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Les réseaux de recherche et d’éducation au Canada

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Avec Ca*net4 l’utilisateur retrouve la maîtrise nécessaire aux applications innovantes.
Rencontre avec René Hatem, architecte en chef du réseau Ca*net3 à Canarie, Ottawa le 13/12/2001

0.1  Canarie

L’interconnexion des Réseaux de recherche et d’éducation (REN) des différentes régions du Canada est réalisée par Canarie, une association a but non lucratif fondée en 1993, qui a pour but « d’accélérer le développement de l’internet canadien et de faciliter la création d’application innovantes qui exploitent la puissance de cette infrastructure pour le bénéfice des canadiens ».

Canarie a donc deux rôles principaux :

·  Mettre en place et gérer le réseaux d’éducation et de recherche entre les provinces du Canada. Dans ce cadre il a une fonction proche de GIANT en Europe qui interconnecte les REN des pays européens.

·  Co-financement des applications innovantes. Dans ce cadre il a une fonction proche des réseaux français de soutien à l’innovation (RNRT, RNTL, RIAM). Pour cette partie, voir en particulier la fiche « Le soutien à l’innovation au Canada »

Canarie interconnecte donc les réseaux des régions, les « ORAN » (Optical Regional Advanced Networks) :

·  British Columbia (Colombie Britannique) : BCNET

·  Alberta : Netera

·  Saskatchewan : Srnet

·  Manitoba : Mrnet

·  Ontario : Onet

·  Québec : RISQ

·  Nova Scotia (Terreneuve) : ACORN-NS

·  New Brunswick : NB ECN

·  Newfoundland : NF

·  Prince Edward Island : PEI

Canarie regroupe 120 membres. Le conseil d’administration de Canarie est composé de 22 membres : 11 viennent du secteur privé et 11 du secteur de l’éducation et de la recherche. Ce Conseil d’Administration, très réputé apporte une grande crédibilité à Canarie. Une équipe permanente d’une trentaine de personnes suit les programmes. Le principal du financement vient d’Industrie Canada.

·  Jusqu’en 1996, Canarie a financé l’expansion du réseau internet au Canada (Ca*net). Il s’agit alors de l’équivalent du NSFnet aux USA.

·  En 1996 est lancé le NTN (National Test Network)

·  En 1997 est lancé le premier réseau d’interconnexion transcanadien d’éducation et de recherche – Ca*net2

·  En 1998 est lancé ca*net3, le réseau actuel

·  En 2002 sera lancé le nouveau réseau : ca*net4

0.2 La philosophie du réseau Ca*net

La philosophie du réseau Ca*net est d’enlever au maximum de la complexité pour réduire les coûts. En ce sens elle se rapproche de la philosophie américaine et de celle néerlandaise, par opposition à la philosophie utilisée dans le reste de l’Europe.

Ainsi les réseaux encapsulent souvent différentes couches de protocoles :

·  Sonet pour gérer la fibre optique

·  ATM pour permettre de passer des réseaux données, voix et image

·  Ip pour le trafic internet

Le réseau Ca*net a supprimé totalement la couche ATM et n’utilise aucune des fonctionnalités de la couche Sonet mis à part l’encapsulation des paquets pour leur transport sous forme optique. Il s’oriente de plus en plus vers une simple gestion de Gigabit Ethernet qui simplifie énormément la gestion du réseau. L’efficacité perdue est compensée par la bande passante plus abondante que nécessaire.

De même, la dorsale optique n’est pas une « boucle optique » qui nécessiterait la pose d’une deuxième fibre optique primaire à travers tout le Canada.

Les Canadiens ne croient pas à la disponibilité de 99,99% poussée par les opérateurs télécoms. Ils ne croient pas non plus dans la Qualité de Service et dans MPLS très poussés en Europe. Ils préfèrent opter pour la simplicité et gérer la diversité au niveau IP (couche 3).

Pour Canarie, le rapport entre le coût d’un réseau simple et celui d’un réseau sophistiqué et de 1 à 100 ou même 1 à 1000 si on prend en compte le niveau d’expertise nécessaire et les coûts de supports et d’opération. La simplicité du réseau permet de couvrir 95% des problèmes, même si dans ce cas il vaut mieux prévoir d’autres réseaux parallèles à l’internet pour la téléchirurgie (voir en particulier l’expérience de téléchirurgie effectuée récemment entre New-York et Strasbourg).

