Сеть связи с коммутацией пакетов стандарта Х. 25

Скачать 1.97 Mb.

Название	Сеть связи с коммутацией пакетов стандарта Х. 25
страница	5/11
Тип	Реферат

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Реферат

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Уровни и протоколы АТМ

В сети АТМ также, как и в сети FR стек протоколов определяется конкретной процедурой − сигнализацией или передачей трафика. На рис.3.1 показано из каких уровней состоит архитектура АТМ. Уровни АТМ, также, как и FR, соответствуют уровням 1 и 2 эталонной модели OSI. Искаженные в канале ячейки не восстанавливаются в транспортной сети.

Рис.3.1. Уровни АТМ

3.1. Физический уровень

Как показано на рис.3.1 физический уровень АТМ состоит из двух подуровней: подуровня конвергенции TC (Transmission Convergence) и подуровня физической передающей среды PM (Physical Medium).

3.1.1. Подуровни конвергенции

Для исходящей передачи подуровень конвергенции ТС (Transmission Capabilities) принимает ячейки от уровня АТМ, формирует их в поток данных и передает его подуровню физического носителя. Из 53 байт ячейки 48 байт являются информационными, а 5 байт включают данные заголовка ячейки. В состав заголовка включены поля логических номеров виртуальных каналов. Последний байт заголовка служит контрольно-проверочной комбинацией КПК остальной части заголовка ячейки. Этот КПК циклического кода (полином

) позволяет исправлять одиночные ошибки, обнаруживать все двойные ошибки и большинство ошибок большей кратности. В оптоволоконных системах связи одиночные ошибки составляют более 95% [12]. При приеме ячейки от уровня АТМ подуровень ТС формирует этот байт КПК. Поле КПК в АТМ называется контролем ошибок в заголовке НЕС (Header Error Check). При приеме ячеек с канала подуровень ТС проверяет значение НЕС, чтобы убедиться в корректности принятой ячейки. Ячейки АТМ обрабатываются при невозможности исправить ошибки в заголовке. НЕС выполняет функцию предотвращения неправильной маршрутизации ячейки.

Подуровень ТС выполняет также функцию синхронизации ячеек, т.е. определение границы ячейки. Возможны две процедуры синхронизации, одна из которых основана на проверке соответствия НЕС остальным четырем байтам заголовка. В отсутствии пользовательского трафика в канал передаются пустые ячейки, а не флаги 01111110 как в случае FR и Х.25. Такой кадр-асинхронный режим передачи и является причиной названия АТМ (Asynchronous Transfer Mode) асинхронным методом передачи.

3.1.2. Подуровень физической передающей среды

Подуровень физической передающей среды РМ (Physical Medium) выполняет функцию скремблирования, а также отвечает за передачу и прием электрического и оптического сигнала. Напомним, что под скремблированием понимается процедура перемешивания потока данных с целью улучшения поимпульсной синхронизации.

Для скремблирования используется полином циклического кода

, который преобразовывает данные с целью поимпульсной синхронизации. Кроме синхронизации скремблирование служит также в некоторой степени защитой от прослушивания трафика.

Используются две стандартизированные ITU-T технологии транспортных средств первичной сети связи для передачи ячеек АТМ: синхронная цифровая иерархия SDH (Synchronous Digital Hierarchy) и плезиохронная цифровая иерархия PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) (раздел 1.2.7). Параметры этих систем рассмотрены в рекомендациях ITU-T серии G.7хх. Система передачи синхронной оптической сети SONET (Synchronous Optical Network), используемая в США, по своим принципам мало отличается от системы SDH, принятой в Европе.

Иерархия строится на основе основного цифрового канала (ОЦК) 64 кбит/с.

На рис.3.2 показан формат преобразования ячеек АТМ в кадре иерархического уровня скоростей Е3 (разд. 1.2.7, табл. 1.1). Такое преобразование выполняет протокол PLCP (Physical Layer Convergence Protocol). Передача кадра занимает 125 мкс для полезной нагрузки данных в Е3. Концевик кадра состоит из 18-20 байтов и содержит информацию для синхронизации с кадром Е3.

