Приниципы и устройства оптоволоконных сетей

простая схема  управления сетью;

возможность использования новых протоколов, по мере их появления (напр. atm)

При передаче по сети SDH информация вкладывается в  специальные структуры, называемые виртуальными контейнерами (VC). Эти  контейнеры состоят из двух частей:

собственно  контейнер (C), где лежит передаваемая информация;

заголовок (path overhead - POH), который содержит вспомогательную  информацию о канале, управляющую  информацию, связанную с маршрутом  передачи.

Описано несколько  типов виртуальных контейнеров  для использования в различных  каналах.

 

 

Разновидности виртуальных контейнеров

Виртуальный контейнер	Поддерживаемые услуги
VC-11	1.544 Мбит/с североамериканские каналы
VC-12	2.048 Мбит/с европейские каналы
VC-2	6.312 Мбит/с каналы (используются редко). VC-2 могут также объединяться для  достижения больших скоростей
VC-3	34.368 Мбит/с и 44.736 Мбит/с каналы
VC-4	139.264 Мбит/с каналы и другие высокоскоростные  услуги

 

В схеме мультиплексирования  применены следующие обозначения:С-n Контейнер уровня n (n=1,2,3,4);

VC-n Виртуальный контейнер уровня n (n=1,2,3,4);

TU-n Трибные блоки уровня n (n=1,2,3);

TUG-n Группа трибных блоков n (n=2,3);

AU-n Административные блоки уровня n (n=3,4);

AUG Группа административных блоков (стандарт G.709).

Контейнеры  С-n используются для инкапсуляции сигналов каналов доступа или трибов, при  этом уровни n соответствуют уровням PDH. Контейнер С-1 может нести в  себе контейнер С-11, который содержит триб Т1=1,54 Мбит/с, и контейнер С-12, несущий триб Е1=2 Мбит/с. Контейнер  С-2 разбивается на контейнер С-21, содержащий триб Т2=6 Мбит/с и контейнер  С-22 с трибом Е2=8Мбит/с. Контейнер  С-3 разбивается на контейнер С-31 (триб Е3=34 Мбит/с) и контейнер С-32 с трибом Т3=45Мбит/с. С-4 не имеет подуровней и несет в себе триб Е4=140 Мбит/с.

Виртуальный контейнер VC-3 делится на два виртуальных  контейнера VC-31 и VC-32, полезная нагрузка VC-3 образуется из одного контейнера С-3 или с помощью мультиплексирования  нескольких групп TUG-2.

Виртуальный контейнер VC-4 с полезной нагрузкой  в виде контейнера С-4 или путем  мультиплексирования нескольких групп TUG-2 и TUG-3.

Административный  блок AU-3 разбивается на подуровни AU-31 и AU-32, поле данных которых формируется  из виртуального контейнера VC-31 или VC-32 соответственно.

Административный  блок AU-4 не имеет подуровней, его  поле данных формируется из виртуального контейнера VC-4 или комбинаций других блоков: 4*VC-31 или 3*VC-32 или 21*TUG-21 или 16*TUG-22.

Рис. Иерархия мультиплексирования SDH

 

На рис. отображена иерархия мультиплексирования потоков  информации в SDH. На рисунке не показана возможность вложения контейнера VC-11 в TU-12. SDH-сигнал состоит из STM-1 кадров (Synchronous Transport Module уровень 1; ). Этот сигнал обеспечивает интерфейс для обмена со скоростью 155.52 Мбит/c, что является базовым блоком, из которого строятся интерфейсы с более высоким быстродействием. Для более высоких скоростей может быть использовано n STM-1 кадров с перекрытием байтов (byte interleave). Согласно требованиям CCITT n может принимать значения 1, 4 и 16, предоставляя интерфейс для каналов с полосой 155.52, 622.08 и 2488 Мбит/с. Каждый STM-1 кадр содержит 2430 байтов, передаваемых каждые 125 мксек. Для удобства такой кадр можно отобразить в виде блока, содержащего 9 строк по 270 байт.

Рис. Структура  кадра STM-1

Первые 9 колонок  кадра, исключая строку 4, используются в качестве заголовка. Регенераторная часть служит для передачи сигнала  между линейным оборудованием и  несет в себе флаги разграничения  кадров, средства для обнаружения  ошибок и управления телекоммуникационным каналом.

Мультиплексорный  заголовок используется мультиплексорами, обеспечивая детектирование ошибок и информационный канал с пропускной способностью 576 Кбит/с. AU (administrative units) - предлагает механизм эффективной транспортировки информации STM-1. Административный блок перераспределяет информацию внутри виртуального контейнера. Начало виртуального контейнера индицируется указателем au, в котором содержится номер байта, с которого начинается контейнер. Таким образом, начала STM-1 и VC не обязательно совпадают.

 

Рис. Вложение виртуального контейнера VC-4 в STM-1

Рис. VC-4, плавающий в AU-4

VC-4 позволяет реализовать каналы с быстродействием 139.264 Кбит/с. Более высокая скорость обмена может быть достигнута путем соединения нескольких VC-4 вместе. Для более низких скоростей (около 50 Мбит/с) предлагается структура AU-3.

