Sdh сеть для чайников

Sdh сеть для чайников

1. Цифровая первичная сеть — принципы построения и тенденции развития

Первичной сетью называется совокупность типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов системы электросвязи, образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи системы электросвязи. В основе современной системы электросвязи лежит использование цифровой первичной сети, основанной на использовании цифровых систем передачи. Как следует из определения, в состав первичной сети входит среда передачи сигналов и аппаратура систем передачи. Современная первичная сеть строится на основе технологии цифровой передачи и использует в качестве сред передачи электрический и оптический кабели и радиоэфир.

Рассмотрим ту часть первичной, которая связана с передачей информации в цифровом виде. Как видно из рис. 1.1, современная цифровая первичная сеть может строиться на основе трех технологий: PDH, SDH и ATM.

Рис. 1.1. Место цифровой первичной сети в системе электросвязи

Первичная цифровая сеть на основе PDH/SDH состоит из узлов мультиплексирования (мультиплексоров), выполняющих роль преобразователей между каналами различных уровней иерархии стандартной пропускной способности (ниже), регенераторов, восстанавливающих цифровой поток на протяженных трактах, и цифровых кроссов, которые осуществляют коммутацию на уровне каналов и трактов первичной сети. Схематично структура первичной сети представлена на рис. 1.2. Как видно из рисунка, первичная сеть строится на основе типовых каналов, образованных системами передачи. Современные системы передачи используют в качестве среды передачи сигналов электрический и оптический кабель, а также радиочастотные средства (радиорелейные и спутниковые системы передачи). Цифровой сигнал типового канала имеет определенную логическую структуру, включающую цикловую структуру сигнала и тип линейного кода. Цикловая структура сигнала используется для синхронизации, процессов мультиплексирования и демультиплексирования между различными уровнями иерархии каналов первичной сети, а также для контроля блоковых ошибок. Линейный код обеспечивает помехоустойчивость передачи цифрового сигнала. Аппаратура передачи осуществляет преобразование цифрового сигнала с цикловой структурой в модулированный электрический сигнал, передаваемый затем по среде передачи. Тип модуляции зависит от используемой аппаратуры и среды передачи.

Таким образом, внутри цифровых систем передачи осуществляется передача электрических сигналов различной структуры, на выходе цифровых систем передачи образуются каналы цифровой первичной сети, соответствующие стандартам по скорости передачи, цикловой структуре и типу линейного кода.

Обычно каналы первичной сети приходят на узлы связи и оканчиваются в линейно-аппаратном цехе (ЛАЦе), откуда кроссируются для использования во вторичных сетях. Можно сказать, что первичная сеть представляет собой банк каналов, которые затем используются вторичными сетями (сетью телефонной связи, сетями передачи данных, сетями специального назначения и т.д.). Существенно, что для всех вторичных сетей этот банк каналов един, откуда и вытекает обязательное требование, чтобы каналы первичной сети соответствовали стандартам.

Cовременная цифровая первичная сеть строится на основе трех основных технологий: плезиохронной иерархии (PDH), синхронной иерархии (SDH) и асинхронного режима переноса (передачи) (ATM). Из перечисленных технологий только первые две в настоящее время могут рассматриваться как основа построения цифровой первичной сети.

Рис. 1.2. Структура первичной сети.

Технология ATM как технология построения первичной сети является пока молодой и до конца не опробованной. Эта технология отличается от технологий PDH и SDH тем, что охватывает не только уровень первичной сети, но и технологию вторичных сетей (рис. 1.1), в частности, сетей передачи данных и широкополосной ISDN (B-ISDN). В результате при рассмотрении технологии ATM трудно отделить ее часть, относящуюся к технологии первичной сети, от части, тесно связанной со вторичными сетями.

Рассмотрим более подробно историю построения и отличия плезиохронной и синхронной цифровых иерархий. Схемы ПЦС были разработаны в начале 80х. Всего их было три:
1) принята в США и Канаде, в качестве скорости сигнала первичного цифрового канала ПЦК (DS1) была выбрана скорость 1544 кбит/с и давала последовательность DS1 — DS2 — DS3 — DS4 или последовательность вида: 1544 — 6312 — 44736 — 274176 кбит/с. Это позволяло передавать соответственно 24, 96, 672 и 4032 канала DS0 (ОЦК 64 кбит/с);
2) принята в Японии, использовалась та же скорость для DS1; давала последовательность DS1 — DS2 — DSJ3 — DSJ4 или последовательность 1544 — 6312 — 32064 — 97728 кбит/с, что пзволяло передавать 24, 96, 480 или 1440 каналов DS0;
3) принята в Европе и Южной Америке, в качестве превичной была выбрана скорость 2048 кбит/с и давала последовательность E1 — E2 — E3 — E4 — E5 или 2048 — 8448 — 34368 — 139264 — 564992 кбит/с. Указанная иерархия позволяла передавать 30, 120, 480, 1920 или 7680 каналов DS0.

