Слепов Н.Н. Современные технологии Цифровых оптоволоконных сетей связи (ATM, PDH, SDH, SONET и WDM)

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 7

Основные элементы расчёта сетей SDH

235

7.3. Формирование сети управления и синхронизации

Рассмотрим пример формирования сети управления для ячеистой сети SDH. В соответствии с вы-

шесказанным в разд. 6.4. в качестве основных каналов управления сетью SDH используются каналы DCC.

Для этих же целей могут быть использованы и каналы сети Ethernet.

Если сеть достаточно большая и разбита на несколько областей, то должны быть определены связи

между ними, адреса NSAP отдельных узлов и маршруты для передачи информации управления.

В качестве примера ячеистой сети SDH, рассмотрим сеть на рис. 7-1.

Для нее одним из вариантов формирования сети управления может быть сеть, показанная на рис.

7-3 [115]. На нем показаны фактически две сети. Одна сеть использует каналы DCC и объединяет все шесть

узлов (A-F) ячеистой сети (шесть станций: А (подстанция А) и станции В, С, D, Е и F), другая - использует

каналы Ethernet и объединяет три подстанции узла А (А1-А3). К последней подстанции A3, присоеди-

нен узловой менеджер на базе PC.

Глава 7

Основные элементы расчёта сетей SDH

236

7.3.1. Определение адресов NSAP для узлов сети

Структура адреса NSAP соответствует той, что была приведена на рис. 6-16 в разд. 6.4.3 выше.

Единственным уточнением может быть то, что поле "адрес области" (10 байт) может быть раз-

бито на две части: адрес домена (Domain - 8 байтов) и собственно адрес области (Area - 2 бай-

та).

На практике адреса NSAP должны контролироваться (распределяться) некоей сетевой ад-

министрацией страны, где развертывается такая сеть, и схема нумерации должна быть локаль-

ной для данной страны. Если сама сеть управления локальна и не соединяется ни с какой другой

сетью управления, то схема нумерации (отражаемая полем IDI) может быть выбрана достаточно

произвольно.

Код страны в сетях передачи также должен регламентироваться определенным стандар-

том. Им является стандарт ISO 3166, который содержит список трехзначных десятичных (двух-

значных шестнадцатеричных) кодов, выделенных для каждой страны и используемых для запол-

нения поля AFI.

В этой связи в данном примере используется произвольный адрес страны: IDI = 001F, а

также произвольный идентификатор AFI = 39. Адрес собственно области - 1, адрес домена - 1, т.е.

поле адреса области АА = 00000000000000010001. Поле NSEL = 0. Эти адресные поля остаются

постоянными для всех узлов рассматриваемой в данном примере сети SDH.

Системный идентификатор SID должен быть уникальным в данной области и должен отра-

жать структуру используемой сети SDH. В данном примере используется следующая структура SID:

- поле с номером станции (Station - 3 байта),

- поле с номером отсека (места установки), где установлено оборудование (Room - 1 байт),

- поле с номером полки (Subrack - 2 байта).

С учетом этого в табл. 7-3 помещены значения системных идентификаторов (исключая первые

два нулевых байта - 0000) для различных узлов сети. Именно эти номера и приведены на рис. 7-3.

7.3.2. Формирование сети синхронизации

Рассмотрим формирование сети синхронизации для той же ячеистой сети на рис. 7-1. Для этого

используем общий подход, рассмотренный ранее. Разбиваем сеть на три секции с логически свя-

занными узлами, см. рис. 7-4. Первая секция состоит из четырех узлов: А, С, D, В; вторая - из

двух: узлов Е и F ; третья - фактически содержит один узел А, т.е. A, Al, A2, A3.

В результате получаем общую схему синхронизации, показанную на рис. 7-5. Схема со-

держит один первичный источник PRC (Узел А) и один вторичный источник в транзитном узле

(G.812T - Узел В). Сплошными линиями показаны цепи первичной синхронизации, а штриховыми

линиями - цепи вторичной синхронизации.

Списки источников синхронизации, выбираемых по номеру приоритета для каждого узла,

сведены в табл. 7-4.