Примечание: СИ – служебная информация.
Рис. 3.2. Размещение ATM-ячеек в кадре иерархического уровня скоростей E3 с использованием протокола PLCP (Physical Layer Convergence Protocol)
Недостатки PDH

Технология плезиохронной цифровой иерархии PDH (разд. 1.2.7) обладает недостатками, основным из которых является сложность и неэффективность операций мультиплексирования и демультиплексирования пользовательских данных. Сам термин «плезиохронный», то есть «почти синхронный», используемый для этой технологии, говорит о причине такого явления — отсутствии полной синхронности потоков данных при объединении низкоскоростных каналов в высокоскоростные. Асинхронный подход к передаче кадров потребовал в PDH произвоить вставку бита или нескольких битов синхронизации между кадрами.

В результате для извлечения пользовательских данных из объединенного канала необходимо полностью демультиплексировать кадры объединенного канала. Например, чтобы получить данные одного абонентского канала 64 Кбит/с из кадров канала Е3 необходимо произвести демультиплексирование этих кадров до уровня кадров Е2 затем — до уровня кадров Е1, а в конце концов демультиплексировать и сами кадры Е1.

Если PDH используется в сети только в качестве транзитной магистрали между крупными узлами, то операции мультиплексирования и демультиплексирования выполняются исключительно в конечных узлах, и проблем не возникает. Но если необходимо выделить один или несколько абонентских каналов в промежуточном узле сети PDH, то эта задача простого решения не имеет. Как вариант предлагается установка двух мультиплексоров уровня ЕЗ и выше в каждом узле сети. Первый выполняет полное демультиплексирование потока и отвод части низкоскоростных каналов абонентам, а второй опять собирает в выходной высокоскоростной поток оставшиеся каналы вместе с вновь вводимыми. При этом количество работающего оборудования удваивается.

Еще одним недостатком технологии PDH является отсутствие встроенных средств сетевого управления. Современные сети связи требуют организации комплексного сетевого управления, которое включало бы решение как задач автоматизации технической эксплуатации систем связи, так и задач управления услугами, контроля качества услуг и др. Для решения поставленной задачи ITU-T предлагает использовать концепцию TMN (Telecommunications Management Network, сеть управления электросвязью). TMN есть ”… специализированная сеть обеспечивающая управление сетями электросвязи и их услугами путем организации взаимосвязи с компонентами различных сетей электросвязи на основе единых интерфейсов и протоколов, стандартизированных ITU-T’’ [13]. В настоящее время в большей части зарубежных сетей связи достаточно полно реализовано управление устройствами и элементами оборудования связи [14].

Отметим еще один недостаток технологии PDH. Это относится к слишком низким по современным понятиям скоростям передачи данных. Волоконно – оптические кабели позволяют передавать данные со скоростями в несколько гигабит в секунду по одному волокну, что обеспечивает объединение в одном кабеле десятков тысяч пользовательских каналов, но эту возможность технология PDH не реализует - ее иерархия скоростей заканчивается уровнем 139,264 Мбит/с.

3.1.3. Иерархия скоростей и схема мультиплексирования потоков в первичной сети SDH
Указанные выше недостатки PDH были учтены и преодолены разработчиками технологий SDH (Synchronous Digital Hierarchy, синхронная цифровая иерархия, которой в Америке соответствует стандарт SONET). SDH так же, как и PDH использует временное мультиплексирование(TDM) и передают данные в цифровой форме. PDH и SDH поддерживают иерархию скоростей так, что пользователь может выбрать подходящую ему скорость для каналов, с помощью которых он будет строить вторичную(наложенную сеть). SDH и SONET совместимы и могут мультиплексировать входные потоки любого стандарта – и американского и европейского.

Технология SDH обеспечивает более высокие скорости, чем PDH, так что при построении крупной первичной сети магистраль строится на технологии SDH, а сеть доступа – на технологии PDH.

