Сети sdh
Технология синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) позволяет создавать надежные транспортные сети и гибко формировать цифровые каналы в широком диапазоне скоростей — от нескольких мегабит до десятков гигабит в секунду. Основная область ее применения — первичные сети операторов связи. Мультиплексоры SDH с волоконно-оптическими линиями связи между ними образуют среду, в которой администратор сети SDH организует цифровые каналы между точками подключения абонентского оборудования или оборудования вторичных (наложенных) сетей самого оператора — телефонных сетей и сетей передачи данных. Технология SDH находит также спрос в крупных корпоративных и ведомственных сетях, когда имеются технические и экономические предпосылки для создания собственной инфраструктуры цифровых каналов, например в сетях предприятий энергетического комплекса или железнодорожных компаний.
Каналы SDH относятся к классу полупостоянных (semipermanent) — формирование (provisioning) канала происходит по инициативе оператора сети SDH, пользователи же лишены такой возможности, поэтому такие каналы обычно применяются для передачи достаточно устойчивых во времени потоков. Из-за полупостоянного характера соединений в технологии SDH чаще используется термин «кросс-коннект» (cross-connect), а не коммутация.
Сети SDH относятся к классу сетей с коммутацией каналов на базе синхронного мультиплексирования с разделением по времени (Time Division Multiplexing, TDM), при котором адресация информации от отдельных абонентов определяется ее относительным временным положением внутри составного кадра, а не явным адресом, как это происходит в сетях с коммутацией пакетов.
С помощью каналов SDH обычно объединяют большое количество периферийных (и менее скоростных) каналов плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH). Сети SDH обладают многими достоинствами. Назовем главные среди них.
Гибкая иерархическая схема мультиплексирования цифровых потоков разных скоростей позволяет вводить в магистральный канал и выводить из него пользовательскую информацию любого поддерживаемого технологией уровня скорости без демультиплексирования потока в целом — а это означает не только гибкость, но и экономию оборудования. Схема мультиплексирования стандартизована на международном уровне, что обеспечивает совместимость оборудования разных производителей.
Отказоустойчивость сети. Сети SDH обладают высокой степенью «живучести» — технология предусматривает автоматическую реакцию оборудования на такие типичные отказы, как обрыв кабеля, выход из строя порта, мультиплексора или отдельной его карты, при этом трафик направляется по резервному пути или происходит быстрый переход на резервный модуль. Переключение на резервный путь осуществляется обычно в течение 50 мс.
Мониторинг и управление сетью на основе включаемой в заголовки кадров информации обеспечивают обязательный уровень управляемости сети вне зависимости от производителя оборудования и создает основу для наращивания административных функций в системах управления производителей оборудования SDH.
Высокое качество транспортного обслуживания для трафика любого типа — голосового, видео и компьютерного. Лежащее в основе SDH мультиплексирование TDM обеспечивает трафику каждого абонента гарантированную пропускную способность, а также низкий и фиксированный уровень задержек.
Сети SDH заняли прочное положение в телекоммуникационном мире. Сегодня они составляют фундамент практически всех крупных сетей — региональных, национальных и международных. Это положение еще более укрепилось в результате появления технологии спектрального мультиплексирования DWDM, поскольку сети SDH могут легко интегрироваться с этим новым типом оптических магистралей с поддержкой очень высоких скоростей в сотни гигабит в секунду. В магистральных сетях с ядром DWDM сети SDH будут играть роль сети доступа, т. е. выполнять те же функции, которые сети PDH играют по отношению к SDH.
Технологии SDH свойственны, конечно, и недостатки. Сегодня чаще всего говорят о ее неспособности динамически перераспределять пропускную способность между абонентами сети — свойстве, обеспечиваемом пакетными сетями. Значимость этого недостатка будет возрастать по мере увеличения доли и ценности трафика данных по отношению к стандартному голосовому.
ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ
Технология синхронной цифровой иерархии первоначально была разработана компанией Bellcore под названием «синхронные оптические сети» (Synchronous Optical NETs, SONET) и по сути является развитием технологии PDH, появление которой в 60–е гг. позволило создать качественные и относительно недорогие цифровые каналы между телефонными станциями. PDH долгое время хорошо справлялась со своими обязанностями в качестве магистральной технологии, предоставляя пользователям каналы T1 (1,5 Мбит/с) — T3 (45 Мбит/с) в американском варианте, или каналы E1 (2 Мбит/с) — E3 (34 Мбит/с) — E4 (140 Мбит/с) в европейском и международном вариантах. Быстрое развитие телекоммуникационных технологий привело к необходимости расширения иерархии скоростей PDH и максимального использования всех возможностей, которые предоставляла новая среда — волоконно-оптические линии связи.
