Компьютерные сети. Принц, техн, прот 1-303. Книга переведена на английский, испанский, китайский и португальский языки
 Скачать 5.49 Mb.
|
|
оптических транспортных сетей (Optical Transport Network, OTN)XX. Архитектура сетей OTN Хотя создание технологии OTN, как отмечено, началось с чистого листа, эта технология многое позаимствовала у технологии SDH, в том числе: иерархию скоростей с коэффициентом умножения 4 при переходе к более высокому уровню скорости; побайтное TDM-мультиплексирование кадров более низкого уровня при их передаче в поле данных кадров более высокого уровня; четырехуровневую функциональную структуру; типы оборудования: терминальный мультиплексор, мультиплексор ввода-вывода, коммутатор (кросс-коннектор), регенератор; топологии сети: линейная цепь без ввода-вывода в промежуточных точках, линейная цепь с вводом-выводом в промежуточных точках, кольцо, ячеистая топология. В то же время при реализации каждого из этих элементов архитектуры разработчики технологии OTN вносили изменения с учетом описанных выше недостатков технологии SDH и требований времени. Иерархия скоростей На начальных этапах развития технологии OTN в конце 90-х – начале 2000-х годов ее разработчики еще не осознавали всю важность компьютерного трафика для телекоммуникационных сетей. Сети OTN позиционировались прежде всего как магистральные высокоскоростные сети для объединения сетей SDH, а клиенты с интерфейсами Ethernet не принимались во внимание. Поэтому в начальных версиях стандартов OTN было определено всего три уровня скорости, которым должны были удовлетворять потоки клиентов: уровень 1 со скоростью пользовательских данных 2,488 Гбит/с (STM-16); уровень 2 со скоростью 9,953 (STM-64); уровень 3 со скоростью 39,813 (STM-256, наивысшая скорость SDH). В дальнейшем такое недальновидное решение было исправлено и в перечень скоростей, допустимых для потоков данных клиентов, были добавлены скорости, соответствующие иерархии скоростей Ethernet, а также уровень «любая скорость» (табл. 9.1). Таблица 9.1. Иерархия скоростей технологии OTN
Функциональные уровни OTN В технологии OTN определено четыре функциональных уровня. Рассмотрим три из них, поскольку функции фотонного уровня SDH нам уже известны – их выполняет технология DWDM. Уровень блока пользовательских данных оптического канала (Optical Channel Payload Unit, OPU) является самым верхним функциональным уровнем технологии OTN. Он ответственен за отображение пользовательских данных, то есть кадров STM SDH или Ethernet, в блоки OPU. Заголовок блока OPU ОН (OverHead) содержит информацию о типе пользовательских данных, переносимых полем данных, а также информацию, позволяющую выровнять скорости пользовательских данных и блока OTN, передаваемого на выходной интерфейс оборудования OTN. Уровень блока данных оптического канала (Optical Channel Data Unit, ODU), хотя и является более низким уровнем, так же, как и уровень OPU, отвечает за передачу данных между конечными узлами сети OTN. Единицей данных на этом уровне является блок ODU. Заголовок блока ODU ОН несет данные, необходимые для механизмов мониторинга и администрирования соединения из конца в конец, например, данные о типе и местонахождении неисправности, о задержке сигналов, данные, необходимые для работы механизмов отказоустойчивости. В функции уровня ODU входит также мультиплексирование и демультиплексирование блоков. В этом аспекте уровень ODU OTN во многом аналогичен уровню мультиплексной секции SDH. Уровень транспортного блока оптического канала (Optical Channel Transport Unit, OTU) работает между двумя соседними узлами сети OTN, которые поддерживают функции электрической регенерации оптического сигнала. Уровень OTU передает свою единицу данных – блок OTU– на фотонный уровень, непосредственно в спектральный канал DWDM. Основное назначение этого уровня – обнаружение и исправление ошибок с помощью кодов FEC. Заголовок блока OTU включает биты контроля поля данных по четности (они