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C. Pham RESO-LIP/INRIA Université Lyon 1 http://www.ens-lyon.fr/~cpham

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C. PhamRESO-LIP/INRIAUniversité Lyon 1http://www.ens-lyon.fr/~cpham

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Réseaux étendus 2Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Le réseau téléphonique: évolutionLe réseau téléphonique: évolution

■ Initialement conçu pour le transport de la voix– fils de cuivre, câble coaxiaux– le réseau garanti la qualité de la connexion

■ De nos jours, l’infrastructure principale est en fibre optique, seule la boucle locale reste pour l ’instant en fils de cuivre– plus grand débit dans les gros tronçons– pose récente de 40000km de fibres par France Telecom

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Réseaux étendus 3Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Numérisation de la voixNumérisation de la voix

■ Numérisation de la voix pour la faire passer dans un canal de 4KHz du réseau téléphonique– échantillonnage à 8KHz pour produire 8000 échantillons de 7 ou 8

bits. Un échantillon toute les 125 us (Pulse Code Modulation). – Débit = 64 Kbits/s

■ Une ligne T1 groupe 24 canaux de communication– Trame de 193 bits (24x8 +1) périodiquement émise– Débit brut de 1.544 Mbits/s.

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Réseaux étendus 4Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Hiérarchie de multiplexageHiérarchie de multiplexage

7

7:1

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Réseaux étendus 5Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

PlesiochronousPlesiochronous Digital Digital HierarchyHierarchy

– Le remplacement des structures de télécommunication s'est faite au fur et à mesure avec un mélange de lignes numérique (type E1/T1) et de lignes encore analogiques. De ce fait, les horlogesdes différentes lignes n'était pas exactement synchronisées. Le multiplexage de ces lignes occasionnait une différence entre leshorloges.

– Pour pallier à ces problèmes, on utilise un débit en sortie supérieur à la somme des débits d'entrés pour pouvoir compenser les différences d'horloge en rajoutant de bits de bourrage. Ce principe s'appelle PDH pour Plesiochronous Digital Hierarchy (presque synchrone).

– L'inconvénient était de ne pas pouvoir déterminer de manière sûre le début d'un canal multiplexé sans le dé-multiplexer au préalable. La conséquence est la suivante: pour satisfaire un utilisateur désirant louer une ligne à 2 Mbits/s, l'opérateur doit complètement dé-multiplexer le flux haut-débit pour récupérer le flux à 2 Mbits/s et ensuite re-multiplexer les flux (drop-and-insert ou add-drop multiplexer).

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Réseaux étendus 6Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

PDH, manque de synchronismePDH, manque de synchronisme

12

123

3

123

123 123 123

12

123

3

123

12 12 12 XXXXXX

Synchrone

octets de bourrages

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Réseaux étendus 7Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

PDH: PDH: AddAdd Drop MultiplexerDrop Multiplexer140

8

32

2

user

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Réseaux étendus 8Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Digital Telephony in 1984Digital Telephony in 1984

Key System Aspects:Key System Aspects:•• M13 Building BlocksM13 Building Blocks•• AsynchronousAsynchronous OperationOperation•• Electrical DS3 SignalsElectrical DS3 Signals•• Proprietary Fiber Systems Proprietary Fiber Systems •• Brute ForceBrute Force Cross ConnectCross Connect•• AT&T Network/Western AT&T Network/Western Electric EquipmentElectric Equipment

CentralCentralOfficeOffice

CentralCentralOfficeOffice

CentralCentralOfficeOffice

FiberFiber

Fiber OpticFiber OpticTransmissionTransmission

SystemsSystems•• SwitchesSwitches•• Leased LineLeased Line

M13M13 M13M13

DS3DS3

DS1DS1

DS3DS3

DS1 CrossDS1 CrossConnectConnect

M13M13

DS1DS1

DS1DS1

No GuaranteedNo GuaranteedTimingTiming

SynchronizationSynchronization

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Réseaux étendus 9Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