Три VC-3 помещаются в один кадр STM-1, каждый со своим au-указателем. Когда три VC-3 мультиплексируются в один STM-1, их байты чередуются, то есть за байтом первого VC-3 следует байт второго vc-3, а затем третьего. Чередование байтов (byte interleaving) используется для минимизации задержек при буферизации. Каждый VC-3 имеет свой AU-указатель, что позволяет им произвольно размещаться в пределах кадра STM-1.

Рис. Три VC-3 в STM-1 кадре

Каждому VC-3 при занесении в STM-1 добавляется 2 колонки заполнителей, которые  размещаются между 29 и 30, а также  между 57 и 58-ой колонками контейнера VC-3. VC, соответствующие низким скоростям, сначала вкладываются в структуры, называемые TU (tributary units - вложенные блоки), и лишь затем в более крупные - VC-3 или VC-4. TU-указатели позволяют VC низкого уровня размещаться независимо друг от друга и от VC высокого уровня.

VC-4 может  нести в себе три VC-3 непосредственно,  используя TU-3 структуры, аналогичные  AU-3. Однако транспортировка VC-1 и  VC-2 внутри vc-3 несколько сложнее.  Необходим дополнительный шаг  для облегчения процесса мультиплексирования  VC-1 и VC-2 в структуры более высокого  уровня.

Рис. Транспортировка  VC при низких скоростях с использованием TU-структур

Так как VC-1 и VC-2 оформляются как TU, они вкладываются в TUG (Tributary Unit Group). TUG-2 имеет 9 рядов и 12 колонок, куда укладывается 4 VC-11, 3 VC-12 или один VC-2. Каждый TUG-2 может содержать VC только одного типа. Но TUG-2, содержащие различные VC, могут быть перемешаны произвольным образом. Фиксированный размер TUG-2 ликвидирует различия между размерами VC-1 и VC-2, упрощая мультиплексирование виртуальных контейнеров различных типов и их размещение в контейнерах более высокого уровня. Данная схема мультиплексирования требует более простого и дешевого оборудования для осуществления мультиплексирования, чем PDH.

Если в  SDH управление осуществляется на скоростях в несколько килобайт, в ATM оно реализуется на скорости канала, что влечет за собой определенные издержки.

Для управления SDH/SONET используется протокол SNMP (см. RFC-1595, “Definitions of Managed Objects for the SONET/SDH Interface Type”) и база данных MIB.

Архитектура сети, базирующейся на SDH, может иметь кольцевую структуру или схему точка-точка.

 

 

 

 

6. Сети АТМ

В настоящее  время начинают широко внедряться каналы с пропускной способностью 150,52 и 622,08 Мбит/с. Эти каналы, как для соединения локальных сетей, так и непосредственно  для построения скоростных LAN, могут  обеспечить любые современные телекоммуникационные услуги кроме телевидения высокого разрешения. Предусмотрен стандарт и  на скорость передачи 2,48832 Гбит/c. Так  как время доставки для многих видов сетевых услуг реального  времени является крайне важной характеристикой, АТМ находит широкое применение в телефонии, кабельном телевидении  и других областях. Следует учитывать, что оцифрованный видеосигнал качества VHS требует 100Мбит/с при отсутствии сжатия и 1,5-6 Мбит/c при использовании  сжатия. Кадр изображения 1000х1000 пикселей при 24 битах, характеризующих цвет, занимает 3 Мбайта. ATM справится с  передачей такого кадра с учетом накладных расходов (заголовок) за ~0,2 сек. Понятно, что при использовании  сжатия можно получить заметно большее  быстродействие.

Это не значит, что доступны лишь указанные скорости, интерфейсы позволяют мультиплексировать большое число каналов с самыми разными скоростями обмена. Но мультиплексирование  на таких частотах представляет собой  значительную проблему. Определенные трудности представляет то обстоятельство, что в ATM трудно реализовать обмен  без установления соединения (аналог UDP в Интернет).

Протокол ATM (asynchronous transfer mode; см. также А.Н. Назаров, М.В. Симонов. "АТМ. Технология высокоскоростных сетей". ЭКО-Трендз, М. 1998) является широкополосной версией ISDN, работает на скорости 150,52 Мбит/с  с пакетом постоянной длины и  минимальным заголовком. Слово асинхронный  в названии означает, что тактовые генераторы передатчика и приемника  не синхронизованы, а сами ячейки передаются и мультиплексируются по запросам. При мультиплексировании используется статистическая технология. Асинхронная  передача не предполагает упорядочивания ячеек по каналам при пересылке. ATM поддерживает аппаратную и пакетную коммутацию.

Каждый пакет ATM имеет 53 байта (в англоязычной документации пакеты ATM носят название cell (ячейка), этот термин введен, чтобы отличить пакеты ATM от пакетов низкоскоростных  каналов), из них 48 байт несут полезную информацию.

