Sítě SDH a Ethernet

Pro současnost je typické splýváním technologií a standardů v lokálních (LAN) a rozlehlých sítích (WAN). Článek popisuje konkrétní řešení instalované v laboratoři přenosových systémů FEL ČVUT v Praze.

---

SDH networks and Ethernet

Abstract

Nowadays it is typical to mergence technologies and standards in local (LAN) and wide networks (WAN). This paper describes specific solution, installed in transmission systems laboratory of FEE CTU in Prague.

---

SDH (Synchronní digitální hierarchie) je technologie pro rozlehlé vysokorychlostní přenosové sítě s optickými vlákny. Charakteristické pro sítě SDH jsou synchronní transportní moduly STM-1/4/16/64/256 s přenosovými rychlostmi přibližně 155 Mbit/s až 40 Gbit/s. Od nedávné minulosti do současné doby dochází postupně k prolínání technologií sítí rozlehlých (WAN) a lokálních (LAN), takže je logický požadavek na přenos mezi rozhraními Ethernet (skupina standardů IEEE 802.3) napříč celou sítí. Proto vznikla koncepce Ethernet over SDH, kdy rozhraní Ethernet a přepínače Ethernet jsou integrovány přímo do zařízení SDH (SDH muldexů). Viz též článek Poskytování různorodých služeb přes sítě SDH.

Laboratorní síť

Pro seznámení studentů s novou generací SDH bylo nutné doplnit nové vybavení do laboratoře přenosových systémů - ke dvěma existujícím jednodeskovým muldexům AM1 byly doplněny nové tři muldexy SDH typu AMS zapojené do kruhové sítě (viz obr. 1). Laboratorní síť umožňuje běžnou konfiguraci a analýzu provozu přes rozhraní E1 (propojení, ochrany, vytváření smyček, monitorování chybovosti apod.), konfiguraci synchronizace, zálohování, sledování alarmů apod.

Obr. 1 Blokové schéma laboratorní sítě s muldexy SDH

Mezi muldexy AMS lze realizovat i mnohabodové sítě Ethernet s pružnou konfigurací datových služeb (VLAN, QoS). Konfigurace se provádí z lokálních terminálů tak, aby se maximum studentů aktivně podílelo na nastavení sítě ve vzájemné interaktivitě.

Muldex AMS s podporou rozhraní Ethernet

Blokové schéma jednodeskového muldexu SDH s vestavěným Ethernet přepínačem je uvedeno na obr. 2.

Obr. 2 Blokové schéma muldexu SDH s podporou Ethernetu

Jednodeskový muldex AMS1 od Lucent Technologies obsahuje dvojici rozhraní STM-1 nebo STM-4 (LP – line port 1 a 2). V obou případech lze z každého rozhraní, označovaných v kruhových sítích West/East, vydělit kapacitu VC-4 (virtuální kontejner 4. řádu). V případě STM-1 je to kompletní informační obsah, v případě STM-4 čtvrtina obsahu, přičemž lze volit jednu ze čtyř VC-4, kterou chceme zakončit prostřednictvím vestavěného digitálního rozvaděče (cross-connect) na úrovni VC-12 či VC-3. Zbylé tři virtuální kontejnery VC-4 jsou propojeny jako průchozí mezi rozhraními West a East.

Jednodeskový muldex je standardně vybaven šestnácti příspěvkovými porty E1 (PDH 1. řádu – 2,048 Mbit/s). Rozhraní lze rozšířit o další E1 porty, E3 porty nebo SHDSL porty. Nejzajímavější rozšíření poskytuje příspěvková karta TransLAN zajišťující přenos Ethernet over SDH. Součástí je přepínač (bridge/layer2 switch), který umožňuje různé konfigurace sítě (bod-bod, mnohabodová síť, podpora VLAN, QoS).

Ethernet přepínač má na jedné straně čtyři LAN porty (10/100Base-T) pro připojení lokální sítě a čtyři virtuální WAN porty na straně druhé. WAN porty nejsou reprezentovány fyzickým rozhraním, ale jedná se o logické porty, na které lze zakončovat jednotlivé či zřetězené virtuální kontejnery z STM portů (článek Poskytování různorodých služeb přes sítě SDH). Výhodou virtuálních WAN portů je možnost vytváření mnohabodových sítí, což s klasickými WAN rozhraními není možné.

Kapacitu virtuálního WAN portu je možné z dohledového systému transportní sítě SDH nastavit na požadovanou rychlost, která může být přibližně 2, 4, 6, 8, 10, 50 nebo 100 Mbit/s. Z pohledu sítě SDH se WAN port konfiguruje pro jeden až pět kontejnerů VC-12 (rychlosti cca 2 až 10 Mbit/s) nebo pro jeden či dva kontejnery VC-3 (rychlosti cca 50 a 100 Mbit/s). V případě potřeby jiných rychlostí na WAN spojích, než jsou násobky kapacit kontejnerů SDH, je možné definovat parametry CIR a PIR (konstantní a špičková přenosová rychlost) a tím vytvořit spoje o libovolné propustnosti v rozsahu 150 kbit/s až 100 Mbit/s s krokem 1 kbit/s.

