Учебник для вузов в. Олифер Н. Олифер Компьютерные Принципы, технологии, протоколы
 Скачать 22.28 Mb.
|
|
316 Глава 11. Первичные сети DSO терминал Рис. 11.2. Выделение низкоскоростного канала путем полного демультиплексирования Другой вариант — «обратная доставка». В промежуточном узле, где нужно выделить и отве сти абонентский поток, устанавливается единственный высокоскоростной мультиплексор, который просто передает данные транзитом дальше по сети без их демультиплексирова ния. Эту операцию выполняет только мультиплексор конечного узла, после чего данные соответствующего абонента возвращаются по отдельной линии связи в промежуточный узел. Естественно, такие сложные взаимоотношения коммутаторов усложняют работу сети, требуют ее тонкого конфигурирования, что ведет к большому объему ручной работы и ошибкам. К тому же в технологии PDH не предусмотрены встроенные средства обеспечения отка зоустойчивости и администрирования сети. Наконец, недостатком PDH являются слишком низкие по современным понятиям скоро сти передачи данных. Волоконно-оптические кабели позволяют передавать данные со ско ростями в несколько гигабит в секунду по одному волокну, что обеспечивает консолидацию в одном кабеле десятков тысяч пользовательских каналов, но эту возможность технология PDH не реализует — ее иерархия скоростей заканчивается уровнем 139 Мбит/с. Сети SONET/SDH Характерные для технологии PDH недостатки были учтены и преодолены разработчиками технологии синхронных оптических сетей (Synchronous Optical NET, SONET), первый вариант стандарта которой появился в 1984 г. Затем она была стандартизована комитетом Т-1 института ANSI. Международная стандартизация технологии проходила под эгидой Сети SONET/SDH 317 Европейского института телекоммуникационных стандартов (European Telecommunications Standards Institute, ETSI) и сектором телекоммуникационной стандартизации союза ITU (ITU Telecommunication Standardization Sector, ITU-T) совместно с ANSI и ведущими телекоммуникационными компаниями Америки, Европы и Японии. Основной целью раз работчиков международного стандарта было создание технологии, способной передавать трафик всех существующих цифровых каналов уровня PDH (как американских Т1-ТЗ, так и европейских Е1-Е4) по высокоскоростной магистральной сети на базе волоконно- оптических кабелей и обеспечить иерархию скоростей, продолжающую иерархию техно логии PDH до скорости в несколько гигабит в секунду. В результате длительной работы ITU-T и ETSI удалось подготовить международный стан дарт SDH (Synchronous Digital Hierarchy — синхронная цифровая иерархия). Кроме того, стандарт SONET был доработан так, чтобы аппаратура и сети SDH и SONET являлись со вместимыми и могли мультиплексировать входные потоки практически любого стандарта PDH — и американского, и европейского. Иерархия скоростей и методы мультиплексирования Поддерживаемая технологией SONET/SDH иерархия скоростей представлена в табл.11.2. Таблица 11.2. Иерархия скоростей SONET/SDH SDH SONET Скорость STS-1, ОС-1 51,84 Мбит/с STM-1 STS-3, ОС-3 155,520 Мбит/с STM-3 ОС-9 466,560 Мбит/с STM-4 ОС-12 622,080 Мбит/с STM-6 ОС-18 933,120 Мбит/с STM-8 ОС-24 1,244 Гбит/с STM-12 ОС-36 1,866 Гбит/с STM-16 ОС-48 2,488 Гбит/с STM-64 ОС-192 9,953 Гбит/с STM-256 ОС-768 39,81 Гбит/с В стандарте SDH все уровни скоростей (и, соответственно, форматы кадров для этих уров ней) имеют общее название STM-N (Synchronous Transport Module level N — синхронный транспортный модуль уровня N). В технологии SONET существует два обозначения для уровней скоростей: название STS-N (Synchronous Transport Signal level N — синхронный транспортный сигнал уровня N) употребляется в случае передачи данных электрическим сигналом, а название OC-N (Optical Carrier level N — оптоволоконная линия связи уров ня N) используют в случае передачи данных по волоконно-оптическому кабелю. Далее для упрощения изложения мы сосредоточимся на технологии SDH. Кадры STM-N имеют достаточно сложную структуру, позволяющую агрегировать в об щий магистральный поток потоки SDH и PDH различных скоростей, а также выполнять операции ввода-вывода без полного демультиплексирования магистрального потока. 