Brevet FR2804267A1 — publié le 20010727

La présente invention concerne les équipements de transmission numérique entre réseaux locaux. Un réseau local permet d'établir des communications à haut débit entre divers appareils de traitement de données. On peut par exemple citer le réseau ETHERNET, répondant à la norme 802-3 de l'IEEE. On rappellera brièvement qu'un réseau ETHERNET est constitué d'un ou plusieurs tronçons de câble ramifiés de longueur limitée. Un appareil du réseau peut à tout instant effectuer une tentative d'accès en émission au câble lorsqu'il est libre et, en cas d'absence de collision avec une émission d'un autre appareil, il diffuse un paquet de données dans tout le réseau. Chaque appareil reçoit le paquet et l'exploite s'il reconnaît son adresse dans le champ de destinataire du paquet. Lorsque deux réseaux ETHERNET sont à grande distance l'un de l'autre, la portée limitée des émetteurs ETHERNET et les délais de transmission, qui régissent un algorithme de gestion des collisions d'accès, empêchent de les relier directement afin de former physiquement un seul réseau. Si l'on veut cependant exploiter les deux réseaux de façon intégrée, on les relie par une liaison de transmission numérique, par exemple sur fibre optique. Chaque extrémité de celle-ci est couplée au réseau considéré par un équipement de transmission numérique, encore appelé pont. Un pont comporte une interface de réseau local, ETHERNET dans cet exemple, et une interface de transmission externe, reliées par des circuits de filtrage et d'adaptation du format des paquets. Un tel pont reçoit donc tout le trafic diffusé dans son réseau, repère, d'après une table d'adresses d'appareils, les paquets destinés à l'autre réseau et les retransmet au pont opposé, qui les diffuse alors sur le réseau distant. La table du pont de départ permet de filtrer les paquets, en évitant de surcharger le réseau distant et la liaison de transmission numérique par les paquets qui ne leurs sont pas destinés. Lorsqu'un réseau local doit être relié à plusieurs autres, une première solution consiste à multiplier les ponts de ce réseau pour disposer d'un faisceau de liaisons physiques et logiques de transmission point à point formant un réseau global en étoile. Cependant, les équipements de transmission comportant les ponts ont une capacité de transmission limitée. On ne peut donc accroître indéfiniment le nombre de liaisons point à point traitées par un tel équipement. Par exemple, si ces équipements offrent un débit d'environ 150 Mbls, on peut prévoir au maximum trois réseaux distants et donc trois liaisons logiques point à point à 50 Mb/s, permettant d'écouler le trafic moyen d'un réseau ETHERNET à trafic sporadique de 100 Mb/s instantanés. Toutefois, si l'un des réseaux ETHERNET est à faible vitesse, 10 Mb/s, la capacité offerte de 50 Mbls est excessive et gaspillée. Une deuxième solution consiste à regrouper en un faisceau les liaisons logiques point à point ci-dessus pour faire passer en parallèle leurs trafics sur une artère commune à haut débit traversant les divers réseaux distants, donc montés en cascade. Lorsque le réseau de départ émet un flux de signaux sur l'artère, chaque réseau intermédiaire laisse entrer tout le flux dans un commutateur et celui-ci diffuse localement le flux de la liaison logique destinée au réseau considéré et ne renvoie que le reste du flux à un pont de sortie vers les réseaux en aval auquel il ajoute le flux reçu en local et qui leur est destiné. Il s'agit donc d'une topologie linéaire, dans laquelle les liaisons logiques point à point de la solution précédente sont conservées mais, physiquement, utilisent des circuits communs d'artère haut débit. Cette dernière solution est en général plus économique en terme de longueur totale des liaisons et autorise en outre des portées totales accrues puisque les liaisons sont relayées par les réseaux intermédiaires: Elle est aussi plus économique si l'on veut sécuriser les liaisons contre une coupure. La présente invention vise à s'affranchir de la limitation du nombre de réseaux locaux que l'on peut relier entre eux par des équipements de transmission à capacité de trafic