положитель
ным выравниванием. В итоге средняя скорость отправляемых пользовательских данных становится равной скорости их поступления, причем без вставки дополнительных битов в стиле технологии PDH.
Если же скорость поступления данных VC-4 выше, чем скорость отправки кадра STM-1, то у мультиплексора периодически возникает потребность во вставке в кадр «лишних» (пре- адевременно пришедших) байтов, для которых в поле VC-4 нет места. Для их размещения используются три младших байта указателя, то есть поле НЗ (само значение указателя умещается в поля Н і й Н2). Указатель при этом уменьшается на единицу, поэтому такая операция носит название отрицательного выравнивания.
Тот факт, что выравнивание контейнера VC-4 происходит с дискретностью в три байта, объ
ясняется достаточно просто. Дело в том, что в кадре STM-1 может переноситься либо один контейнер VC-4, либо три контейнера VC-З. Каждый из контейнеров VC-З имеет в общем случае независимое значение фазы относительно начала кадра, а также собственную вели
чину рассогласования частоты. Указатель VC-З в отличие от указателя VC-4 состоит уже не из девяти, а из трех байтов: HI, Н2, НЗ (каждое из этих полей — однобайтовое). Эти три указателя помещаются в те же байты, что и указатель VC-4, но по схеме с чередованием байтов, то есть в порядке Hl-1, Hl-2, Hl-3, Н2-1, Н2-2, Н2-3, НЗ-1, НЗ-2, НЗ-З (второй
324Глава 11. Первичные сети индекс идентифицирует определенный контейнер VC-З). Значения указателей VC-З ин
терпретируются в байтах, а не трехбайтовых единицах. При отрицательном выравнивании контейнера VC-З лишний байт помещается в соответствующий байт НЗ-1, НЗ-2 или НЗ-З — в зависимости от того, над каким из контейнеров VC-З проводится операция.
Вот мы и дошли до размера смещения для контейнеров VC4 — этот размер был выбран для унификации этих операций над контейнерами любого типа, размещаемыми непосред
ственно в AUG кадра STM-1. Выравнивание контейнеров более низкого уровня всегда происходит с шагом в один байт.
При объединении блоков TU и AU в группы в соответствии с описанной схемой
(см. рис. 11.7) выполняется их последовательное побайтное расслоение, так что период сле
дования пользовательских данных в кадре STM-N совпадает с периодом их следования в трибутарных портах. Это исключает необходимость в их временной буферизации, поэтому говорят, что
мультиплексоры SDH передают данные в реальном масштабе времени.Упомянутая ранее техника
прямой коррекции ошибок (FEC) была стандартизована в техно
логии SDH гораздо позже принятия основного ядра стандартов SDH. Напомним, что эта техника основана на
применении самокорректирующих кодов, позволяющих исправлять искажения битов данных «на лету», то есть не прибегая к их повторной передаче, а исполь
зуя избыточную часть кода. Такая техника может существенно повысить эффективную скорость передачи данных при наличии помех или сбоев в работе приемопередатчиков.
Обычно к прямой коррекции ошибок мультиплексоры SDH прибегают на скоростях
2,5 Гбит/с и выше.
Типовые топологииВ сетях SDH применяются различные топологии связей. Наиболее часто используются кольца и линейные цепи мультиплексоров, также находит все большее применение ячеи
стая топология, близкая к полносвязной.
Кольцо SDH строится из мультиплексоров ввода-вывода, имеющих, по крайней мере, по два агрегатных порта (рис. 11.8,
а). Пользовательские потоки вводятся в кольцо и выво
дятся из кольца через трибутарные порты, образуя двухточечные соединения (на рисунке показаны в качестве примера два таких соединения). Кольцо является классической регулярной топологией, обладающей потенциальной отказоустойчивостью — при одно
кратном обрыве кабеля или выходе из строя мультиплексора соединение сохранится, если его направить по кольцу в противоположном направлении. Кольцо обычно строится на основе кабеля с двумя оптическими волокнами, но иногда для повышения надежности и пропускной способности применяют четыре волокна.
Цепь (рис. 11.8,
б) — это линейная последовательность мультиплексоров, из которых два оконечных играют роль терминальных мультиплексоров, остальные — мультиплексоров ввода-вывода. Обычно сеть с топологией цепи применяется в тех случаях, когда узлы име
ют соответствующее географическое расположение, например вдоль магистрали железной дороги или трубопровода. Правда, в таких случаях может применяться и
плоское кольцо (рис. 11.8,
в), обеспечивающее более высокий уровень отказоустойчивости за счет двух до
полнительных волокон в магистральном кабеле и по одному дополнительному агрегатному порту у терминальных мультиплексоров.