318 Глава 11. Первичные сети Операции мультиплексирования и ввода-вывода выполняются при помощи виртуальных контейнеров (Virtual Container, VC), в которых блоки данных PDH можно транспортиро вать через сеть SDH. Помимо блоков данных PDH в виртуальный контейнер помещается еще некоторая служебная информация, в частности заголовок пути (Path OverHead, РОН) контейнера, в котором размещается статистическая информация о процессе прохождении контейнера вдоль пути от его начальной до конечной точки (сообщения об ошибках), а также другие служебные данные, например индикатор установления соединения между конечными точками. В результате размер виртуального контейнера оказывается больше, чем соответствующая нагрузка в виде блоков данных PDH, которую он переносит. На пример, виртуальный контейнер VC-12 помимо 32 байт данных потока Е-1 содержит еще 3 байта служебной информации. В технологии SDH определено несколько типов виртуальных контейнеров (рис. 11.3), предназначенных для транспортировки основных типов блоков данных PDH: VC-11 (1,5 М бит/с), VC-12 (2 М бит/с), VC-2 (6 М бит/с), VC3 (34/45 М бит/с) и VC-4 (140 Мбит/с). xN х1 140 Мбит/с STM-N AUG AU-4 VC-4 хЗ хЗ С-3 TUG-3 TU-3 < VC-3 L AU-3 VC-3 х7 TUG-3 J k 45/34 Мбит/с х7 х1 С-3 6 Мбит/с х4 TU-2 VC-2 С-2 хЗ 2 Мбит/с TU-12 < - — — -Ч VC-12 С-12 1,5 Мбит/с TU-11 < - VC-11 Ч— С-11 Рис. 11.3. Схема мультиплексирования данных в SDH Виртуальные контейнеры являются единицей коммутации мультиплексоров SDH. В каж дом мультиплексоре существует таблица соединений (называемая также таблицей кросс соединений), в которой указано, например, что контейнер VC-12 порта Р1 соединен с контейнером VC12 порта Р5, а контейнер VC3 порта Р8 — с контейнером VC3 порта Р9. Таблицу соединений формирует администратор сети с помощью системы управления или управляющего терминала на каждом мультиплексоре так, чтобы обеспечить сквозной путь между конечными точками сети, к которым подключено пользовательское оборудование. Чтобы совместить в рамках одной сети механизмы синхронной передачи кадров (STM-N) и асинхронный x a p a K j e p переносимых этими кадрами пользовательских данных PDH, в технологии SDH применяются указатели. Концепция указателей — ключевая в техноло гии SDH, она заменяет принятое в PDH выравнивание скоростей асинхронных источников посредством дополнительных битов. Указатель определяет текущее положение виртуаль ного контейнера в агрегированной структуре более высокого уровня, каковой является трибутарный блок (Tributary Unit, TU) либо административный блок (Administrative Unit, AU). Собственно, основное отличие этих блоков от виртуального контейнера заключается в наличии дополнительного поля указателя. С помощью этого указателя виртуальный Сети SONET/SDH 319 контейнер может «смещаться» в определенных пределах внутри своего трибутарного или административного блока, если скорость пользовательского потока несколько отличается от скорости кадра SDH, куда этот поток мультиплексируется. Именно благодаря системе указателей мультиплексор находит положение пользовательских данных в синхронном потоке байтов кадров STM-N и «на лету» извлекает их оттуда, чего механизм мультиплексирования, применяемый в PDH, делать не позволяет. Трибутарные блоки объединяются в группы, а те, в свою очередь, входят в администра тивные блоки. Группа административных блоков (Administrative Unit Group, AUG) в ко личестве Лґи образует полезную нагрузку кадра STM-N. Помимо этого в кадре имеется заголовок с общей для всех блоков AU служебной информацией. На каждом шаге преоб разования к предыдущим данным добавляется несколько служебных байтов: они помогают распознать структуру блока или группы блоков и затем определить с помощью указателей начало пользовательских данных. На рис. 11.3 структурные единицы кадра SDH, содержащие указатели, заштрихованы, а связь между контейнерами и блоками, допускающая сдвиг данных по фазе, показана пунктиром. Схема мультиплексирования SDH предоставляет разнообразные возможности по объеди нению пользовательских потоков PDH. Например, для кадра STM-1 можно реализовать такие варианты: □ 1 поток Е-4; □ 63 потока Е-1; □ 1 поток Е-3 и 42 потока Е-1. Другие варианты читатель может предложить сам. Типы оборудования Основным элементом