déterminée associés aux réseaux respectifs. A cet effet, l'invention concerne tout d'abord un procédé de communication entre des réseaux locaux reliés par des liaisons de transmission numérique, dans lequel - depuis un réseau émetteur, on émet, vers un réseau récepteur, des signaux utiles associés à une adresse d'un réseau destinataire des signaux, - en entrée du réseau récepteur, on compare l'adresse reçue à une table d'adresses locale du réseau récepteur, - si le réseau récepteur est le réseau destinataire, on fait entrer les données utiles dans le réseau récepteur, - dans le cas contraire, on détourne, en entrée du réseau récepteur, les signaux et l'adresse associée vers un réseau aval, et - on recommence les étapes précédentes jusqu'au réseau destinataire, en considérant lesdits réseaux récepteur et aval comme réseaux émetteur et récepteur. Ainsi, chaque réseau local est considéré comme étant en parallèle sur une artère haut débit, de laquelle on extrait, en restant à l'extérieur du réseau, un flux de signaux destiné à ce réseau, les signaux ne concernant pas le réseau considéré étant retransmis vers les autres réseaux. Il s'agit d'un fonctionnement en relais vers les autres réseaux, le réseau considéré ne constituant donc pas une terminaison obligatoire de la liaison provenant du réseau émetteur. La liaison de transmission, entre le réseau émetteur et le réseau récepteur, n'étant donc pas limitée à un seul trajet point à point mais se prolongeant, on peut y transmettre le trafic destiné à l'ensemble des réseaux. Elle forme donc un bus commun à ceux-ci et le raccordement en parallèle des réseaux autorise de raccorder au bus un nombre quasi illimité de réseaux. En outre, du fait de ce raccordement en parallèle des réseaux sur le bus, le trafic retransmis directement vers l'aval ne traverse pas le réseau considéré, ce qui évite de saturer les réseaux intermédiaires et présente un gain de temps puisqu'on évite les pertes de temps qui, sinon, seraient dues i) au traitement d'adaptation physique et de format des signaux du bus vers le réseau local, pour y entrer, ii) au temps d'attente pour traverser le réseau et iii) au temps d'adaptation inverse pour en sortir et retransmettre les signaux sur le bus. L'invention concerne aussi un équipement de transmission numérique entre réseaux locaux, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, comportant des circuits de liaison avec un réseau local, reliés à un ensemble de circuits de transmission numérique de liaison externe avec un réseau distant, caractérisé par le fait qu'il comporte un autre ensemble de circuits de transmission numérique pour une autre liaison externe, les deux ensembles étant reliés par des circuits de liaison directe. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode préféré de mise en oeuvre du procédé de l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une représentation schématique d'une pluralité de réseaux locaux reliés en cascade par une artère haut débit mettant en oeuvre le procédé de l'invention, et - la figure 2 représente schématiquement un commutateur de l'artère. Sur la figure 1 est représentée une pluralité de réseaux locaux, ici quatre réseaux numérotés de 1 à 4, chacun de ceux-ci étant relié à un commutateur de signaux associé référencé 6, 7, 8, 9, respectivement. Les commutateurs 6 à 9 sont reliés en cascade par trois liaisons numériques point à point 31, 32 et 33. La discontinuité dessinée sur cette dernière indique que le motif de base : réseau local (2), commutateur (7) et liaison (32) peut être répété un plus grand nombre de fois. Dans cet exemple, le commutateur 9 du réseau 4 est relié au commutateur 6 du réseau 1 par une liaison 34, en vue d'éviter les effets d'une coupure sur l'une des liaisons 31 à 33. Pour la simplicité de l'exposé, on supposera que le réseau 1 émet sur la liaison 31 vers les réseaux 2, 3 et 4. On conçoit cependant que tout réseau intermédiaire 2, 3 pourrait émettre de même. De plus, dans cet exemple avec boucle, tous les réseaux locaux 1 à 4 ont une même relation, d'émission et réception, avec la boucle 31 à 34, aucun n'étant ici une tête ou départ des liaisons 31 à 34, mais étant à