Технология синхронной цифровой иерархии

Для стандартного телефонного канала период дискретизации равен 125 мкс. Под ка­дром понимают совокупность символов (бит информационного сигнала), переданных за время, равное периоду дискретизации. Так как для основного синхронного сигнала — син­хронного транспортного модуля уровня STM-1 скорость передачи - 155,52 Мбит/с, то каж­дый кадр должен содержать 19440 бит.

Особенностью технологии СЦИ/SDH является то, что основной единицей кадра служит не бит, а байт, поэтому в каждом кадре содержится 19440:8 =2430 байт. Другая особен­ность технологии СЦИ/SDH заключается в организации структуры кадра, который пред­ставляется как блок, состоящий из 9 строк и 270 столбцов (рисунок 6.3), каждый столбец при этом имеет ширину в 1 байт.

Рисунок 14.1 – Cтруктура кадра синхронного транспортного модуля уровня STM-1

Кадр синхронного транспортного модуля уровня STM-1 как блок данных можно пред­ставить в виде некоторого контейнера стандартного размера, имеющего сопровождающую документацию - заголовок, где собраны все необходимые для управления маршрутизации контейнера поля-параметры, и внутреннюю емкость для размещения информационных символов, которые называют полезной нагрузкой.

В кадре первые 9 байт содержат сигнал синхронизации (выравнивания) кадра (или фрей­ма) FAS (FrameAlignmentSignal). Последующие 261 байт используются для передачи по­лезной нагрузки. Следующие 9 байтов представляются в виде первых 9 столбцов второй строки и используются в качестве секции заголовка - заголовок регенераторного участка RSOH (RegeneratorSectionOverhead), а последующие 261 байт (261 столбцов) используются для полезной нагрузки и т.д. Таким образом формируется представление кадра синхронного транспортного модуля уровня STM-1 в виде матрицы размерностью 9x270 = 2430 байт, у которой первые 9 столбцов отведены под управляющую информацию - это заголовок уча­стка SOH (SectionOverhead) (состоит из сигнала выравнивания фрейма FAS (1x9 байт), за­головок регенераторного участка RSON (2x9 байт), заголовок мультиплексорного участка MSOH (MultiplexerSectionOverhead) (5x9 байт) и указатель Pointer (1x9 байт), а после­дующие 261 столбец используются под полезную нагрузку.

Указатель (Pointer) расположен в начале четвертой строки между заголовками регене­раторного RSOH и мультиплексорногоMSOH участков и используется для указания начала полезной нагрузки. Как видно из рисунке 14.1, действительное положение полезной нагрузки на­чинается не с первой строки (после сигнала синхронизации кадра FAS), а после указателя и с того места (адреса), которое задается указателем.

В действительности полезная нагрузка располагается не в одном кадре, а частично в следующем. Нумерация емкости нагрузки в связи с этим начинается после указателя, т.е. с 10-го байта четвертой строки, а не с первой строки после FAS. Как следствие конец нуме­рации нагрузки заканчивается в конце третьей строки следующего кадра. Полезная нагрузка может смещаться в структуре кадра под действием непредвиденных временных флуктуа­ции, а указатель всегда содержит адрес начала полезной нагрузки. Тем самым устраняется противоречие между фактом синхронности обработки и возможным изменением положения полезной нагрузки внутри кадра.

14.2 Мультиплексирование цифровых потоков в СЦИ/SDH

а) инкапсуляция сигнала нагрузки 140 Мбит/с. Структура кадра в технологии СЩ формируется с помощью метода инкапсуляции, т.е. последовательных вложений. Для этого используют понятие контейнера. В него упаковываются цифровые сигналы входных каналов (каналов доступа), скорость передачи которых соответ­ствует скорости стандартного ряда ПЦИ/PDH, начиная от канала Е1 и выше. Такие входные сигналы будем называть сигналами нагрузки (потоком нагрузки) ПЦИ/PDH. Аналогично входные сигналы, скорость передачи которых соответствует скоростям СЦИ/SDH, будем называть сигналами нагрузки (потоком нагрузки) СЦИ/SDH.

По типоразмеру контейнеры делятся на четыре уровня, соответствующие уровням ие­рархии ПЦИ/PDH. К каждому контейнеру крепится ярлык, содержащий управляющую ин­формацию для сбора статистики прохождения контейнера. Контейнер с таким ярлыком ис­пользуется для переноса информации и является логическим, а не физическим объектом, поэтому его называют виртуальным.

Рассмотрим формирование самого большого виртуального контейнера, предназначен­ного для размещения цифрового потока (сигнала) нагрузки Е4, имеющего скорость переда­чи 140 Мбит/с. На рисунке 14.2 показана схема размещения потока Е4 в синхронном транс­портном модуле STM-1.

