-TE, SR-TE) : faire passer un flux par un chemin qui n’est pas le plus court.
• La protection rapide (Fast Reroute) : bascule en moins de 50 ms.
• L’indépendance du protocole transporté : IPv4, IPv6, Ethernet, voire TDM émulé.

Le vocabulaire de base (détaillé au chapitre 10 de la série) :

• Ingress LSR (ou LER d’entrée, ou PE d’entrée) : classe le paquet et impose (push) un ou plusieurs labels.
• LSR de transit (P) : échange (swap) le label du dessus et transmet.
• Egress LSR (PE de sortie) : retire (pop) les labels et livre le paquet d’origine. En pratique, l’avant-dernier routeur retire souvent le label de transport à sa place : c’est le PHP (Penultimate Hop Popping).
• LSP (Label Switched Path) : le chemin suivi par une suite de labels. Un LSP est unidirectionnel : le retour utilise un autre LSP.
• FEC (Forwarding Equivalence Class) : l’ensemble des paquets traités de la même manière (typiquement « tout ce qui va vers la loopback du PE2 »).

Pour distribuer les labels, on utilise historiquement LDP (un label par préfixe IGP), RSVP-TE (pour l’ingénierie de trafic) et MP-BGP (pour les labels de service VPN et pour Unified MPLS). Segment Routing, vu plus bas, remplace LDP et RSVP-TE en faisant distribuer les labels directement par l’IGP.

! IOS XR — activer LDP sur le cœur (exemple minimal)
RP/0/RP0/CPU0:P1(config)# mpls ldp
RP/0/RP0/CPU0:P1(config-ldp)#  router-id 10.0.0.11
RP/0/RP0/CPU0:P1(config-ldp)#  interface GigabitEthernet0/0/0/0
RP/0/RP0/CPU0:P1(config-ldp-if)#  interface GigabitEthernet0/0/0/1
RP/0/RP0/CPU0:P1(config-ldp-if)# commit
! Vérifications
RP/0/RP0/CPU0:P1# show mpls ldp neighbor brief
RP/0/RP0/CPU0:P1# show mpls forwarding

2.3 Unified MPLS (Seamless MPLS)

Unified MPLS est le nom donné par Cisco à l’architecture que l’IETF appelle Seamless MPLS (ou MPLS hiérarchique). Elle répond à un problème d’échelle très concret.

Le problème

Dans un grand opérateur, on peut avoir des dizaines de milliers de routeurs d’accès (antennes mobiles, boîtiers clients managés). Pour que n’importe quel PE puisse joindre n’importe quel autre en MPLS, il faudrait que chaque loopback soit connue de tout le réseau, avec un LSP LDP de bout en bout. Mettre tout le monde dans un seul domaine IGP ne passe pas à l’échelle : un IGP n’est pas fait pour porter des centaines de milliers de préfixes, et la moindre instabilité dans l’accès se propagerait jusqu’au cœur.

La solution

1. On découpe le réseau en domaines IGP indépendants (accès, agrégation, cœur), chacun avec son propre IGP et ses propres LSP LDP (ou SR). Les tables restent petites, la convergence rapide, les pannes confinées.
2. On fait annoncer les loopbacks des PE par BGP avec un label : c’est BGP Labeled Unicast (BGP-LU), défini à l’origine par la RFC 3107, remplacée depuis par la RFC 8277. BGP sait porter des millions de routes : c’est lui qui « recoud » les domaines entre eux.
3. Les routeurs à la frontière entre deux domaines (appelés ABR dans ce contexte, même si ce ne sont pas des ABR OSPF) jouent trois rôles : ils changent le next-hop (next-hop-self) pour que le next-hop soit toujours joignable dans le domaine local, ils allouent un nouveau label BGP, et ils sont route reflectors en ligne pour éviter un full-mesh iBGP entre des milliers de routeurs.