Le Canada propose de remplacer la sophistication par l’abondance de bande passante disponible dans les nouvelles fibres optiques. De ce point de vue on pourrait qualifier l’approche européenne de gestion des ressources rares et l’approche américaine de gestion de l’abondance. Ces deux approches sont souvent opposées et répondent à des contraintes différentes : efficacité ou adaptabilité (voir en particulier l’introduction du livre « TIC l’indispensable pour comprendre et décider »)

0.3 Ca*net3

Ca*net3 est le nom de la dorsale actuelle qui interconnecte les réseaux régionaux. Il s’agit d’un programme prévu jusqu’au 31 juillet 2002. Il comprend également 3 points de présence internationaux à Seattle, Chicago (Startap) et New-York. Ainsi, le réseau québécois RISQ par exemple est interconnecté aux autres réseaux par l’intermédiaire de Ca*net3.

Le programme total Ca*net3 représente un financement total de 55 millions de dollars canadiens (environ 38.5 M€) et interconnecte plus de 80 universités, plus de 50 collèges, plus de 2000 écoles et plus de 10 centres de recherche. N’importe quelle entreprise peut être connectée à Ca*net3 pour ses activités de recherche, mais elle doit avoir une autre connexion à l’internet pour son trafic commercial.

Ca*net 3 a été lancé à la suite d’un RFI (Request For Information) qui a attribué le marché à un consortium composé de Bell Nexxia, JDS Uniphase, CISCO, Alcatel et Nortel.

Il est composé d’une fibre optique DWDM (permettant de faire passer plusieurs signaux simultanément sur des longueurs d’ondes différentes). Sur cette fibre, 8 longueurs d’ondes sont affectées au réseau de Bell Nexxia et 8 autres longueurs d’ondes sont réservées au réseau Ca*net3 de Canarie. Pourtant seules 2 longueurs d’ondes sont actuellement « allumées » pour le réseau ca*net3, ce qui suffit très largement au trafic actuel. Chaque longueur d’onde est de type OC-48 (2,5 Gbits/s par longueur d’onde). Les autres longueurs d’ondes ne seront pas « allumées » car il revient moins cher de mettre en place un réseau de nouvelle génération (Ca*net4) que de développer l’ancien.

Il existe également une dorsale alternative en cas de problème sur le réseau principal. Il s’agit d’une fibre optique classique passant donc une seule longueur d’onde de type Sonet OC-12 (622 Mbits/s). Elle est connectée à Vancouver, Winnipeg et Montréal et assure le trafic international vers Seattle et New-York.

0.4 Les réseaux régionaux (ORANs)

Les 10 réseaux régionaux (Optical Regional Advanced Networks), ne sont pas tous au même niveau. Certains ont des solutions innovantes. Canarie aide également au financement de ces réseaux régionaux.

Par exemple le réseau ACORN en Terre Neuve est constitué de fibres optiques DWDM sur 1500 Km. Les équipements métropolitains (MAN) sont utilisés pour interconnecter les réseaux longue distance (WAN).

Le réseau Netera en Alberta utilise une technique CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing). Les longueurs d’ondes utilisées sont plus espacées qu’en DWDM. Les équipements peuvent donc être moins rigoureux. Le gros avantage du CWDM pour un réseau régional est son coût, bien moins élevé que les réseaux DWDM. Ainsi le réseau Netera de 350 Km en Alberta est revenu à 1000 dollars canadiens le kilomètre (environ 760 €).

Le RISQ entre autre a testé des réseaux sans opérateurs pour les villes. Un nouveau concept se développe : les « Combo Fiber Builds ». Celles-ci sont surtout utilisées par les écoles qui mettent en place leur propre réseau en s’alliant avec les opérateurs télécoms pour poser les fibres manquantes (les opérateurs télécom ont l’exclusivité pour poser les fibres mais pas pour gérer les réseaux). Au lieu d’avoir un serveur et un routeur par école, la commission scolaire des affluents au Québec a mis en place un tel réseau qui ne nécessite plus que 2 serveurs et un routeur pour toutes les écoles au prix d’ajouter des commutateurs à chaque nœud du réseau. L’économie réalisée a permis de rembourser les investissements en seulement deux ans.

