Технологии физического уровня (L1)

Содержание

Слайд 2

Архитектура протоколов ядра транспортной сети:

Уровень ядра транспортной сети (CN)‏

Сетевой уровень

Канальный уровень

Подуровень обеспечения

Архитектура протоколов ядра транспортной сети: Уровень ядра транспортной сети (CN)‏ Сетевой уровень
QoS/CONS
802.1 p/Q (VLAN), MPLS, PBT,…

Подуровень коммутации
Ethernet-MAC

Подуровень обеспечения надежности
RPR, DPT-SRP, GFP, POS, …

Физический уровень

Подуровень xWDM (D, C, H, …)

Подсистема
обеспечения
динамической
маршрутизации
RIP, OSPF, BGP,…

Подуровень продвижения пакетов
CLNS – IP v4, v6‏

TDM (PDH, SDH)‏

Асинхронные интерфейсы
(Ethernet)‏

ATM

ATM,
FR

Подсистема
Управления
ICMP, IGMP,…

Внешние
приложения

Слайд 3

ПЛАН Темы 4

Синхронные технологии уровня L1
Технологии TDM
Плезиохронная иерархия – PDH
Синхронная иерархия
Технология

ПЛАН Темы 4 Синхронные технологии уровня L1 Технологии TDM Плезиохронная иерархия –
АТМ
Синхронный Ethernet
Асинхронные технологии
Ethernet
Технологии FDM
Технологии WDM

Слайд 4

Синхронные технологии уровня L1

Технологии TDM
Плезиохронная иерархия – PDH
Синхронная иерархия
Технология АТМ
Синхронный Ethernet

Синхронные технологии уровня L1 Технологии TDM Плезиохронная иерархия – PDH Синхронная иерархия Технология АТМ Синхронный Ethernet

Слайд 5

Технологии TDM. Плезиохронная иерархия – PDH

Технологии TDM. Плезиохронная иерархия – PDH

Слайд 6

Технологии TDM. Плезиохронная иерархия – PDH

Специфицирована ITU-T в рек. G.703, G.704.
Уровни иерархии,

Технологии TDM. Плезиохронная иерархия – PDH Специфицирована ITU-T в рек. G.703, G.704.
скорость передачи - V и количество ОЦК (64-х кбит/с каналов) – N:

В качестве физической среды может использоваться:
Симметричная витая пара (обычно КСПП-1*4)
Коаксиальный кабель
Радиосреда (РРЛС)
Оптический кабель

Слайд 7

Технологии TDM. Плезиохронная иерархия – PDH

Электрические характеристики интерфейса Е1 (G.703).

Технологии TDM. Плезиохронная иерархия – PDH Электрические характеристики интерфейса Е1 (G.703).

Слайд 8

Технологии TDM. Плезиохронная иерархия – PDH

Электрические характеристики интерфейсов PDH (G.703).
Джиттер (G.823)

Технологии TDM. Плезиохронная иерархия – PDH Электрические характеристики интерфейсов PDH (G.703). Джиттер (G.823)

Слайд 9

Технологии TDM. Плезиохронная иерархия – PDH

Недостатки PDH:
Сложный и негибкий ввод/вывод цифровых потоков,

Технологии TDM. Плезиохронная иерархия – PDH Недостатки PDH: Сложный и негибкий ввод/вывод
что затрудняет ввод / вывод (Add/Drop) потоков на транзитных узлах
Отсутствие средств автоматического сетевого контроля и управления (TMN), что удорожает эксплуатацию PDH
Наличие трех различных иерархий (Европа, США, Япония)
Интерфейсы Е4 практически не используются из-за высоких требований к стабильности задающего генератора
Для ядра МСС у PDH недостаточна скорость передачи
PDH не поддерживает кольцевых топологий, что не позволяет использовать PDH в ядре сети (недостаточна надежность)

Слайд 10

Технологии TDM. Синхронная иерархия – SDH

Технологии TDM. Синхронная иерархия – SDH

Слайд 11

Технологии TDM. Синхронная иерархия – SDH

Специфицирована ITU-T в рек. G.707…G.709.
Уровни иерархии, скорость

Технологии TDM. Синхронная иерархия – SDH Специфицирована ITU-T в рек. G.707…G.709. Уровни
передачи - V и количество Е1 (2048 кбит/с потоков) – NЕ1:

