Технологія SONET/SDH.

Технологія синхронної цифрової ієрархії (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) спочатку була розроблена компанією Bellcore за назвою «Синхронні оптичні мережі» — Synchronous Optical NETs, SONET. Перший варіант стандарту з'явився в 1984 році. Потім ця технологія була стандартизована комітетом Т1 ANSI. Міжнародна стандартизація технології проходила під егідою Європейського інституту телекомунікаційних стандартів (ETSI) і ССІТТ разом з ANSI і провідними телекомунікаційними компаніями Америки, Європи і Японії. Основною метою розробників міжнародного стандарту було створення такої технології, що дозволяла б передавати трафік всіх існуючих цифрових каналів (як американських Т1 – Т3, так і європейських Е1 – Е3) у рамках високошвидкісної магістральної мережі на волоконно-оптичних кабелях і забезпечила б ієрархію швидкостей, яка продовжила ієрархію технології PDH, до швидкості в декілька гігабіт в секунду.

У результаті тривалої роботи вдалося розробити міжнародний стандарт Syncbronous Digital Hierarchy, SDH (специфікації G.707-G.709), а також доробити стандарти SONET таким чином, що апаратура і стеки SDH і SONET стали сумісними і можуть мультиплексувати вхідні потоки практично будь-якого стандарту PDH — як американського, так і європейського. У термінології і початковій швидкості технології SDH і SONET залишилися розбіжності, але це не заважає сумісності апаратурі різних виробників, а технологія SONET/ SDH фактично стала вважатися єдиною технологією. У Росії застосовуються стандарти й адаптована термінологія SDH.

Ієрархія швидкостей при обміні даними між апаратурою SONET/SDH, що підтримує технологія SONET/SDH, представлена в табл. 13.2.

Таблиця 13.2. Швидкості технології SONET/SDH

У стандарті SDH всі рівні швидкостей (і, відповідно, формати кадрів для цих рівнів) мають загальну назву: STM-n — Synchronous Transport Module level n. У технології SONET існують два позначення для рівнів швидкостей: STS-n — Synchronous Transport Signal level n, вживане при передачі даних електричним сигналом, і ОС-n — Optical Carrier level n, вживане при передачі даних світловим променем по волоконно-оптичному кабелі. Формати кадрів STS і ОС ідентичні.

Як видно з таблиці 15.2, стандарт SONET починається зі швидкості 51,84 Мбіт/с, а стандарт SDH — зі швидкості 155,52 Мбіт/с, рівної потроєної початкової швидкості SONET. Міжнародний стандарт визначив початкову швидкість ієрархії в 155,52 Мбіт/с, щоб зберігалася гнучкість і спадковість технології SDH з технологією PDH — у цьому випадку канал SDH може передавати дані рівня DS-4, швидкість яких дорівнює 139,264 Мбіт/с. Будь-яка швидкість технології SONET/ SDH кратна швидкості STS-1. Деяка надмірність швидкості 155,52 Мбіт/с для передачі даних рівня DS-4 пояснюється великими накладними витратами на службові заголовки кадрів SONET/SDH. Кадри даних технологій SONET і SDH, які називаються також циклами, по форматах співпадають, відповідно починаючи з загального рівня STS-3/STM-1. Ці кадри мають дуже велику надмірність, тому що передають велику кількість службової інформації, що потрібна для:

• забезпечення гнучкої схеми мультиплексування потоків даних різних швидкостей, що дозволяють вставляти (add) і витягати (drop) користувацьку інформацію будь-якого рівня швидкості, не демультиплексуючи весь потік;

• забезпечення відмовостійкості мережі;

• підтримки операцій контролю і керування на рівні протоколу мережі;

• синхронізації кадрів у випадку невеликого відхилення частот двох мереж, що сполучаються.

Стек протоколів і основні структурні елементи мережі SONET/SDH показані на рис.13.1.

Рис.13.1. Стек протоколів і структура мережі SONET/SDN.

Нижче перераховані пристрої, що можуть входити в мережу технології SONET/ SDH.