Глава 7

Основные элементы расчёта сетей SDH

237

7.3.3. Соединение и конфигурирование узлов и маршрутизация потоков

Окончательный этап формирования сети управления состоит в механической установке оборудо-

вания узлов, их соединении с помощью кабелей и интерфейсных разъемов и инициализации узла:

установки программного обеспечения, тестирования правильности соединения, конфигурирования

узлов и блоков и прокладки маршрутов потоков данных.

Примерная процедура инициализации узла могла бы включать следующие этапы:

- подключить интерфейс F очередного узла (например А) к NM и запустить NM;

- ввести данные о типе узла, типе полки, имени узла и имени станции, где он расположен;

- установить требуемое программное обеспечение блоков узла;

- ввести адрес NSAP;

- перезагрузить систему и войти по введенному адресу NSAP;

- отредактировать приоритеты в списке источников синхронизации;

- сконфигурировать каналы управления DCC;

- сконфигурировать используемые блоки STM-N, снабдить каждый проложенный маршрут дан-

ных контейнера VC-4 идентификатором трассировки маршрута данных TTI.

Длина TTI не должна превышать 15 символов, если придерживаться при его формирова-

нии правил, предложенных ETSI и основанных на рекомендации ITU-T E.164 [139]. Он должен

содержать как минимум имена исходного узла и узла назначения, символьный код виртуального

контейнера (например, А ~ VC-12, В ~ VC-2, С ~ VC-3, D ~ VC-4), номер тайм-слота терминально-

го кросс-коммутатора, осуществляющего вывод заданного виртуального контейнера. Описать это

более подробно можно только на примере конкретного оборудования. Идентификаторы TTI по-

зволяют контролировать корректность установки таблицы кросс-коммутации у кросс-

коммутаторов на всем пути следования виртуального контейнера.

Глава 7

Основные элементы расчёта сетей SDH

Параллельно формируется таблица маршрутизации виртуальных контейнеров с указанием

того, какие интерфейсы на оконечных узлах должны быть задействованы. Конкретный пример

маршрутизации потока 2 Мбит/с между узлами А и С сети, рассмотренной в нашем примере выше,

приведен в табл. 7-5 ниже [58].

Пример физической связи узлов А (соединительный разъем Т4А, интерфейс 7) и С (соеди-

нительный разъем Т4А, интерфейс 5) по каналу 2 Мбит/с показан на рис. 7-6. Сигнал этого канала

передается в структуре сигнала STM-4 в канале 1,3,1 первого виртуального контейнера VC-4. Имя,

используемое для кросс-ком мутации может быть одним и тем же для всего маршрута данных.

7.4. Заключение и некоторые дополнения

7.4.1. Вместо заключения

Указанный выше пример расчета сети SDH достаточно фрагментарен и недостаточно подробен,

однако он дает возможность показать основные этапы расчета и задачи (проблемы), возникающие

при этом. Вместе с тем надо отдавать себе отчет в том, что расчет конкретной практической сети

может оказаться существенно более сложным, хотя и выполнимым при внимательном знакомстве

с описанием конкретной аппаратуры SDH, которое дает ее производитель.

В этой главе автор не касался целого ряда важных вопросов проектирования сетей SDH,

касающихся строительства и эксплуатации волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Желаю-

щие познакомиться с этими вопросами могут обратиться к обзору, помещенному в [416], а также к

появившимся в последнее время регламентирующим материалам по ВОЛС: правилам, руково-

дствам и инструкциям [273, 413, 414, 415].

Глава 8

Введение в технологию АТМ

239

7.4.2. Об использовании разветвителей для расширения возможностей се-

тей SDH

Часто оказывается, что возможности расширения пропускной способности сетей SDH исчерпыва-

ются значительно быстрее, чем предполагалось при их проектировании. Стандартным в этой си-

туации является использование двух подходов: интенсивного и экстенсивного расширения воз-

можностей сетей SDH.

При интенсивном подходе емкость системы увеличивают за счет перехода на новый уровень

иерархии систем SDH, двигаясь по цепочке: STM-1  STM-4  STM-16  STM-64. Этот способ ино-

гда бывает достаточно дорогим, если учесть, что для ряда систем он сопровождается полной заменой

мультиплексоров, а не просто сменой карт. Российские сетевые операторы приступают к освоению по-

следнего звена этой цепочки и для многих это означает полную смену оборудования.

