Синхронные каналы SDH/SONET, технологические сети CAN, коммутируемая мультимегабитная информационная служба SMDS и протокол IEEE 802.17

Мультиплексирование потоков информации при формировании мощных региональных и межрегиональных каналов имеет два решения. Одно базируется на синхронном мультиплексировании и носит название синхронная цифровая иерархия SDH, (cм. Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1998), другое использует простой асинхронный пакетный обмен и носит название "асинхронный режим передачи" (ATM, см. "Интегрированные сети ISDN и ATM" данной главы).

Стандарт SDH (Synchronous Digital Hierarchy) разработан в Европе, предназначен для замены иерархии асинхронных линий E-1/E-3, применяется в настоящее время многими сетями и представляет собой модификацию американского стандарта на передачу данных по оптическим каналам связи SONET (Synchronous Optical NETwork). Несмотря на свое название, SONET не ограничивается исключительно оптическими каналами. Спецификация определяет требования для оптического одно. и мультимодового волокна, а также для 75-омного коаксиального кабеля CATV 75. Пропускная способность SONET начинается с 51,84 Мбит/с STS-1 (Synchronous Transport Signal-1). Более высокие скорости передачи информации в Sonet кратны этому значению. Стандартизованы следующие скорости передачи, которые кратны скорости 64 Кбит/с ( таблица 15.01.).

Соответствие каналов SONET и SDH приведено ниже (W. Simpson RFC-1619 PPP over SONET/SDH) (и тот и другой могут использоваться для организации связей по схеме PPP) ( таблица 15.02.):

SONET (стандарт ANSI, предназначенный для замены NADH — North American Digital Hierarchy) использует улучшенную PDH — (Plesiochronous Digital Hierarchy — plesios — близкий (греч.)) схему мультиплексирования каналов. В плезиохронной (почти синхронной) иерархии используется мультиплексирование с чередованием бит, а не байт. Мультиплексор формирует из N входных потоков один выходной (сети, где разные часы сфазированы с разными стандартами, но все они привязаны к одной базовой частоте, называются плезиохронными). Так как скорости разных каналов могут не совпадать и нет структур, которые могли бы определить позиции битов для каждого из каналов, используется побитовая синхронизация. Здесь мультиплексор сам выравнивает скорости входных потоков путем введения (или изъятия) соответствующего числа бит. Информация о введенных и изъятых битах передается по служебным каналам. Помимо синхронизации на уровне мультиплексора происходит формирование кадров и мультикадров. Так, для канала Т2 (6312 Кбит/с) длина кадра равна 789 бит при частоте кадров 8 кГц. Мультикадр содержит 12 кадров. Помимо европейской и американской иерархии каналов, существует также японская. Каждая из этих иерархий имеет несколько уровней. Сравнение иерархий представлено в таблице 15.1.

Но добавление выравнивающих бит в PDH делает затруднительным идентификацию и вывод потоков 64 Кбит/с или 2 Мбит/с, замешанных в потоке 140 Мбит/с, без полного демультиплексирования и удаления выравнивающих бит. Если для цифровой телефонии PDH вполне эффективна, то для передачи данных она оказалась недостаточно гибкой. Именно это обстоятельство определило преимущество систем SONET/SDH. Эти виды иерархических систем позволяют оперировать потоками без необходимости сборки/разборки. Структура кадров позволяет не только выполнять маршрутизацию, но и осуществлять управление сетями любой топологии. Здесь использован чисто синхронный принцип передачи и побайтовое, а не побитовое чередование при мультиплексировании.

Первичной скоростью SONET выбрана 50688 Кбит/с (ОС1). Число уровней иерархии значительно расширено (до 48). Кратность уровней иерархии равна номеру уровня.

CCITT выработал следующие рекомендации на эту тему: G.707, G.708 и G.709. CCITT разработал рекомендации для высокоскоростных каналов H ( таблица 15.11.):