Různé konfigurace sítě

Ethernet přepínač na příspěvkové kartě TrasLAN nemá pevně daná propojení mezi LAN a WAN porty a ani kapacitu WAN portů. Díky této vlastnosti je možné vytvářet následující konfigurace:
- jeden LAN na jeden WAN port (přemostění)
- jeden LAN na n WAN portů
- n LAN portů na 1 WAN port
- n LAN portů na m WAN portů

Přitom n a m je v rozsahu 2 až 4. Užitečnou vlastností je možnost vytvářet více Ethernet přepínačů na jedné kartě, což umožňuje používat jedno zařízení pro více oddělených sítí. Jediným omezením pro konfiguraci je pouze počet dostupných LAN a WAN portů. V nejjednoduším případě je propojen jeden port LAN na port WAN. Stejně jako u klasického propojení přes WAN rozhraní typu E1/E3 je i u propojení přes TransLAN možné definovat zálohu (ochranu) v SDH síti s dobou aktivace do 50 ms.

Principiální řešení optické sítě s SDH muldexy ukazuje obr. 3. Zjednodušeně je kreslen synchronní transportní modul STM-4 jako svazek obousměrných propojení, ve skutečnosti se řeší každý směr přenosu po separátním vlákně. SDH síť poskytuje konfigurovatelné pevné okruhy typu bod-bod pomocí virtuálních kontejnerů VC-12, VC-3 nebo jejich zřetězených násobků. V obrázku jsou cesty VC-12 kresleny plnou čarou, cesty VC-3 čárkovaně. Mezilehlé muldexy A, B jsou typu ADM pro vydělování a začlenění příspěvkových uživatelských signálů do průběžných toků STM na linkových rozhraních West a East. V posledním uzlu C, kde je ukončen optický kabel, stačí koncový muldex TM, který má jen jediný linkový port.

Obr. 3 Příklad propojení rozhraní Ethernet pomocí sítě SDH

Klasický signál E1 s přenosovou rychlostí 2,048 Mbit/s může sloužit k připojení pobočkových ústředen pomocí VC-12. Stejné virtuální kontejnery jsou využity i k připojení jedné z lokálních sítí v uzlu C, a sice jsou zřetězeny dva VC-12 pro zvýšení celkové kapacity. Druhá síť LAN v uzlu C je připojena přes integrovaný Ethernet přepínač pomocí virtuálního kontejneru VC‑3, který dovolí přenosovou rychlost až téměř 50 Mbit/s.

Funkce Ethernet přepínače vynikne v uzlu B, kde je ukázáno řešení vícebodového spojení. Tok ze dvou zřetězených virtuálních kontejnerů VC-3 (téměř 100 Mbit/s) od uzlu A může být veden buď dále k uzlu C, nebo je zakončen na Ethernet rozhraní uzlu B.

Logické schéma vícebodové konfigurace s vyznačenými fyzickými LAN a virtuálními WAN porty je uvedena na obr. 4. Pro větší přehlednost uvádíme pouze tří-bodovou konfiguraci, jejíž rozšíření na více než tři body představuje pouze další začlenění SDH muldexů do kruhové sítě.

Obr. 4 Konfigurace mnohabodové sítě pomocí přiřazení LAN a WAN portů

Významnou vlastností TransLAN karty je podpora virtuálních privátních sítí (VPN). Pro každý nakonfigurovaný Ethernet přepínač je možné definovat, zda má být transparentní vůči VLAN příznakům, nebo zda je součástí příslušné zákaznické VLAN sítě. Jestliže nastavíme přepínač do transparentního režimu, jsou rámce přicházející na LAN port označeny identifikátorem CID (Customer ID), tento CID je však určen pouze pro identifikaci mezi jednotlivými kartami TransLAN. Jestliže je rámec předán z TransLAN karty na LAN port, je tento identifikátor CID odstraněn. Přenášené rámce tak mohou již obsahovat své (zákaznické) VLAN identifikátory. Tento transparentní režim je označován také jako double-tagging. Druhou možnou konfigurací je nastavení Ethernet přepínače do režimu dle IEEE802.1Q a poté jeho začlenění jako VLAN přepínač do zákaznické VPN, včetně možnosti vytvářet na kartách TransLAN VLAN trunky.

Dále je možné definovat různé úrovně kvality služby díky podpoře QoS dle protokolu IEEE802.1p. Propojení v SDH síti mohou být přitom zálohována buď přímo na úrovni SDH (ochrany cest SNCP – Sub-network Connection Protection) nebo může být záloha ponechána na Ethernet vrstvě a kartách TransLAN s dobou aktivace ochrany v desítkách sekund zajištěnou protokolem STP (Spanning Tree Protocol).

Závěr

Laboratorní síť SDH s muldexy SDH umožní seznámit studenty s novou generací SDH sítí s podporou vysokorychlostního přenosu mezi sítěmi LAN. Nová generace SDH technologií (Ethernet over SDH) je charakterizována funkcí virtuálního zřetězení (VCAT), protokolem pro přidělení přenosové kapacity (LCAS), a obecným protokolem druhé vrstvy (GFP).

Tento příspěvek vznikl za podpory FRVŠ v rámci projektu F1 – 2006 č. 216.

Literatura

[1] Vodrážka, J.; Havlan, M. Přenosové systémy 2. Sítě a zařízení SDH a jejich návrh. Vydavatelství ČVUT, Praha 2004.
[2] Firemní literatura Lucent Technologies.