Комитетом по стандартизации ITU — T был разработан стандарт, согласно которому:
— во-первых , были стандартизированы три первых уровня первой иерархии, четыре уровня второй и четыре уровня третьей иерархии в качестве основных, а также схемы кросс-мультиплексирования иерархий;
— во-вторых ,последние уровни первой и третьей иерархий не были рекомендованы в качестве стандартных.

Указанные иерархии, известные под общим названием плезиохронная цифровая иерархия PDH, или ПЦИ, сведены в таблицу 1.1.

Уровень цифровой иерархии	Скорости передач, соответствующие различным схемам цифровой иерархии
AC: 1544 kbit/s	ЯС: 1544 kbit/s	EC: 2048 kbit/s
0	64	64	64
1	1544	1544	2048
2	6312	6312	8448
3	44736	32064	34368
4	—	97728	139264

Таблица 1.1. Три схемы ПЦС: АС-американская; ЯС-японская; ЕС-европейская.

Но PDH обладала рядом недостатков, а именно:
— затруднённый ввод/вывод цифровых потоков в промежуточных пунктах;
— отсутствие средств сетевого автоматического контроля и управления;
— многоступенчатое востановление синхронизма требует достаточно большого времени;
Также можно считать недостатком наличие трёх различных иерархий.

Указанные недостатки PDH, а также ряд других факторов привели к разработке в США ещё одной иерархии — иерархии синхронной оптической сети SONET, а в Европе аналогичной синхронной цифровой иерархии SDH, предложенными для использования на волоконно-оптических линиях связи(ВОЛС).Но из-за неудачно выбранной скорости предачи для STS-1 , было принято решение — отказаться от создания SONET, а создать на её основе SONET/SDH со скоростью передачи 51.84 Мбит/с первого уровня ОС1 этой СЦИ. Врезультате OC3 SONET/SDH соответствовал STM-1 иерархии SDH.Скорости передач иерархии SDH представлены в таблице 1.2.

Уровень SDH.	Скорость передачи, Мбит/с
STM-1	155,520
STM-4	622,080
STM-8	1244,160
STM-12	1866,240
STM-16	2487,320

Таблица 1.2. Скорости передач иерархии SDH.

Иерархии PDH и SDH взаимодействуют через процедуры мультиплексирования и демультиплексирования потоков PDH в системы SDH.

Основным отличием системы SDH от системы PDH является переход на новый принцип мультиплексирования. Система PDH использует принцип плезиохронного (или почти синхронного) мультиплексирования, согласно которому для мультиплексирования, например, четырех потоков Е1 (2048 кбит/с) в один поток Е2 (8448 кбит/с) производится процедура выравнивания тактовых частот приходящих сигналов методом стаффинга. В результате при демультиплексировании необходимо производить пошаговый процесс восстановления исходных каналов. Например, во вторичных сетях цифровой телефонии наиболее распространено использование потока Е1. При передаче этого потока по сети PDH в тракте ЕЗ необходимо сначала провести пошаговое мультиплексирование Е1-Е2-ЕЗ, а затем — пошаговое демультиплексирование ЕЗ-Е2-Е1 в каждом пункте выделения канала Е1.

В системе SDH производится синхронное мультиплексирование/демультиплексирование, которое позволяет организовывать непосредственный доступ к каналам PDH, которые передаются в сети SDH. Это довольно важное и простое нововведение в технологии привело к тому, что в целом технология мультиплексирования в сети SDH намного сложнее, чем технология в сети PDH, усилились требования по синхронизации и параметрам качества среды передачи и системы передачи, а также увеличилось количество параметров, существенных для работы сети. Как следствие, методы эксплуатации и технология измерений SDH намного сложнее аналогичных для PDH.