Параллельно с этим используется и экстенсивный подход - увеличение числа волокон в

ВОК. Если первые проложенные в России в 1992 г. кабели имели только 8 волокон, то теперь ос-

ваиваются кабели с числом волокон до 144.

Как, однако, поступить, если вы владеете или арендуете кабель с ограниченным числом

волокон и не имеете возможности увеличить их число. Решений, в принципе, два:

1 - убрать резервные каналы (в ущерб надежности) и работать, удвоив емкость, без защиты на од-

ном волокне (вместо двух) или одной паре волокон (вместо двух);

2 - использовать системы с WDM, увеличив емкость в п раз (это очень дорого - один мультиплек-

сор WDM с 8 несущими будет стоить вам, в среднем, 100 тыс. USD).

В этой ситуации, частичным, но очень дешевым решением, будет использование оптических

разветвителей для организации дуплексных каналов по одному волокну, позволяющих удвоить ем-

кость вашей сети по цене порядка ста USD в расчете на 1 разветвитель. Некоторые компании, произ-

водящие оборудование SDH, включают это решение, как вариант возможной работы на одном ОВ.

Что касается физических основ работы разветвителей, которые могут использовать

встречные световые потоки на одной несущей или использовать две несущих, как в системах

WDM (например, 1310 и 1550 нм), а также их параметров, то можно обратиться к работе [417].

Схемы практического применения 3 портовых разветвителей на одной X аналогичны при-

веденным на рис. 7-7,а, б, где показано использование простейших мультиплексоров WDM на две

λ в стандартной аппаратуре SDH компании Nokia.

Глава 8

Введение в технологию АТМ

240

Глава 8

Введение в технологию ATM

Технология ATM, или режим асинхронной передачи (русские сокращения РАП или АРП - асин-

хронный режим передачи - практически не используются), ее особенности, преимущества и не-

достатки широко (в отличие от других технологий) обсуждаются в периодической печати.

8.1. Основные сведения

Учитывая тот факт, что ATM, как технология, преодолела трудности роста (первые стандарты бы-

ли опубликованы еще в 1989 г. [219, 220]) и развивается, как самостоятельно, так и во взаимодей-

ствии с SDH и WDM, мы решили в этой книге дать некое систематизированное введение в эту тех-

нологию, чтобы поднять уровень ее понимания в первую очередь среди специалистов, осваи-

вающих технологии PDH и SDH. Всех, желающих получить более глубокие сведения по ATM, от-

сылаем к источникам на русском [243, 244] или английском [43, 241, 242, 245] языках или другим

изданиям. Расшифровку используемых сокращений (указанных в тексте) можно найти в конце

книги в Словаре сокращений или в словаре [44], где читатель может также найти практически все

стандарты ITU-T no ATM и публикации ATM Forum по состоянию на середину 1999 г. В данной

главе были использованы материалы лекций по технологии глобальных сетей, читаемых автором,

и его невышедшая в свет публикация по ATM [162].

8.1.1. Исходные предпосылки создания ATM

Технология ATM не возникла на пустом месте как некая совершенно новая технология, а разраба-

тывалась сначала как часть технологии B-ISDN - широкополосной цифровой сети с интеграци-

ей служб/обслуживания - Ш-ЦСИС/ЦСИО). Модель ATM являлась составной частью модели В-

ISDN [219-223]. Позднее, ввиду задержки с внедрением технологии B-ISDN в целом, ATM стала

развиваться самостоятельно, чему во многом способствовала организация форума разработчиков

и компаний-пользователей ATM, известная под названием ATM Forum, одной из задач которого

стала разработка стандартов на интерфейсы ATM [224].

8.1.2. Назначение систем ATM

Основным назначением систем ATM (как и B-ISDN) было обеспечение высокоскоростной передачи

сигналов различного класса: голоса, данных, видео и мультимедиа. Предложенная как техноло-

гия широкого применения, ATM была ориентирована на использование физических уровней других

высокоскоростных цифровых технологий, в частности, SDH/SONET и FDDI. В согласии с этим

стандартизованные скорости передачи соответствовали (ATM UNI, Version 3.0): 155 Мбит/с (SDH, 1

уровень), 100 Мбит/с (FDDI), 45 Мбит/с (DS-3 - PDH, 3 уровень). В качестве среды передачи для

ATM потоков первоначально предполагалось использовать волоконно-оптический кабель (ВОК).