Сигнал нагрузки (140 Мбит/с) на интервале времени дискретизации 125 мкс имеет 17408 бит полезной информации. Он размещается в контейнере размером 9x260 байт (18720 бит), который назван С-4. К контейнеру добавляется заголовок тракта РОН (PathOverHead), представляющий собой один столбец (шириной 1 байт).

Рисунок 14.2 – Размещение потока нагрузки 140 Мбит/с в модуле STM-1

В результате формируется вирту­альный контейнер VC-4, который разме-щается в транспортном модуле (кадре) с помощью указателя. Размещение полезной нагрузки в кадре STM-1 задается указателем. Виртуальный контейнер вместе с указателем называют административным модулем AU-4 (AdministrativeUnit). При размещении виртуального контейнера VC-4 указатель (Pointer) называют AU-4 Pointer. Указатель задает адрес начала полезной нагрузки, т.е. в рассматриваемом случае -начало виртуального контейнера.

Байты заголовка тракта РОН виртуального контейнера VC-4 имеют сле­дующие назначения:

U1 - используется в точке назначения контейнера VC-4 для подтверждения установле­ния связи с передатчиком;

ВЗ - байт проверки четности;

С2 - указатель загрузки контейнера и типа полезной нагрузки;

G1 - состояние тракта дает информацию обратной связи от терминальной к исходной точке формирования тракта;

F2 - может быть задействован пользователем данного тракта для организации канала связи;

Н4 - обобщенный индикатор положения нагрузки используется при организации мультикадра, в том числе для указания восстановления первого байта мультикадровогoTU;

б) инкапсуляция сигнала нагрузки 2 Мбит/с. В сетях СЦИ/SDH в Европе и России ха­рактерным является поток (сигнал) нагрузки Е1 со скоростью передачи 2 Мбит/с. Рассмот­рим процесс инкапсуляции таких сигналов. На интервале 125 мкс сигнал нагрузки Е1 имеет 256 бит (32 байта) информации и размещается в контейнере размером 34 байта, получив­шим название С-12. Заметим, что размер контейнера всегда несколько больше полезной на­грузки (размещаемого сигнала нагрузки). Это необходимо для реализации принципа «дина­мического плавания» полезной нагрузки внутри контейнера. Контейнер С-12 имеет наимень­ший типоразмер в отличие от контейнера С-4 с наибольшим размером. К контейнеру С-12 до­бавляется заголовок тракта VC-12 РОН длиной в один байт, обозначаемый V5, с указанием маршрутной информации, используемой в основном для сбора статистики прохождения кон­тейнера. В результате формируется виртуальный контейнер VC-12 размером 35 байт.

Далее, в соответствии с принципом инкапсулирования, необходимо несколько вирту­альных контейнеров вложить в большие контейнеры. В нашем рассмотрении ограничимся наибольшим контейнером С-4 (ему соответствует виртуальный контейнер VC-4) и рассмот­рим процедуру вложения в него виртуальных контейнеров VC-12.

Следует заметить, что формирование групп нагрузочных модулей - это не что иное, как применение операции мультиплексирования с чередованием байт. В рассматриваемом при­мере в контейнере С-4 размещались одинаковые сигналы нагрузки 2 Мбит/с. В общем слу­чае можно разместить различные сигналы полезной нагрузки.

Описанный режим отображений информации нагрузочных модулей на поле полезной нагрузки предполагает, что положение полезной нагрузки VC-4 определяется стандартным образом с помощью указателя AU-4 Pointer. Это делает ненужным использование указате­лей нагрузочных модулей TU-12 PTR.

Рисунок 14.3 – Общая схема мультиплексирования в СЦИ/SDH

Достоинство такого режима - более простая структура TU-n или TUG, допускающая более эффективную последующую обработку. Недостаток очеви-ден - исключается любая несинхронность при транспортировке контейнера;

в) мультикадры. Ранее было показано, что нагрузочный модуль TU-12 содержит 36 байт, один из которых отведен под указатель. Однако одного байта для нормального функционирования указателя недостаточно (так, в указателе AU-4 PTR под указатель отведено 6 байт). Поэтому для обеспечения плавающего режима формируется мулътикадр, состоящий из нескольких кадров, в пределах которого мог бы плавать контейнер нижнего уровня (С-12).

а) Применение IP-технологий в корпоративной сети.

Остановимся на некоторых аспектах технологии сети Интернет и новых сетевых технологиях: GigabitEthernet (GE) и оптический Интернет, пред­ставляющих особый интерес.

Широкомасштабное применение IP-технологий - одно из главных стратегических ре­шений при построении современной корпоративной сети. Такой подход связан, по крайней мере, со следующими двумя факторами:

- во-первых, с объективными привлекательными свойствами IP-технологии, заклю­чающимися в ее открытости, способности интегрировать практически любые другие сетевые технологии, отлаженности, надежности и масштабируемости;

- во-вторых, целесообразность применения IP-технологий вытекает из самого факта существования Интернета и той роли, которую играет эта сеть в современном мире.