0.5  Ca*net4

Le contrat pour Ca*net3 se terminant le 31 juillet 2002, le prochain réseau canadien se nomme Ca*net4. Il s’agit d’un programme de 110 millions de dollars canadiens (environ 83 M€).

Le taux d’occupation du réseau Ca*net3 d’ici à l’été 2002 devrait être trop important pour garder la marge nécessaire à une approche simple du réseau grâce à de la bande passante en abondance. En effet, lorsqu’on calcule les trafics non plus comme des moyennes sur des temps relativement long, mais comme des trafics de pointe, on s’aperçoit que les besoins en bande passante sont plus importants. Si on a besoin de 100 Mbits/s en calculant une moyenne sur une minute, il faut compter 5 ou 6 fois plus si on calcule la moyenne par seconde à cause des pointes de trafic.

Plutôt que d’allumer les 6 longueurs d’ondes encore disponibles sur la fibre optique qu’utilise Ca*net3, il a été trouvé moins cher de développer un nouveau réseau en partant de zéro utilisant des technologies plus évoluées que celles utilisées à l’époque en 1998.

Le nouveau réseau Ca*net4 se veut l’infrastructure de l’innovation. Il est basé sur deux réflexions :

Le développement de l’e-science

Dans les réseaux GRID habituels, on interconnecte de nombreuses machines dans des universités et des centres de recherche pour constituer une machine virtuelle qui dispense de la puissance de calcul à la demande et s’adapte à chaque instant aux besoins. Il faut cependant acheter un réseau virtuel entre les différents centres, dédié au GRID. Ce qui limite l’extension du GRID à l’utilisation de la puissance de calcul de quelques universités et centres de recherche.

Parallèlement se met en place une démocratisation de la science avec par exemple l’expérience SETI (Search for Intelligence) qui utilise les ordinateurs de 2,6 millions d’internautes à travers le monde à leurs moments perdus.

Un projet nommé « Cosmic Ray e-science » a été lancé en Alberta. Il consiste à placer des détecteurs de rayon cosmiques sur les toits d’écoles. Le signal reçu est traité sur les ordinateurs de l’école et envoyé automatiquement à l’ordinateur d’un des centres de recherche de l’Alberta. Le calcul de l’angle d’incidence et de l’intensité du rayonnement croisé entre les différents lieux permet de déterminer l’origine de la pluie de rayonnement cosmique (activité du soleil, supernova…). Cette initiative s’étend actuellement à des écoles au-delà de l’Alberta. Le résultat intéressant est le changement de perception de la science par les élèves. Elle n’est plus quelque chose d’abstrait qui se fait dans des laboratoires éloignés mais les jeunes s’impliquent plus dans cette science qui se fait sous leurs yeux.

La recherche d’un nouveau modèle d’affaire pour les réseaux

Le nouveau credo de Canarie est que la longueur d’onde et la fibre appartiennent aux extrémités. Canarie ne se place plus comme un intermédiaire entre les réseaux régionaux mais comme un médiateur. Le réseau devient de plus en plus virtuel. Déjà Ca*net3 ne disposait pas de ses propres fibres mais simplement de longueurs d’ondes dans des fibres utilisées par ailleurs pour un autre réseau commercial, celui de Bell Nexxia. Dans Ca*net4, les réseaux régionaux et même certains organismes pourront gérer eux-mêmes leur propre réseau sous forme de longueurs d’onde dans le fibres optiques. Canarie devenant en quelque sorte la centrale d’achats groupés.

C’est finalement un retour aux origines de l’internet qui a été vu comme un moyen pour des universités de s’interconnecter. Depuis, se sont développées des intermédiaires qui se chargent de cette interconnexion. Ca*net 4 veut redonner la maîtrise de longueurs d’ondes aux réseaux régionaux, aux universités ou même à des postes nécessitant un très gros trafic. Par exemple, une université de Vancouver pourra ainsi choisir de dédier directement une longueur d’onde de la fibre pour s’interconnecter directement avec une autre université à Montréal avec laquelle elle a un gros échange de trafic. Le réseau virtuel constitué des différentes longueurs d’ondes circulant sur la fibre optique pourra être ainsi reconfiguré par les utilisateurs, sans avoir à tenir compte du réseau physique constitué de la fibre elle-même. Bien sûr une telle approche n’est possible que si on dispose de bande passante en abondance et que l’on est prêt à en « gâcher » une partie (une liaison entre deux points n’est pas pour autant utilisée dans sa totalité). La multiplication des routes virtuelles ainsi constituées permet cependant une très grande adaptabilité à l’évolution des besoins de trafic entre les points sans avoir à le planifier à l’avance.