• Термінальні пристрої (Tenmnal, Т), які називаються також сервісними адаптерами (Service Adapter, SA), приймають користувацькі дані від низькошвидкісних каналів технології PDH (типу Т1/Е1 чи Т3/Е3) і перетворюють їх у кадри STS-n. (Далі абревіатура STS-n використовується як загальне позначення для кадрів SONET/SDH.)

• Мультиплексори (Muliplexers) приймають дані від термінальних пристроїв і мультиплексують потоки кадрів різних швидкостей STS-n у кадри більш високої ієрархії STS-m.

• Мультиплексори “вводу-виводу” (Add-Drop Multiplexers) можуть приймати і передавати транзитом потік визначеної швидкості STS-n, вставляючи чи видаляючи «на ходу», без повного демультиплексування, користувацькі дані, прийняті з низькошвидкісних входів.

• Цифрові кросс-конектори (Digital Cross-Connect, DCC), які називаються також апаратурою оперативного переключення (АОП), призначені для мультиплексування і постійної комутації високошвидкісних потоків STS-n різного рівня між собою (на рис.15.1 не показані). Кросс-конектор являє собою різновид мультиплексора, основне призначення якого — комутація високошвидкісних потоків даних, можливо, різної швидкості. Кросс-коннектори утворюють магістраль мережі SONET/SDH.

• Регенератори сигналів, що використовуються для відновлення потужності і форми сигналів, що пройшли значну відстань по кабелі. На практиці іноді складно провести чітку грань між описаними пристроями, тому що багато виробників випускають багатофункціональні пристрої, що включають термінальні модулі, модулі “вводу-виводу”, а також модулі кросс-коннекторів.

Стек протоколів.

Стек протоколів складається із протоколів 4-х рівнів.

Фізичний рівень, який називається у стандарті фотонним (photonic), має справу з кодуванням бітів інформації за допомогою модуляції світла. Для кодування сигналу застосовується метод NRZ (завдяки зовнішній тактовій частоті його погані самосинхронізуючі властивості недоліком не являються).

Рівень секції (section) підтримує фізичну цілісність мережі. Секцією в технології називаються кожен безупинний відрізок волоконно-оптичесного кабелю, що з'єднує пари пристроїв SONET/SDH між собою, наприклад мультиплексор і регенератор. Протокол секції має справу з кадрами і на основі службової інформації кадру може проводити тестування секції і підтримувати операції адміністративного контролю. У заголовку протоколу секції є байти, що утворюють звуковий канал 64 Кбіт/с, а також канал передачі даних керування мережею зі швидкістю 192 Кбіт/с. Заголовок секції завжди починається з двох байт 11110110 00101000, які є прапорами початку кадру. Наступний байт визначає рівень кадру: STS-I, STS-2 і т.д. За кожним типом кадру закріплений визначений ідентифікатор.

Рівень лінії (Line) відповідає за передачу даних між двома мультиплексорами мережі. Протокол цього рівня працює з кадрами різних рівнів STS-n для виконання різних операцій мультиплексeванyя і демультиплексeванyя, а також вставки і видалення користувацьких даних. Таким чином, лінією називається потік кадрів одного рівня між двома мультиплексорами. Протокол лінії також відповідальний за проведення операцій реконфігурації лінії у випадку відмови якого-небудь її елемента — оптичного волокна, порту чи сусіднього мультиплексора.

Рівень тракту (path—шлях) відповідає за доставку даних між двома кінцевими користувачами мережі. Тракт (шлях) — це складене віртуальне з'єднання між користувачами. Протокол тракту повинен прийняти дані, що надходять у користувацькому форматі, наприклад форматі Т1, і перетворити їх у синхронні кадри STS-n/STM-m.

Формат кадру STS-1 представлений на рис.15.2. Кадри технології SONET/SDH прийнято представляти у вигляді матриці, яка складається із n рядків і m стовпців. Таке представлення добре відображає структуру кадру зі свого роду підкадрами, які називаються віртуальними контейнерами (Virtual Container, VC — термін SDH) чи віртуальними притоками (Virtual Tributaries, VT — термін SONET). Віртуальні контейнери — це підкадри, що переносять потоки даних, швидкості яких нижчі, ніж початкова швидкість технології SONET/SDH у 51,84 Мбіт/с (наприклад, потік даних Т1 зі швидкістю 1,544 Мбіт/с).