Вследствие своей универсальности IP-технологии могут быть эффективно использованы в корпоративной сети для построения всех типов связей (или любой ее части):

- локальных сетей предприятия (уже сегодня 99% всех узлов корпоративных сетей, включая персональные компьютеры, поддерживает протокол IP);

- сетей подразделений через глобальные связи, необходимых для нормальной работы почти любого предприятия (intranet);

- предоставления удаленного доступа своим сотрудникам (intranet);

- организации связей с сетями и сотрудниками предприятий-партнеров (extranet);

- организации связей с клиентами и покупателями (extranet).

Популярность IP-технологии, помимо субъективных, объясняется многими ее объективными достоинствами.

Именно IP-протокол в сети Интернет играет роль универсального интегрирующего средства, позволяющего объединить в единую глобальную сеть множество сетей самых разнообразных технологий. В корпоративной сети технология IP необходима для объединения отдельных локальных сетей предприятия через Интернет и другие глобальные сети.

Очень важным достоинством IP-технологии, необходимым для построения всемирной глобальной сети, является масштабируемость. Стек протоколов ТСР/IР отличается хорошо продуманными решениями, позволяю-щими за счет многоуровневого иерархического под хода наращивать сеть в очень больших пределах. И наконец, отработанность и отлаженность IP-технологии является еще од­ним (часто решающим) соображением, принимаемым во внимание при построении транс­портной основы для корпоративной сети;

б) преодоление недостатков IP-технологий.

Однако за время существования стека про­токолов ТСРЛР, особенно в последние годы, когда начался глобальный переход на IP-технологии, выявились слабости и недостатки архитектуры протоколов ТСРЛР. Во многих случаях IP-технология не может удовлетворить требованиям новых приложений. Конечно, прежде всего она должна обеспечивать более высокую пропускную способность, однако этого недостаточно. Требуется дополнить IP-технологию средствами управления пропуск­ной способностью, которые бы гарантировали приложениям нужное им качество обслужи­вания QoS.

Для предоставления гарантированных сервисов технология IP должна быть существен­но модернизирована. Необходимо придать ей большую «интеллектуальность», чтобы сете­вые устройства, работающие на ее основе, смогли дифференцировать трафик и предостав­лять различные уровни сервиса для различных пользователей и приложений. Другими сло­вами, IP-сетям нужен активный механизм управления пропускной способностью.

Особое место в IP-сетях занимают сегодня приложения IP-телефонии. Желание обес­печивать телефонный сервис через Интернет представляет собой главную движущую си­лу сближения обычной телефонии и Интернет. Несмотря на коренное отличие принципов, положенных в основу те­лефонных и IP-сетей, достаточно качественная передача голоса в IP-сетях при значитель­ной недогруженноcти сети возможна;

в) GigabitEthernet. В настоящее время GigabitEthernet (GE) прочно вошел в перечень базовых сетевых технологий для современных цифровых сетей. Технология GE прошла этап первичной стандартизации и представлена на рынке новейшей аппаратурой - маршру­тизаторами/коммутаторами GE, выпускае-мыми ведущими производителями ДСП, и уже на­ходит применение при построении современных высокоскоростных сетей передачи данных.

В модели BOC/OSI стандарту GE соответствуют канальный и физи­ческий уровни. Отметим лишь, что интерфейс 1000Base-X подразделяется на три физических интер­фейса:

- 1000Base-SX - оптический интерфейс для многомодовых волокон и излучения с дли­ной волны 850 нм, мощностью -10...0 дБм, при чувствительности и насыщении чувствительности приемника -17 и 0 дБм соответственно;

- 1000Base-LX - оптический интерфейс для одномодовых и многомо- довых волокон и излучения с длиной волны 1300 нм, мощностью -13,5...-3 дБм при чувствительности и насыщении приемника -19 и -3 дБм соответственно;

- 1000Base-CX - электрический интерфейс для экранированной витой пары STP 5-й ка­тегории на короткие расстояния.

На рисунках 15.1 и 15.2 представлены применения аппаратуры GE и DWDM в корпоратив­ных магистралях и оптических сетях.

Рисунок 15.1 – Применение маршрутизаторов GE в корпоративных магистралях

В настоящее время определены предварительные спецификации нового стандарта 10GEthernet (10 Гбит/с). Таким образом, стандарт Ethernet с масштабируемой иерархией 10/100/1000/... становится мощной сетевой технологией, конкурирующей с технологией ATM на уровне сетей как корпоративных, так и магистральных;

г) оптический Интернет. Несмотря на то, что стандартизация оптического Интерне­та находится на начальном уровне, в последнее время его технология обсуждается как одна из наиболее перспективных для опти-ческих сетей. Именно полностью оптические техноло­гии (см. рисунок 15.2) позволяют перейти на качественно новый уровень построения сетей бу­дущего со скоростями передачи от 1...2 Тбит/с и выше.

Рисунок 15.2 – Применение маршрутизаторов и аппаратуры DWDM в оптических сетях