Международным союзом электросвязи ITU-T предусмотрен ряд рекомендаций, стандартизирующих скорости передачи и интерфейсы систем PDH, SDH и ATM, процедуры мультиплексирования и демультиплексирования, структуру цифровых линий связи и нормы на параметры джиттера и вандера (рис- 1.3).

Рис. 1.3. Стандарты первичной цифровой сети, построенной на основе технологий PDH, SDH и ATM.

Рассмотрим основные тенденции в развитии цифровой первичной сети.В настоящий момент очевидной тенденцией в развитии технологии мультиплексирования на первичной сети связи является переход от PDH к SDH. Если в области средств связи этот переход не столь явный (в случае малого трафика по-прежнему используются системы PDH), то в области эксплуатации тенденция к ориентации на технологию SDH более явная. Операторы, создающие большие сети, уже сейчас ориентированы на использование технологии SDH.Следует также отметить, что SDH дает возможность прямого доступа к каналу 2048 кбит/с за счет процедуры ввода/вывода потока Е1 из трактов всех уровней иерархии SDH. Канал Е1 (2048 кбит/с) является основным каналом, используемым в сетях цифровой телефонии, ISDN и других вторичных сетях.

Технологии SDH

Образование групповых трактов высокого порядка. Плезиохронная цифровая иерархия

Известно, что широко распространенная технология мультиплексирования ИКМ-30 (ИКМ — импульсно-кодовая модуляция ) использует принципы образования группового тракта, который позволяет в течение 125 мкс передать информацию 32 каналов (30 пользовательских и 2 служебных). Однако по мере роста потребностей набор типов аппаратуры расширялся, и увеличивались скорости, достигаемые при передаче по физическим каналам. Появились устройства, способные за то же время 125 мкс передавать информацию для 120 каналов (ИКМ —120), 480 (ИКМ — 480), 1920 (ИКМ-1920) и 7680 каналов (ИКМ —7680). В международных документах они имеют следующие обозначения: ИКМ-30 — E1, ИКМ —120 -E2, ИКМ — 480 —E3, ИКМ-1920- E4, ИКМ —7680-E4. Для Северной Америки и Канады принята другая иерархия : 24 канала — DS-1 , 96 каналов — DS-2 , 672 канала — DS-3 , 4032 канала — DS-4 . Для Японии принята следующая иерархия : 24 канала — DS-1 , 96т каналов — DS-2 , 480 канала — DSJ-3, 1440 каналов — DSJ-4.

Эти ряды, перечисляющие возможные иерархии цифровой аппаратуры передачи информации, называются плезиохронной цифровой иерархией ПЦИ (PDH — Plesiochronous Digital Hierarchy).

Ниже в таблице 9.1. приведены основные характеристики систем,входящих в плезиохронную иерархию.Показанные в таблице 9.1 уровни цифровой иерархии имеют следующие названия:

• 0-й уровень — основной цифровой канал (ОЦК);
• 1-й уровень — первичный цифровой канал (ПЦК);
• 2-й уровень — вторичный цифровой канал (ВЦК);
• 3-й уровень — третичный цифровой канал (ТЦК);
• 4-й уровень — четвертичный цифровой канал (ЧЦК).

Таблица 9.1. Основные характеристики систем, входящих в плезиохронную иерархию

Уровень иерархии	Характеристики систем иерархии
	Американские системы			Японские системы			Европейские системы
	Скорость Кбитсек	Коэффициент мультиплексирования	Число каналов	Скорость	Коэффициент мультиплексирования	Число каналов	Скорость	Коэффициент мультиплексирования	Число каналов
0	64	1	64	1	64	1
1	1544	24	24	1544	24	24	2048	30	30
2	6312	4	96	6312	4	96	8448	4	120
3	44736	7	672	32064	5	480	34368	4	480
4	274116	6	4032	97728	3	1440	13284	4	1920
564992	4	7680

Рассматриваемые системы передачи имели следующие недостатки.

Первый недостаток — многообразие систем передач с различными скоростями требовало согласования систем передач, что в большинстве случаев решалось только переходом к аналоговой форме сигнала и переходу от одной системы передачи к другой. На магистральных международных системах передачи при этом ухудшалось качество передаваемого сигнала. Такое изменение существенно сказывалось на сбыте продукции, поскольку установка различных систем не могла быть поддержана единой телекоммуникационной транспортной сетью.

Другой способ согласования различающихся скоростей — добавление при передаче выравнивающих бит ; при приеме эти биты изымаются. Добавления и изъятия усложняют промежуточный вывод отдельных каналов на транзитных участках. В результате проявляется второй недостаток.