la fois en amont et en aval des autres. On notera que, même sans ce rebouclage, tous les échanges sont possibles entre les réseaux 1 à 4, dans la mesure où on prévoit des liaisons 31 à 33 et des commutateurs 7 bidirectionnels. Toujours pour la simplicité de l'exposé, l'explication portera toutefois essentiellement sur une transmission monodirectionnelle de signaux numériques du réseau 1 vers les réseaux 2 à 4, dits aval. La figure 2 représente plus en détails le commutateur 7, semblable aux autres. Outre une base de temps 10 rythmant le fonctionnement d'un microprocesseur 11 de gestion du commutateur 7, le commutateur 7 comporte essentiellement trois ensembles 21, 22, 23 de circuits d'interface de liaison et d'adaptation de signaux et des circuits 12 à 17 de liaison interne reliant l'ensemble 21 aux deux autres, 22 et 23. Une porte 18 représente très schématiquement des circuits de liaison numérique interne de l'ensemble d'interface 23 vers l'ensemble 22. En configuration minimale des commutateurs 6 à 9, la porte 18 ne serait prévue que dans le commutateur 6 du réseau 1, émetteur, les réseaux 2 à 4 n'étant que récepteurs. Cependant, ici, la porte 18 est prévue dans tous les commutateurs 6 à 9. Les circuits 21 constituent un pont d'entrée de liaison externe de transmission numérique relié à la liaison 31, les circuits 22 constituant un pont de sortie de liaison externe de transmission numérique relié à la liaison 32. Les circuits 23 sont des circuits d'interface avec le réseau local 2. Dans cet exemple, les réseaux locaux 1 à 4 sont du même type, et précisément du type Ethernet à 100 Mbls. Leur représentation par une surface limitée par une boucle est schématique. Les circuits 23 sont des circuits classiques traitant en particulier l'algorithme de contention pour l'accès au bus Ethernet, de niveau 2 dans la classification des couches OSI (Interconnexion des Systèmes Ouverts) de l'ISO. Les liaisons 31 à 34 sont physiquement des câbles à fibre optique dans laquelle chaque pont de sortie, comme celui référencé 22, émet un flux lumineux de bits de données par une diode laser en transmission synchrone à un débit d'environ 48 Mbls et chaque pont d'entrée 21 détecte le flux optique par une diode de conversion optoélectrique. Dans cet exemple, le commutateur 7 traite un débit ou trafic total de 155 Mbls, cette ressource en bande passante disponible étant gérée selon une Hiérarchie de débits de transmission Synchrone, SDH, avec une trame STM 1 (Multiplex de Transmission Synchrone d'ordre 1) permettant de disposer d'un canal, encore appelé conteneur virtuel, à très haut débit, ici d'ordre 4 (CV4) ou de trois conteneurs virtuels à environ 48 Mb/s (CV3), qui peuvent chacun être remplacés par plusieurs autres conteneurs virtuels à plus faible débit, comme par exemple des conteneurs virtuels à 8 Mb/s (CV2) ou encore 21 conteneurs virtuels CV 1 indice 2, à 2,048 Mb/s. Dans cet exemple, un seul des trois conteneurs virtuels CV3 de l'artère 31 à 34 est utilisé comme bus de liaison entre réseaux 1 à 4. Il reste donc deux CV3 disponibles dans l'artère 31 à 34, soit environ 100 Mb/s de bande passante, qui sont utilisés pour des services autres que le déport d'interface des réseaux locaux 1 à 4, et par exemple pour relier entre eux des autocommutateurs, isolés des réseaux locaux 1 à 4, ou les relier à d'autres appareils de transmission de données. Dans les circuits 12 à 17 reliant le pont 21 au pont 22 et aux circuits d'interface Ethernet 23, une mémoire tampon 12 reçoit les signaux provenant de la liaison 31 à travers le pont 21 et commande une entrée de comparaison d'un comparateur 14 dont l'autre entrée est commandée par une table locale 13 contenant simplement une adresse identifiant le réseau 2 ou contenant des adresses d'appareils de traitement de données du réseau 2 considéré, c'est-à-dire reliés à celui-ci. La table 13 contient ainsi des données d'adressage associant une adresse de destinataire avec un port de sortie 22 ou 23. Le comparateur 14 est relié en sortie au microprocesseur 11 pour commander le vidage de la mémoire 12 vers le pont 22 ou vers les circuits d'interface Ethernet 23 et commande simultanément un