Les services (L3VPN, L2VPN) ne changent pas : ils voient simplement un LSP de bout en bout, construit de façon hiérarchique. Deux fonctions accompagnent presque toujours Unified MPLS :

• BGP PIC (Prefix Independent Convergence) : un chemin de secours est précalculé et déjà installé dans le FIB. En cas de panne, on bascule en une seule opération, quel que soit le nombre de préfixes. PIC Core et PIC Edge ne protègent pas la même chose (panne dans le cœur vs panne d’un PE / d’un lien PE-CE).
• BGP Add-Path : BGP n’annonce normalement que son meilleur chemin. Add-Path permet d’annoncer plusieurs chemins pour le même préfixe, ce qui donne aux routeurs le chemin de secours dont PIC a besoin.
• Dans l’accès, on ajoute généralement LFA / remote LFA (ou TI-LFA avec Segment Routing) pour la protection rapide.

! IOS XR — ABR en Unified MPLS (extrait simplifié)
router bgp 65000
 address-family ipv4 unicast
  allocate-label all                      ! alloue un label BGP aux préfixes annoncés
 !
 neighbor-group ACCESS-PE
  remote-as 65000
  update-source Loopback0
  address-family ipv4 labeled-unicast
   route-reflector-client                 ! RR en ligne
   next-hop-self                          ! le next-hop devient l'ABR
 !
 neighbor-group CORE-ABR
  remote-as 65000
  update-source Loopback0
  address-family ipv4 labeled-unicast
   next-hop-self

2.4 Segment Routing (SR)

Avec un IGP classique, on ne pilote le trafic qu’en jouant sur les métriques. C’est du « tout ou rien » : changer une métrique déplace tout le trafic vers la destination, pas seulement le flux qui pose problème. Résultat typique : certains liens saturent pendant que d’autres, parfois plus rapides, restent vides. Et on ne peut pas faire passer la voix par le chemin à faible latence et la sauvegarde par le chemin le moins cher entre les mêmes deux routeurs.

La réponse historique était RSVP-TE : des tunnels réservés hop par hop. Efficace, mais chaque routeur traversé doit garder l’état de chaque tunnel (et de son tunnel de secours). Avec des milliers de tunnels, cela devient lourd en CPU, mémoire et exploitation.

Segment Routing reprend l’idée du routage par la source : c’est le routeur d’entrée qui encode dans le paquet la liste des étapes à suivre, sous forme d’une liste de segments. Les routeurs du milieu n’ont aucun état par flux : ils exécutent simplement l’instruction du dessus de la pile.

Les types de segments (aperçu)

• Prefix-SID : identifie un préfixe (souvent la loopback d’un routeur, on parle alors de Node-SID). Il est global : tous les routeurs le comprennent et l’atteignent par le plus court chemin (ECMP compris). Il est configuré sous forme d’index ajouté à la base du SRGB (Segment Routing Global Block, 16000–23999 par défaut chez Cisco) : index 5 → label 16005.
• Adjacency-SID : identifie un lien précis d’un routeur. Il est local : seul le routeur qui l’a alloué sait l’interpréter.
• Anycast-SID : un même prefix-SID porté par plusieurs routeurs (redondance).
• BGP Prefix-SID / Peer-SID : segments annoncés par BGP (datacenter, sortie Internet).

Pourquoi les opérateurs migrent vers SR

• Simplification : plus de LDP ni de RSVP-TE. C’est l’IGP (IS-IS ou OSPF, via des extensions) qui distribue les labels. Fini aussi les problèmes de synchronisation LDP-IGP.
• Résilience : TI-LFA (Topology-Independent Loop-Free Alternate) offre une protection en moins de 50 ms sur n’importe quelle topologie, là où LFA et remote LFA laissaient des trous de couverture.
• Ingénierie de trafic sans état dans le réseau : seul le routeur d’entrée connaît la politique.
• SDN : un contrôleur (PCE) peut calculer des chemins optimaux et les pousser aux têtes de tunnel, tout en gardant l’intelligence distribuée de l’IGP. C’est le compromis « intelligence distribuée + optimisation centralisée ».
• Économies : un meilleur remplissage des liens évite de surdimensionner le réseau, et le cœur ne porte plus des milliers de labels LDP.

