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L'importance de l'infrastructure Réseau pour les applications multimédia
– « Medianet »

Date de publication: 04.07.2012

La multiplication d’outils de collaboration (téléphonie, téléprésence, instant messaging…) mais aussi le déploiement de solutions de vidéosurveillance basées sur IP continuent d’impacter l’infrastructure réseau des entreprises. Au delà de la simple problématique d’augmentation de la bande-passante consommée, l’infrastructure réseau doit non seulement simplifier la mise en œuvre de ces services (auto-détection, auto-configuration, localisation, gestion de l’alimentation en électricité) mais aussi assurer leur bon fonctionnement (qualité de service, optimisation du routage et outils de détection et de résolution de problèmes). L’infrastructure réseau Cisco (commutateurs, routeurs, bornes WiFi…) offre une instrumentation sans équivalent sur le marché pour assurer ces fonctions et ainsi permettre à la fois une baisse des coûts de déploiement des services mais également une baisse des coûts opérationnels.

Connexion des terminaux multimédia

La première problématique rencontrée est généralement au niveau de l’accès réseau : les équipes en charge des déploiements multimédia sont généralement distinctes de celles en charge du réseau. Aussi la connexion des équipements doit être simplifiée. L’instrumentation embarquée à la fois sur les commutateurs d’accès mais aussi sur les équipements de terminaison Cisco permettent de réduire les coûts et les délais des projets de déploiement.

Accès unifié – auto-configuration du réseau et des équipements de terminaison

Avec Cisco auto-smartports, les équipements de terminaison multimédia, par exemple des téléphones, les DMP (Digital Media Player), des caméras de vidéosurveillance sont automatiquement et dynamiquement reconnus par les équipements réseau qui s’auto-configurent en conséquence. Le profiling deséquipements est fait à partir de leurs adresses MAC, des protocoles CDP et LLDP mais également en analysant les flux DHCP.Les configurations à appliquer dans chacun des cas de figure sont définies par l’administrateur. Avec l’architecture d’ « accès unifié » Cisco, il n’est plus nécessaire de configurer chaque port en fonction de l’équipement connecté : le réseau va s’adapter automatiquement et de manière sécurisée, le tout piloté par un serveur ISE (Identity Service Engine), véritable maître d’orchestre de la gestion des accès au réseau (WiFi et filaire).Il n’y a pas de limite dans les configurations qui peuvent être appliquées peuvent être variées : QoS, VLAN, sécurité…

Au niveau des équipements de terminaison et applications multimédia, le MSI (Media Services Interface), composant logiciel embarqué, permet d’utiliser les services réseau mais aussi de communiquer à celui-ci les caractéristiques des flux multimédia (Metadata). Le MSI étend ainsi l’intelligence du réseau aux équipements de terminaison et aux applications permettant la mise en œuvre d’une architecture de bout-en-bout optimisée pour les applications multimédia appelée Medianet. Les applications de collaboration qui intègrent le MSI comme les clients WebEx et Jabber, sont des clients applicatifs intelligents qui capitalisent sur l’intelligence du réseau pour optimiser la qualité d’expérience, la visibilité dans le réseau et une isolation rapide des anomalies dans le réseau.

Si l’on prend l’exemple d’une installation d’un lecteur DMP (Digital Media Player), l’auto-configuration, rendue possible à la fois grâce à l’instrumentation présente sur les commutateurs d’accès et le MSI embarqué sur le DMP, permet de diviser le temps d’installation par quatre. Le gain de temps relatif à l'installation peut être encore plus important dans les vastes déploiements. Cette considération ne tient pas compte des coûts de formation, des erreurs de configuration, le débogage ou les coûts d'équipements. Aussi, les fonctions d’auto-configuration permettent de simplifier considérablement le déplacement ultérieur éventuel des équipements de terminaison.

L’alimentation des terminaux par le réseau pour une meilleure disponibilité et un meilleur contrôle

En plus de leur configuration, les terminaux peuvent récupérer du réseau l’énergie nécessaire pour les alimenter grâce à la technologie PoE. Avec UPoE (UniversalPoE), dernière innovation de Cisco en la matière, il devient même possible de délivrer jusqu’à 60 watts sur un port du commutateur. Les terminaux bénéficient donc ainsi naturellement de la redondance énergétique déjà mise en place au niveau des équipements réseau. Par exemple StackPower, solution Cisco qui permet de redonder l’énergie entre les commutateurs au sein d’un stack, va offrir la haute disponibilité énergétique nécessaire pour la criticité des applications multimédia. Automatiquement, le commutateur va délivrer la bonne puissance en fonction des besoins du terminal connecté.