PostPost--AT&T Divestiture DilemmasAT&T Divestiture Dilemmas

Needs:Needs:•• Support Faster Fiber Support Faster Fiber •• Support New ServicesSupport New Services•• Allow Other TopologiesAllow Other Topologies•• Standardize RedundancyStandardize Redundancy•• Common OAM&PCommon OAM&P•• Scalable Cross ConnectScalable Cross Connect

DifferentDifferentCarriers,Carriers,VendorsVendors

•• SwitchesSwitches•• Leased LineLeased Line•• LAN ServicesLAN Services•• Data ServicesData Services

M13M13

SupportSupportOtherOther

Topologies,Topologies,Protect FibersProtect Fibers

DS1DS1

InternalInternalDS3 CrossDS3 CrossConnectConnect

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Réseaux étendus 10Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

SONET/SDHSONET/SDH

■ Les inconvénients du PDH ont conduit à la définition d'une hiérarchie standard plus souple. De plus, il est devenu très vite nécessaire de pouvoir interconnecter un grand nombre de systèmes provenant de différents opérateurs (américains, européens et japonais).

■ SONET (Synchronous Optical NETwork) a été développé par Bellcore à partir de 1985. Le CCITT s'est joint à l'effort et a également proposé des recommendations similaires appelées SDH (Synchronous Digital Hierarchy).

■ Transporte tous types de trafic (IP, ATM…), fiable, tolérant aux pannes (double anneau avec résilience).

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Réseaux étendus 11Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Couche physique SONETCouche physique SONET

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Réseaux étendus 12Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Infrastructure SONET/SDHInfrastructure SONET/SDH

PTEPTE

SONET EndSONET EndDevice Device -- I.e.I.e.TelephonyTelephonySwitch, RouterSwitch, Router

•• Section Termination (STE)Section Termination (STE)

SectionsSections

RepeatersRepeaters

PTEPTE

LineLine

•• Line Termination (LTE)Line Termination (LTE)

PathPath

•• Path Termination (PTE)Path Termination (PTE)

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Réseaux étendus 13Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

La trame SONET (1)La trame SONET (1)

■ La trame de base est longue de 810 octets– émise toute les 125 us, débit brut de 51.84 Mbits/s (STS-1)– mieux représenté par un bloc de 90 colonnes et 9 lignes– SDH définit STM-1 qui correspond à un STS-3

90 Bytes90 BytesOr “Columns”Or “Columns”

99RowsRows

Section Overhead (SOH)

Line Overhead (LOH)Path Overhead (POH)

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Réseaux étendus 14Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

La trame SONET (2)La trame SONET (2)

■ La possibilité de commencer le SPE (Synchronous Payload Envelope) n'importe où permet de remplir à la volée les trames SONET qui passent.

■ La partie réservée à la signalisation permet bien évidemment de transporter des données de synchronisation, de maintenance et d'administration mais 3 octets sont également réservés pour véhiculer un canal PCM de voix pour la maintenance.

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Réseaux étendus 15Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

La trame SONET STM1La trame SONET STM1-- détails des pointeursdétails des pointeurs

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Réseaux étendus 16Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Headers: Section Overhead (SOH)Headers: Section Overhead (SOH)

A1=0xF6

A2A2=0x28=0x28

C1C1STSSTS-- IDID

B1B1BIPBIP--88

E1E1OrderwireOrderwire

F1F1UserUser

D1D1Data ComData Com

D2D2Data ComData Com

D3D3Data ComData Com

Section OverheadSection Overhead•• 9 Bytes Total9 Bytes Total•• Originated And Terminated By All Originated And Terminated By All Section Devices (Regenerators, (Regenerators, MultiplexersMultiplexers, CPE), CPE)•• Other Fields Pass UnaffectedOther Fields Pass Unaffected

RcvRcvSOHSOH

Selected Fields: •A1,A2 - Framing Bytes•BIP-8 - Bit Interleaved Parity•E1 - Voice (maintenance)•D1,D3 - data com. for the network mngt of the section• F1 User - Proprietary Management