Иерархия скоростей (уровней иерархии) SDH/SONET представлены в таблице 3.1.
Таблица 3.1. Иерархия скоростей SONET/SDH

SDH – уровни (кадры)	SONET – уровни (кадры)	Скорость
	STS-1, OC-1	51,84 Мбит/с
STM-1	STS-3, OC-3	155,520 Мбит/с
STM-3	OC-9	466.560 Мбит/с
STM-4	OC-12	622,080 Мбит/с
STM-6	ОС-18	933,120 Мбит/с
STM-8	OC-24	1,244 Гбит/с
STM-12	OC-36	1,866 Гбит/с
STM-16	OC-48	2,488 Гбит/с
STM-64	OC-192	9,953 Гбит /с
STM-256	OC-768	39,81 Гбит/с

В стандарте SDH все уровни скоростей (и, соответственно, форматы этих уровней) имеют общее название STM-N (Synchronous Transport Module level N — синхронный транспортный модуль уровня N). В технологии SONET существует два обозначения для уровней скоростей: STS-N (Synchronous Transport Signal level N — синхронный транспортный сигнал уровня N), употребляемое в случае передачи данных электрическим сигналом, и OC-N (Optical Carrier level N — оптоволоконная линия связи уровня N), употребляемое в случае передачи данных по волоконно-оптическому кабелю.

Кадры STM-N имеют достаточно сложную структуру, позволяющую агрегировать в общий магистральный поток потоки SDH и PDH различных скоростей, а также выполнять операции ввода-вывода без полного демультиплексирования магистрального потока.

На рис.3.3. приведена схема мультиплексирования данных в SDH. Рассмотрим процесс вложения в кадр STM-1 63 потока данных E1 [15]. На интервале 125 мкс поток данных Е1 в 32 байта размещается в контейнере размером 34 байта, получившем название С-12. Увеличение размера контейнера вызвано необходимостью реализации принципа «динамического плавания» полезной нагрузки внутри контейнера. К контейнеру С-12 добавляется один байт заголовка тракта РОН (Path Overhead). В результате формируется виртуальный контейнер VC-12 (Virtual Container) размером 35 байт. В заголовке тракта VC-12 РОН контейнера размещается статистическая информация о процессе прохождения контейнера вдоль пути от его начала до конечной точки: сообщения об ошибках, а также другие служебные данные, например индикатор установления соединения между конечными точками.

Виртуальные контейнеры являются единицей коммутации мультиплексоров SDH. В каждом мультиплексоре существует таблица соединений (называемая также таблицей кросс-соединений), в которой указано, например, что контейнер VC-12 порта Р1 соединен с контейнером VC-12 порта Р5, а контейнер VC-3 порта Р8 – с контейнером VC-3 порта Р9.

Таблицу соединений формирует администратор сети с помощью системы управления или управляющего терминала на каждом мультиплексоре так, чтобы обеспечить сквозной путь между конечными точками сети, к которым подключено пользовательское оборудование (см. ниже рис.3.5 и 3.6 раздела 3.1.4).

Рис.3.3. Схема мультиплексирования потоков данных Е1, Е3 и Е4
Для совмещения в рамках одной сети механизмов синхронной передачи кадров (STM-N) с асинхронным характером переносимых этими кадрами пользовательских данных РDH в технологии SDH применяются указатели. Концепция указателей – ключевая в технологии SDH, она заменяет принятое в РDH выравнивание скоростей асинхронных источников посредством дополнительных битов. Указатель определяет текущее положение виртуального контейнера в агрегированной структуре более высокого уровня – трибутарном блоке TU (Tributary Unit) или административном блоке AU (Administrative Unit). Собственно, основное отличие этих блоков от виртуального контейнера заключается в наличии дополнительного поля указателя. С помощью этого указателя виртуальный контейнер может «смещаться» в определенных пределах внутри своего трибутарного или административного блока, положение которого, в свою очередь, в кадре фиксировано. Именно благодаря системе указателей мультиплексор находит положение пользовательских данных в синхронном потоке байтов кадров STM-N и «на лету» извлекает их оттуда, чего механизм мультиплексирования, применяемый в РDH, делать не позволяет.

Добавление указателя длиной в один байт к виртуальному контейнеру VC-12 превращает его в трибутарный блок TU (Tributary Unit) TU-12 длиной 36 байт.