Эти базовые топологии могут комбинироваться при построении сложной и разветвленной сети SDH,
образуя участки с радиально-кольцевой топологией, соединениями «кольцо- кольцо» и т. п. Наиболее общим случаем является
ячеистая топология (рис. 11.8, г), при
Сети SONET/SDH
325
которой мультиплексоры соединяются друг с другом большим количеством связей, за счет чего сеть можно достичь очень высокой степени производительности и надежности.
Рис. 11.8.
Типовые топологии
Методы обеспечения живучести сети
Одной из сильных сторон первичных сетей SDH является разнообразный набор средств отказоустойчивости, который позволяет сети быстро (за десятки миллисекунд) восстано
вить работоспособность в случае отказа какого-либо элемента сети — линии связи, порта или карты мультиплексора, мультиплексора в целом.
В SDH в качестве общего названия механизмов отказоустойчивости используется термин
автоматическое защитное переключение (Automatic Protection Switching, APS), отра
жающий факт перехода (переключения) на резервный путь или резервный элемент муль
типлексора при отказе основного. Сети, поддерживающие такой механизм, в стандартах
SDH названы самовосстанавливающимися.
В сетях SDH применйются три схемы защиты.
□ Защита 1+1 означает, что резервный элемент выполняет ту же работу, что и основной.
Например, при защите трибутарной карты по схеме 1+1 трафик проходит как через рабочую карту (резервируемую), так и через защитную (резервную).
□ Защита 1:1 подразумевает, что защитный элемент в нормальном режиме не выполняет функции защищаемого элемента, а переключается на них только в случае отказа.
326
Глава 11. Первичные сети
□ Защита i:N предусматривает выделение одного защитного элемента на N защищаемых.
При отказе одного из защищаемых элементов его функции начинает выполнять защит
ный, при этом остальные элементы остаются без защиты — до тех пор, пока отказавший элемент не будет заменен.
В зависимости от типа защищаемого путем резервирования элемента сети в оборудовании и сетях SDH применяются следующие основные виды автоматической защиты: защитное переключение оборудования, защита карт, защита мультиплексной секции, защита сетевого соединения, разделяемая защита мультиплексной секции в кольцевой топологии.
Защитное переключение оборудования (Equipment Protection Switching, EPS) — за
щита блоков и элементов оборудования SDH. Применяется для таких жизненно важных элементов мультиплексора, как процессорный блок, блок коммутации (кросс-коннектор), блок питания, блок ввода сигналов синхронизации и т. п. EPS обычно работает по схеме
1+1 или 1:1.
Защита карт (Card Protection, CP) — защита агрегатных и трибутарных карт мультиплек
сора; позволяет мультиплексору автоматически продолжать работу в случае отказа одной из агрегатных или трибутарных карт. Используется защита по схемам 1+1, 1:1 и \:N. За
щита 1+1 обеспечивает непрерывность транспортного сервиса, так как трафик пользова
тельских соединений не прерывается при отказе карты. В приведенном на рис. 11.9 примере в мультиплексоре поддерживается защита трибутарных двухпортовых карт по схеме 1+1.
Одна из трибутарных карт является основной, или рабочей, другая — защитной. Режим работы пары связанных таким образом карт задается командой конфигурирования муль
типлексора. В режиме, когда обе трибутарные карты являются работоспособными, трафик обрабатывается параллельно каждой картой.
Трибутарные Мультиплексор SDH
Р1
Р2
Рис. 1 1 .9 .
Защита карт по схеме
1+1
Сети SONET/SDH
327
Для переключения трафика между трибутарными картами используется дополнительная карта-переключатель. Входящий трафик каждого порта поступает на входной мост карты- переключателя, который разветвляет трафик и передает его на входы соответствующих портов трибутарных карт. Агрегатная карта получает оба сигнала STM-N от трибутарных карт и выбирает сигнал только от активной в данный момент карты. Исходящий трафик от агрегатной карты также обрабатывается обеими трибутарными картами, но карта- переключатель передает на выход только трафик от активной карты.
При отказе основной карты или другом событии, требующем перехода на защитную карту
(деградация сигнала, ошибка сигнала, удаление карты), агрегатная карта по команде от блока управления мультиплексором переходит на прием сигнала от защитной трибутарной карты. Одновременно карта-переключатель также начинает передавать на выход сигналы выходящего трафика от защитной карты.