сети SDH является мультиплексор (рис. 11.4). Обычно он оснащен некоторым количеством портов PDH и SDH: например, портами PDH на 2 и 34/45 Мбит/с и портами SDH STM-1 на 155 Мбит/с и STM-4 на 622 Мбит/с. Порты мультиплексора SDH делятся на агрегатные и трибутарные. Трибутарный порт PDH Порты ввода-вывода Трибутарный порт SDH Рис. 11.4. Мультиплексор SDH Трибутарные порты часто называют также портами ввода-вывода, а агрегатные — линейны ми портами. Эта терминология отражает типовые топологии сетей SDH, где имеется ярко выраженная магистраль в виде цепи или кольца, по которой передаются потоки данных, поступающие от пользователей сети через порты ввода-вывода (трибутарные порты), тоесть втекающие в агрегированный поток («tributary» дословно означает «приток»). 320 Глава 11. Первичные сети Мультиплексоры SDH обычно разделяют на два типа, разница между которыми опреде ляется положением мультиплексора в сети SDH (рис. 11.5). Терминальный мультиплексор (Terminal Multiplexer, ТМ) завершает агрегатный канал, мультиплексируя в нем большое количество трибутарных каналов, поэтому он оснащен одним агрегатным и большим числом трибутарных портов. Мультиплексор ввода-вывода (Add-Drop Multiplexer, ADM) занимает промежуточное положение на магистрали (в кольце, цепи или смешанной топологии). Он имеет два агре гатных порта, транзитом передавая агрегатный поток данных. С помощью небольшого количества трибутарных портов такой мультиплексор вводит в агрегатный поток или выводит из агрегатного потока данные трибутарных каналов. Пользовательское Пользовательское Иногда также выделяют мультиплексоры, которые выполняют операции коммутации над произвольными виртуальными контейнерами — так называемые цифровые кросс коннекторы (Digital Cross-Connect, DXC). В таких мультиплексорах не делается различий между агрегатными и трибутарными портами, так как они предназначены для работы в ячеистой топологии, где выделить агрегатные потоки невозможно. Помимо мультиплексоров, в состав сети SDH могут входить регенераторы сигналов, необ ходимые для преодоления ограничений по расстоянию между мультиплексорами. Эти огра ничения зависят от мощности оптических передатчиков, чувствительности приемников и затухания волоконно-оптического кабеля. Регенератор преобразует оптический сигнал в электрический и обратно, при этом восстанавливается форма сигнала и его временные характеристики. В настоящее время регенераторы SDH применяются достаточно редко, так как стоимость их ненамного ниже стоимости мультиплексора, а функциональные воз можности несоизмеримо беднее. Стек протоколов SDH состоит из протоколов 4-х уровней. Эти уровни никак не соотно сятся с уровнями модели OSI, для которой вся сеть SDH представляется как оборудование физического уровня. Фотонный уровень имеет дело с кодированием битов информации путем модуляции света. Для кодирования оптического сигнала применяется потенциальный код NRZ, обладающий свойствами самосинхронизации. оборудование оборудование Пользовательское оборудование Рис. 11.5. Типы мультиплексоров SDH Стек протоколов Сети SONET/SDH 321 Уровень секции поддерживает физическую целостность сети. Регенераторной секцией в технологии SDH называется каждый непрерывный отрезок волоконно-оптического ка беля, который соединяет между собой такие, например, пары устройств SONET/SDH, как мультиплексор и регенератор, регенератор и регенератор, но не два мультиплексора. Ком поненты регенераторной секции поддерживают протокол, который имеет дело с определен ной частью заголовка кадра, называемой заголовком регенераторной секции (Regenerator Section OverHead, RSOH), и который на основе служебной информации может проводить тестирование секции и выполнять операции административного контроля. Уровень линии отвечает за передачу данных по линии между двумя мультиплексорами сети, поэтому линию также часто называют мультиплексной секцией. Протокол этого уровня работает с кадрами уровней STS-N для выполнения различных операций мультиплекси рования и демультиплексирования, а также вставки и удаления пользовательских данных. Кроме того, протокол линии ответственен за реконфигурирование линии в случае отказа какого-либо ее элемента — оптического волокна, порта