Для выделения  пакета из потока используются такие  же, как в ISDN разделительные байты (0x7E). Заголовок пакета содержит лишь 5 байт и предназначен главным образом  для того, чтобы определить принадлежит  ли данный пакет определенному виртуальному каналу. Отсутствие контроля ошибок и  повторной передачи на физическом уровне приводит к эффекту размножения  ошибок. Если происходит ошибка в поле идентификатора виртуального пути или  виртуального канала, то коммутатор может  отправить ячейку другому получателю. Таким образом, один получатель не получит  ячейку, а другой получит то, что  ему не предназначалось.

Виртуальный канал в ATM формируется также как  и в ISDN. Формально эта процедура  не является частью ATM-протокола. Сначала  здесь формируется сигнальная схема, для этого посылается запрос с VPI=0 и VCI=5. Если процедура завершилась  успешно, можно начинать формирование виртуального канала. При создании канала могут использоваться 6 разновидностей сообщений.

setup - запрос  формирования канала.

call proceeding - запрос  в процессе исполнения.

connect - запрос  принят.

connect ACK - подтверждение  получения запроса. 

release - сообщение  о завершении.

release compleate - подтверждение получения сообщения  release.

Схема обмена сообщениями при установлении (и  разрыве) виртуального соединения показана на рис.Предполагается, что между ЭВМ-инициализатором и ЭВМ-адресатом находится два ATM-переключателя. Каждый из узлов по пути к месту назначения при получении запроса setup откликается, посылая сообщение call proceeding. Адрес места назначения указывается в сообщении setup. В ATM используется три вида адресов. Первый - имеет 20 байт и имеет структуру OSI-адреса. Первый байт указывает на вид адреса (один из трех). Байты 2 и 3 указывают на принадлежность стране, а байт 4 задает формат последующей части кода адреса, которая содержит 3 байта кода администрации (authority), 2 байта домена, 2 байта области и 6 байтов собственно адреса. Во втором формате байты 2 и 3 выделены для международных организаций, а не стран. Остальная часть адреса имеет тот же формат, что и в варианте 1. Третий формат является старой формой (CCITT E.164) 15-цифровых десятичных телефонных номеров ISDN. В ATM не специфицировано никакого алгоритма маршрутизации. Для выбора маршрута (от коммутатора к коммутатору) используется поле VCP. VCI используется лишь на последнем шаге, когда ячейка посылается от переключателя к ЭВМ. Такой подход упрощает маршрутизацию отдельных ячеек, так как при этом анализируется 12- а не 28-битовые коды. В каждом коммутаторе (переключателе) формируются специальные таблицы, которые решают проблему переадресации ячеек.

Следует обратить внимание на то, что виртуальный  канал (circuit) и виртуальный проход (path) в данном контексте не тождественны. Виртуальный проход (маршрут) может  содержать несколько виртуальных  каналов. Виртуальные каналы всегда являются полностью дуплексными.

Рис. Обмен  сообщениями при установлении и  разрыве виртуального соединения

Сети ATM допускают  создание мультикастных каналов. Такой  канал имеет одного отправителя  и много получателей. Первый канал  формируется обычным путем, последующие  участники сессии подключаются позднее  путем посылки сообщения add party.

За видимую  простоту ячеек приходится платить  тем, что управляющая информация передается в общем информационном потоке. Высокая скорость передачи данных требует применения аппаратно  реализованных маршрутных таблиц на каждом переключателе пакетов. На рис. представлен формат заголовка пакета ATM. Заголовок обеспечивает два механизма  маршрутизации пакетов:

VPI (Virtual path identifier - виртуальный идентификатор маршрута) обеспечивает соединение точка-точка,  но маршрут не является фиксированным  и задается непосредственно перед  началом пересылки с использованием  сигнальных сообщений. Слово “виртуальный”  означает, что пакеты передаются  от узла к узлу в соответствии  с VPI.

VCI (Virtual call identifier - виртуальный идентификатор запроса)  запросы осуществляются в соответствии  с виртуальным маршрутом, заданным VPI.

Эти два субполя  вместе образуют поле маршрута, которое  занимает 24 бита.

Рис. Формат заголовка ATM-пакета (сетевой интерфейс  пользователя - UNI)

ля интерфейса сеть-сеть (NNI) используется ячейка с  несколько иным форматом заголовка. Там весь первый октет выделен  для VPI, а поле GFC отсутствует.GFC Generic flow control (4 бита, смотри описание пакетов ISDN) - общее управление потоком.

VPI Virtual path identifier (8 бит, служит для целей маршрутизации) - идентификатор виртуального пути.

VCI Virtual call identifier (16 бит, служит для целей маршрутизации) - идентификатор виртуального канала.

PT Payload type (2 бита, тип данных; это поле может занимать и зарезервированное субполе RES.)

RES зарезервированный бит.

CLP (Cell loss priority - уровень приоритета при потере пакета) указывает на то, какой приоритет имеет пакет (cell), и будет ли он отброшен в случае перегрузки канала.

HEC header error control (8 бит, поле контроля ошибок)

 

Ряд значений VCI и VPI имеют фиксированные значения, приведенные в таблице