позволяют определить искажение битов, но не исправить их, как это делает код FEC), бит индикации ошибки, обнаруженной контролем по четности, а также некоторую другую служебную информацию. Перед заголовком OTU ОН помещены несколько байтов выравнивания, которые, во-первых, определяют начало кадра, а во-вторых, дополняют первую строку до нужного количества байтов. Уровень OTU соответствует уровню регенераторной секции SDH. Блок OTU представляет собой законченный кадр OTN, который передается по одному из спектральных каналов DWDM. В дальнейшем мы будем использовать названия блок OTU и кадр OTN как синонимы. Уровни ODU и OPU работают с электрическими сигналами, получая их от уровня OTU, который преобразует оптические сигналы DWDM в электрические, а также выполняет обратное преобразование, то есть работает по схеме О-Е-О. Как и оборудование SDH, оборудование OTN выполняет все операции над электрическими сигналами, используя оптические сигналы только для передачи данных между мультиплексорами. Кодирование оптических сигналов выполняет фотонный уровень. Формат кадра OTN Как и в технологии SDH, пользовательские данные, поступившие на входной порт мультиплексора OTN, последовательно обрабатываются средствами разных уровней, начиная с самого высокого уровня OPU (рис. 9.10, а). Каждый очередной уровень генерирует дополнительную служебную информацию, которая добавляется к блоку пользовательских данных в виде заголовков, превращая его соответствующий данному уровню блок (модуль, кадр).  Представление кадра OTN в виде матрицы вносит некоторую специфику в описание этого процесса, но не меняет его сущности. На рис. 9.10, б показано матричное представление блока данных пользователя, размещенного в поле данных блока OPU, который обрастает заголовками всех трех уровней OPU ОН, ODU ОН, OTU ОН и концевиком, содержащим код FEC. Кадр OTN обычно представляют в виде матрицы, состоящей из 4080 столбцов-байтов и 4 строк (рис. 9.10, в). Данные пользователя располагаются с 17 по 3824 столбец кадра и имеют длину 15 232 байта. Заголовок OPU ОН занимает столбцы 15 и 16, а заголовок ODU ОН – с 1 по 14 столбец во 2,3 и 4-й строках. Заголовок OTU и байты выравнивания располагаются в первых 14 байтах первой строки. Последние 156 столбцов занимает концевик FEC. Процедура прямой коррекции ошибок FECв OTNоснована на кодах Рида – Соломона, имеющих название RS (255, 239). Два индекса в названии отражают тот факт, что данные в этом самокорректирующемся коде кодируются блоками по 255 байт, из которых 239 байт являются пользовательскими, а 16 байт представляют собой корректирующий код. Коды Рида – Соломона позволяют исправлять до 8 ошибочных байтов в блоке из 255 байт, что является очень хорошей характеристикой для самокорректирующего кода. Применение кода Рида – Соломона позволяет улучшить отношение мощности сигнала к мощности шума на 5 дБ при уменьшении уровня битовых ошибок с 10-3 (без применения FEC) до 10 12 (после применения FEC). Этот эффект дает возможность увеличить расстояние между регенераторами сети на 20 км или же использовать менее мощные передатчики сигнала. В технологии OTN кадр всегда имеет фиксированный размер – даже в случаях, когда он является результатом мультиплексирования нескольких таких же кадров (о том, как такое может произойти, см. далее). Учитывая, что в сетях OTN, как и в PDH/SDH, данные могут передаваться по агрегатным каналам с разными скоростями, время передачи кадра OTN является переменным. Например, кадр OTN первого уровня скоростной иерархии передается за 48 мкс, кадр второго уровня иерархии – за 12 мкс, а третьего – за 3 мкс. Эти два свойства – фиксированный размер кадра и переменное время передачи кадра – принципиально отличают архитектуру OTN от архитектуры SDH, у которой размер кадра каждого последующего уровня STM в четыре раза больше размера кадра предыдущего уровня STM, а время передачи кадра по агрегатному каналу всегда равно точно 125 мкс. Пример-аналогия В городе