XmtXmtSOHSOH

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Réseaux étendus 17Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Headers: Line Overhead (LOH)Headers: Line Overhead (LOH)

H1H1PointerPointer

H2H2PointerPointer

H3H3Pointer ActPointer Act

B2B2BIPBIP--88

K1K1APSAPS

K2K2APSAPS

D4D4Data ComData Com

D5D5Data ComData Com

D6D6Data ComData Com

Line OverheadLine Overhead•• 18 Bytes Total18 Bytes Total•• Originated And Terminated By All Originated And Terminated By All Line Devices (Line Devices (MultiplexersMultiplexers, CPE), CPE)•• LOH+SOH=TOH (LOH+SOH=TOH (Transport OHTransport OH))

Selected Fields: •H1-3 - Payload Pointers•K1, K2 - AutomaticProtection Switching• D4-D12 - 576 kbps OSI/CMIP

D7D7Data ComData Com

D8D8Data ComData Com

D9D9Data ComData Com

D10D10Data ComData Com

D11D11Data ComData Com

D12D12Data ComData Com

S1S1SyncSync

M0M0REIREI

E1E1OrderwireOrderwire

RcvRcvSOHSOH

XmtXmtSOHSOH

XmtXmtSOHSOH

XmtXmtLOHLOH

RcvRcvSOHSOH

RcvRcvLOHLOH

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Réseaux étendus 18Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Headers: Path Overhead (POH)Headers: Path Overhead (POH)

J1J1TraceTrace

B3B3BIPBIP--88

C2C2Sig Sig LabelLabel

Path OverheadPath Overhead•• H1,H2 fields of LOHH1,H2 fields of LOH points to points to Beginning of POHBeginning of POH

Selected fields:•BIP-8 - Parity• C2 - PayloadType Indicator• G1 - End End Path Status

G1G1Path StatPath Stat

F2F2UserUser

H4H4IndicatorIndicator

PTEPTE

Z3Z3GrowthGrowth

Z4Z4GrowthGrowth

Z5Z5TandemTandem

PTEPTESTESTE

Frame NFrame N

Frame N+1Frame N+1Frame NFrame N

Frame N+1Frame N+1

•• POH Beginning POH Beginning FloatsFloats Within FrameWithin Frame

•• 9 Bytes (1 Column) 9 Bytes (1 Column) SpansSpans FramesFrames

•• Originated And Terminated By All Originated And Terminated By All Path Devices (I.e. CPE, Switches)Path Devices (I.e. CPE, Switches)

•• STE Can Relocate PayloadSTE Can Relocate Payload

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Réseaux étendus 19Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Accommodating JitterAccommodating Jitter

Positive Stuff Positive Stuff Negative Stuff Negative Stuff

•• To Shorten/LengthenTo Shorten/Lengthen Frame:Frame:•• Byte After HByte After H33 Ignored; Or H3 Holds Extra Byte Ignored; Or H3 Holds Extra Byte •• H1, H2 Values Indicate Changes H1, H2 Values Indicate Changes -- Maximum Every 4 FramesMaximum Every 4 Frames•• Requires Requires CloseClose (Not Exact) (Not Exact) Clock SynchClock Synch Among ElementsAmong Elements

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Réseaux étendus 20Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

SONET/SDH et la résilienceSONET/SDH et la résilience

■ L'avantage de SONET/SDH réside dans la protection contre les pannes, implémentée avec des anneaux multiples

■ Ex: Cas simple

DCS(Digital Cross-Connects)

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Réseaux étendus 21Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

SONET/SDH et la résilienceSONET/SDH et la résilience

Cas le plus souvent utilisé chez les opérateurs

Cas bi-directionnel

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Réseaux étendus 22Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Packet Over SONET (POS)Packet Over SONET (POS)

PPPPPP ByteByteStuffStuffFCSFCS ScramblingScrambling SONETSONET

FramingFraming

Standard PPP Encapsulation• Magic Number Recommended• No Address and Control Compression• No Protocol Field Compression