8.1.3. Претензии на универсальность

Желание сделать технологию универсальной, пригодной для работы со всеми (как максимум) со-

временными телекоммуникационными технологиями, привело к тому, что скорости передачи

Глава 8

Введение в технологию АТМ

241

были расширены вверх по шкале уровней SDH и вниз/вверх по шкале PDH: 34 и 140 Мбит/с (Е3 и

Е4 - PDH, 3 и 4 уровни) [27], а также охватывали 1 уровень (ОС-1) SONET - 52 Мбит/с.

Желание не упустить при этом конечных пользователей локальных сетей, работающих че-

рез пользовательский интерфейс UNI и имеющих в компьютере сетевой адаптер ATM, привело к

появлению низкоскоростной версии, предложенной IBM (26, а затем и 13 Мбит/с), и к снижению

стандартизованной скорости передачи по шкале PDH до 1,5/2 Мбит/с (Т1/Е1) [230]. Это было

важно для продвижения технологии ATM, а также дало возможность использовать не только

ВОК, но и неэкранированную витую пару (UTP). Успехи стандартизации в этом направлении при-

вели даже к созданию сверхнизкоскоростного интерфейса FUNI - пользовательского интерфейса с

покадровой ретрансляцией, позволяющего использовать в каналах доступа ATM скорости переда-

чи 56/64 Кбит/с (DS0) [225].

8.1.4. Скорости передачи

Как ясно из предыдущего, скорости передачи, реализуемые системами ATM, перекрывают в на-

стоящее время диапазон от 64 Кбит/с до 40 Гбит/с и, как правило, соответствуют ряду: 64, nх64,

1,5/2, 6/8, 13, 26, 32, 34/45, 52, 98, 100, 140, 155, 622 Мбит/с, 2,5, 10 и 40 Гбит/с или в стандартных

обозначениях: DS0, nxDSO, T1/E1, T2/E2, FLRIBM, LRIBM, DSJ3, Т3/Е3, ОС-1, DSJ4, FDDI, E4,

STM-1, STM-4, STM-16, STM-64 и STM-256.

Это не значит, что для них всех существуют стандартные спецификации физического

уровня B-ISDN (см. новые версии стандартов серии ITU-T I.432 [230]), а в обзорах реализованных

систем ATM вы не встретите других скоростей, например, 3 Мбит/с, 10 Мбит/с или ОС-96. Пом-

ните только, что они могут быть не стандартизованы.

8.1.5. Размер пакета

Бытует мнение, что выбор размера пакета был основан на нескольких постулатах, два из них наи-

более характерны:

1 - для обеспечения надежной коммутации пакетов на высоких скоростях передачи, размер паке-

та должен быть минимально возможным;

2 - малый и фиксированный размер пакета дает большую гибкость и увеличивает эффективность

передачи.

Первым постулатом обычно объясняют тот факт, что в технологии ATM длина пакета, на-

зываемого ячейкой, составляет всего 53 байта (5+48), из которых 5 байтов используется под заго-

ловок, а 48 байтов - под рабочую нагрузку. Для сравнения напомним, что кадр транспортного мо-

дуля STM-1 (SDH, 1 уровень), например, имеет длину 2430 байтов и используется для передачи со

скоростями до 40 Гбит/с.

Второй постулат еще более спорен. Известно, что для большей гибкости требуется пере-

менная длина пакета, а увеличение эффективности обратно пропорционально относительной ве-

личине заголовка, которая, формально, достигает в ATM большой величины - 10,41%. Фактиче-

ски же она может достигать и 20% (для сравнения - в технология Frame Relay эта величина состав-

ляет всего 0,39%).