En plus de la haute-disponibilité énergétique, un autre avantage d’alimenter les équipements par le réseau est de pouvoir mesurer la consommation finement et même être capable de la contrôler grâce à la solution Cisco Energywise, standard reconnu et adopté par l’industrie. Ainsi il sera aisément possible d’éteindre tous les téléphones durant la nuit tout en laissant la possibilité à l’usager de rallumer son poste s’il devait faire des heures supplémentaires. Cette solution permet donc non seulement de faire baisser l’empreinte carbone de l’entreprise et bien sûr de faire considérablement baisser les coûts de consommation électrique.

La collaboration B2B – IPv6

La convergence de tous les multimédia sur IP nécessite à la fois de connecter plus d’équipements au réseau, mais également d’assurer une communication de bout en bout entre ceux-ci. Pour ces 2 problématiques IPv6, nouveau protocole de l’internet est incontournable.Avec une adresse IPv6 codée sur 128 bits (au lieu de 32 pour IPv4), l’espace d’adressage IPv6 devient infini et il est possible de connecter tout terminal au réseau avec une adresse distincte. La communication entre ces terminaux est donc simplifiée car elle ne nécessite ni translation d’adresse, ni autre proxy complexe du fait de la nature des flux.Les équipements Cisco offrent un support inégalé du protocole IPv6 et de toutes ses composantes dans les équipements de la gamme entreprise.

Une instrumentation adaptée aux services de collaboration

 

La résolution de problèmes de performances est généralement un processus complexe, long et coûteux qui nécessite la mise en place de sondes et l’envoi de personnel qualifié sur les lieux d’extrémités de la communication en question. L’instrumentation disponible sur les équipements Cisco va permettre de simplifier et accélérer la résolution des problèmes en isolant rapidement la cause d’une dégradation des performances. Elle va également valider en amont que l’infrastructure permet le déploiement et l’utilisation des services et ainsi garantir le succès des divers projets de mise en œuvre d’outils de collaboration.

Simulation de flux multimédia avec IP SLA

Les équipements réseau Cisco sont capables de générer des paquets de test afin de mesurer les performances du réseau à chaque instant, éliminant la nécessité d’utiliser des sondes dédiées. Ces mesures peuvent être faites pour différentes classes de service (DSCP). Audelà des mesures classiques IPPM (IP performance Metrics) : délai, gigue… ces tests peuvent également valider le bon fonctionnement des applications les plus couramment utilisées sur le réseau (HTML, DNS, FTP, SIP, RTP…) Notamment des codecs voix sont embarqués de manière à ce que le routeur puisse calculer le score MOS (Mean Opinion Score) en fonction des résultats des tests. IP SLA VO (VideoOperation) permet de simuler des flux de différents types (téléprésence, IP TV,vidéosurveillance...) et valider à chaque moment la capacité du réseau à prendre en charge des flux vidéo.

Le support de IP SLA avec ses fonctions avancées dès les équipements d’accès permet d’isoler très rapidement l’origine d’un problème de performance. Des tests de bout en bout pourront être menés sur le réseau avec les mêmes caractéristiques que les flux originaux.Ces fonctions étant également supportées en cœur du réseau mais également en accès du WAN il devient possible d’isoler chaque tronçon dans des opérations de troubleshooting plus complexes.

Visibilité fine des flux multimédia avec Performance Monitor

 

Chaque administrateur réseau a besoin de savoir comment leur réseau impacte les performances des applications, notamment les informations suivantes :

  • Bande-passante par application
  • Durée d’utilisation de chaque application
  • Pertes de paquets et gigue (en particulier pour les flux multimedia)
  • Temps de réponse pour les applications TCP

Flexible Netflow, NBAR2, les compteurs au niveau des interfaces et la QoS permettent d’avoir une vue assez précise des flux transportés sur le réseau. Performance Monitor vient compléter ces méthodes en ajoutant aux informations collectées des informations quant à la performance des flux RTP et TCP.

Pour les flux multimédia (RTP), Performance Monitor calcule les pertes de paquets RTP en observant les numéros de séquence au niveau de l’en-tête RTP. Contrairement à une connexion TCP, un flux media basé sur RTP et UDP est toujours unidirectionnel. Aussi quand Performance Monitor est appliqué dans une direction il ne voit pas les statistiques pour le trafic retour. Pour avoir ces informations il est nécessaire de configurer Performance Monitor dans les deux directions.Un champ important au niveau de l’en-tête RTP est le Synchronization Source identifier (SSRC). Cet identifiant est utilisé pour distinguer différentes composantes audio et vidéo si elles partagent la même session UDP. Par exemple le système de Telepresence Cisco transporte les flux de différents écrans dans une même session UDP. Le champ SSRC permet de faire la distinction entre les données de chaque écran.