Данный способ обеспечивает автоматическую защиту всех соединений, проходящих через защищаемую карту. При установлении защиты типа СР конфигурация соединений рабочей карты дублируется для защитной карты.
Защита мультиплексной секции (Multiplex Section Protection, MSP), то есть участка сети между двумя смежными мультиплексорами SDH, действует более избирательно по срав
нению с защитой карт. Защищается секция между двумя мультиплексорами, включающая два порта и линию связи (возможно, в свою очередь, включающую регенераторы, но не мультиплексоры). Обычно применяется схема защиты 1+1. При этом для рабочего канала
(верхняя пара соединенных кабелем портов на рис. 11.10, а
) конфигурируется защитный канал (нижняя пара портов). При установлении защиты MSP в каждом мультиплексоре необходимо выполнить конфигурирование, указав связь между рабочим и защитным пор
тами. В исходном состоянии весь трафик передается по обоим каналам (как по рабочему, так и по защитному).
Рис. 11.10. Защита мультиплексной секции
Существует однонаправленная и двунаправленная защита MSP. При однонаправленной защите (именно этот случай показан на рисунке) решение о переключении принимает только один из мультиплексоров — тот, который является приемным для отказавшего канала. Этот мультиплексор после обнаружения отказа (отказ порта, ошибка сигнала, деградация сигнала и т. п.) переходит на прием по защитному каналу. При этом передача иприем ведутся по разным портам (рис. 11.20, б).
328Глава 11. Первичные сети
В случае двунаправленной защиты MSP при отказе рабочего канала в каком-либо направле
нии выполняется полное переключение на защитные порты мультиплексоров. Для уведом
ления передающего (по рабочему каналу) мультиплексора о необходимости переключения принимающий мультиплексор использует протокол, называемый протоколом «К-байт».
Этот протокол указывает в двух байтах заголовка кадра STM-N статус рабочего и защит
ного каналов, а также детализирует информацию об отказе. Механизм MSP обеспечивает защиту всех соединений, проходящих через защищаемую мультиплексную секцию. Время переключения защиты MSP, согласно требованиям стандарта, не должно превышать 50 мс.
Защита сетевого соединения (Sub-Network Connection Protection, SNC-P), то есть защита пути (соединения) через сеть для определенного виртуального контейнера, обеспечивает переключение определенного пользовательского соединения на альтернативный путь при отказе основного пути. Объектом защиты SNC-P является трибутарный трафик, помещен
ный в виртуальный контейнер определенного типа (например, в VC-12, VC-З или VC-4).
Используется схема защиты 1 + 1.
Защита SNC-P конфигурируется в двух мультиплексорах: во входном, в котором трибу
тарный трафик, помещенный в виртуальный контейнер, разветвляется, и в выходном, в котором сходятся два альтернативных пути трафика. Пример защиты SNC-P показан на рис. 11.11.
В мультиплексоре ADM 1 для виртуального контейнера VC-4 трибутарного порта Т2 заданы два соединения: с одним из четырех контейнеров VC-4 агрегатного порта
А1 и с одним из четырех контейнеров VC-4 агрегатного порта А2. Одно из соединений конфигурируется как рабочее, второе — как защитное, при этом трафик передается по обоим соединениям. Промежуточные (для данных соединений) мультиплексоры конфи- гурируются обычным образом. В выходном мультиплексоре контейнер VC-4 трибутарного порта ТЗ также соединяется с контейнерами — агрегатного порта А1 и агрегатного порта
А2. Из двух поступающих на порт ТЗ потоков выбирается тот, качество которого выше
(при равном нормальном качестве
выбирается сигнал из агрегатного порта, указанного при конфигурировании в качестве рабочего).
Рис. 11.11.
Защита сетевого соединения
Сети SONET/SDH
329
Защита SNC-P работает в любых топологиях сетей SDH, в которых имеются альтернатив
ные пути следования трафика, то есть кольцевых и ячеистых.
Разделяемая защита мультиплексной секции в кольцевой топологии (Multiplex Section
Shared Protection Ring, MS-SPRing) обеспечивает в некоторых случаях более экономичную защиту трафика в кольце. Хотя защита SNC-P вполне подходит для кольцевой топологии сети SDH, в некоторых случаях ее применение снижает полезную пропускную способность кольца, так как каждое соединение потребляет удвоенную полосу пропускания вдоль всего кольца. Так, в кольце STM-16 можно установить только 16 защищенных по типу SNC-P соединений VC-4 (рис. 11.12).