На нижних уровнях SDH и SONET в некоторых деталях различаются. Внедрение стандарта SONET ликвидировало многие недостатки каналов T-1 (ограничения на размер максимальной полезной нагрузки, простота стыковки скоростных каналов связи). SONET хорошо согласуется с ATM, что создает фундаментальный базис для широкополосных сетей ISDN (B-ISDN). Следует учитывать, что SONET сохраняет совместимость с уже существующими каналами, убирая лишь некоторые присущие им недостатки. Одним из базовых каналов сегодня является T-1 (1544 Кбит/с для США). Он содержит в себе 24 субканала DS-0 (Digital Signal at zero level, 64 Кбит/с, США). Мультиплексирование 24 каналов DS-0 по времени формирует канал DS-1 (24 канала*64 Кбит/с) + 8 Кбит/с = 1544 Кбит/с, последнее слагаемое связано с заголовками информационных блоков). Этой величине соответствует в Европе 2048 Кбит/с (канал E-1 = 30*ds 0). Два канала T-1 образуют канал T-1c, четыре канала T-1 формируют канал T-2, а семь T-2 (28 T-1) образуют T-3. Для оптических систем связи в качестве базового принят канал OC-1, равный по пропускной способности T-3. А кадр STS-1 выбран в качестве основного в системе SONET. Кадр STS-1 имеет 9 строк и 90 столбцов (810 байт). Кадры передаются с частотой 8 кГц, что дает для канала STS-1 51840 Кбит/с = 8000Гц*810байт*8бит. Эта цифра характеризует физическую скорость обмена, включающую в себя передачу служебной информации (заголовков), эффективная информационная пропускная способность равна 50112 Кбит/с. Быстродействие каналов более высокого уровня SONET получается умножением пропускной способности STS-1 (51,84 Мбит/с) на целое число. Так, пропускная способность OC-3 будет равна 155,52 Мбит/с, а OC-24 — 1244,16 Мбит/с и т.д. Целью создателей SONET было прямая стыковка оптических каналов различных сервис.провайдеров (вспомним, что непосредственное соединение каналов T-1 и E-1 невозможно). SDH допускает сцепление нескольких контейнеров (в том числе и разных размеров), если в один контейнер данные не помещаются. Допускается объединение нескольких контейнеров равного размера в один большой. Хотя относительный размер заголовка виртуального контейнера невелик (~3,33%), его объем достаточен для передачи довольно больших объемов служебной информации (до 5,184 Мбит/с).

В SONET предусмотрено четыре варианта соединений: "точка-точка", "линейная цепочка" ("add-drop"), "простое кольцо" и "сцепленное кольцо" ("interlocking ring"). Линейные варианты используются для ответвлений от основного кольца сети. Наиболее распространенная топология — "самовосстанавливающееся кольцо". Такое кольцо состоит из ряда узлов, которые связаны между собой двухсторонними линиями связи, образующими кольцо и обеспечивающими передачу сообщений по и против часовой стрелки. Способность сетей SONET к самовосстановлению определяется не только топологией, но и средствами управления и контроля состояния. При повреждении трафик перенаправляется в обход, локально это приводит к возрастанию информационного потока, по этой причине для самовосстановления сеть должна иметь резерв пропускной способности (как минимум двойной). Но, проектируя сеть, нужно избегать схем, при которых основной и резервный маршрут проходят через одну и ту же точку, так как они могут быть, при некотором невезении, повреждены одновременно.

Сети SONET (и SDH) имеют 4 архитектурных уровня:

• фотонный (photonic) — нижний уровень иерархии. Этот уровень определяет стандарты формы и преобразования оптических сигналов, электронно-оптических связей;
• секционный (section) — предназначен для управления передачей STS-кадров (sonet) между терминалами и повторителями. В его функции входит контроль ошибок;
• линейный (line) — служит для синхронизации и мультиплексирования, осуществляет связь между отдельными узлами сети и терминальным оборудованием, например линейными мультиплексорами, выполняет некоторые функции управления сетью;
• маршрутный (path) — описывает реальные сетевые услуги (T-1 или T-3), предоставляемые пользователю на участке от одного терминального оборудования до другого.

Существующие PDH -сети мультиплексируют каналы, используя каскадную схему, показанную на рис. 15.1.

Рис. 15.1. PDH-мультиплесирование

SDH-иерархия распространяется до 2500 Мбит/с и может быть расширена вплоть до 13 Гбит/с (ограничение оптического кабеля). SDH предоставляет существенно улучшенную схему мультиплексирования каналов для быстродействующих интерфейсов с полосой 150 Мбит/с и выше:

• обеспечивается единый стандарт для мультиплексирования и межсетевого соединения;
• прямой доступ к низкоскоростным каналам без необходимости полного демультиплексирования сигнала;
• простая схема управления сетью;
• возможность использования новых протоколов по мере их появления (например ATM ).

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

1. собственно контейнер (C), где лежит передаваемая информация;
2. заголовок (Path Overhead — POH ), который содержит вспомогательную информацию о канале, управляющую информацию, связанную с маршрутом передачи.