или соседнего мультиплексора. Служебная информация мультиплексной секции располагается в части заголовка кадра, называемой заголовком мультиплексной секции (Multiplex Section OverHead, MSOH). Уровень тракта отвечает за доставку данных между двумя конечными пользователями сети. Тракт — это составное виртуальное соединение между пользователями. Протокол тракта должен принять данные, поступающие в пользовательском формате, например формате Т-1, и преобразовать их в синхронные кадры STM-N. На рис. 11.6 показано распределение протоколов SDH по типам оборудования SDH. Данные Данные Мультиплексная секция < ----------------------------- ► Регенераторная мультиплексор Мультиплексор мультиплексор ввода-вывода Рис. 11.6. Стек протоколов технологии SDH 322 Глава 11. Первичные сети Кадры STM-N Основные элементы кадра STM-1 показаны на рис. 11.7, а в табл. 11.3 приведена структура заголовков регенераторной и мультиплексной секций. Кадр STM-1 9 Кадр STM-1 9 Таблица 11.3. Состав заголовков регенераторной и мультиплексной секций Заголовок регенераторной секции Заголовок мультиплексной секции Синхробайты Байты контроля ошибок для мультиплексной секции Байты контроля ошибок для регенераторной секции Шесть байтов канала передачи данных, работающего на скорости 576 Кбит/с Один байт служебного аудиоканала (64 Кбит/с) Два байта протокола автоматической защиты трафика (байты К1 и К2), обеспечивающего живучесть сети Три байта канала передачи данных (Data Communication Channel, DCC), работающего на скорости 192 Кбит/с Байт передачи сообщений статуса системы синхрони зации Байты, зарезервированные для национальных операторов связи Остальные байты заголовка MSOH либо зарезерви рованы для национальных операторов связи, либо не используются Поля указателей HI, Н2, НЗ задают положе ние начала виртуального контейнера VC-4 или трех виртуальных контейнеров VC-З относи тельно поля указателей Сети SONET/SDH 323 Кадр обычно представляют в виде матрицы, состоящей из 270 столбцов и 9 строк. Пер вые 9 байт каждой строки отводятся под служебные данные заголовков, из последующих 261 байт 260 отводятся под полезную нагрузку (данные таких структур, как AUG, AU, TUG, TU и VC), а один байт каждой строки — под заголовок тракта, что позволяет кон тролировать соединение «из конца в конец». Рассмотрим механизм работы указателя Н1-Н2-НЗ на примере кадра STM-1, переносящего контейнер VC-4. Указатель занимает 9 байт четвертого ряда кадра, причем под каждое из полей HI, Н2 и НЗ в этом случае отводится по 3 байта. Разрешенные значения указателя находятся в диапазоне 0-782, причем указатель отмечает начало контейнера VC-4 в трех байтовых единицах. Например, если указатель имеет значение 27, то первый байт VC-4 находится на расстоянии 27 х 3 - 81 байт от последнего байта поля указателей, то есть является 90-м байтом (нумерация начинается с единицы) в 4-й строке кадра STM-1. Фиксированное значение указателя позволяет учесть фазовый сдвиг между данным муль типлексором и источником данных, в качестве которого может выступать мультиплексор PDH, оборудование пользователя с интерфейсом PDH или другой мультиплексор SDH. В результате виртуальный контейнер передается в двух последовательных кадрах STM-1, как и показано на рис. 11.7. Указатель может отрабатывать не только фиксированный фазовый сдвиг, но и рассогласо вание тактовой частоты мультиплексора с тактовой частотой устройства, от которого при нимаются пользовательские данные. Для компенсации этого эффекта значение указателя периодически наращивается или уменьшается на единицу. Если скорость поступления данных контейнера VC-4 меньше, чем скорость отправки STM-1, то у мультиплексора периодически (этот период зависит от величины рассогла сования частоты синхронизации) возникает нехватка пользовательских данных для заполнения соответствующих полей виртуального контейнера. Поэтому мультиплексор вставляет три «холостых» (незначащих) байта в данные виртуального контейнера, после чего продолжает заполнение VC-4 «подоспевшими» за время паузы пользовательскими данными. Указатель наращивается на единицу, что отражает запаздывание начала очеред ного контейнера VC-4 на три байта. Эта операция над указателем называется |