Второй недостаток. После того как цифровые системы начали широко развиваться не только на магистральных направлениях (междугородних и международных), они стали применяться на межстанционных связях, а также для выделения в аренду различным предприятиям, где требуется относительно малое число каналов. Таким образом, выявилось противоречие между выпуском экономически выгодных систем, рассчитанных на большое число каналов, и массовыми потребностями в аренде малого числа каналов.

Третий недостаток плезиохронных систем — небольшое количество служебной информации. Из-за этого становится невозможной маршрутизация транспортных потоков, что существенно снижает способность транспортной сети к поддержанию связи во время отказов отдельных участков.

Для устранения этих недостатков в США разработана и принята система стандартов Синхронной оптической сети — Synchronous Optical Network —( SONET ). Эта система была принята в 1985 году комитетом T1/ X1 ANSI [13-19], а в 1988 году она была адаптирована ITU-T ( International Telecommunication Union — Telecommunication) к Европейским стандартам. Также была разработана единая версия синхронной цифровой иерархии — SONET / SDH (Synchronous Digital Hierarchy ) [ 63 ] Вначале эта версия предназначалась для применения в оптических сетях, теперь она применяется и при наличии другой широкополосной физической сети.

Основные участки системы SONET/SDH

В системе SONET / SDH определяется три участка передачи, соответственно, три вида оборудования ( рис. 9.1):

Sdh сеть для чайников

PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy)

• 24 канала (Digital Signal 0, DS0) мультиплексируются в первичный уровень иерархии, мы получаем DS1 (24 x 44 + служебка = 1544 Кбит/с).
• 4 DS1 канала мы мультиплексируем в канал высшей иерархии (вторичный) DS2, получаем (1544 х 4 + служебка = 6312 Кбит/с)
• 7 DS2 объединяем в DS3 (44,7 Мбит/с)
• 6 DS3 объединяем в DS4 (274,1 Мбит/с)

• 32 канала DS0 пакуется в E1(2 с гаком Мбит/с)
• 4 E1 в E2 (8 с гаком Мбит/с)
• 4 E2 в E3 (34 с гаком Мбит/с)
• 4 E3 в E4 (139 с гаком Мбит/с)

По началу PDH использовался телефонистами и объединял крупные узлы телефонной сети. Для своих нужд он был довольно функционален. Однако, рано или поздно, возникла необходимость передавать данные, к чему PDH изначально был не очень приспособлен. К тому же, в мире существовало 3 стандарта PDH, и европейцы, японцы и американцы не могли передавать трафик между друг-другом. Хотя наверное как-то могли все же. Однако, в общем и целом, технологии не были совместимы.

Основной проблемой PDH обычно обозначается тот факт, что из потока данных нельзя вычленить данные более мелких уровней не демультиплексируя поток до него. Что я имею в виду?

Обратимся к тому же примеру. Допустим вместо одного голосового канала на одной из наших телефонных станций, какой-то крупный и богатый юрик (на тот момент) передает 64 Кбит/с своих данных. Более того, богатый юрик хочет, чтобы этот канал вел не на соседнюю АТС, а был выведен где-то по середине. Для реализации такого простого случая, в промежуточной точке надо сначала разобрать E3 на E2, каждый E2 разобрать на E1, каждый E1 разобрать на DS0 потоки по 64Кбит/с, один из потоков вывести юрику, потом собрать оставшиеся DS0 в E1 (добив мусором пустое место), собрать E2 в E3 и отправить данные в сторону соседней АТС, куда они изначально-то и шли. Заметьте, это нужно только для того чтобы передать данные в одну сторону. Нет никакой возможности глядя на поток данных E3 сразу же выцепить оттуда определенный DS0 или E1. Оборудование просто не знает где оно, на этих потоках просто нет никаких меток. Вычислить где тот или иной поток по времени так же невозможно, потому что всегда в среде есть мусорные данные, которые получаются хотя бы потому, что данные на мультиплексор не могут прийти все одновременно. Какие-то потоки пришли чуть позже, какие-то чуть раньше, мультиплексор вынужден добивать такие данные мусорными последовательностями, чтобы осуществить мультиплексирование и передачу данных.