Оказывается, что главным при выборе размера рабочей нагрузки было не это, а необходи-

мость передавать без помех речь и видео. При обычной (без уплотнения) схеме кодирования речи

используется скорость передачи 64 Кбит/с. Наименее заметны искажения, вызванные выпадения-

ми кодированного сигнала длиной 4-16 мс [43]. Известно, что в ATM при обнаружении некоррек-

тируемой ошибки ячейка отбрасывается, но передача не повторяется, как например, в технологии

X.25. Значит наименее заметные искажения будут при однократном отбрасывании/выпадении

ячеек длиной 32 - 128 байтов. Возникшая (ввиду 2 предложений - США и Европа) дилемма: вы-

брать ячейку длиной 32 или 64 байта - привела к компромиссному варианту - 48 байтов, что (при

сбрасывании ячейки) может привести к выпадению фрагмента сигнала длиной 6 мс.

Глава 8

Введение в технологию АТМ

242

Выбор длины заголовка определялся допустимым уровнем коррекции ошибок при его об-

работке. При выборе схемы: 5 байтов заголовка (80 бит) с 1 байтом для схемы коррекции ошибок

заголовка НЕС - удается корректировать одиночную (в один бит) ошибку заголовка и обнаружи-

вать (с вероятностью 0,84) все множественные ошибки.

ATM коммутаторы и маршрутизаторы обрабатывают заголовок, и коды, корректирующие

ошибки, используются только для его защиты. Другие методы обеспечения надежности передачи

(например, проверка пакета в пункте приема и запрос на повтор передачи в случае обнаружения

ошибки) не применяются, что и позволяет реализовать высокие скорости передачи. Однако это же

и накладывает ограничения на канал передачи - он должен быть высоконадежным, чем и объясня-

ется ориентация на использование ВОК.

8.1.6. Стандартизация ATM

Стандартизация технологии ATM, начатая еще в рамках B-ISDN, сейчас все еще, не завершена, хо-

тя и ведется тремя организациями: ANSI, ATM Forum и ITU-T (МСЭ-Т). Причина ясна - черезмер-

ная универсальность технологии. Вместе с тем она достаточно проработана в настоящее время на

уровне интерфейсов сеть-сеть - NNI и пользователь-сеть - UNI [224, 226-230] для практической

реализации ATM систем, использующих оборудование одного производителя. Практика показы-

вает, что уровень стандартизации все еще не достаточен для надежного функционирования и сты-

ковки сетей ATM, использующих оборудование различных производителей, а также для сетей

ATM, взаимодействующих с ЛВС на основе первой версии стандарта LAN эмуляции.

С другой стороны ATM Forum (как ни одна из организаций по стандартизации) ведет ин-

тенсивную работу по стандартизации. Число разработанных им стандартов уже перевалило за 150

[44]. К этому нужно добавить более 30 стандартов, выпущенных по эгидой ITU-T [44], чтобы по-

нять какие титанические усилия вложены в эту технологию. Практика последних 5 лет показала

однако, что нигде так часто не меняется оборудование, как на сетях ATM.

8.1.7. Организация сети ATM

8.1.7.1. Схема структурной организации сети

Сети ATM имеют следующую базовую симметричную схему организации (показана "левая

часть", "правая часть" - зеркально-симметрична):

пользователи







частный UNI







коммутатор частной сети ATM







общий UNI











коммутатор общей сети А ТМ







NNI







коммутатор общей сети А ТМ







сеть ATM

В этой схеме просматривается необходимость иметь два вида каждого типа интерфейсов

(использованы обозначения: общий - Рb и частный - Рr):

- сетевой интерфейс - NNI - интерфейс между двумя коммутаторами общей сети ATM (или Pb-NNI);

- пользовательский интерфейс - UNI, состоящий фактически из двух типов интерфейсов:

• частный интерфейс UNI- Pr-UNI (PUNI) - между пользователем и коммутатором частной

сети ATM;

• общий интерфейс UNI- Pb-UNI - между коммутаторами частной и общей сетей ATM.

Схема организации сети ATM может быть более полной (см. рис. 8-1), если она включает

разные группы пользователей (ГП):

Глава 8

Введение в технологию АТМ

243

Здесь используются следующие обозначения:

КЧС - коммутатор частной сети; КОС - коммутатор общей сети;

ЛВС - локальная сеть; М - маршрутизатор.