В качестве физической среды может использоваться:
Радиосреда (РРЛС)
Оптический кабель

Слайд 12

Технологии TDM. Синхронная иерархия – SDH

Достоинства SDH
Высокие скорости передачи
Большая емкость информационных каналов

Технологии TDM. Синхронная иерархия – SDH Достоинства SDH Высокие скорости передачи Большая
(Payload)
Наличие многих служебных каналов
Поддержка современных интерфейсов – NG SDH (E1/E3, ATM, Ethernet,…)
Поддержка стандартов централизованного управления TMN, что снижает затраты на эксплуатацию
Синхронная передача и мультиплексирование (до 10-12)
Высокий уровень стандартизации
Применяемый в SDH принцип формирования цифровых потоков позволяет осуществлять их ввод/вывод в любом необходимом пункте без преобразований всего массива передаваемой полезной информации (гибкие мультиплексоры)
Надежная защита трафика (кольцевые топологии, 1:1, 1 + 1)
Современная компонентная база

Слайд 13

Для систем с коммутацией пакетов обычно определяется так называемая аппаратная пропускная способность

Для систем с коммутацией пакетов обычно определяется так называемая аппаратная пропускная способность
сетевых интерфейсов, которая может быть определена:
На уровне L1 – в Мбит/с. Стандартными интерфейсами физического уровня, используемыми в сетях с КП являются:
E1/Т1 – интерфейс (TDM) – 2048/1536 кбит/с
STM-N – интерфейс (TDM) – от 155 Мбит/с до 10 Гбит/с
100-BT (FE), GE (1Гбит/с), 10 GE – асинхронные интерфейсы
На уровне L2 – в количестве кадров, ячеек, или сигнальных единиц в секунду.
При этом аппаратная пропускная способность сетевых интерфейсов в сети с КП за счет использования статистического мультиплексирования может быть гибко распределена между различными приложениями, а пропускная способность для отдельного приложения может изменяться в течение сеанса.

Характеристики Протоколов/Интерфейсов уровня L1

Слайд 14

Интерфейсы и протоколы L1

Низкая эффективность использования пропускной способности TDM интерфейсов системами с

Интерфейсы и протоколы L1 Низкая эффективность использования пропускной способности TDM интерфейсов системами
КК (Кэфф<=25%) заставила искать способы повышения этой эффективности.
Особенно остро низкий Кэфф стал проявляться для высокоскоростных интерфейсов SDH.
В качестве компромиссных решений стали предлагаться варианты совместного использования дорогой пропускной способности в синхронных системах SDH системами КК и КП.
Другими характеристиками протоколов и интерфейсов физического уровня являются:
BER (Р ош, бит)
Т зад (мс, мкс, …), Т распространения

Слайд 15

Интерфейсы и протоколы L1

Первым решением (1999г.), направленным на использование качественных, но дорогих

Интерфейсы и протоколы L1 Первым решением (1999г.), направленным на использование качественных, но
интерфейсов SDH в пакетных сетях был стандарт IETF RFC 2615 PPP over SONET/SDH (POS), но его применение было ограничено использованием соединений – точка-точка. Дальнейшим развитием стали стандарты ITU-T 2001г. X.85/Y.1321(IP over SDH using LAPS) и X.86/Y.1323 (Ethernet over LAPS).
Обобщением этих вариантов стал стандарт ITU-T G.7041/Y.1303 (2003г, последние версии – 2011г.) GFP (Generic framing procedure), допускающий использование IP/MPLS, Ethernet, PPP и др. поверх кольцевых топологий SDH-сетей.
Достоинством GFP является не только возможность использования большинства современных пакетных протоколов поверх SDH (см. биты PTI), но и наличие собственной системы управления сетью NG SDH (GFP), предполагающей использование служебных пакетов для обнаружения отказов в кольцевых топологиях, сбоев синхронизации, переключения на резервные пути.

Слайд 16

Интерфейсы и протоколы NG SDH

Основное применение SDH с момента ее появления — построение транспортных первичных

Интерфейсы и протоколы NG SDH Основное применение SDH с момента ее появления
сетей для передачи потоков Е1 между коммутаторами ТфОП (АТС).