SHD (Synchronous Digital Hierarchy)

Новая технология сразу создавалась для передачи любых данных. Она была призвана избавить инженеров от всех проблем, который принес в их жизнь PDH. Стоит сказать, что технология SDH действительно удалась. Мне она очень нравится, даже не смотря на её сложность.

Принцип работы SDH схож с PDH. Все тоже мультиплексирование TDM, однако для того чтобы расширить функционал, сама схема мультиплексирования немножко усложнилась. Сразу обратимся к одной из них. Технология много раз дорабатывалась, в итоге редакций этих схем штуки три точно. Да, забыл упомянуть, что создать одну единственную схему работы опять не получилось, в итоге есть SONET (американцы) и просто SDH (разрабатывался европейским институтом ETSI). Различий не так много, на схеме ниже встретимся с первым из них. Рисовать самому схему мультиплексирования было бы слишком, поэтому я нашел картинку в интернете.

Каюсь, не мой контент. Взято с Wikipedia.org

Пробежимся по этой схеме. Допустим, у нас есть SDH мультиплексор на вход которого приходит поток E1.

1. Мультиплексор сразу же добивает к нему биты для того чтобы выровнять его по времени. После этой процедуры получается некая сущность (контейнер) С-12.
2. Потом добавляется ещё один заголовок POH, в котором содержится маршрутная информация, которая идентифицирует контейнер. Это позволит вытащить этот контейнер на любом мультиплексоре по пути не разбирая весь поток на более элементарные. В результате получается другая сущность (virtual container) VC-12.
3. Далее добавляется ещё один заголовок PTR и получается сущность TU-12 (tributary unit). Среди прочих функций, заголовок PTR позволяет правильно собрать последовательность многих TU в одну группу.
4. Настало время первого мультиплексирования, три TU-12 укладываются в TUG-2 (tributary unit group). Семь таких групп TUG-2 может быть смультиплексировано в VC-3 (по мнению американцев) или в ещё одну группу TUG-3 (по мнения европейских коллег).
5. Далее по европейской нотации три TUG-3 мультиплексируются в VC-4, при этом к TUG-3 добавляется заголовок POH, которая позволит потом идентифицировать контейнер. На VC-4 в свою очередь добавляется PTR и вся эта каша из данных и заголовков теперь называется AU-4 (administrative unit).
6. Все AU собираются в группы AUG-1. На AUG-1 добавляется последний заголовок SOH, который делится на мультиплексную секцию и регенераторную. Внутри просто жесть. Если очень грубо, то в мультиплексной секции имеется маршрутная информация о том куда отправить эту сущность, а в регенераторной секции содержится информация для регенераторов. Они расставлены по сети и их задача просто электрически регенерировать сигнал. Далее AUG пакуется в STM-1. Как-то так ) Интересно, кто-то ещё читает.

STM — это базовый модуль в SDH, он определяет сколько данных можно передать. STM так же имеют иерархическую структуру.

STM-1 =

155 Мбит/с
STM-4 =

622 Мбит/с
STM-16 =

2,5 Гбит/с
STM-64 =

10 Гбит/с
STM-256 =

40 Гбит/с

Соответственно AUG-1 из примера можно

• запихнуть в STM-1
• смултиплексировать (х4) в AUG-4 и положить в STM-4
• смултиплексировать (х4) в AUG-4 и затем смультиплексировать (х4) в AUG-16 и положить в STM-16
• и так далее.

Protection

В заголовке POH, который добавляется на уровне VC присутствует так же информация, которая позволяет организовать запасные пути для каналов.

Они могут быть:
На уровне Client Trail. В нашем примере это уровень VC-12, когда появился первый заголовок POH. Это уровень наиболее близкий к абоненту, по сути это и есть абонентский канал.

На уровне Server Trail. Здесь так же можно организовать protection. В нашем случае это уровень, в котором добавляется второй заголовок POH, а именно уровень VC-4. Один Server trail передает много Client Trail, соответственно, на этом уровне защита организуется сразу для нескольких клиентских потоков.

Обычно SDH сеть представляет собой кольцо, соответственно строиться два канала по двум сторонам кольца. Один из них рабочий, другой запасной.

Много всего осталось за пределами поста, может в будущем исправлюсь. Стоит, как минимум, поговорить о конкатенации, схемах резервирования, заголовках. но это как-нибудь потом. Так же для меня остается открытым вопрос, почему PDH — почти синхронная иерархия, а SDH — уже совсем синхронная. )

Ну что же, в следующих постах возвращаемся в MPLS. Поговорим о такой штуке как VLL.