circuit démultiplexeur d'aiguillage 15, 16, 17 à deux voies de sortie, disposé en sortie de la mémoire 12. Ce circuit d'aiguillage est formé d'une porte ET 15, reliant la sortie de la mémoire 12 au pont 22, d'une porte ET 17, reliant la sortie de la mémoire 12 aux circuits d'interface 23, et d'un inverseur de commande des deux portes ET 15, 17, n'ouvrant que celle qui convient, sous la commande du comparateur 14. Comme évoqué plus haut, l'émission d'un réseau, 1 par exemple, sur sa liaison de sortie 31 s'effectue à travers les circuits d'interface Ethernet 23, la porte 18 et le pont 22. La porte 18 est une porte ET de transmission des paquets Ethernet, contrôlée par le microprocesseur 11. De façon non représentée, le microprocesseur 11 intervient en fait en coupure sur la liaison interne comportant la porte 18, pour adapter le format des paquets de signaux Ethernet au format de transmission, ici HDLC, du pont de sortie 22 (niveau 2 de l'OSI), et, par une mémoire tampon, adapter le débit de flux de signaux provenant du réseau 2 au débit de sortie optique, à environ 48 Mb/s. Le microprocesseur 11 effectue l'adaptation inverse en ce qui concerne les signaux traversant la porte 17 d'entrée dans le réseau local 2. Le commutateur 7 assure donc une adaptation physique des signaux (optique- électrique) et une adaptation de leur format et du débit, grâce à des mémoires tampon comme celle référencée 12. Comme évoqué au début, il pourrait être prévu une transmission bi directionnelle sur le bus optique 31, 32 et donc des ponts 21, 22 bidirectionnels, le pont 22 ayant donc, en plus, la fonction du pont 21 et réciproquement, et des circuits semblables aux circuits 12 à 17 étant prévus, en sens inverse de celui de la figure 2, pour transmettre des signaux de la liaison 32 vers la liaison 31 et vers les circuits d'interface 23. Le procédé de communication selon l'invention, entre les réseaux locaux 1 à 4, va maintenant être décrit plus en détails. Depuis un réseau émetteur, le réseau 1 par exemple, on émet, vers un réseau récepteur 2, des signaux utiles associés à une adresse d'un réseau 4 par exemple, destinataire des signaux, cette adresse désignant le réseau 4 lui-même ou, dans le cas général, un appareil de traitement de données du réseau 4, - en entrée du réseau récepteur 2, on compare par le comparateur 14 l'adresse reçue, en mémoire 12, à la table locale 13, d'adresses (au moins une) du réseau récepteur 2, - en cas de concordance d'adresses, on fait entrer les données utiles dans le réseau récepteur 2, qui est donc destinataire, - en cas de discordance d'adresses, on détourne, ou renvoie, en entrée du réseau récepteur 2, les signaux et l'adresse associée vers le réseau aval 3, et - on recommence les étapes précédentes jusqu'à ce que les signaux parviennent au réseau destinataire 4, les réseaux récepteur (2) et aval (3) d'un cycle des étapes ci-dessus étant alors respectivement considérés comme réseaux émetteur et récepteur pour le cycle suivant. Ainsi, les signaux émis par le réseau 1 sont transmis exclusivement par l'artère de transmission 31 à 34, à laquelle sont fonctionnellement intégrés les commutateurs 6 à 9, et ces signaux y sont transmis sans être bloqués au niveau des commutateurs (7) et n'en sortent que pour entrer dans le réseau destinataire (4). En particulier, aucun filtrage d'adresse n'est nécessaire dans les ponts 21 et 22 puisque le principe d'aiguillage utilisé consiste à identifier le trafic destiné au réseau local récepteur (2), à le prélever, et, par défaut, à réémettre tout le reste. On verra ci-dessous que la solution duale, d'identification du trafic destiné exclusivement aux autres réseaux, est aussi envisageable. C'est le comparateur 14 qui effectue un tel filtrage entre les ponts 21 et 22 pour extraire les signaux du bus 31, 32 en cas de reconnaissance d'adresse locale et, sinon, pour les transmettre directement du tronçon 31 du bus au suivant 32. En particulier, lorsque le début d'un paquet de bits est reçu et mémorisé en mémoire 12, il peut être simultanément analysé à la volée pour lire dans son en-tête l'adresse du destinataire et ainsi retransmettre immédiatement cet en-tête et la suite