Компьютерные сети. Принц, техн, прот 1-303. Книга переведена на английский, испанский, китайский и португальский языки

• Название: Книга переведена на английский, испанский, китайский и португальский языки
• Дата: 26.10.2022
• Размер: 5.49 Mb.
• Имя файла: Компьютерные сети. Принц, техн, прот 1-303.doc
• Тип: Книга; #754706
• страница: 34 из 42

ячеистая топология (рис. 8.10, г), при которой мультиплексоры соединяются друг с другом большим количеством агрегатных связей, за счет чего сеть может достичь очень высокой степени производительности и надежности.



Рис. 8.11. Линейная цепь SDH

В примере на рис. 8.11 линейная цепь образована четырьмя мультиплексорами MUX1 - MUX4, расположенными в географически разнесенных точках А, В, С и D. В линейной топологии схема мультиплексирования SDH позволяет устанавливать любые соединения между пользовательскими потоками. На рисунке показаны три таких соединения: соединение 1 между пользователями в терминальных точках А и D, соединение 2 между пользователями промежуточных точек В и С, соединение 3 между пользователем промежуточной точки С и терминальной точки D.

Иерархия скоростей

Так как сети SDH строились как магистральные сети для объединения сетей PDH, то иерархия скоростей PHD и стала иерархией скоростей, которую SDH поддерживает для соединений со своими клиентами, а именно: Е1 (2,048), Е2 (8,488), ЕЗ (34,368) и Е4 (139,264) Мбит/с. Поэтому для таких клиентов, например, коммутаторов телефонных сетей, для которых интерфейсы Е1-Е4 являются «родными», сеть SDH является эффективным средством передачи данных. Клиенты же других типов, например, маршрутизаторы компьютерных сетей, должны подстраиваться и либо обзаводиться подобными интерфейсами или же использовать специальные адаптеры, которые преобразуют один или несколько интерфейсов Ethernet в интерфейсы PDH.

Иерархия скоростей магистральных соединений SDH (или собственно иерархия скоростей SDH) начинается там, где заканчивается иерархия скоростей ее клиента. То есть начальная скорость технологии SDH была выбрана так, чтобы она могла передавать один поток наивысшей скорости PDH Е4 (139,264 Мбит/с). Эта начальная скорость и соответствующий ей кадр SDH получили название STM-1 (Synchronous Transport Module level 1) – синхронный транспортный модуль уровня 1. Этот модуль является основой системы SDH.

Однако некоторые клиенты могут иметь оборудование с менее скоростными интерфейсами, такими как El, Е2 или ЕЗ. Поэтому было решено сделать кадр STM-1 способным передавать данные не только потока Е4, но и всех остальных менее скоростных потоков PDH, то есть Е1, Е2 и ЕЗ. Стремление как можно эффективнее передавать потоки PDH и в разнообразных их комбинациях (то есть по несколько потоков каждого типа) привело к достаточно сложной структуре кадра STM-1. Сложные методы интегрирования пользовательских потоков в кадре STM-1 потребовали включения в кадр большего количества дополнительной служебной информации, необходимой для понимания его структуры при демультиплексировании.

Организация всех уровней иерархии скоростей выше первого, носящих общее название STM-N, значительно проще, чем STM-1, так как каждый последующий уровень допускает только один вариант мультиплексирования: мультиплексирование четырех кадров предыдущего уровня в один кадр, и никаких других комбинаций потоков, как в случае уровня STM-1, у него нет.

Обозначение	STM-1	STM-4 (STM-1X4)	STM-16 (STM-1 *16)	STM-64 (STM-1X64)	STM-256 (STM-1X256)
Скорость (Мб/с)	155,520	622,080	2488	9953	39 810

Заметим, что скорость передачи данных в канале STM-1 (155,520 Мбит/с) выше, чем скорость Е4 (139,264), это объясняется тем, что при неизменной величине цикла объем данных в кадре увеличился из-за включения в него дополнительной служебной информации (заголовков). Уровень STM-256 (около 40 Гбит/с) является наивысшим уровнем стандарта SDH. Дальнейшее повышение скорости первичных сетей стало происходить в рамках технологии OTN.

Трафик компьютерных сетей не считался в 80-е годы чем-то приоритетным, поэтому иерархия скоростей SDH никак не соотносится с иерархией скоростей Ethernet, а это означает, что пропускная способность сетей SDH используется неэффективно при передаче компьютерного трафика. Например, в кадр STM-1 можно поместить только один поток Ethernet 100 Мбит/с, это означает, что пропускная способность канала связи SDH используется компьютерными данными только на 65%. Аналогичная ситуация возникает и при передаче компьютерных потоков 1 Гбит/с по каналу STM-16, когда из 2,5 Гбит/с используются только 2 Гбит/с.