Рис.13.2. Формат кадру STS-1.

Кадр STS-1 складається з 9 рядків і 90 стовпців, тобто з 810 байт даних. Між пристроями мережі кадр передається послідовно по байтах — спочатку перший рядок зліва направо, потім другий і т.д. Перші 3 байти кожного рядка являють собою службові заголовки. Перші 3 рядки являють собою заголовок з 9 байт протоколу рівня секції і містять дані, необхідні для контролю і реконфігурації секції. Інші 6 рядків складають заголовок протоколу лінії, що використовується для реконфігурації, контролю і керування лінією. Пристрої мережі SONET/SDH, що працюють з кадрами, мають достатній буфер для розміщення в ньому всіх байт кадру, які протікають синхронно через пристрій, тому пристрій для аналізу інформації на якийсь час має повний доступ до всіх частин кадру. Таким чином, розміщення службової інформації в несуміжних байтах не представляє складності для обробки кадру.

Ще один стовпець являє собою заголовок протоколу шляху. Він використовується для вказівки місця розташування віртуальних контейнерів усередині кадру, якщо кадр переносить низькошвидкісні дані користувацьких каналів типу Т1/Е1. Місце розташування віртуальних контейнерів задається не жорстко, а за допомогою системи покажчиків (pointers).

Концепція покажчиків є ключовою у технології SONET/SDH. Покажчик покликаний забезпечити синхронну передачу байт кадрів з асинхронним характером користувацьких даних.

У технології SONET/SDH існує гнучка, але досить складна схема використання поля даних кадрів STS-n. Складність цієї схеми в тому, що потрібно «вкласти» у кадр найбільш раціональним способом мозаїку з віртуальних контейнерів різного рівня. Тому в технології SONET/SDH стандартизовано шість типів віртуальних контейнерів, які добре сполучаються один з одним при створенні кадру STS-n. Існує ряд правил, по яких контейнери кожного виду можуть утворювати групи контейнерів, а також входити до складу контейнерів більш високого рівня.

Відмовостійкість мережі SONET/SDH вбудована в її основні протоколи. Цей механізм називається автоматичним захисним переключенням — Automatic Protection Switching, APS. Існують два способи його роботи. У першому способі захист здійснюється за схемою 1:1. Для кожного робочого волокна (і обслуговуючого його порту) призначається резервне волокно. В другому способі, який називається 1:n, для захисту n волокон призначається тільки одне захисне волокно.

У схемі захисту 1:1 дані передаються як по робочому, так і по резервному волокну. При виявленні помилок приймаючий мультиплексор повідомляє передавальному, яке волокно повинне бути робочим. Звичайно при захисті 1:1 використовується схема двох кілець, схожа на подвійні кільця FDDI (рис. 13.3), але тільки з одночасною передачею даних у протилежних напрямках. При обриві кабелю між двома мультиплексорами відбувається згортання кілець, і, як і в мережах FDDI, із двох кілець утворюється одне робоче.

Рис.13.3. Використання подвійних кілець для забезпечення відмовостійкості мережі SONET/SDN.

Застосування схеми резервування 1:1 не обов'язково вимагає кільцевого з'єднання мультиплексорів, можна застосовувати цю схему і при радіальному підключенні пристроїв, але кільцеві структури вирішують проблеми відказостійкості ефективніше — якщо в мережі немає кілець, радіальна схема не зможе нічого зробити при обриві кабелю між пристроями.

Процедури: керування, конфігурування й адміністрування мережі SONET/SDH також вбудовані в протоколи. Службова інформація протоколу дозволяє централізовано і дистанційно конфігурувати шляхи між кінцевими користувачами мережі, змінювати режим комутації потоків у кросс-конекторах, а також збирати докладну статистику про роботу мережі. Існують могутні системи керування мережами SDH, що дозволяють прокладати нові канали простим переміщенням миші за графічною схемою мережі.