Update: Подумал, что нужно продолжить серию «Что Ethernet-инженеру нужно знать о. «. В следующих постах напишу про ATM и DSL, далее, наверное, будет PON.

Как устроена сеть SDH

Оборудование, формат кадров, топология.

Oсновным элементом сети SDH является мультиплексор (см. Рисунок 1). Обычно он оснащен некоторым количеством портов PDH и SDH: например, портами PDH на 2 и 34/45 Мбит/с и портами SDH STM-1 на 155 Мбит/c и STM-4 на 622 Мбит/c. Порты мультиплексора SDH делятся на агрегатные и трибутарные. Трибутарные порты часто называют также портами ввода/вывода, а агрегатные — линейными. Эта терминология отражает типовые топологии сетей SDH, где имеется ярко выраженная магистраль в виде цепи или кольца, по которой передаются потоки данных, поступающие от пользователей сети через порты ввода/вывода (т. е. втекающие в агрегированный поток: tributary дословно означает «приток»).

Мультиплексоры SDH обычно делят на терминальные (Terminal Multiplexor, TM) и ввода/вывода (Add-Drop Multiplexor, ADM). Разница между ними состоит не в составе портов, а в положении мультиплексора в сети SDH. Терминальное устройство завершает агрегатные каналы, мультиплексируя в них большое количество каналов ввода/вывода (трибутарных). Мультиплексор ввода/вывода транзитом передает агрегатные каналы, занимая промежуточное положение на магистрали (в кольце, цепи или смешанной топологии). При этом данные трибутарных каналов вводятся в агрегатный канал или выводятся из него. Агрегатные порты мультиплексора поддерживают максимальный для данной модели уровень скорости STM-N, значение которой служит для характеристики мультиплексора в целом, например мультиплексор STM-4 или STM-64.

Иногда различают так называемые кросс-коннекторы (Digital Cross-Connect, DXC) — в отличие от мультиплексоров ввода/вывода, они выполняют коммутацию произвольных виртуальных контейнеров, а не только контейнера из агрегатного потока с соответствующим контейнером трибутарного потока. Чаще всего кросс-коннекторы реализуют соединения между трибутарными портами (точнее — виртуальными контейнерами, формируемыми из данных трибутарных портов), но могут применяться кросс-коннекторы и агрегатных портов, т. е. контейнеров VC-4 и их групп. Последний вид мультиплексоров пока встречается реже, чем остальные, так как его применение оправдано при большом количестве агрегатных портов и ячеистой топологии сети, а это существенно увеличивает стоимость как мультиплексора, так и сети в целом.

Большинство производителей выпускает универсальные мультиплексоры, которые могут использоваться в качестве терминальных, ввода/вывода и кросс-коннекторов — в зависимости от набора установленных модулей с агрегатными и трибутарными портами. Однако возможности использования таких мультиплексоров в качестве кросс-коннекторов весьма ограничен, поскольку производители часто выпускают модели мультиплексоров с возможностью установки только одной агрегатной карты с двумя портами. Конфигурация с двумя агрегатными портами является минимальной, обеспечивающей работу в сети с топологией кольцо или цепь. Такая конструкция мультиплексора не слишком дорога, но способна усложнить проектирование сети, если требуется реализовать ячеистую топологию на максимальной для мультиплексора скорости.

Кроме мультиплексоров в состав сети SDH могут входить регенераторы, они необходимы для преодоления ограничений по расстоянию между мультиплексорами, зависящих от мощности оптических передатчиков, чувствительности приемников и затухания волоконно-оптического кабеля. Регенератор преобразует оптический сигнал в электрический и обратно, восстанавливая при этом форму сигнала и его временные параметры. В настоящее время регенераторы SDH применяются достаточно редко, так как стоимость их ненамного меньше стоимости мультиплексора, а функциональные возможности несоизмеримы.

Стек протоколов SDH состоит из протоколов четырех уровней.

