Компьютерные сети. Принц, техн, прот 1-303. Книга переведена на английский, испанский, китайский и португальский языки
 Скачать 5.49 Mb.
|
|
«автоматическое защитное переключение» (Automatic Protection Switching), который означает переход на резервный путь или резервный элемент мультиплексора при отказе основного. В сетях SDH применяются три схемы защиты: Защита 1+1. Это означает, что резервный элемент выполняет ту же работу, что и основной. Например, при защите трибутарного порта по схеме 1 + 1 трафик проходит как через рабочий порт (резервируемый), так и через защитный порт (резервный). Это наиболее качественный способ защиты, так как он обеспечивает минимальное время переключения на резервный элемент, который постоянно передает данные. Таким образом, приемной стороне нужно только начать использовать его данные, а не данные рабочего элемента. Это основная схема защиты сетей SDH. Защита 1:1. Эта схема подразумевает, что защитный элемент в нормальном режиме не выполняет функции защищаемого элемента, а переключается на них только в случае отказа, то есть этот процесс потенциально более медленный, чем 1 + 1, но более экономичный. Защита 1:N. Такая схема предусматривает выделение одного защитного элемента на N защищаемых. При отказе одного из защищаемых элементов его функции начинает выполнять защитный элемент, при этом остальные элементы остаются без защиты – до тех пор, пока отказавший элемент не будет заменен. Отметим, это самый экономичный, но вместе с тем и наименее качественный механизм защиты. На основе этих схем строятся различные механизмы защиты сетей SDH. В топологии линейной цепи SDH чаще всего применяется защита мультиплексной секции (Multiplex Section Protection). Эта защита работает между двумя смежными мультиплексорами. Она включает две пары портов и две линии связи: для рабочего канала (верхняя пара соединенных кабелем портов на рис. 8.19) конфигурируется защитный канал (нижняя пара портов, канал показан пунктиром).  В исходном состоянии весь трафик передается по обоим каналам (как по рабочему, так и по защитному), то есть применяется защита по схеме 1 + 1. В случае отсутствия или искажения принимаемых данных по рабочему каналу (из-за отказа порта, ошибки сигнала, деградации сигнала и т. п.) принимающий мультиплексор фиксирует отказ и переходит на прием данных по защитному каналу. Топология кольца является хорошей основой отказоустойчивой сети, так как она не требует дополнительных портов и кабелей для организации защитного пути: любые две точки на кольце всегда могут быть связаны двумя путями – по и против часовой стрелки. В кольце мультиплексоров SDN применяется механизм отказоустойчивости, называемый разделяемой защитой мультиплексной секции в кольцевой топологии (Multiplex Section Shared Protection Ring). Этот механизм основан на резервировании некоторой части пропускной способности кольца для пользовательских соединений. В этом его отличие от вышеописанного механизма защиты мультиплексной секции, который резервирует целиком все физическое соединение между соседними мультиплексорами, то есть образующие его порты и кабели. Зарезервированная часть пропускной способности магистрали кольца не закреплена за определенными соединениями, а выделяется динамически в зависимости от ситуации, то есть это – защита по схеме 1:N.  Проиллюстрируем работу механизма разделяемой защиты мультиплексной секции на примере сети, изображенной на рис. 8.20. Эта сеть состоит из четырех соединенных в магистральное кольцо мультиплексоров ввода-вывода, А, В, С и D, к каждому из которых подключено оборудование четырех пользователей: al–а4, Ы– Ь4, cl–с4 и dl– d4. Оборудование пользователей работает на скорости STM-1 и пользовательские данные инкапсулированы в контейнер VC-4. Магистральные порты мультиплексоров работают на скорости STM-4. Магистральный поток состоит из четырех контейнеров VC-4, что позволяет выполнять различные варианты коммутации пользовательских контейнеров через магистраль. Половина пропускной способности магистрали (два контейнера VC-4 кадра STM-4, изображены толстыми линиями) отведена соединениям пользователей, а вторая половина (оставшиеся два контейнера VC-4, изображены тонкими линиями) зарезервирована для защиты этих соединений. На рисунке показаны соединения между пользовательскими контейнерами, выполненными в сети: аЗ–сЗ, а4–Ы и др. Контейнеры магистрали VC-4, которые используются в этих соединениях, являются рабочими контейнерами соединений, а неиспользованные – защитными. На рис. 8.21 показана реакция разделяемой защиты мультиплексной секции на повреждение кабеля между мультиплексорами А и В.  