! IOS XR — activer SR-MPLS dans IS-IS (exemple)
segment-routing
 global-block 16000 23999
!
router isis CORE
 address-family ipv4 unicast
  metric-style wide
  segment-routing mpls                    ! IS-IS distribue désormais les labels
 !
 interface Loopback0
  address-family ipv4 unicast
   prefix-sid index 1                      ! label 16001 pour cette loopback
 !
 interface GigabitEthernet0/0/0/0
  point-to-point
  address-family ipv4 unicast
   fast-reroute per-prefix
   fast-reroute per-prefix ti-lfa          ! protection TI-LFA

2.5 Segment Routing Traffic Engineering (SR-TE)

SR-TE est la mise en œuvre de l’ingénierie de trafic avec Segment Routing. L’objet central est la SR Policy, identifiée par le triplet (tête, couleur, destination) :

• la couleur (un nombre) représente une intention : « faible latence », « éviter tel lien », « chemin disjoint »… ;
• chaque policy a un ou plusieurs candidate paths (explicites ou dynamiques, calculés localement ou par un PCE), le plus préféré valide étant actif ;
• la policy peut être représentée par un Binding-SID (BSID), un label unique qui « résume » toute la pile, pratique pour enchaîner des domaines.

Grand avantage par rapport aux anciens circuits (ATM, Frame Relay) et à RSVP-TE : un segment veut dire « va jusqu’à ce point par le plus court chemin », donc SR-TE profite naturellement de l’ECMP, l’équilibrage de charge sur plusieurs chemins de même coût.

Pour une optimisation globale, la tête de tunnel (le PCC, Path Computation Client) délègue le calcul à un contrôleur, le PCE (Path Computation Element), via le protocole PCEP. Le PCE connaît la topologie complète grâce à BGP-LS (BGP Link-State), qui lui remonte la base de données de l’IGP, les métriques de délai, la bande passante…

2.6 SRv6 (Segment Routing over IPv6)

SRv6 applique Segment Routing au plan de données IPv6 : il n’y a plus de labels MPLS. Un segment est une adresse IPv6 appelée SID. Pour imposer plusieurs segments, on ajoute une extension d’en-tête IPv6, le SRH (Segment Routing Header, RFC 8754).

• Network programming (RFC 8986) : chaque SID déclenche un comportement sur le nœud qui le porte. Exemples : End (segment de nœud, passer au SID suivant), End.X (sortir par un lien précis, l’équivalent d’un adjacency-SID), End.DT4 / End.DT6 (décapsuler et chercher dans la table d’une VRF : c’est ainsi qu’on fait du L3VPN sur SRv6, sans label de service).
• uSID (micro-SID) : un SID de 128 bits est gros ; avec les uSID, on compresse plusieurs instructions de 16 bits dans une seule adresse IPv6 (format courant F3216 : bloc de 32 bits + uSID de 16 bits). Cela évite d’empiler un long SRH.
• Gateway d’interworking SRv6 / MPLS : pour faire coexister des domaines SR-MPLS et SRv6 et rendre les services (L3VPN) de bout en bout pendant une migration.
• Atouts : un seul plan de données IPv6 du datacenter au cœur, plus besoin de LDP ni de BGP-LU pour recoudre les domaines (le locator est simplement résumable), et un support naturel du network slicing (5G, edge, IoT), notamment avec Flex-Algo.

3. Les technologies de transport

Les technologies de transport forment la couche « physique » du réseau : celles qui amènent les bits jusqu’au client (le dernier kilomètre) et celles qui relient les sites entre eux sur de longues distances. L’objectif 1.1.b cite xDSL, DWDM, DOCSIS, TDM et xPON ; l’objectif 1.1.d ajoute le Routed Optical Networking.

3.1 DOCSIS : Internet par le câble coaxial

DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification) est la norme, développée par CableLabs, qui permet de transporter des données sur les réseaux de télévision par câble. Ces réseaux sont dits HFC (Hybrid Fiber-Coaxial) : de la fibre jusqu’à un nœud optique de quartier, puis du câble coaxial jusqu’aux logements.