N был объявлен тендер на разработку транспортной системы, разные участки которой характеризуются разной интенсивностью пассажиропотоков. В тендере участвовали две компании: SDH и OTN. SDH предложила ввести регулярное расписание движения на всех линиях – строго каждые 12,5 минуты от каждой остановки отправляется автобус, а для учета различий в интенсивности потока пассажиров использовать на участках с малой интенсивностью потока пассажиров мини-автобусы, а на направлениях с интенсивным движением – большие двухэтажные автобусы. Другое решение предложила компания OTN: для всех перевозок используется один и тот же тип автобуса, но на более загруженных направлениях эти автобусы будут отправляться чаще. Как вы думаете, к какому выводу пришла комиссия? Уровень скорости, на котором используется тот или иной блок, индицируется как индекс kв названии блока, например, блоки первого уровня иерархии скоростей – ОРШ, ODU1, OTU1, блоки второго уровня – OPU2, ODU2, OTU2 и т. д. Скорости различаются и у блоков, относящихся к одному и тому же уровню иерархии скоростей, например OPU1, ODU1, OTU1. Действительно, после того как данные пользователя поступают в сеть, к ним последовательно добавляется дополнительная информация в виде заголовков OPU ОН, ODU ОН и OTU ОН, а также концевика OTU FEC. При каждом таком добавлении, чтобы сохранить неизменной скорость блока данных пользователя, сеть должна передавать вновь образовавшийся блок быстрее. Отсюда следует, что скорости блоков данных разного типа – OPU, ODU и OTU, которые принадлежат одному скоростному уровню, но имеют разный объем заголовков, отличаются. Например, для первого уровня иерархии скоростей (k = 1) OPU 1 равна 2,488 Гбит/с, ODU 1 – 2,498 Гбит/с и OTU 1 – 2,666 Гбит/с. Каждый последующий тип блока имеет большее число заголовков, а значит, скорость его передачи растет. При этом скорость пользовательских данных, отображенных в эти блоки, должна оставаться неизменной. Отображение и выравнивание пользовательских данных Основной идеей разработчиков технологии OTN было обеспечение прозрачности пользовательских данных, которая проявляется в том, что независимо от того, какой тип данных – SDH, Ethernet или данные других протоколов компьютерных сетей – переносит кадр OTN, вся специфика его обработки должна сказываться только на уровне OPU. На этом уровне данные пользователя должны отображаться в поле данных кадра OTN в соответствии с тем, к какому типу относятся данные пользователя и, если необходимо, выравниваться скорости пользовательских данных и кадра OTN. Несмотря на то что иерархия скоростей первого поколения стандартов OTN ориентировалась исключительно на скорости клиентских потоков SDH, разработчики OTN предполагали, что клиентами сети будут как клиенты с оборудованием SDH, так и клиенты с оборудованием компьютерных сетей, представленным в основном интерфейсами Ethernet. Одним из вариантов переноса данных Ethernet через сеть OTN является вариант, требующий предварительной упаковки кадров Ethernet в кадры STM SDH. В этом случае никакой специфической процедуры обработки трафика Ethernet не требуется. Однако разработчики технологии OTN хотели обеспечить возможность переноса кадров Ethernet не только упакованными в кадры STM, но и непосредственно. Для этого необходимо было учесть специфику пользовательских данных, которые отличались не только скоростью, но и синхронностью – данные SDH представляют собой непрерывный синхронный поток байтов, а данные компьютерных сетей разделены на пакеты, прибывающие асинхронно. В результате в технологии OTN имеется два типа процедур отображения пользовательских данных: процедуры отображения синхронного трафика, которые применяются для трафика SDH, в том числе кадров Ethernet, упакованных в кадры STM, а также других синхронных протоколов, например, протоколов сетей хранения данных Fibre Channel (они в данной книге не изучаются); процедуры отображения асинхронного трафика компьютерных сетей. |