С развитием компьютерных сетей, Интернета, технологий передачи данных (FR, ATM и т.д.) инфраструктуру транспортных сетей на основе SDH все чаще применяют для организации цифровых каналов сетей передачи данных (т.е. строят наложенные вторичные сети ПД поверх SDH).

Слайд 17

Интерфейсы и протоколы NG SDH

Недостатки использования «классического» SDH для передачи данных наиболее

Интерфейсы и протоколы NG SDH Недостатки использования «классического» SDH для передачи данных
остро стали проявляться при необходимости предоставления широкополосных услуг связи (локальных сети, сети ТВ):
Во-первых, это необходимость в преобразовании интерфейсов LAN (Ethernet) к интерфейсам SDH (E1, E3, STM-1, STM-4 и т.д.), используя промежуточные устройства, такие, как FRAD, ATM IAD, IP маршрутизаторы и т.д.
Во-вторых, небольшой ряд возможных скоростей передачи данных (который к тому же слабо коррелируется с рядом скоростей LAN: 10, 100, 1000 Мбит/с), значительно ограничивает возможности эффективного предоставления услуг, либо требует применения в подключаемом оборудовании дополнительных схем (например, инверсное мультиплексирование).
Т.о. типичный результат при добавлении служб данных к традиционным SDH сетям — увеличение сложности оборудования и повышение стоимости.

Слайд 18

Интерфейсы и протоколы NG SDH

Для преодоления этих ограничений, производители SDH оборудования пошли

Интерфейсы и протоколы NG SDH Для преодоления этих ограничений, производители SDH оборудования
по пути создания систем SDH следующего поколения (Next Generation SDH, NG SDH).
Оборудование NG SDH имеет интегрированные интерфейсы передачи данных (в частности, Ethernet), а также использует новые технологии, которые позволяют более эффективно выделять требуемую полосу для служб данных и обеспечивать низкую стоимость внедрения этих технологий в уже существующие сети, так как поддержка дополнительной функциональности требуется только на граничных узлах сети.
Системы NG SDH – это многофункцональные мультисервисные платформы, предоставляющие множество услуг без дороговизны и сложности наложенных сетей.

Слайд 19

Интерфейсы и протоколы NG SDH

Интерфейсы и протоколы NG SDH

Слайд 20

Интерфейсы и протоколы NG SDH – GFP

Динамическое использование полосы пропускания систем

Интерфейсы и протоколы NG SDH – GFP Динамическое использование полосы пропускания систем
передачи SDH, позволяет значительно повысить эффективность использования ресурсов NG SDH

Слайд 21

Компоненты NG SDH

Принято считать, что система SDH относится к новому поколению NG, если она

Компоненты NG SDH Принято считать, что система SDH относится к новому поколению
включает поддержку следующих компонент: NG SDH = GFP + VCAT + LCAS
GFP (General Framing Procedure) – Общая процедура разбиения на кадры, обеспечивает адаптацию асинхронного трафика данных на основе кадров переменной длины к байт ориентированному трафику SDH с минимальными задержками и избыточностью заголовков (ITU-T G.7041)
VCAT (Virtual Concatenation) – Виртуальная конкатенация, обеспечивает возможность объединения на логическом уровне нескольких контейнеров VC-12, VC-3 или VC-4 в один канал передачи данных (ITU-T G.707, G.783)
LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) - Схема регулировки емкости канала – позволяет реализовать любые изменения пропускной способности без прекращения передачи данных (ITU-T G.7042)
Рассмотрим их более подробно.