Для кадра STM-1 (рис. 8.12) такая матрица состоит из 9 строк, каждая из которых состоит из 270 байт. Строка включает 9 байт заголовка, 260 байт пользовательских данных и один служебный байт, принадлежащий заголовку тракта РОН, о котором речь ниже.

Мультиплексирование в STM-N

Как мы знаем, мультиплексирование модулей уровней выше первого выполняется в соответствии с простым правилом: каждый последующий уровень STM-N получается мультиплексированием четырех блоков предыдущего уровня STM-(N 1).

Рассмотрим, например, как блок STM-4 получается в результате мультиплексирования четырех кадров STM-1 (рис. 8.13). Для упрощения рисунка на нем не показан заголовок кадра РОН. Мультиплексор принимает первый байт первого кадра STM-1 и копирует его значение в первый байт кадра STM-4. Затем он копирует значение первого байта второго кадра STM-1 во второй байт кадра STM-4, значение первого байта третьего кадра STM-1 – в третий байт кадра STM-4, а значение первого байта четвертого кадра STM-1 – в четвертый байт кадра STM-4. Далее этот цикл повторяется уже со вторыми байтами кадров STM-1.

В результате содержимое кадра STM-4 представляет собой чередующиеся байты кадров STM-1, причем позиция байтов каждого из кадров STM-1 известна и фиксирована, как это и должно быть при TDM-мультиплексировании. Демультиплексирование может быть выполнено «налету», например, для вывода из кадра STM-4 третьего кадра STM-1 достаточно копировать в выходной порт получателя байты, находящиеся в позициях (тайм-слотах), кратных трем.


Синхронность работы мультиплексоров SDH проявляется в том, что за каждый такт его работы на каждом его входе принимается один бит, а на выходе – передается один бит. Так как здесь байты являются неделимой единицей информации, то очередной пришедший байт может быть вынужден ожидать своего тайм-слота для передачи на выходной порт

мультиплексора. Но эта задержка очень мала, например, для выходного кадра STM-4 время передачи одного байта составляет 1,6 нс. Максимальное время ожидания тайм-слота равно времени передачи трех байтов, то есть 4,8 нс, что пренебрежимо мало по сравнению с временем цикла генерации оцифрованных замеров голоса 125 мкс.

Кадры старших уровней STM-16, STM-64 и STM-256 формируются аналогично, так что размер поля заголовка кадра в строке кадра STM-N равен 9 ^х N байт, а размер поля данных – 260 х N байт. Количество строк кадров любого уровня всегда равно 9.

Время цикла, или, что одно и то же, время приема данных от всех мультиплексируемых потоков и формирования из них кадра, – всегда равно 125 мкс¹, независимо от уровня скорости STM-N магистрального канала. Следовательно, размер кадра (включая заголовок) связан со скоростью следующим соотношением: (STM-N) ^х 125/8 байт (табл. 8.2).

Обозначение	STM-1	STM-4	STM-16	STM-64	STM-256
Скорость (Мб/с)	155,520	622,080	2488	9953	39 810
Размер кадра (байт)	2430	9720	38 880	155 520	622 080

Таблица 8.2. Соотношения размера кадра и скорости

Мультиплексирование в STM-1

Мультиплексирование в STM-1 занимает особое место. Кадр STM-1 по сравнению с другими типами кадров STM-N имеет более сложную структуру, позволяющую агрегировать в общий магистральный поток потоки PDH различных скоростей. STM-1 является начальной, самой низкой скоростью, которая, тем не менее, соответствует наивысшей скорости PDH Е4. Задача разработчиков технологии SDH состояла в том, чтобы сделать возможной передачу в кадре STM-1 данные потоков с более низкими скоростями, например, несколько потоков Е1, несколько потоков Е2 и несколько потоков ЕЗ. В результате была создана схема (рис. 8.14), позволяющая гибко компоновать кадр STM-1.

Выбор времени цикла равным интервалу между замерами оцифрованного с частотой 8 кГц голоса показывает ориентацию технологии SDH прежде всего на качественную передачу телефонного трафика.



В схеме представлен каждый из потоков-клиентов PDH, включая как международную (Е1, ЕЗ, Е4), так и американскую (Tl, Т2, ТЗ) версии. Чтобы попасть в кадр STM-1, данные из потока клиента должны прежде всего быть представлены в виде пользовательского контейнера. Контейнер пользовательских данных (Container, С) – это набор байтов пользователя, которые поступают в мультиплексор за время одного цикла 125 мкс и которыми мультиплексор оперирует как единым целым.

Схема показывает, что существуют различные пути попадания данных пользовательского контейнера каждого типа в кадр STM-1 и что на этом пути данные контейнера претерпевают определенные преобразования в результате выполнения над ними операций отображения, выравнивания и мультиплексирования, получая при этом последовательно различные названия, такие как VC (виртуальный контейнер), TU, TUG, AU и AUG.