• Физический уровень, названный в стандарте фотонным (photonic), имеет дело с кодированием бит информации с помощью модуляции света.
• Уровень секции (section) поддерживает физическую целостность сети. Под секцией в технологии SDH подразумевается каждый непрерывный отрезок волоконно-оптического кабеля, посредством которого пара устройств SONET/SDH соединяется между собой, например мультиплексор и регенератор, регенератор и регенератор. Ее часто называют регенераторной секцией, имея в виду, что от оконечных устройств не требуется выполнение функций этого уровня мультиплексора. Протокол регенераторной секции имеет дело с определенной частью заголовка кадра, называемой заголовком регенераторной секции (RSOH), и на основе служебной информации может проводить тестирование секции и поддерживать операции административного контроля.
• Уровень линии (line) отвечает за передачу данных между двумя мультиплексорами сети. Протокол этого уровня работает с кадрами уровней STS-n для выполнения различных операций мультиплексирования и демультиплексирования, а также вставки и удаления пользовательских данных. Он осуществляет также проведение операций реконфигурирования линии в случае отказа какого-либо ее элемента — оптического волокна, порта или соседнего мультиплексора. Линию часто называют мультиплексной секцией.
• Уровень тракта (path) контролирует доставку данных между двумя конечными пользователями сети. Тракт (путь) — это составное виртуальное соединение между пользователями. Протокол тракта должен принять поступающие в пользовательском формате данные, например формате E1, и преобразовать их в синхронные кадры STM-N.

На Рисунке 2 показано распределение протоколов SDH по типам оборудования SDH.

КАДРЫ STM-N

На Рисунке 3 приведены основные элементы кадра STM-1. Кадр обычно представляют в виде матрицы, состоящей из 270 столбцов и девяти строк. Первые 9 байт каждой строки отводятся под служебные данные заголовков, а из последующих 261 байт 260 заняты полезной нагрузкой (данные таких структур, как AUG, AU, TUG, TU и VC — см. статью В. Олифера «Технология синхронной цифровой иерархии» в предыдущем номере), а один байт каждой строки содержит заголовок тракта, что позволяет контролировать соединение «из конца в конец».

Заголовок регенераторной секции RSOH содержит:

• синхронизирующие байты;
• байты контроля ошибок для регенераторной секции;
• один байт служебного аудиоканала (64 Кбит/с);
• три байта канала передачи данных (Data Communication Channel, DCC), работающего со скоростью 192 Кбит/с;
• байты, зарезервированные для использования по усмотрению национальных операторов связи.

Указатели H1, H2, H3 задают положение начала виртуального контейнера VC-4 или трех виртуальных контейнеров VC-3 относительно поля указателей.

В заголовке протокола мультиплексной секции содержатся:

• байты контроля ошибок для мультиплексной секции;
• шесть байт канала передачи данных (Data Communication Channel, DCC), работающего со скоростью 576 Кбит/с;
• два байта протокола автоматической защиты трафика (байты K1 и K2), обеспечивающего живучесть сети;
• один байт передачи сообщений статуса системы синхронизации.

Остальные байты заголовка MSOH либо зарезервированы национальными операторами связи, либо не используются.

Механизм работы указателя H1-H2-H3 рассмотрим на примере кадра STM-1 с контейнером VC-4. Указатель занимает 9 байт четвертого ряда кадра, причем под каждое из полей H1, H2 и H3 в этом случае отводится по 3 байт. Разрешенные значения указателя находятся в диапазоне 0-782; указатель отмечает начало контейнера VC-4 в трехбайтовых единицах. Например, если указатель имеет значение 27, то первый байт VC-4 находится на расстоянии 27 x 3 = 81 байт от последнего байта поля указателей, т. е. является 90-м байтом (нумерация начинается с единицы) в четвертой строке кадра STM-1. Фиксированное значение указателя позволяет учесть сдвиг фазы между конкретным мультиплексором и источником данных, в качестве которого может выступать мультиплексор PDH, оборудование пользователя с интерфейсом PDH или другой мультиплексор SDH. В результате виртуальный контейнер передается в двух последовательных кадрах STM-1.

Указатель может задавать не только фиксированный сдвиг, но и учитывать рассогласование тактовой частоты мультиплексора с тактовой частотой устройства, от которого поступают пользовательские данные. Для компенсации этого эффекта значение указателя периодически наращивается или уменьшается на единицу.

Если скорость поступления данных контейнера VC-4 меньше, чем скорость отправки STM-1, то у мультиплексора периодически (этот период зависит от величины рассогласования частоты синхронизации) возникает нехватка пользовательских данных для заполнения соответствующих полей виртуального контейнера. Поэтому мультиплексор вставляет три «холостых» (незначащих) байта в данные виртуального контейнера, после чего продолжает заполнение VC-4 «подоспевшими» за время паузы данными. Указатель наращивается на единицу, что отражает запаздывание начала очередного контейнера VC-4 на 3 байт. Эта операция над указателем называется положительным выравниванием. В итоге средняя скорость отправляемых пользовательских данных становится равной скорости их поступления, причем без вставки дополнительных бит в стиле PDH.