La gigue RTP est calculée en analysant le champ « time-stamp » au niveau de l’en-tête RTP. Ce marquage ne correspond pas à une heure particulière mais permet de visualiser l’horloge au niveau de l’encodeur. Pour la vidéo, la fréquence d’encodage est généralement de 90 kHz, alors que pour la voix elle est de 8 kHz. Cependant avec les nombreux codecs audio modernes, la fréquence peut dépendre de nombreux paramètres. Performance Monitor va  donc essayer de dériver la fréquence d’horloge à partir du champ « payload-type » de l’en-tête RTP

Pour chaque flux surveillé, des seuils d’alerte peuvent être configurées pour les différentes métriques. Ainsi l’administrateur est directement informé par des messages syslogs quand les performances ne sont pas celles escomptées. Il pourra alors prendre des mesures correctives avant même que les usagers n’aient le temps de remonter un quelconque incident.

Un des scénarios de déploiement de Performance Monitor consiste à collecter les performances des flux multimédia les plus critiques transitant sur le WAN. Avec ces données, l’administrateur peut savoir comment le WAN impacte réellement les applications de collaboration critiques. Performance Monitor sera pour cela déployé sur les routeurs d’accès des différents sites de l’entreprise en bordure du WAN, pour les flux entrants sur les sites. L’administrateur obtient ainsi la latence, la gigue, les pertes de paquets mais aussi d’autres métriques) sur ces points d’observation.

Exemple d’utilisation de Performance Monitor dans une entreprise

Mediatrace pour un troubleshooting de bout en bout

Quand un problème est remonté à l’administrateur (par une alarme ou bien une plainte d’un usager) celui-ci doit en déterminer l’origine le plus rapidement possible pour être ensuite en mesure de corriger l’incident. Mediatrace est une fonction de traceroute « intelligent » qui va permettre de rapidement isoler l’origine du problème, en déclenchant Performance Monitor sur tous les équipements (routeurs et commutateurs) traversés par le flux impacté, puis en agrégeant sur un point central les statistiques remontés par chaque point de mesure.

Une requête Mediatrace est envoyée à la même destination que le flux concerné. Idéalement on pourrait même initier la requête Mediatrace depuis la source du flux mais cette fonction n’est implémentée que sur certains équipements multimedia Cisco. Plus généralement, l’administrateur initiera une requête Mediatrace depuis l’équipement réseau qu’il contrôle et qui se situe le plus proche possible de la source du flux. Une requête Mediatrace nécessite de spécifier plusieurs paramètres, notamment ceux contenus dans le tableau ci-après.

Paramètres principaux d’une requête Mediatrace

Paramètre

Description

Chemin réseau

Adresse de destination (et optionnellement adresse source) du flux en question, pour l’envoi de la requête Mediatrace.

Paramètres Performance Monitor

5-tuple décrivant intégralement le flux à observer (IP source et destination, protocole transporté, ports source et destination). Ces informations seront utilisées pour déclencher les Performance Monitor sur les différents équipements traversés par la requête Mediatrace.

Initiateur du Mediatrace

Adresses à laquelle les routeurs doivent envoyer les statistiques générées par les Performance Monitor. Cela permet d’avoir une consolidation des statistiques directement sur une console de supervision et des informations plus lisibles.

Paramètres niveau 2 (sur les commutateurs uniquement)

Sur un commutateur il est nécessaire d’indiquer sur quel numéro de VLAN les requêtes Mediatrace doivent être envoyées.

Si une requête Mediatrace peut être réalisée directement depuis les équipements réseau et les statistiques observées sur ceux-ci également, il est aussi possible de faire ces opérations depuis une console de supervision afin d’obtenir des informations plus lisibles. Cisco Prime Collaboration Manager permet par exemple de corréler aisément les statistiques et d’isoler l’origine d’un problème.

Affichage des informations collectées par Mediatrace sur Cisco Prime Collaboration Manager

Une infrastructure au service des flux multimédia

Qualité de service - QoS

Tous les équipements Cisco de la gamme entreprise offrent l’ensemble des classes de service indispensables pour la gestion des flux multimédia. Notamment une classe de type EF (ExpeditedForwarding), indispensable pour les flux voix, est systématiquement présente. Afin de simplifier la mise en œuvre de la QoS, des recommandations détaillées ont été validées sous le nom de « MedianetQoS » puis documentées dans le RFC4594. Des macros « Auto-Qos » ont été développées et permettent de déployer ces recommandations, pour la voix mais aussi pour la vidéo.