16 защищенных соединений VC-4,
распределение трафика - звезда
с центром в точке А
Защитные соединения
Рабочие соединения
Рис. 11.12. Защита SNC-P в кольце
Защита MS-SPRing позволяет использовать пропускную способность кольца более эф
фективно, так как полоса пропускания не резервируется заранее для каждого соединения.
Вместо этого резервируется половина пропускной способности кольца, но эта резервная полоса выделяется для соединений динамически, по мере необходимости, то есть после обнаружения факта отказа линии или мультиплексора. Степень экономии полосы при применении защиты MS-SPRing зависит от распределения трафика.
Если весь трафик сходится в один мультиплексор, то есть имеется звездообразное рас
пределение, защита KlS-SPRing экономии по сравнению с SNC-P вообще не дает. Пример такой ситуации представлен на рис. 11.13, я, где центром «тяготения» трафика является мультиплексор Л, а в кольце установлены те же 16 защищенных соединений, что и в при
мере защиты SNC-P на рис. 11.12. Для защиты соединений резервируется 8 из 16 вирту
альных контейнеров агрегатного потока STM-16.
330Глава 11. Первичные сети
Рабочие контейнерыft=F l
I I--- I ли
— \—
Защитные контейнеры16 защищенных соединений VC-4, распределение трафика - звезда с центром в точке ААаАбРис. 11.13. Защита с разделением кольцаПри возникновении неисправности, например обрыве линии, как это показано на
рис. 11.13
б), трафик в мультиплексорах, между которыми нарушилась связь, «разво
Сети SONET/SDH
331рачивается» в обратном направлении. Для этого используются резервные виртуальные контейнеры агрегатных портов, с которыми соединяются виртуальные контейнеры по
страдавших соединений. В то же время соединения, на которые отказ не повлиял, работают в прежнем режиме, не подключая резервные контейнеры. Для уведомления мультиплек
соров о реконфигурировании кольца служит уже упоминавшийся протокол «К-байт».
Время переключения на защитные соединения MS-SPRing составляет около 50 мс. При смешанном распределении трафика экономия полосы в кольце MS-SPRing может быть еще более значительной.
Новое поколение протоколов SDHИзначально технология SDH была ориентирована на передачу элементарных потоков голосового трафика, отсюда и ее ориентация на мультиплексирование пользовательских потоков со скоростями, кратными 64 Кбит/с, и применение коэффициента кратности 4 для иерархии скоростей.
Однако популярность Интернета изменила ситуацию в телекоммуникационном мире, и се
годня объемы компьютерного трафика в первичных сетях превосходят объемы голосового трафика. В условиях доминирования Ethernet как технологии канального уровня почти весь компьютерный трафик, поступающий на входы мультиплексоров первичных сетей, представляет собой кадры Ethernet, а значит, представлен иерархией скоростей 10-100-
1000-10 000 Мбит/с. Пользовательские потоки с такими скоростями не очень эффективно укладываются в виртуальные контейнеры SDH, рассчитанные на решение других задач.
Для исправления ситуации организация ITU-T разработала несколько стандартов, которые составляют так называемую технологию SDH нового поколения (SDH Next Generation, или SDH NG). Эти стандарты делают технологию SDH более дружественной к компью
терным данным.
Стандарты SDH нового поколения описывают три новых механизма:
□ виртуальная конкатенация (VCAT);
□ схема динамического изменения пропускной способности линии (LCAS);
□ общая процедура инкапсуляции (кадрирования) данных (GFP).
Виртуальная конкатенация (Virtual Concatenation, VCAT) контейнеров позволяет более эффективно использовать емкость виртуальных контейнеров SDH при передаче трафика
Ethernet.
У механизма виртуальной конкатенации существует предшественник — механизм смеж
ной конкатенации. Этот механизм был разработан для более эффективной передачи трафика сетей ATM; он позволяет объединить несколько контейнеров VC-4 со скоростью
140 Мбит/с в один контейнер с более высокой скоростью передачи данных. Коэффициент кратности объединения контейнеров VC-4 в механизме смежной конкатенации может быть равен 4,16,64 или 256, что позволяет использовать для передачи нескольких объеди
ненных (конкатенированных) контейнеров VC-4 в кадрах STM-4, STM-16, STM-64 или
STM-256. Объединенный контейнер рассматривается как единица коммутации всеми мультиплексорами сети, он
имеет только один указатель, так как отдельные виртуальные контейнеры внутри объединенного контейнера заполняются данными одного потока и не могут «плавать» друг относительно друга. При смежной конкатенации объединенный контейнер обозначается как VC-4-4/16/64/256c.
Скачать 22.28 Mb.