du paquet vers le pont de sortie 22, sans attendre d'avoir reçu tout le paquet, s'il ne concerne pas le réseau considéré. Comme évoqué ci-dessus, pour déterminer l'aiguillage d'un flux incident reçu par le pont 21, la solution duale de celle exposée ci-dessus est aussi envisageable en variante, c'est-à-dire que la table locale 13 comporterait alors les adresses externes au réseau 2 considéré, et non plus les adresses internes de celui-ci. La tenue à jour de ces adresses externes, représentant a priori une tâche plus lourde, peut être allégée si les adresses externes désignent uniquement les réseaux autres 1, 3, 4, à l'exclusion des adresses des divers appareils qui y sont raccordés, c'est-à-dire, en pratique, si l'adresse associée aux signaux utiles comporte un préfixe identifiant le réseau destinataire (4), la partie finale de l'adresse n'étant exploitée que dans ce dernier par l'appareil destinataire. Dans cette variante exploitant les adresses externes au réseau récepteur (2), la concordance avec les adresses locales correspond donc à la discordance des adresses exposée plus haut relativement à la table 13 d'adresses internes ou locales. Ainsi d'une façon générale, le procédé de l'invention nécessite de disposer d'une table locale 13 d'adresses associant un pont de sortie 22 ou 23 à toute adresse de destinataire pour déterminer s'il faut faire entrer les signaux du bus 31-34 dans le réseau récepteur 2 ou bien les renvoyer vers le réseau aval 3. Comme évoqué plus haut, on évite donc toute surcharge des réseaux intermédiaires 2, 3 et toute perte de temps de traversée de ceux-ci, puisqu'on les contourne. On remarquera qu'il s'agit d'un traitement de trame de niveau 2 de l' OSI à partir de l'adresse physique MAC, ce qui signifie que le commutateur 7 est universel en ce sens qu'il ne dépend pas du niveau 3 du protocole de communication réseau entre appareils et des niveaux supérieurs. Dans cet exemple et en ce qui concerne uniquement le seul CV3 utilisé pour relier les réseaux 1 à 4, on dispose, en entrée (7) du réseau récepteur (2), de 155 Mbls de ressources de traitement en bande passante pour ses deux liaisons 31 et 32 avec le réseau émetteur 1 (le CV3 en entrée par le pont 21) et avec le réseau aval 3 (le CV3 en sortie par le pont 22); on a affecté des fractions égales, sensiblement le tiers de ces ressources, et plus précisément un peu plus de 48 Mbls utiles, à chacune des liaisons 31, 32 (un CV3 à chacune), si bien que le bus optique ne présente pas de goulot d'étranglement. Le tiers restant des ressources, 48 Mbls utiles, peut être réservé à l'entrée-sortie des signaux dans le réseau destinataire, c'est-à-dire la liaison de la mémoire 12 aux circuits d'interface Ethernet 23. Le débit Ethernet moyen ne pouvant dépasser 30 à 40 Mb/s, les 48 Mbls ci-dessus sont suffisants. Comme exposé plus haut, il est aussi prévu ici un trafic sortant pour tous les réseaux locaux 1 à 4, disposant donc de cette capacité de 48 Mbls. Dans le cas d'un réseau Ethernet 1 à 4 au débit de 10 Mb/s, il suffit de réserver 8 Mb/s pour l'échange des signaux avec le bus optique 3l-34. On peut en outre réserver ou affecter tout ou partie des deux autres CV3 du bus optique 31-34 à des canaux de liaison avec des appareils de transmission de données isolé du réseau local considéré. Les circuits représentés du commutateur 7 traitent aussi ces deux autres CV3 et constituent donc des ressources de traitement des 100 Mb/s qu'ils représentent, ce débit global pouvant être exploité sous forme de canaux de conteneurs virtuels à faible débit. Ce peuvent par exemple être des canaux à 2 ou 8 Mbls de l'artère optique 31-34, de liaison avec un autocommutateur proche du réseau local 2, l'aiguillage de ce canal étant systématique, sans analyse des signaux reçus. L'artère haut débit 31 à 34 ainsi constituée forme la colonne vertébrale d'un réseau intégré de réseaux locaux et éventuellement d'appareils autres, tels qu'autocommutateurs ayant des canaux MIC réservés à chacun dans l'artère ou bien se partageant une ressource de bande passante et y effectuant des transmissions sporadiques en mode paquet. Comme le trafic externe d'un réseau 1 à 4 vers