Одновременно с расширением линейки скоростей нужно было освободиться от выявленных за время эксплуатации этих сетей недостатков PDH, прежде всего, от принципиальной невозможности выделения отдельного низкоскоростного потока из высокоскоростного без полного демультиплексирования последнего. Сам термин «плезиохронный», т. е. «почти» синхронный, говорит о причине такого явления — отсутствии полной синхронности потоков данных при объединении низкоскоростных каналов в более скоростные. Для выравнивания скоростей нескольких низкоскоростных каналов с рассогласованными частотами, технология PDH предусматривает вставку нескольких дополнительных бит между кадрами каналов с относительно меньшими скоростями. Затем эти кадры одинаковой частоты мультиплексируются с чередованием бит в составной кадр второго и более высоких уровней иерархии. В результате для извлечения пользовательских данных из объединенного канала необходимо полностью демультиплексировать кадры объединенного канала. Например, если требуется получить данные одного абонентского канала на 64 Кбит/с из кадров канала E3, эти кадры придется демультиплексировать до уровня кадров E2, затем — до уровня кадров E1, и, наконец, демультиплексировать и сами кадры E1. Если сеть PDH используется только в качестве транзитной магистрали между двумя 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 T3/E3 и выше в каждом узле сети. Первый выполняет полное демультиплексирование потока и отвод части низкоскоростных каналов абонентам, а второй опять собирает оставшиеся каналы вместе с вновь вводимыми в выходной высокоскоростной поток. При этом количество работающего оборудования удваивается.
Другой вариант — «обратная доставка» (back hauling). В промежуточном узле, где нужно выделить и отвести абонентский поток, устанавливается единственный высокоскоростной мультиплексор, который просто передает данные транзитом дальше по сети без их демультиплексирования. Эту операцию выполняет только мультиплексор конечного узла, после чего данные соответствующего абонента возвращаются по отдельному физическому каналу на промежуточный узел. Естественно, такие взаимоотношения коммутаторов усложняют организацию сети, требуют ее тонкого конфигурирования, что ведет к большому объему ручной работы и ошибкам, а также не обеспечивают необходимую гибкость — для отвода данных абоненту необходим отдельный физический канал.
Кроме этого, в технологии PDH не были предусмотрены встроенные средства обеспечения отказоустойчивости и управления сетью.
Все эти недостатки были учтены и преодолены разработчиками технологии SONET, первый вариант стандарта которой появился в 1984 г. Затем она была стандартизована комитетом T1 ANSI. Международная стандартизация технологии проходила под эгидой Европейского института телекоммуникационных стандартов (ETSI) и CCITT, совместно с ANSI и ведущими телекоммуникационными компаниями Америки, Европы и Японии. Основной целью разработчиков международного стандарта было создание технологии, способной передавать трафик всех существующих цифровых каналов уровня PDH (как американских T1–T3, так и европейских E1–E4) по высокоскоростной магистральной сети на базе волоконно-оптических кабелей и обеспечить иерархию скоростей, продолжающую иерархию технологии PDH до скорости в несколько Гбит/с.
В результате длительной работы удалось создать международный стандарт на синхронную цифровую иерархию (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) — спецификации ITU-T G.702, G.703, G.704, G.707, G.708, G.709, G.773, G.774, G.782, G.783, G.784, G.957, G.958, Q.811, Q.812 и ETSI — ETS 300 147. Стандарты SONET также были усовершенствованы, и теперь оборудование и сети SDH и SONET стали совместимыми и могут мультиплексировать входные потоки практически любого стандарта PDH — и американского, и европейского.
ИЕРАРХИЯ СКОРОСТЕЙ И МЕТОДЫ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЯ
Поддерживаемая технологией SONET/SDH иерархия скоростей представлена в Таблице 1.
Таблица 1. Поддерживаемые скорости SDH/SONET.
В стандарте SDH все уровни скоростей (и, соответственно, форматы кадров для этих уровней) имеют общее название: Synchronous Transport Module level N (STM-N). В технологии SONET существует два обозначения для уровней скоростей: Synchronous Transport Signal level N (STS-N) в случае передачи данных в виде электрического сигнала, и Optical Carrier level N (OC-N) в случае передачи данных по волоконно-оптическому кабелю. Далее для упрощения изложения будем ориентироваться на STM-N.