• CM (Cable Modem) : chez l’abonné, d’un côté le coaxial, de l’autre le réseau domestique (le CPE, Customer Premises Equipment).
• CMTS (Cable Modem Termination System) : à la tête de réseau (headend). Il termine les modems et route le trafic vers le réseau IP. Aujourd’hui, on parle souvent de CCAP et d’architectures distribuées (Remote PHY) où la partie radiofréquence descend dans le nœud.
• Fréquences séparées pour le sens descendant (downstream, réseau → abonné) et montant (upstream, abonné → réseau), sur le même câble.
• Média partagé : tous les foyers raccordés au même nœud se partagent la bande passante. Un quartier qui se densifie voit ses débits baisser aux heures de pointe, d’où la « segmentation de nœud » pratiquée par les câblo-opérateurs.

DOCSIS a permis aux câblo-opérateurs de rester compétitifs face à la fibre sans remplacer toute leur infrastructure coaxiale.

3.2 xDSL : Internet sur la paire de cuivre téléphonique

Le DSL (Digital Subscriber Line) transporte des données numériques sur la paire de cuivre du téléphone, en utilisant des fréquences au-dessus de la bande vocale. Le « x » de xDSL regroupe toutes les variantes.

• Bande voix (POTS) : 0 à 4 kHz. Les données utilisent les fréquences supérieures (pour l’ADSL classique, environ 25–138 kHz en montant et 138 kHz–1,1 MHz en descendant).
• Un filtre / splitter sépare voix et données chez l’abonné et au central.
• Le modem de l’abonné (ATU-R) dialogue avec une carte d’un DSLAM (DSL Access Multiplexer) installé au central ou dans un sous-répartiteur. Les DSLAM modernes sont des équipements Ethernet/IP. Côté opérateur, les sessions des abonnés (souvent en PPPoE ou IPoE) sont terminées sur un BNG (Broadband Network Gateway, ex-BRAS).
• La distance est la grande limite : plus la ligne est longue, plus le signal s’affaiblit et plus le débit baisse. Au-delà de quelques kilomètres, l’ADSL devient inutilisable ; le VDSL2 ne donne ses meilleurs débits que sur quelques centaines de mètres. D’où le rapprochement des DSLAM des abonnés (FTTC, fibre jusqu’au sous-répartiteur).
• Autres perturbations : diaphonie entre paires (corrigée en VDSL2 par le vectoring), interférences, défauts de câblage.

3.3 TDM, SONET et SDH

Le multiplexage temporel (TDM, Time-Division Multiplexing) partage un même canal en tranches de temps (timeslots) attribuées à tour de rôle à chaque flux. Chaque flux a son créneau garanti, qu’il ait quelque chose à envoyer ou non : c’est déterministe, mais peu efficace pour du trafic en rafales.

• T1 / DS1 (Amérique du Nord) : 1,544 Mb/s = 24 canaux de 64 kb/s. DS3 / T3 : 44,736 Mb/s = 28 DS1.
• E1 (Europe, international) : 2,048 Mb/s = 32 timeslots de 64 kb/s (30 pour la voix, 1 pour la synchronisation, 1 pour la signalisation). E3 : 34,368 Mb/s.
• Le canal de base à 64 kb/s correspond à une voix numérisée en MIC / PCM (8 000 échantillons par seconde × 8 bits).

SONET (Amérique du Nord) et SDH (reste du monde, donc la France) sont les hiérarchies numériques synchrones qui transportent ces circuits sur la fibre. Mêmes principes, vocabulaires différents :

Astuce : STM-n = OC-(3×n). Le facteur 3 vient du fait que la trame STM-1 correspond à trois STS-1.

Ces technologies vieillissantes sont progressivement remplacées par de l’émulation de circuits sur paquets : CEM / TDMoIP (transport de E1/T1 dans des pseudowires) et plus récemment PLE (Private Line Emulation), qui émule des lignes louées SONET/SDH, Ethernet ou Fibre Channel de façon transparente au bit, avec un contrôle par EVPN et des chemins garantis et bidirectionnels construits avec Circuit-Style Segment Routing (CS-SR).

3.4 DWDM : multiplier la capacité d’une fibre

Le multiplexage en longueur d’onde (WDM, Wavelength-Division Multiplexing) fait passer plusieurs signaux sur la même fibre en donnant à chacun une couleur de lumière différente (une longueur d’onde, aussi appelée lambda ou canal). Comme des stations de radio sur des fréquences différentes, les canaux ne se gênent pas. Chaque lambda peut transporter 10, 100, 400 Gb/s ou plus.