Мультиплексоры А и В, заметив прекращение получения сигналов по рабочим контейнерам соединений аЗ – сЗ и а4 – Ы, реконфигурируют таблицы этих соединений, используя защитные контейнеры и неповрежденные связи кольца между мультиплексорами в направлении против часовой стрелки. В результате соединение аЗ – сЗ теперь проходит через промежуточный мультиплексор D, а не В, как это было до отказа. Соединение а4 – Ы стало проходить через промежуточные мультиплексоры Dи С. В нашем примере защита организована по схеме 1:1, так как резервирование половины пропускной способности гарантирует, что для каждого соединения всегда найдется резервный контейнер в каждом мультиплексоре. Возможна реализации защиты по схеме 1:N, если в кольце выделить только N-ю часть пропускной способности для резервирования. ГЛАВА 9 Технологии первичных сетей DWDM и OTN Сети DWDM Принцип работы Технология уплотненного волнового мультиплексирования (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) предназначена для создания первичных сетей на основе оптических магистралей, работающих на мультигигабитных и терабитных скоростях. До появления технологии DWDM все оборудование (как компьютерных сетей, так и первичных сетей), использующее волоконно-оптические кабели в качестве среды передачи информации, использовало модулированный сигнал одной длины волны – либо 850 нм из первого окна прозрачности при передаче по многомодовому волокну, либо 1310 нм или 1550 нм при передаче на большие расстояния по одномодовому волокну. Технология DWDM использует одновременно модулированные сигналы нескольких длин волн, увеличивая тем самым пропускную способность линии связи в то количество раз, сколько волн используется. За счет этого классического приема – применения большого числа параллельных носителей информации – обеспечивается революционный скачок в производительности сети. Подобно кабелям с большим количеством параллельных жил здесь в одном оптическом волокне одновременно используется большое количество световых волн разной длины – лямбд. Этот термин возник в связи с традиционным для физики обозначением длины волны символом к. Известно, что белый свет, воспринимаемый человеческим глазом, состоит из электромагнитных волн различной длины, образующих непрерывный спектр от примерно 400 нм до 780 нм. Этот факт демонстрируется существованием радуги на небе после дождя, а также простым опытом с оптической призмой, которая разлагает белый свет на его составляющие, воспринимаемые глазом как красные, оранжевые, желтые, зеленые, голубые, синие и фиолетовые лучи. Оборудование DWDM поступает аналогично призме, расщепляя (демультиплексируя) составной сигнал, который называют неокрашенным (colourless), на отдельные составляющие сигналы – волны определенной длины, которые называют окрашенными (coloured). Отличие заключается в том, что технология DWDM работает с невидимыми для человеческого глаза инфракрасными волнами из третьего окна прозрачности оптического волокна со средней длиной волны 1550 нм. Это окно прозрачности выбрано как более «плоское», чем окно со средней длиной волны 1310 нм, то есть при той же ширине окна в 100 нм все волны этого диапазона затухают почти одинаково, что не наблюдается в окне со средней волной 1310 нм. Сети DWDM работают по принципу коммутации каналов, при этом каждая световая волна представляет собой отдельный спектральный канал и несет собственную информацию. ПРИМЕЧАНИЕ В технологии DWDM информация переносится модулированным синусоидальным сигналом. Известно, что такой сигнал может быть представлен набором синусоид, принадлежащих некоторому частотному спектру. Поэтому термин «волна» является достаточно условным, а более точным является термин «спектральный канал». Когда говорят «волна», то имеется в виду «центральная волна» диапазона спектра, отведенного для некоторого спектрального канала. Манипуляции со световыми волнами в оборудовании DWDM основаны на физических явлениях, изученных классической оптикой и являющихся общими для электромагнитных колебаний любых видов. В главе 7 мы рассмотрели отрицательное влияние некоторых таких явлений на прохождение световых сигналов через оптическое волокно – например, искажение формы сигнала из-за хроматической или поляризационной дисперсии. В то же время оптические явления можно с пользой применить для операций мультиплексирования/демультиплексирования световых волн, их коммутации и усиления. Наиболее часто для манипуляций со световыми волнами используются следующие явления (рис. 9.1): Дисперсия. Она проявляется в том, что световые лучи разной длины имеют различные углы преломления на границе двух сред с различной оптической плотностью, что может быть использовано для мультиплексирования/демультиплексирования световых сигналов. Именно такой границей является грань призмы, поэтому красный луч проходит через призму под одном углом, синий – под другим и т. д.  