На рис. 8-1 появляются еще, по крайней мере, три интерфейса:

Pr-NNI- частный межсетевой интерфейс (PNNI) - между коммутаторами (узлами) частных

ATM сетей, отличающийся от Pb-NNI тем, что в нем не реализован ряд общих функций, на-

пример, мониторинга или наведения порядка в сети;

DXI - интерфейс обмена данными между ЛВС и сетью ATM, осуществляемого через сервисный

блок данных - DSU;

ICI - межрегиональный интерфейс связи между различными региональными операторами сети,

используемыми для организации глобального транспорта потоков ATM.

8.1.7.2. Топологическая модель канала ATM

Топологическая модель канала ATM соответствует модели канала B-ISDN, ее "левая" часть имеет

вид, представленный на рис. 8-2 ("правая" часть - зеркально симметрична):

Здесь используются следующие обозначения:

ТО - терминальное оборудование; ТА - терминальный адаптер;

С01,2 - сетевые окончания 1 и 2; ЛО - линейное окончание;

R, S

- эталонные точки модели B-ISDN (В - индекс, указывающий на широкополосную

ISDN).

8.1.7.3. Топология сетей ATM

AТМ легко позволяет реализовать стандартные сетевые топологические схемы: тачка - точка,

точка - многоточка, многоточка - многоточка и звезда.

Конкретные варианты архитектуры сетей ATM и используемых в них топологий, а также -

вопросы их проектирования более подробно рассмотрены в работах [243; 244, гл.6,7], а также в

стандартах ITU-T I.326 [231] и 1.327 [238].

Глава 8

Введение в технологию АТМ

244

8.1.8. Трафик ATM и адресация сообщений

ATM является технологией, рассчитанной на установление соединения между пользователями ус-

луг сети. Для установления соединения используется посылка с 20-байтовым адресом (см. разд.

8.6.3). После установления физического соединения или физической цепи оказывается сформиро-

ванным путь между соединяемыми пользователями и становится возможным организация вир-

туальных цепей или логических соединений, играющих роль звеньев этого пути, осуществляемая

путем использования адресной части заголовка.

8.1.8.1. Виртуальная адресация

Логическая адресация в ATM двухуровневая. В целом для нее формируется идентификатор

виртуальной цепи. Важно понимать, что цепь эта многозвенная, а отдельное звено - это участок

сети между двумя узлами ATM сети. Указанный идентификатор виртуальной цепи соответствует

лишь адресу ближайшего узла сети, который используется маршрутизаторами (коммутаторами)

для формирования нового адреса следующего маршрутизатора (коммутатора) в соответствии с

таблицами маршрутизации, сформированными первоначально в процессе установления соедине-

ния. Тем самым осуществляется последовательная ретрансляция ячеек до места их назначения.

Все пользовательские терминальные окончания - ТО имеют свои идентификаторы, а все

пользовательские интерфейсы UNI имеют в качестве идентификатора виртуальной цепи два иден-

тификатора: идентификатор виртуального пути - VPI и идентификатор виртуального кана-

ла - VCI, которые содержатся в заголовке ячейки. Каждое звено ассоциируется с парой значений

VPI/VCI (называемое иногда этикеткой) на одном конце звена сети, которая, в свою очередь, ото-

бражается на соответствующую пару на другом конце этого звена, см. рис. 8-3.

Каждая физическая цепь (прообразом которой может служить многожильный ВОК) может

содержать несколько виртуальных путей (жил кабеля), каждый из которых в свою очередь состо-

ит из нескольких виртуальных каналов (волокон). Такая схема упрощает адресацию, так как по-

зволяет объединять группу однородных (по какому-то признаку) пользователей в один VPI. Схема

маршрутизации в сети становится более гибкой и быстрой, так как для адресации нужной группы

пользователей достаточно прочитать только VPI - первые 12 бит заголовка ячейки.

Пара VPI/VCI является фактически ATM-эквивалентом понятия идентификатор канала

связи данных - DLCI, используемого в сетях Frame Relay, или понятия номер логического канала

- LCN, используемого в сетях пакетной коммутации Х.25. Вместе с тем оно не соответствует по-

нятию адрес источника/адрес назначения в классических локальных сетях.