Standard CRC Computation• OC3 May Use CRC-16• Other Speeds Use CRC-32

Special Data Scrambler• 1+ x43 Polynomial• Protects Against Transmitted Frames Containing Synch Bytes Or Insufficient Ones Density

SONET Framing• OC3, OC12, OC48, OC192 Defined• C2 Byte = 0x16 With Scrambling• C2 Byte = oxCF Without (OC-3)

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Réseaux étendus 23Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Packet over Packet over SONET (POS)SONET (POS)

■ Transport d'IP au dessus de SONET/SDH

■ Disponible: OC-192 (10 Gb/s)■ Prochaine évolution : OC-768 (40 Gb/s)

Data

IP

SONET

Fibre optique

VoixVidéo

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Réseaux étendus 24Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Wavelength laser

transponders

DemuxMux

Wideband receivers

Gigabit IP Router

IP/PPP/HDLC packet mappings to SONET frames (OC-48, OC-192)

Gigabit IP Router

SO

NE

T

SO

NE

T

Point-to-point DWDM links

(linear or ring SONET

topologies)

IP routing protocols (OSPF,

BGP)

IPIP--SONETSONET--WDM using POSWDM using POS

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Réseaux étendus 25Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Removing the transport layers

Optical Optical Optical Optical

SONET ATM SONET

ATM

IP

IP IP

IP

Lower Cost, Complexity, & Overhead

Traditional

IP Over ATM POS

IP-OG

Today

Tomorrow

Demain: Demain: IP over Optical Networks (IPO)IP over Optical Networks (IPO)

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Réseaux étendus 26Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Physical Optics Layer

WDM Layer

Layering (overlay) approaches

SONET

ATM

IP

IP

IP

Direct MP S-based approach

IPSONET

ATM

IP

IP

Traditional SONET-based approaches

IPO: Control PlanesIPO: Control Planes

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Réseaux étendus 27Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Removing the transport layers

Optical Optical Optical Optical

SONET ATM SONET

ATM

IP

IP IP

IP

Lower Cost, Complexity, & Overhead

Traditional

IP Over ATM POS

IP-OG

Today

Tomorrow

IP over Optical Networks (IPO)IP over Optical Networks (IPO)

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Réseaux étendus 28Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Protection for IP over DWDMProtection for IP over DWDM

■ Optical protection is not sufficient– Only protects transmission infrastructure

■ Layer 3 must provide path restoration– Opportunity for differentiation at the service level

Optical Cloud

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Réseaux étendus 29Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Packet Label Switch Router (LSR)

Link 1

Link 2

Link 3

Output buffersSwitching fabric3

9

Link 4

Link 5

Link 6

Link 1: label 3 Link 6: label 9

Demux

MuxOptical switching fabric

Lambda Switch Router ( SR)

Fiber 1

Fiber 2

Fiber 3

Fiber 4

Fiber 5

Fiber 6

Fiber 2: lambda blue Fiber 4: lambda red

Converters (optional)

Control

OSC

Control information physically coupled

with data

Control information physically decoupled

from data

Ethernet (e.g.,outband control

channel/network)

MultiMulti--Protocol Lambda SwitchingProtocol Lambda Switching

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Réseaux étendus 30Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Link-state database w. extensions

Extended IGP protocols

(OSPF, IS-IS)

Link Management

Protocol

Signaling protocols

w. extensions

Constraint-Based Routing

Key Elements Overview

Coordinate jointly with LSP control.