Un exemple similaire peut être donné dans l’informatique. Avant lorsque la puissance CPU était chère, elle était partagée entre des utilisateurs qui devaient la réserver. Aujourd’hui, chaque utilisateur dispose de son propre ordinateur personnel mais ne se plaint pas de la mémoire et de la puissance non utilisée qui est « gâchée » à chaque instant.

L’architecture de Ca*net4

Ca*net4 mettra en place une dorsale ou les réseaux régionaux pourront disposer de plusieurs longueurs d’ondes pour s’interconnecter directement avec les autres points qu’ils souhaitent (par exemple 4 longueurs d’ondes dans un premier temps, mais ce nombre n’est pas encore complètement déterminé).

Une longueur d’onde sera conservée pour assurer un service de dorsale classique identique à Ca*net3. Mais pour les autres longueurs d’ondes, les réseaux régionaux pourront contourner Canarie et s’interconnecter eux mêmes entre eux.

Pour bénéficier d’un grand nombre de longueurs d’ondes, celles-ci sont en fait des « longueurs d’ondes virtuelles ». Le nouveau réseau devrait utiliser une fibre optique de type DWDM avec des longueurs d’ondes physiques de type OC-192 (10 Gbits/s). Chaque longueur d’onde est encore redécomposée en plusieurs canaux traités comme des « longueurs d’onde virtuelles » qui utilisent au niveau bas des protocoles de type Gigabits Ethernet. Cela permet de disposer d’un grand nombre de longueurs d’ondes virtuelles qui se gèrent comme de simples réseaux Ethernet. Il pourrait y avoir dans un premier temps une vingtaine de canaux dans Ca*net4.

Chaque point de présence disposera d’un Commutateur. Canarie, qui ne gère déjà pas les fibres optiques, ne s’occupera que d’assurer au point de présence : le courant électrique, l’air conditionné, la protection contre l’incendie et la sécurité. Il est même prévu que ces points de présence seraient à terme gérés de façon régionale. Canarie n’aurait alors plus pour rôle que de définir l’architecture globale, d’aider au financement du réseau, de servir de centrale d’achats groupés et d’assigner les parts des commutateurs à chaque réseau régional suivant une approche peer to peer.

Canarie travaille actuellement sur une évolution des protocoles pour permettre cette interconnexion directe. Tous les trois mois par exemple, chaque réseau régional (ou même chaque centre auxquels ils auront délégué une longueur d’onde) pourront proposer à un autre centre ou réseau une interconnexion et la mettre en œuvre.

Chaque réseau régional pourra donner certaines de ses longueurs d’ondes à ses organismes clients et même si nécessaire à un chercheur. Lorsqu’une longueur d’onde de BCNET en Colombie Britannique sera « connectée » par exemple entre Vancouver et Montréal, cette longueur d’onde sera inutilisée sur le reste du réseau (au-delà par de Montréal). La longueur d’onde sur ce tronçon pourra alors être donnée ou vendue par BCNET à un autre organisme utilisant le réseau.

Quelle version d’IP sur le réseau Ca*net4 ?

Ipv6 et Ipv4 devraient pouvoir coexister sur une même longueur d’onde. Mais le Canada ne considère pas Ipv6 comme un priorité car il n’y a pas vraiment de manque d’adresses IP en Amérique du Nord (contrairement au reste du monde) et qu’il y a des résistance à cause des mécanismes NAT qui permettent d’adresser un grand nombre de postes dans un réseau en n’utilisant vers l’extérieur que quelques adresses grâce à la « traduction d’adresse » (Ce mécanisme ne permet pas cependant comme Ipv6 d’accéder directement à un système à l’intérieur du réseau et ne permet donc pas de placer à l’intérieur du réseau, sans adresse propre des serveurs Web ou des postes « appelables » en visiophonie ).

Pour Canarie, le modèle « end-to-end » tel qu’il est prévu dans Ca*net4 est bien adapté à la recherche, mais n’est pas intéressant - pour l'instant - pour le monde privé qui nécessite un bien plus grand nombre de lieux à interconnecter.

Source : http://www.fing.org/index.php?num=2458,1

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Jean-Michel Cornu - 14 janvier 2002