Слайд 22

Архитектура протоколов NG-SDH

NG SDH = GFP + VCAT + LCAS + SDH

Архитектура протоколов NG-SDH NG SDH = GFP + VCAT + LCAS + SDH

Слайд 23

Компоненты NG SDH. GFP

GFP был создан для замены HDLC подобных методов инкапсуляции данных

Компоненты NG SDH. GFP GFP был создан для замены HDLC подобных методов
поверх SDH (PoS, LAPS, EoS,…) и одновременно уменьшения стоимости и сложности реализации метода в оборудовании.
Метод GFP поддерживает инкапсуляцию таких служб как 10/100/1000 Мбит/с Ethernet, IP, PPP, протоколы сетей хранения данных FiberChannel (FC), …, а в будущем предполагается поддержка цифровых широковещательных видеосигналов DVB.
GFP адаптирует поток данных на основе кадров переменой длины к байт-ориентированному потоку данных сети SDH, отображая различные службы в кадр общего назначения, который затем отображается в кадры SDH. Эта кадровая структура лучше определяет и исправляет ошибки и обеспечивает большую эффективность использования полосы, чем традиционные методы инкапсуляции.

Слайд 24

Компоненты NG SDH. Формат кадра GFP

GFP кадр содержит следующие составляющие:
основной (корневой) заголовок

Компоненты NG SDH. Формат кадра GFP GFP кадр содержит следующие составляющие: основной
(GFP Header),
заголовок полезной нагрузки (Payload Header),
область полезной нагрузки (Payload Area),
необязательное поле контроля ошибок полезной нагрузки FCS.

PLI – Payload Length identifier (длина кадра GFP)
cHEC – Core Header Error Check field

Слайд 25

Компоненты NG SDH. Формат кадра GFP

Основной заголовок содержит поле длины GFP кадра (PLI)

Компоненты NG SDH. Формат кадра GFP Основной заголовок содержит поле длины GFP
и поле cHEC (core Header Error Control) для определения и коррекции ошибок в заголовке.
cHEC используется также совместно с PLI для нахождения начала кадров (кадровая снхронизация).
Эта процедура использует те же принципы, что и в технологии ATM для синхронизации к потоку ячеек.
На данный момент применяются два типа адаптации клиентского сигнала к кадрам GFP_SDH:
GFP-Framed (GFP-F)  
GFP-Transparent (GFP-T).

Слайд 26

Компоненты NG SDH. Формат кадра GFP

Метод GFP-F ориентирован на инкапсуляцию в один кадр GFP одного

Компоненты NG SDH. Формат кадра GFP Метод GFP-F ориентирован на инкапсуляцию в
кадра клиентского сигнала (PDU) и имеет следующие особенности:
PDU буферизуется перед инкапсуляцией (т.к. имеет переменную длину);
PDU могут отображаться к различным скоростям передачи (в т.ч. и переменным при использовании VCAT/LCAS);
Работает на уровне 2 (Layer 2), т.е. использует байтовую последовательность PDU, извлеченную из физического уровня;
Заголовок полезной нагрузки (Payload Header) содержит информацию об инкапсулируемом протоколе;
Хорошо подходит для трафика данных (Ethernet, IP), однако задержки могут быть неприемлемы для протоколов сетей хранения данных (SAN).

Слайд 27

Компоненты NG SDH. Формат кадра GFP

Метод GFP-T ориентирован на сигналы, использующие кодирование 8B/10B (Gigabit

Компоненты NG SDH. Формат кадра GFP Метод GFP-T ориентирован на сигналы, использующие
Ethernet, протоколы SAN).
Схема кодирования 8B/10B отображает 256 возможных значений байт данных в 1024 возможных значений 10 битовых кодовых символов таким образом, что обеспечивается сбалансированность в линии последовательностей нулей и единиц, необходимая для корректной синхронизации и приема данных.
Код 8B/10B имеет 25% избыточность.
Основные особенности GFP-T:
Работает на уровне L1, т.е. использует кодовые символы линейного кода исходного сигнала;
Кадр GFP не содержит информации об инкапсулируемом протоколе;
Скорости передачи фиксированы и определены клиентским протоколом.