Трибутарные блоки объединены в группы, а те, в свою очередь, входят в административные блоки. Группа из N административных блоков AUG (Administrative Unit Group) и образует полезную нагрузку кадра STM-N. Помимо этого в кадре имеется заголовок с общей для всех блоков AU служебной информацией. На каждом шаге преобразования к предыдущим данным добавляется несколько служебных байтов: они помогают распознать структуру блока или группы блоков и затем определить с помощью указателей начало пользовательских данных.

Три трибутарных блока TU-12 объединяются в группу TUG-2. Далее, как видно из рис.3.4 формируются из каждых 7 групп TUG-2 три группы TUG-3, к каждой из которых добавляется 29 байт, состоящие из поля индикации нулевого указателя NPI (Null Pointer Indicator) и пустых байтов. Значение поля NPI равное нулю означает отсутствие контейнеров VC-3. В результате получается контейнер С-4. после добавления к нему заголовка тракта РОН, состоящего из 9 байт, получаем виртуальный контейнер VC-4. Заголовок тракта в VC-4 позволяет контролировать соединение «из конца в конец».

Приведем назначение некоторых байт заголовка тракта РОН VC-4:

байт, используемый в точке назначения VC-4 для подтверждения установления связи с передатчиком;
байт проверки четности;
байт состояния тракта, вызываемый от терминальной к исходной точке формирования тракта;
байт, задействованный пользователем тракта для организации канала связи.

Размещение полезной нагрузки в кадре STM-1 задается указателем. VC-4 вместе с указателем называется административным модулем AU-4.

На рис.3.3 приведена упрощенная схема мультиплексирования по сравнения с приведенной в рекомендации ITU-T G.707 (включены только уровни иерархии европейского РDH (Е1, Е3, Е4)). Знак хN около стрелок означает число мультиплексированных TU и TUG.

Выше был приведен пример реализации кадра STM-1 из 63 потоков Е1. Схема мультиплексирования SDH предоставляет разнообразные возможности по объединению пользовательских потоков РDH:

1 поток Е3 и 42 потока Е1;
1 поток Е4;
и др.

3.1.4. Типы оборудования SDH и состав кадра STM
Основным элементом сети SDH является мультиплексор (рис. 3.4). Обычно он оснащен некоторым количеством портов PDH и SDH: например, портами PDH 2,048 и 34,368 Мбит/с и портами PDH STM-1 на 155,520 Мбит/с и STM 4 на 622,080 Мбит/с.

Порты мультиплексора SDH делятся на агрегатные и трибутарные. Трибутарные порты часто называют также портами ввода-вывода, а агрегатные -линейными портами. 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 (трибутарные порты), то есть втекающие в агрегированный поток («tributary» дословно означает «приток»).

Рис. 3.4. Мультиплексор SDH
Мультиплексоры SDH обычно разделяют на два типа, разница между которыми определяется положением мультиплексора в сети SDH.

Терминальный мультиплексор TM (Terminal Multiplexer) завершает агрегатные каналы, мультиплексируя в них большое количество трибутарных каналов (рис. 3.5), поэтому он оснащен одним агрегатным портом и большим числом трибутарных портов.

Мультиплексор ввода-вывода (Add-Drop Multiplexer, ADM) занимает промежуточное положение на магистрали (в кольце, цепи или смешанной топологии). Он имеет два агрегатных порта, транзитом передавая агрегатный поток данных. С помощью небольшого количества трибутарных портов такой мультиплексор вводит в агрегатный поток или выводит из агрегатного потока данные трибутарных каналов.

Помимо мультиплексоров в состав сети SDH могут входить регенераторы сигналов, необходимые для преодоления ограничений по расстоянию между мультиплексорами. Эти ограничения зависят от мощности оптических передатчиков, чувствительности приемников и затухания волоконно-оптического кабеля. Регенератор преобразует оптический сигнал в электрический и обратно, при этом восстанавливается форма сигнала и его временные характеристики.

Рис. 3.5. Типы мультиплексоров SDH
Стек протоколов SDH

Стек протоколов SDH состоит из протоколов 4-х уровней. Эти уровни никак не относятся с уровнями модели OSI, для которой вся сеть SDH представляет coбой оборудование физического уровня.