Если же скорость поступления данных VC-4 выше, чем скорость отправки кадра STM-1, то у мультиплексора периодически возникает потребность вставки в кадр «лишних», т. е. преждевременно пришедших байт, для которых в поле VC-4 нет места. Их размещение происходит при помощи трех младших байтов указателя, т. е. поля H3 (само значение указателя умещается в байты полей H1 и H2). Указатель при этом уменьшается на единицу, поэтому такая операция носит название отрицательного выравнивания.

То, что выравнивание контейнера VC-4 происходит с дискретностью в 3 байт, объясняется достаточно просто. В кадре STM-1 может переноситься или один контейнер VC-4, или три контейнера VC-3. Каждый из контейнеров VC-3 имеет в общем случае независимое значение фазы относительно начала кадра, а также собственную величину рассогласования частоты. Указатель VC-3, в отличие от указателя VC-4, состоит уже не из 9, а из 3 байт: H1, H2, H3 (каждое из этих полей — длиной 1 байт). Последние помещаются в те же байты, что и указатель VC-4, но по схеме с чередованием байт (byte interleaving), т. е. в порядке H1-1, H1-2, H1-3, H2-1, H2-2, H2-3, H3-1, H3-2, H3-3 (второй индекс — это принадлежность определенному VC-3). Значения указателей VC-3 интерпретируются в байтах, а не трехбайтовых единицах. При отрицательном выравнивании контейнера VC-3 лишний байт помещается в соответствующий байт H3-1, H3-2 или H3-3 — в зависимости от того, над каким из контейнеров VC-3 проводится эта операция.

Вот мы и дошли до объяснения выбора размера смещения для контейнеров VC4 — он был выбран для унификации этих операций над контейнерами любого типа, размещаемыми непосредственно в AUG кадра STM-1. Выравнивание контейнеров более низкого уровня всегда происходит с шагом в 1 байт.

При объединении блоков TU и AU в группы выполняется их последовательное побайтное расслоение, так что период следования пользовательских данных в кадре STM-N совпадает с периодом их следования в трибутарных портах, что исключает необходимость в их временной буферизации — поэтому говорят, что мультиплексоры SDH передают данные в реальном масштабе времени.

ТИПОВЫЕ ТОПОЛОГИИ

В сетях SDH применяются различные топологии связей. Наиболее употребительны кольцо и шина; однако все чаще встречается ячеистая топология, близкая к полносвязной.

Кольцо SDH строится из мультиплексоров ввода/вывода, имеющих по крайней мере по два агрегатных порта (см. Рисунок 4а). Пользовательские потоки вводятся и выводятся из кольца через трибутарные порты, образуя соединения «точка-точка» (на рисунке показаны в качестве примера два таких соединения). Кольцо является классической регулярной топологией, обладающей потенциальной отказоустойчивостью — при однократном обрыве кабеля или выходе из строя мультиплексора соединение сохранится, если его направить в противоположном направлении. Кольцо обычно строится на основе кабеля с двумя оптическими волокнами, но иногда для повышения надежности и пропускной способности применяют четыре волокна.

Шина (см. Рисунок 4б) — линейная последовательность мультиплексоров, из которых два оконечных играют роль терминальных, а остальные — мультиплексоров ввода/вывода. Обычно сеть с шинной топологией применяется в тех случаях, когда узлы имеют соответствующее географическое расположение, например вдоль магистрали железной дороги или трубопровода. Правда, тогда подходит и плоское кольцо (см. Рисунок 4в), поскольку оно обеспечивает более высокий уровень отказоустойчивости за счет использования двух дополнительных волокон в магистральном кабеле и по одному дополнительному агрегатному порту у терминальных мультиплексоров.

Эти базовые топологии могут комбинироваться при построении сложной и разветвленной сети SDH, образуя участки с радиально-кольцевой топологией, соединениями «кольцо-кольцо» и т. п. Наиболее общим случаем является ячеистая топология сети (см. Рисунок 4г), при которой мультиплексоры имеют большое количество взаимных связей, а сеть может достичь очень высокой производительности и надежности.