Слайд 28

Компоненты NG SDH. Формат кадра GFP

Сравнение GFP-F и GFP-T

Компоненты NG SDH. Формат кадра GFP Сравнение GFP-F и GFP-T

Слайд 29

Компоненты NG SDH. Формат кадра GFP

Формат поля заголовка полезной нагрузки (Payload Header):

PTI

Компоненты NG SDH. Формат кадра GFP Формат поля заголовка полезной нагрузки (Payload
– Payload type identifier tHEC – Type HEC
PFI – Payload FCS indicator
EXI – Extension header identifier
UPI – User payload identifier

Слайд 30

Формат кадра GFP

Поле PTI - Идентификатор Типа нагрузки – старшие 3 бита

Формат кадра GFP Поле PTI - Идентификатор Типа нагрузки – старшие 3
поля Type
000 User data
100 Client management
101 Management communications
Others Reserved
Поле PFI - Идентификатор FCS – часть поля Type
0 – поля FCS нет
1 – поле FCS есть
Поле EXI - Идентификатор заголовка расширения
0000 Null extension header
0001 Linear frame
0010 Ring frame
Others Reserved

Слайд 31

Формат кадра GFP

Поле UPI - младшие 8 бит поля Type (PTI=000 и

Формат кадра GFP Поле UPI - младшие 8 бит поля Type (PTI=000
101)
0000 0001 Ethernet
0000 0010 PPP
0000 0011 Transparent fibre channel
0000 0100 Transparent FICON
0000 0101 Transparent ESCON
0000 0110 Transparent Gbit Ethernet (GE)
0000 0111 Reserved for future use
0000 1001 Transparent DVB
0000 1010 IEEE 802.17 resilient packet ring (RPR)
0000 1101 MPLS
0000 1111 OSI network layer protocols (IS-IS, ES-IS, CLNP)
0001 0000 IPv4
0001 0001 IPv6
0001 0010 DVB

Слайд 32

Основные преимущества GFP

Стандартизация. Обеспечивает глобальную совместимость и приводит к низкой стоимости компонент.
Масштабируемость. GFP на сегодняшний день поддерживает

Основные преимущества GFP Стандартизация. Обеспечивает глобальную совместимость и приводит к низкой стоимости
службы данных на скоростях от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с.
Широкая применимость. GFP может быть использован для передачи широкого спектра сигналов поверх SDH, получил одобрение рабочей группы IEEE 802.17 RPR и IETF, также подходит для применения в будущих сетях, основанных на OTN архитектуре
Простота. GFP имеет более простую технику инкапсуляции чем HDLC с механизмом разграничения кадров, проверенном на ATM и не требующем интенсивной обработки, что в результате делает программно-аппаратную реализацию GFP проще и дешевле.
QoS. Невысокий уровень задержек для GFP-F и минимальный для GFP-T позволяет поддерживать приложения, требовательные к качеству обслуживания.
Хотя GFP имеет множество присущих ему преимуществ, тем не менее для поддержки передачи служб данных по сети SDH из конца в конец нужны технологии которые выделяют в сети необходимую полосу и обеспечивают возможность ее динамической настройки.
Этим требованиям удовлетворяют VCAT и LCAS.

Слайд 33

Компоненты NG SDH. VCAT

Традиционный метод конкатенции определен для VC-4 в стандарте ITU-T G.707 термином «смежная».

Компоненты NG SDH. VCAT Традиционный метод конкатенции определен для VC-4 в стандарте

Это означает, что соседние контейнеры комбинируются и транспортируются через SDH сеть как один контейнер.
Ограничения смежной конкатенции включают:
необходимость того, чтобы все сетевые узлы через которые проходит тракт передачи были способны распознать и обработать связанные (объединенные) контейнеры;
недостаточная степень детализации (гранулированности) полосы, которое делает транспортировку многих типов данных неэффективной.

Слайд 34

Компоненты NG SDH. VCAT

Виртуальная конкатенация (объединение) VCAT, определенная ITU-T, устраняет ограничения смежного метода.
Виртуальная

Компоненты NG SDH. VCAT Виртуальная конкатенация (объединение) VCAT, определенная ITU-T, устраняет ограничения
конкатенация логически связывает индивидуальные контейнеры в одно соединение. Любое количество контейнеров любого типа (VC-12 , VC-3 или VC-4) может быть сгруппировано вместе, образуя логический канал.
Это обеспечивает лучшую степень детализации полосы, чем достигается использованием традиционной техники и дает возможность гибкого выделения полосы для трафика данных с высокой степенью гранулированности, позволяя эффективно использовать пропускную способность SDH.