La grille ITU et le petit calcul à savoir faire

La recommandation ITU-T G.694.1 définit la grille DWDM autour d’une fréquence d’ancrage de 193,1 THz, qui correspond à 1552,52 nm. Les autres canaux sont espacés de 100 GHz ou 50 GHz autour de cette référence. Fréquence et longueur d’onde sont liées par λ = c / f (c ≈ 299 792 458 m/s) :

• 193,1 THz → 299 792 458 / 193,1×10¹² ≈ 1552,52 nm (canal de référence) ;
• 193,2 THz (+100 GHz) → ≈ 1551,72 nm ; 193,0 THz (−100 GHz) → ≈ 1553,33 nm.

Moyen mnémotechnique : autour de 1550 nm, 100 GHz ≈ 0,8 nm. Quand la fréquence monte, la longueur d’onde baisse.

Les briques d’un système DWDM

• Transpondeur : convertit le signal « gris » d’un routeur (par exemple un 100G LR4 à 1310 nm) en une longueur d’onde DWDM « colorée » précise. Le muxponder fait la même chose en agrégeant plusieurs clients sur une seule lambda (par exemple 4 × 100G → 400G).
• Mux / Demux : filtres passifs qui combinent les couleurs dans une fibre et les séparent à l’arrivée.
• Amplificateurs : l’EDFA (fibre dopée à l’erbium) amplifie toute la bande C d’un coup, sans convertir en électrique ; l’amplification Raman utilise la fibre de ligne elle-même comme milieu amplificateur (amplification distribuée), utile sur les longues portées.
• OADM (Optical Add-Drop Multiplexer) : extrait ou insère des longueurs d’onde fixes sur un site ; tout changement demande une intervention sur place.
• ROADM (Reconfigurable OADM) : même rôle, mais reconfigurable à distance par logiciel. Il peut ajouter (add), extraire (drop) ou laisser passer (express) chaque lambda indépendamment, sans perturber les autres. Les ROADM modernes sont dits CDC (Colorless, Directionless, Contentionless) : n’importe quelle couleur, vers n’importe quelle direction, sans conflit.

3.5 xPON : la fibre jusqu’à l’abonné

Un PON (Passive Optical Network) est un réseau en fibre point-multipoint sans aucun équipement alimenté entre le central et l’abonné : la fibre est simplement divisée par des coupleurs optiques passifs (splitters). C’est la technologie du FTTH.

• OLT (Optical Line Termination) : côté opérateur, agrège des centaines à des milliers d’abonnés.
• ONT / ONU : la box optique chez l’abonné. C’est la même chose : ONT est le terme ITU-T, ONU le terme IEEE.
• ODN : toute l’infrastructure fibre passive entre les deux, splitters compris.
• UNI : l’interface entre l’ONT et l’équipement de l’abonné.
• Sens descendant : l’OLT diffuse tout à tous les ONT en continu (chacun ne garde que ce qui lui est destiné, le trafic est chiffré).
• Sens montant : les ONT parlent chacun dans leur créneau de temps (TDMA), attribué par l’OLT via l’allocation dynamique de bande passante (DBA).
• Ranging : les ONT sont à des distances différentes de l’OLT. Lors de l’enregistrement, l’OLT mesure le temps aller-retour de chacun et leur applique un délai d’égalisation, pour qu’ils apparaissent tous « à la même distance » et que leurs émissions montantes ne se chevauchent pas.

Les longueurs d’onde différentes permettent de faire cohabiter GPON et XGS-PON sur la même ODN.

Limites et bilan optique

Portée typique : 20 km entre OLT et ONT ; taux de partage 1:32, 1:64, parfois 1:128. Chaque élément consomme du budget optique. Exemple de calcul pour un GPON en classe B+ (budget de 28 dB) :

Avec un splitter 1:64 (≈ 21 dB), on dépasserait le budget : il faudrait raccourcir la distance ou passer en classe C+ (32 dB).