Рис. 9.1. Оптические эффекты Иными словами, оптическая призма работает как демультиплексор неокрашенного светового сигнала. Ее можно использовать и в обратном направлении – как мультиплексор для смешения окрашенных лучей. Интерференция. Это эффект взаимодействия двух или более волн одной частоты, имеющих сдвиг по фазе. В зависимости от величины сдвига фазы интерференция может быть конструктивной – когда мощность результирующего сигнала увеличивается, или деструктивной – когда мощность результирующего сигнала уменьшается. Максимум конструктивного эффекта достигается при нулевом сдвиге фазы между волнами – когда волны колеблются синфазно, а максимум деструктивного эффекта (то есть минимум интенсивности света) – при сдвиге фазы на половину периода, когда волны колеблются противофазно. Примером результата интерференции волн после прохождения круглого отверстия (диафрагмы) являются кольца Френеля. Помимо усиления или ослабления сигнала этот эффект, как мы увидим дальше, также можно использовать для демультиплексирова- ния/мультиплексирования световых сигналов. Дифракция. Этот термин используется для описания различных явлений, но чаще всего – для описания эффектов отклонения от законов геометрической оптики при распространении лучей света. В таком терминологическом контексте дифракция означает, что распространение волны отклоняется от прямой линии при прохождении через отверстие или препятствие, размеры которого намного больше длины волны. Дифракция тесно связана с интерференцией. Так, огибание волной приводит к интерференции волн, если огибающие волны взаимодействуют с прямыми волнами, поскольку они отличаются по фазе. Дифракция может использоваться как механизм, вызывающий нужную интерференцию волн. Отражение. Полное отражение волны зеркалом может использоваться для ее направления в определенный волновод и тем самым ее коммутацию на определенный выходной порт устройства. В зависимости от угла падения и коэффициента преломления материала может наступить полное отражение световой волны. Частичное отражение полупрозрачным материалом может использоваться для интерференции прямой и отраженной волны с целью ее усиления или подавления. При дисперсии белого света часть энергии волн также отражается. В той части рис. 9.1, которая иллюстрирует эффект дисперсии, этот эффект не показан. Технология DWDM является революционной не только потому, что она в десятки раз повысила верхний предел скорости передачи данных по оптическому волокну, но и потому, что открыла новую эру в технике мультиплексирования и коммутации, выполняя эти операции непосредственно над световыми сигналами, не прибегая к промежуточному преобразованию их в электрическую форму. Во всех других технологиях, в которых световые сигналы также используются для передачи информации по оптическим волокнам, например SDH и высокоскоростной Ethernet, световые сигналы обязательно преобразуются в электрические, и только потом выполняется их мультиплексирование и коммутирование. Заметим, что так как каждая световая волна представляет собой электромагнитное излучение с колебаниями определенной частоты (квантовую природу света мы не будем затрагивать), мультиплексирование DWDMявляется частным случаем частотного мультиплексирования FDM. Основными функциями DWDM являются операции мультиплексирования и демультиплексирования, а именно – объединение различных волн в одном световом пучке и выделение информации каждого спектрального канала из общего сигнала. Поскольку оборудование DWDM почти всегда работает совместно с оборудованием SDH или OTN, оно выполняет для этих цифровых технологий функцию кодирования светового сигнала. Частотные планы Ширина спектра окна прозрачности, в котором работает оборудование DWDM, составляет примерно 10 000 ГГц, или 100 нм. Разбиение этого диапазона на поддиапазоны, выделяемые для каждого отдельного спектрального канала, называется частотным планом. Мультиплексирование DWDM называется «уплотненным» (dense) из-за того, что расстояние между длинами соседних волн в его частотном плане существенно меньше, чем в другой технологии, использующей тот же принцип мультиплексирования световых волн – технологии |