les autres est en pratique limité, puisqu'un réseau local a pour but d'écouler du trafic interne en regroupant les appareils qui ont à communiquer entre eux le plus souvent, les 48 Mb/s offerts au trafic total entre réseaux 1 à 4 sont statistiquement suffisants pour relier un nombre relativement important de tels réseaux locaux 1 à 4, d'autant que les trafics externes des divers réseaux 1 à 4 ne présentent a priori pas de corrélation temporelle. Le commutateur 7 présente donc une interface Ethernet bidirectionnelle 23 de liaison entre l'artère 31 à 34, à laquelle il appartient fonctionnellement, et le réseau local. Dans cet exemple, les circuits d'interface Ethernet 23 sont intégrés avec les ponts 21 et 22 dans le commutateur 7, qui se présente sous la forme d'un tiroir d'armoire électronique. Cette intégration permet au microprocesseur 11 de gérer de façon globale, et donc optimale, d'éventuelles congestions de trafic, en donnant la priorité aux ponts 21, 22 de l'artère optique ou bien aux circuits d'interface Ethernet 23, selon le taux de remplissage des mémoires tampon évoquées plus haut (12), associées aux interfaces 21, 22, 23. La maîtrise de la gestion des congestions de trafic permet des adaptations au cas par cas. On conçoit que l'invention s'applique à tout type de réseau local, quelle que soit sa topologie, sa technologie et son mode de transmission. De même, l'artère 31 à 33, avec éventuellement rebouclage 34, peut être réalisée dans toute technologie adaptée, par exemple en câble à conducteurs métalliques. En particulier, si l'on reste en transmission synchrone, un réseau SONET (0C-3) est bien adapté pour remplacer la hiérarchie SDH ici exposée. REVENDICATIONS 1.- Procédé de communication entre des réseaux locaux reliés par des liaisons de transmission numérique, dans lequel - depuis un réseau émetteur (1), on émet, vers un réseau récepteur (2), des signaux utiles associés à une adresse d'un réseau (4) destinataire des signaux, - en entrée du réseau récepteur (2), on compare l'adresse reçue à une table d'adresses locale du réseau récepteur (2), - si le réseau récepteur (2) est le réseau destinataire, on fait entrer les données utiles dans le réseau récepteur (2), - dans le cas contraire, on détourne, en entrée du réseau récepteur (2), les signaux et l'adresse associée vers un réseau aval (3), et - on recommence les étapes précédentes jusqu'au réseau destinataire (4), en considérant lesdits réseaux récepteur (2) et aval (3) comme réseaux émetteur et récepteur. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel, disposant, en entrée du réseau récepteur (2), de ressources de traitement en bande-passante déterminées pour ses deux liaisons (31, 32) avec le réseau émetteur (1) et avec le réseau aval (3), on affecte sensiblement des quantités égales de ces ressources à chacune des liaisons (31, 32). 3.- Procédé selon la revendication 2, dans lequel on affecte une partie des ressources à l'entrée des signaux dans le réseau destinataire (4) et une autre partie à un canal de liaison avec un appareil de transmission de données isolé du réseau destinataire (4). 4.- Equipement de transmission numérique entre réseaux locaux, pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, comportant des circuits (23) de liaison avec un réseau local, reliés (12, 17) à un ensemble (21) de circuits de transmission numérique de liaison externe avec un réseau local distant, caractérisé par le fait qu'il comporte un autre ensemble (22) de circuits de transmission numérique pour une autre liaison externe (32), les deux ensembles (21, 22) étant reliés par des circuits (12, 15) de liaison directe. 5.- Equipement selon la revendication 4, dans lequel d'autres circuits (18) de liaison interne relient l'autre ensemble de liaison externe (22) aux circuits de liaison locale (23). 6.- Equipement selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel les liaisons entre les deux ensembles (21, 22) de liaison externe sont bidirectionnelles. 7.- Equipement selon la revendication 6, dans lequel les liaisons entre les circuits de liaison locale (23) et chacun des deux ensembles (21, 22) de liaison externe sont bidirectionnelles.