Les modes de protection PON

• Type A : seule la fibre de transport (OLT → splitter) est doublée, avec basculement manuel ou par commutateur optique. Pas de protection entre splitter et ONT.
• Type B : deux ports OLT (éventuellement sur deux OLT) et deux fibres de transport jusqu’au splitter. Toujours pas de protection côté abonné.
• Type C : tout est doublé (OLT, ODN, ONT), en 1+1 (le trafic est envoyé sur les deux chemins, l’ONT garde le meilleur) ou en 1:1 (un chemin actif, bascule automatique). Disponibilité maximale, coût maximal : réservé aux clients critiques.

Côté Cisco, la solution Routed PON remplace le châssis OLT dédié par un OLT enfichable XGS-PON (au format SFP+) inséré directement dans un routeur (NCS 540, NCS 5500/5700), piloté par un contrôleur logiciel. On supprime un étage d’équipements, de consommation électrique et d’exploitation.

3.6 Routed Optical Networking (RON)

Historiquement, un opérateur empile deux mondes : la couche IP/MPLS (routeurs) et la couche optique (transpondeurs, ROADM, plus parfois une couche OTN). Chacune a ses équipements, ses équipes, ses outils et son plan de capacité. Entre les deux : des jarretières, des optiques « grises », des transpondeurs. Coûteux, consommateur d’énergie, lent à provisionner.

Le Routed Optical Networking (nom Cisco, chaque constructeur a le sien) fusionne ces couches quand c’est possible :

• des optiques cohérentes enfichables (400G ZR pour l’interconnexion de datacenters jusqu’à ≈ 120 km, ZR+ / OpenZR+ pour le métro et le régional) se mettent directement dans les ports QSFP-DD des routeurs. Une optique d’une vingtaine de watts remplace un transpondeur de plusieurs centaines de watts et plusieurs unités de rack ;
• contrairement à l’ancien IPoDWDM (cartes de ligne dédiées, ports réservés), n’importe quel port du routeur peut accueillir une optique grise ou colorée ;
• la couche optique se simplifie (OLS, Optical Line System, plus simple, voire liaisons sans ROADM) ; les fonctions de protection, de routage et de segmentation passent dans la couche IP avec Segment Routing, EVPN et les L3VPN ;
• une couche commune d’automatisation et de supervision (chez Cisco, Crosswork Hierarchical Controller) donne une vue unique fibre + optique + IP + services ;
• une couche OTN peut rester nécessaire pour les services TDM historiques.

Argument souvent cité : un routeur moderne ajoute moins de 10 µs de latence par saut, soit l’équivalent d’environ 2 km de fibre (la lumière parcourt ≈ 1 km en 5 µs). La latence vient de la distance, plus des équipements de paquets. RON ne fait pas disparaître le DWDM : une partie de ses fonctions migre dans les routeurs là où c’est techniquement et économiquement pertinent.

4. La mobilité : cœur de paquets, xHaul, splits et O-RAN

L’objectif 1.1.c porte sur le transport des réseaux mobiles : le cœur de paquets (packet core), le transport du RAN (Radio Access Network) en xHaul pour la 5G vRAN, et O-RAN. L’examen ne demande pas d’être ingénieur radio : il faut comprendre qui parle à qui et ce que cela exige du réseau de transport (débit, latence, synchronisation).

4.1 De la 4G à la 5G en chiffres

4.2 Le cœur de paquets (packet core)

4.3 Le RAN et le transport xHaul

En 4G, une station de base se compose d’une BBU (Baseband Unit, traitement numérique) et d’une RRH (Remote Radio Head, la partie radio près de l’antenne). En D-RAN (distribué), la BBU est au pied du pylône ; en C-RAN (centralisé), les BBU sont regroupées dans un site central. En 5G, la BBU est éclatée en deux, ce qui donne trois éléments : RU (Radio Unit), DU (Distributed Unit) et CU (Centralized Unit). Quand DU et CU tournent en logiciel sur des serveurs standards, on parle de vRAN.

• Fronthaul (RU ↔ DU, ou RRH ↔ BBU en 4G) : le plus exigeant. Très faible latence, gros débit, et synchronisation de phase et de fréquence très précise (PTP G.8275.1 + SyncE). Interfaces CPRI ou eCPRI. Les profils IEEE 802.1CM (TSN pour le fronthaul) fixent les exigences de latence, de QoS et de synchronisation.
• Midhaul (DU ↔ CU) : agrège plusieurs DU, exigences intermédiaires.
• Backhaul (CU ↔ cœur) : le transport « classique » IP/MPLS vers le cœur mobile, avec de gros volumes agrégés.