Первой операцией на пути данных пользователя в кадр STM-1 является отображение пользовательских данных из контейнера пользователя в виртуальный контейнер.

Виртуальный контейнер (Virtual Container, VC) является единицей коммутации сети SDH, он передается между конечными точками соединения пользователей без изменения вместе со своим заголовком.

Как видно из схемы на рис. 8.14, одни виртуальные контейнеры, а именно VC-3 и VC-4, являются структурированными, то есть могут включать несколько мультиплексированных виртуальных контейнеров VC-11, VC-12 или VC-2, а другие – VC-11, VC-12 и VC-2 – всегда содержат только один пользовательский контейнер. Структура контейнеров VC-4 и VC-3 описывается в их заголовках, и мультиплексор использует эти данные при их демультиплексировании. Виртуальный контейнер вместе с полем указателя образует блок данных другого типа, называемый трибутарным или трибным блоком TU для контейнеров VC-11, VC-12 и VC-2 и административным блоком AUдля контейнеров VC-3 и VC-4. При побайтном мультиплексировании нескольких блоков TU образуется группа блоков TUG, а при мультиплексировании блоков AU – группа административных блоков AUG (блоки TU, TUG, AU и AUG имеют обозначения, соответствующие уровню виртуальных контейнеров, которые в них входят, например, блок TU-12 или блок TUG-3, блок AUG индекса не имеет, так как он может быть только одного уровня – верхнего). Блоки TUG и AUG своих заголовков не имеют.

В результате отображения пользовательских данных в данные виртуального контейнера к ним добавляется служебная информация в виде заголовка тракта (Path Overhead, РОН), называемого также маршрутным заголовком, и байтов грубого выравнивания скоростей пользовательских данных и виртуального контейнера. Заголовок РОН включает информацию, позволяющую выполнять различные полезные функции, такие как контроль по четности данных виртуального контейнера, индикацию в направлении передатчика об обнаружении ошибки по четности, а также информацию о типе и структуре виртуального контейнера. Заголовок РОН располагается в первых байтах каждой строки виртуального контейнера. На рис. 8.15, а показана структура виртуального контейнера VC-4.

Мультиплексирование в STM-1, так же как и мультиплексирование кадров в STM-N, выполняется побайтно. Коэффициент мультиплексирования (^х1, хЗ _и др.) на схеме показывает, сколько блоков определенного типа мультиплексируется в блок следующего типа.


В любой блок, допускающий мультиплексирование, могут быть помещены блоки либо одного, либо другого типа, но смешение типов не допускается. Например, в блок TUG-2 может быть мультиплексировано или 4 блока TU-11, или 3 блока TU-12, или 1 блок TU-2. При этом два блока TUG-2, один из которых построен из блоков TU-11, а другой из блоков TU-12, по-прежнему считаются блоками одного типа.

Несмотря на это ограничение, предложенная схема мультиплексирования дает возможность переносить в кадре различные сочетания пользовательской нагрузки. Так, если нам необходимо передавать по несколько потоков Е1 и Т2, то для потоков Е1 можно выбрать один или несколько из семи имеющихся блоков TUG-2, помещая в них по 4 контейнера СИ, содержащих потоки Е1, а для потоков Т2 выбрать оставшиеся блоки TUG-2. Для кадра STM-1, например, могут быть предложены следующие варианты: (а) 1 поток Е4; (б) 63 потока Е1; (в) 1 поток ЕЗ и 42 потока Е1 (возможны и другие варианты).

Нужно подчеркнуть, что все мультиплексоры сети SDH после их конфигурирования администратором настроены на какой-то один определенный вариант мультиплексирования, который может быть получен из данной схемы. Поле указателя состоит из нескольких байтов (их количество зависит от уровня виртуального контейнера, на который он указывает). Значение указателя должно быть достаточно большим, чтобы указать смещение начала виртуального контейнера в кадре, в то же время в силу циклического характера передачи виртуальных контейнеров значение указателя не превышает размера виртуального контейнера.

Рассмотрим принцип работы указателя на примере выравнивая скорости виртуального контейнера VC-4, который «плавает» относительно указателя блока AU-4. На рис. 8.15, б) показан блок ALM, его заголовок состоит из 9 байт, которые делятся на три подполя, Н1, Н2 и НЗ, каждое по три байта, при этом они всегда предшествуют первому байту четвертой строки матрицы VC-4. Структура блока AU-4 выглядит несколько странно, с четвертой строкой, имеющей больший размер, чем остальные, но эта странность объясняется тем, что «лишние» байты четвертой строки в действительности размещаются в поле заголовка кадра STM-1 (рис. 8.16).