Wavelength channel signaling: setup/teardown,

protection/ restoration

Added optical metrics

Topology/resource distribution

Neighbor discovery, monitoring

MultiMulti--Protocol Lambda SwitchingProtocol Lambda Switching

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Réseaux étendus 31Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

LinkLink--Level Restoration OverviewLevel Restoration Overview

■ A lightpaths is locally restored by selecting an available pair of channels within the same link

■ If no channel is available then the end-to-end restoration is invoked

3 10 7 5 7

12

75 47

1 9

4A

B C D

E

Drop port Drop port

14

Original Channel Pair

New Channel Pair

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Réseaux étendus 32Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

EndEnd--toto--End Restoration OverviewEnd Restoration Overview

– A shared backup path is “soft-setup” for each restorable primary path

– When local restoration fails, triggers are sent to the end-nodes via signaling

3 10 7 5 7

12

75 4

8 7 9 485

7

1 9

4A

B C D

E

HGF

Drop port Drop port

14

Primary Path

Shared Backup

Path

Local Restoration

Failure

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Réseaux étendus 33Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Optical network

IP address registration

IP border router

UNISONET DCS

IP border router

SONET DCS

Software signaling interface

Endpoint reachability,

service discovery

UNI

NMS control

Border OXC

Border OXC

Core OXC

Modified IP-MPLS protocols or proprietary

signaling/routing

IPIP--Optical using Signaled OverlayOptical using Signaled Overlay

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Réseaux étendus 34Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

IP/MPLS client router

Full peering

Lambda switch routers ( SR), switch purely on wavelengths Label edge router

(LER)

“optical LSP”

IP/MPLS client router

OXC ( SR)

OXC ( SR)

IP and optical domains

Modified IGP and signaling protocols

OXC IP addresses

Router IP addresses

IPIP--Optical using Peer ModelOptical using Peer Model

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Réseaux étendus 35Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Les équipements(1)Les équipements(1)

■ gamme Cisco 12000, routeurs d’Internet

■ Cisco OC-3/STM-1 Carte d'interface Packet-over-SONET/SDH

■ Nortel Networks: gamme OPTera Metro 3000

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Réseaux étendus 36Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Les équipements(2)Les équipements(2)

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Réseaux étendus 37Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Les équipements(3)Les équipements(3)

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Réseaux étendus 38Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Quelques prix (1)Quelques prix (1)

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Réseaux étendus 39Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Quelques prix (2)Quelques prix (2)

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Réseaux étendus 40Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

SDH dans les réseaux métro des opérateursSDH dans les réseaux métro des opérateurs

source Alcatel

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Réseaux étendus 41Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Architecture de distributionArchitecture de distribution

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Réseaux étendus 42Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Vers une généralisation de la fibreVers une généralisation de la fibre

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Exemple de réseauxExemple de réseaux

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RENATER 2, le réseau de recherche françaisRENATER 2, le réseau de recherche français

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RENATER 2bisRENATER 2bis

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RENATER 2, les liaisonsRENATER 2, les liaisons

■ Les liaisons nationales de Renater 2 sont constituées de liaisons SDH. Une "liaison PDH" ou une "liaison SDH" est une liaison d'infrastructure (niveau 1) à haut débit (34 ou 45Mbits/s pour PDH, 155Mbit/s et au dessus pour SDH) point à point.

■ Ces liaisons relient les commutateurs ATM de Renaterqui sont situés dans les NRD et dans le NIO. L'ensemble de ces éléments fournit un service de circuits virtuels (VP) ATM. Des routeurs IP, situés également dans les NRD et le NIO, et interconnectés par ces VP ATM, fournissent le service IPv4.

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RENATER 2, architecture généraleRENATER 2, architecture générale

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RENATER 2, le système centralRENATER 2, le système central

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Réseaux étendus 49Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Le GIX SFINXLe GIX SFINX

■ Global Internet eXchange, Service for French INternet eXchange. Initialement 1 seul POP, 3 maintenant.

■ Les POPs SFINX sont interconnectés pour permettre à des prestataires de services Internet et auxopérateurs connectés sur un POP d'échanger du trafic avec ceux connectés sur les autres POPs.

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Réseaux étendus 50Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Architecture SFINXArchitecture SFINX

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Réseaux étendus 51Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Les nouveaux réseaux de l'InternetLes nouveaux réseaux de l'Internet

■ Les nouveaux réseaux de l’Internet

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