4.4 Les functional splits

La pile protocolaire radio va de RRC (contrôle) jusqu’au signal radio (RF), en passant par PDCP, RLC, MAC et PHY. Le 3GPP a défini 8 points de découpe possibles (options 1 à 8) pour décider quelles fonctions restent près de l’antenne et lesquelles sont centralisées. Plus le numéro est élevé, plus on coupe bas dans la pile, donc plus la RU est simple… et plus le fronthaul est exigeant.

• Option 8 (CPRI) : permet de tout centraliser, mais le fronthaul transporte des échantillons radio en continu, que des utilisateurs soient actifs ou non. Débit énorme et constant, latence très contrainte.
• Split haut (option 2) : beaucoup de fonctions centralisées dans le CU → meilleure coordination et mutualisation, mais plus difficile de servir des cas d’usage à très faible latence.
• Split bas (option 7.x) : une partie du traitement reste près de l’antenne dans le DU → moins de latence et un débit de fronthaul qui suit le trafic réel, mais davantage d’éléments distribués à coordonner et à gérer.

Le bon split est toujours un compromis entre débit de transport, latence, coût de la RU et coordination radio.

4.5 O-RAN

Traditionnellement, RU, DU et CU venaient du même constructeur, reliés par des interfaces propriétaires. O-RAN (Open RAN), porté par l’O-RAN Alliance (créée en 2018, plusieurs centaines de membres : opérateurs, équipementiers, laboratoires), pousse des interfaces ouvertes et normalisées pour mélanger les fournisseurs (une RU d’un constructeur, DU/CU logiciels d’un autre), utiliser du matériel standard (white-box) et ajouter de l’intelligence logicielle.

• Open Fronthaul : split 7.2x sur eCPRI entre O-DU et O-RU.
• RIC (RAN Intelligent Controller) : near-real-time (interface E2 vers CU/DU) et non-real-time (dans le SMO, Service Management and Orchestration, interface A1), qui hébergent des applications d’optimisation (xApps, rApps).
• Conséquences pour le transport : un fronthaul en paquets sur Ethernet, avec QoS stricte, synchronisation PTP/SyncE, profils IEEE 802.1CM, et éventuellement des passerelles RoE (Radio over Ethernet, IEEE 1914.3) pour transporter du CPRI historique sur un réseau de paquets. Chez Cisco, la gamme NCS 540 Fronthaul répond à ce besoin (Segment Routing, QoS hiérarchique, EVPN, conformité 802.1CM).

5. Fiche de révision « spécial examen »

6. Quiz d’auto-évaluation

Réponds avant d’ouvrir la correction. Vise au moins 8/10.

7. Glossaire

8. Sources et pour aller plus loin

• Programme officiel de l’examen Cisco 350-501 SPCOR (objectifs 1.1.a à 1.1.d).
• CCNP SPCOR 350-501 Official Cert Guide, Cisco Press, chapitre 1 (référence de révision ; cet article est une synthèse rédigée indépendamment).
• IETF : RFC 3031 (architecture MPLS), RFC 3032 (encodage des labels), RFC 3107 et RFC 8277 (labels dans BGP), RFC 8402 (Segment Routing), RFC 8754 (SRH), RFC 8986 (SRv6 network programming), RFC 8317 (EVPN E-Tree).
• ITU-T : G.694.1 (grille DWDM), G.694.2 (grille CWDM), G.984 (GPON), G.9807.1 (XGS-PON), G.989 (NG-PON2).
• MEF : définitions des services Carrier Ethernet (MEF 6.x) et programme MEF 3.0.
• CableLabs : spécifications DOCSIS. 3GPP : TS 23.401 (EPC), TS 23.501 (5GC), TR 38.801 (functional splits). O-RAN Alliance : spécifications Open Fronthaul.

Article rédigé pour Les Z’héros du Réseau dans le cadre de la série de préparation au CCNP Service Provider (350-501 SPCOR). Prochain chapitre : les architectures logicielles IOS, IOS XE et IOS XR.