ISDN
С момента своего появления в странах бывшего «Cоюза» технология ISDN мгновенно спровоцировала бурный интерес к себе со стороны сетевых специалистов, что в первую очередь было обусловлено распространенностью данной технологии в Европе и, конечно же, превосходными скоростными и физическими показателями.
ISDN (Integrated Services Digital Network) – цифровые сети с интегральными (встроенными) услугами. Эта технология относится к сетям, в которых режим коммутации каналов является основным, а данные обрабатываются в цифровой форме. Идеи перехода телефонных сетей общего пользования (ТфОП) на полностью цифровую обработку данных высказывались давно. Сначала предполагалось, что абоненты этой сети будут передавать только голосовые сообщения. Такие сети получили название IDN (Integrated Digital Network). Термин «интегрированная сеть2 относился к интеграции цифровой обработки информации сетью с цифровой передачей голоса абонентом. Идея такой сети была предложена еще в 1959 году. Затем было решено, что такая сеть должна предоставлять своим абонентам не только возможность поговорить между собой, но и воспользоваться другими услугами: факсимильной связью, телексом (передача данных между двумя терминалами), видеотекстом (получение хранящихся в сети данных на свой терминал), голосовой почтой и рядом других. Предпосылка для создания такого рода сетей сложилась в середине 70-х годов. К этому времени уже широко применялись цифровые каналы Т1 для передачи цифровых данных между АТС, а первый мощный цифровой коммутатор телефонных каналов 4ESS был выпущен компанией Western Electric в 1976 году.
В результате работ, проводимых по стандартизации интегральных сетей в ССITT, в 1980 году появился стандарт G.705, в котором излагались общие идеи такой сети. Конкретные спецификации сети ISDN появились в 1984 году в виде серии рекомендаций I. Этот набор спецификаций был неполным и не подходил для построения законченной сети. К тому же в некоторых случаях он допускал неоднозначность толкования или был противоречивым, то есть в целом все эти спецификации на то время были «сырыми2 и требовали доработки. В результате, хотя оборудование ISDN и начало появляться с середины 80-х годов, оно часто было несовместимым, особенно если производилось в разных странах. В 1988 году рекомендации серии I были пересмотрены и приобрели более детальный и законченный вид, хотя некоторые неоднозначности сохранились. Не так давно – в 1992 и 1993 годах – стандарты ISDN были еще раз пересмотрены и дополнены.
Само внедрение данной технологии началось в конце 80-х годов, однако высокая технологическая сложность пользовательского интерфейса, отсутствие единых стандартов на многие жизненно важные функции, а также необходимость крупных капиталовложений для переоборудования телефонных АТС и каналов связи привели к тому, что процесс развития данной технологии затянулся на многие годы, и даже сейчас, когда прошло уже более 15 лет, распространенность сетей ISDN в нашей стране оставляет желать лучшего. Дольше всего в национальном масштабе эти сети работают в таких странах, как Германия и Франция.
Если судить о тех или иных типах глобальных сетей по коммуникационному оборудованию для корпоративных сетей, то может сложиться ложное впечатление, что технология ISDN появилась где-то в 1994-95 годах, так как именно в эти годы начали появляться первые маршрутизаторы, поддерживающие технологию ISDN.
Архитектура сети ISDN предусматривает несколько видов служб:
n некоммутируемые средства (выделенные цифровые каналы);
n коммутируемая телефонная сеть общего пользования;
n сеть передачи данных с коммутацией каналов;
n сеть передачи данных с коммутацией пакетов;
n сеть передачи данных с трансляцией кадров;
n средства контроля и управления работой сети.
Как видно из приведенного списка, транспортные службы сетей ISDN действительно поддерживают очень широкий спектр услуг, включая популярные услуги frame relay. Кроме того, большое внимание уделено средствам контроля сети, которые позволяют маршрутизировать вызовы для установления соединения с абонентом сети, а также осуществлять мониторинг и управление сетью. Управляемость сети обеспечивается интеллектуальностью коммутаторов и конечных узлов сети, поддерживающих стек протоколов, в том числе и специальных протоколов управления.
Заметка
T1 — это системы (каналы), которые имеют пропускную способность, соответствующую 24 аналоговым каналам с полосой 0-3.3 кГц (американская версия стандарта). Частота бит в канале Т1 составляет 193*8000=1,554 Мбит/с (это стандарт США). Его европейский аналог — Е1 имеет 32 канала (30B+D+H) и пропускную способность 2048 кбит/c. В ISDN каналы 1,544 и 2,048 Мбит/с, форматы которых здесь описаны, называются первичными. вСкорости передачи 1,544 (кодирование B8ZS) и 2,048 Мбит/с (HDB3) называются первичными скоростями.