Слайд 35

Компоненты NG SDH. VCAT

В традиционной сети SDH степень детализации полосы определяется транспортной емкостью

Компоненты NG SDH. VCAT В традиционной сети SDH степень детализации полосы определяется
контейнеров VC-12, VC-3, VC-4 и смежных групп, например, VC-4-4c — четыре смежных VC-4.
Так, например, транспортировка 1 Gigabit Ethernet в традиционной сети требует выделения VC-4-16c (шестнадцать смежных VC-4), эффективность использования канала в этом случае составляет 42%.
С другой стороны группа логически объединенных контейнеров VCG (Virtual Concatenated Group) VC-4-7v, где VC-4 обозначает тип контейнера на основе которого создается группа, а 7v — количество членов в группе, обеспечивает приблизительно 85% эффективность (см. Таблицу).

Слайд 36

Компоненты NG SDH. VCAT

Сравнение NG-SDH без VCAT и с VCAT

Компоненты NG SDH. VCAT Сравнение NG-SDH без VCAT и с VCAT

Слайд 37

Компоненты NG SDH. LCAS

Один из последних разработанных стандартов для NG SDH- протокол LCAS (Link Capacity

Компоненты NG SDH. LCAS Один из последних разработанных стандартов для NG SDH-
Adjustment Scheme - Схема регулировки емкости канала), который выполняется между двумя сетевыми элементами (NE), соединяющими пользовательские интерфейсы в сети SDH.
Каждый байт H4/K4 заголовка POH/STM передает управляющий пакет, состоящий из информации об виртуальной конкатенации и протоколе LCAS.
На основании данных управляющего пакета, протокол LCAS определяет какой из членов VCG активизирован и как они используются и позволяет исходящему оборудованию динамически изменять количество контейнеров в группе конкатенации в ответ на производимые в реальном времени запросы по изменению полосы.

Слайд 38

Компоненты NG SDH. LCAS

Эти увеличения или уменьшения полосы выполняются без какого-либо негативного воздействия

Компоненты NG SDH. LCAS Эти увеличения или уменьшения полосы выполняются без какого-либо
на услуги.
Например, компания, которая использует канал 50 Мбит/с между подразделениями в течение рабочего дня может нуждаться в большей полосе для выполнения операций резервного копирования во внерабочее время.
LCAS позволяет автоматически добавить необходимую полосу без прерывания связи.
Данный метод позволяет обеспечить альтернативную схему защиты в сети SDH: связанные VCAT контейнеры проходят разными сетевыми маршрутами и в случае отказа на одном из маршрутов механизмы LCAS оставляют в соединении незатронутые отказом виртуальные контейнеры, тем самым сохраняя работоспособность соединения, хотя и с меньшей пропускной способностью. После устранения отказа соединение восстанавливается к исходному состоянию.

Слайд 39

NG SDH – Размещение Ethernet/GFP/ в STM-1

NG SDH – Размещение Ethernet/GFP/ в STM-1

Слайд 40

Выбор топологии физического уровня в ядре сети (CN)
Для сетей ОП важно обеспечить

Выбор топологии физического уровня в ядре сети (CN) Для сетей ОП важно
надежность на уровне:
Кгот>=99,999 (около 5 минут простоя в год)
Время восстановления после отказа =< 50мс
На данном этапе такую надежность обеспечивают кольцевые (Ring) и ячеистые (Mesh) топологии физического уровня или подуровня RPR/DPT/GFP
Для ядра корпоративных сетей подходят топологии физического уровня:
Кольцо
Звезда
Дерево (иерархическая топология)
Необходимо предпринимать меры, предотвращающие образование петель на физическом или логическом уровнях (TTL, STP,…)

Слайд 41

*

Костюкович Анатолий

СПАСИБО за ВНИМАНИЕ
FIN

* Костюкович Анатолий СПАСИБО за ВНИМАНИЕ FIN

Слайд 42

(1)Payload
(2)Payload Header
(3)Optional Payload FCS
(4)PLI value
(5)cHEC computation

Формат кадров GFP

(1)Payload (2)Payload Header (3)Optional Payload FCS (4)PLI value (5)cHEC computation Формат кадров GFP

Слайд 43

Заголовок RPR

Заголовок RPR
Имя файла: Технологии-физического-уровня-(L1).pptx
Количество просмотров: 45
Количество скачиваний: 0