Performance Routing pour l’optimisation du routage des flux multimédia

Cisco Performance Routing (PfR) permet d’offrir un contrôle du routage avancé basé sur des critères de performance des liens et non des protocoles de routage mis en place qui ne tiennent pas compte de la qualité des liens. Les routeurs Cisco positionnés à l’accès WAN des entreprises peuvent optimiser dynamiquement la performance d’applicative en se basant sur l’instrumentation de visibilité (IP SLA, Flexible Netflow, DPI…)

Performance Routing a été conçu pour permettre de synchroniser les décisions de routage en cas de présence de plusieurs routeurs : un « master controller » optimise globalement le routage et communique à chaque routeur les modifications à appliquer. L’administrateur a ainsi toute latitude pour configurer les optimisations désirées, par exemple :

  • s’assurer que les flux voix ne transitent pas sur un lien d’accès où il y a plus de 5% de pertes de paquet et 200 ms de RTT
  • répartir les autres flux équitablement sur toutes les interfaces d’accès

Pour tout design réseau comprenant plusieurs liens WAN, Performance Routing va donc assurer un usage optimal de ces derniers, et aller bien au-delà du simple mode primaire/backup qui ne s’activera qu’en cas de perte d’un lien et non si les liens n’offrent pas les performances attendues.Performance Routing est donc particulièrement adapté aux flux multimédiaqui sont le plus souvent les plus sensibles aux dégradations des performances.

Fast convergence du réseau IP

Les flux multimédia sont le plus souvent très sensibles aux pannes pouvant survenir sur le réseau (liaison, équipement…) Aussi les équipements Cisco de la gamme entreprise implémentent de nombreux mécanismes pour optimiser les temps de convergence et assurer ainsi le re-routage de trafic dans des temps suffisamment courts sur des liaisons de secours. Pour cela Il est par exemple possible de paramétrer des timers au niveau des protocoles de routage (IGP et BGP) et de prioriser la recalcule pour les préfixes les plus sensibles. Aussi avec la solution IP FastRe-Route (IP FRR), il devient même possible de calculer à l’avance des solutions de backup et converger en un temps inférieur à 50 ms sans nécessiter la mise en place de la technologie MPLS FastRe-Route, souvent non désirée en entreprise du fait de sa complexité.

Le multicast IP

Les applications de collaboration peuvent nécessiter le déploiement du multicast pour garantir leur efficacité. Audelà de la simple diffusion de vidéo souvent prise en exemple, on peut également citer la gestion des musiques d’attente téléphoniques qui sont faites le plus souvent en multicast. Au lieu d’envoyer à chaque téléphone sa propre musique d’attente, ces derniers s’abonnent et reçoivent tous le même flux, simplifiant considérablement le design au niveau de la téléphonie. Les équipements Cisco garantissent un support sans précédent des technologies multicast, en IPv4 comme en IPv6, et offrent de nombreuses solutions pour diminuer les temps de convergence en cas de perte de liaison.

WiFiVideostream

La technologie WiFi, et  la plupart des produits WiFi du marché, ne sont pas nativement « VideoReady ». En effet la vidéo demande généralement une bande passante plus élevée, ainsi que des mécanismes de type multicast (particulièrement pour les flux en diffusion) qui ne sont pas, ou pas bien gérés, dans du WiFi traditionnel (802.11abg).

Cisco VideoStream est un ensemble de fonctions qui vont permettre la diffusion des flux vidéo avec performance et fiabilité. Les fonctions essentielles sont :

  • Acceptation et Prioritisation des flux vidéo : Capacité de rendre prioritaire les flux « business »  par rapport à tout autre flux vidéo moins critique ou « de loisir »
  • Réservation de ressources pour les flux vidéo
  • « Multicast Direct » et « Multicast Fiable » : Transformation des flux multicast, non  acquittés, par des flux unicast acquittés sur le WiFi

Fonctions multimédia avancées sur les routeurs d’accès WAN

Au niveau des routeurs d’accès WAN Cisco ISR G2, il est possible d’embarquer une carte adaptée au traitement des flux multimédia qui offre de nombreuses fonctionnalités :

  • Fonction SRST (SurvivableRemote Site Telefony) qui permet de garantir un fonctionnement de l’infrastructure de téléphonie sur IP sur un site distant même en cas de perte du WAN (bascule sur le réseau RTC également connecté au routeur)
  • Fonctions d’atténuateur d’echo et de diminution des bruits pour les flux téléphoniques
  • Fonctions de transcodage des flux multimédia
  • Fonction de pont pour les conférences audio et/ou vidéo multi-utilisateurs. Sur les routeurs de la gamme ASR 1000, il est possible d’embarquer une carte Webex qui permettra d’assurer cette fonction de pont localement, et éviter ainsi de remonter tous les flux sur les serveurs Webex (service cloud).

Les équipements d’infrastructure Cisco de la gamme Entreprise intègrent de nombreux mécanismes qui aident au développement et à l’opération de services multimédia. Cette infrastructure va donc non seulement garantir le succès de tous les projets de déploiement d’applications multimédia (téléphonie, vidéoconférence, téléprésence, vidéosurveillance…) mais va surtout permettre d’en réduire les coûts.

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