является сложность выделения цифровых потоков. Для выделения потока со скоростью 2 Мбит/с из цифрового потока в 140 Мбит/с он должен быть полностью демультиплексирован. Значительно проще эта задача решается в системах SDH (рис. 3.18). Здесь ввод и вывод потоков со скоростью 2 Мбит/с осуществляется при помощи мультиплексоров с функцией вставки/выделения (add/drop multiplexer, ADM).

Таким образом, в системах SDH исключается необходимость иерархического мультиплексирования и демультиплексирования всех высокоскоростных сигналов с использованием целого набора каскадных (back-to-back) мультиплексоров. При этом уменьшается как стоимость, так и объем оборудования для мультиплексирования.

Рекомендациями ITU-T базовая скорость передачи данных SDH определена в 155,52 Мбит/с.

ЦСП-SDH представляет собой набор стандартизованных информационных структур, предназначенных для транспортировки сигнаяов-по сети электросвязи. Главным из них является синхронный транспортный модуль N-ro порядка STM-N. Пропускная способность ЦСП-SDH определяется используемым уровнем иерархии SDH и, соответственно, STM. В табл. 3.7 приведены значения скорости передачи В, количество первичных цифровых потоков Е1 {Nв) и основных цифровых каналов (Л/оцк) для разных уровней STM (значения В и Л/оцк округлены).

Важнейшим достоинством ЦСП-SDH (не связанным с идеей синхронного объединения ЦП) является возможность построения надежной, управляемой транспортной сети за счет:

- сепиентирования линий связи с контролем состояния каждого сепиента;

- резервирования аппаратуры, узлов аппаратуры и линий с автоматическим переключением на резерв;

- возможности реконфигурирования транспортной сети с помощью сети управления TMN и встроенных высокоскоростных каналов передачи и служебной информации (высокоскоростных по сравнению со служебными каналами ЦСП-PDH).

Контроль за состоянием сегментов линии передачи и организация высокоскоростных каналов передачи служебной информации возможны путем введения избыточности. В ЦСП с использованием электрического кабеля избыточность приводила к уменьшению длины участка регенерации из-за увеличения скорости передачи. При использовании воле или трактов РРЛ такая зависимость отсутствует.

Таблица 3.7. Цифровая емкость STM-N

Основной путь

о

Резервный путь

Рис. 3.19. Однонаправленное кольцо SDH

Одним из наиболее распространенных способов резервирования линий, которое позволяет организовать ЦСП-SDH, является использование кольцевой топологии сети (рис. 3.19).

Кольцевая структура предоставляет два пути прохождения информационного сигнала: основной и резервный. При повреждении любого участка кольца осуществляется переключение и обход поврежденного участка трассы. Таким образом, видно, что ЦСП-SDH представляет собой не просто систему передачи, SDH - это аппаратура построения современной информационной сети - живучей, высококачественной транспортной сети связи.

ЦСП-SDH позволяет:

1) организовывать большие пучки качественных цифровых каналов;

2) строить линейные тракты практически без регенераторов;

3) создавать разветвленные, легко реконфигурируемые цифровые сети за счет использования кросс-коннекторов и мультиплексоров ввода/вывода;

предоставлять потребителям надежные цифровые каналы и тракты за счет встроенной аппаратуры оперативного контроля и переключения, а также надежных сетевых структур; осуществлять оперативное управление сетью; строить с использованием технологии ATM высокопроизводительную цифровую сеть

Технология SDH сегодня является доминирующей технологией в городских сетях и магистральных сетях РФ. В Европе, в отличие от России, развитие транспортных сетей SDH практически полностью прекращено и идет интенсивный процесс внедрения технологий спектрального уплотнения на магистральных сетях.

Многие специалисты от имени крупных мировых фирм еще в 2000 г., основываясь на прогнозе лавинообразного роста трафика, особенно в области передачи данных, предсказывали быстрое отмирание существующих сетей SDH по причине невозможности обеспечения с их помощью транспортировки увеличивающегося объема передаваемых данных. Взамен предполагался переход на

5) 6)

оптические транспортные сети (Optical Transport Network, OTN). OTN -это транспортная сеть, ограниченная точками доступа оптического канала. По-видимому, так оно и будет, но не столь скоро, как это прогнозировалось.

Дело в том, что ожидаемого резкого увеличения трафика не произошло. Трафик продолжал расти, но не такими быстрыми темпами, как прогнозировалось. Во-вторых, построенные OTN оказались достаточно дорогими и в значительной степени невостребованными. Отдельные магистрали оказались загруженными всего на 3% [17]. Кроме того, до сих пор не установилась и продолжает совершенствоваться технология фотонных сетей или, как их называют, полностью оптических транспортных сетей (АН Optical Transport Network).

В то же время с 2000 г. продолжала совершенствоваться технология SDH. Были найдены новые решения, которые возродили интерес к SDH и сделали SDH мультисервисной платформой. Все началбйь с инициативы компании Lusent Technologies no стандартизации методов переноса пакетного трафика (в первую очередь Ethernet) через SDH, которую подхватили все производители оборудования SDH. Практически любой SDH-мультиплексор может относительно просто! превратиться в полноценный Ethemet-коммутатор с поддержкой про- токолов серии IEEE 802.1х, QoS-механизмов и т.д. Стандарты, такие как Виртуальное сцепление (VCAT, ITU-T G.707 2000), Общая] процедура формирования кадра (GFP, ITU G.7041) и Схема коррек- тировки пропускной способности канала (LCAS, ITU-T G.7042), обес-; печивают эффективный перенос Ethernet-пакетов (или пакетов - в общем случае) через SDH. Стандарты Ethernet через SDH не влия-: ют на основополагающие стандарты SDH, поэтому для реализации,! Ethernet-транспорта через SDH-сеть достаточно модернизировать ! оконечные SDH - мультиплексоры. Более подробно эти вопросы рас-, смотрены в разделе 3.5.3.

3.4. Физический уровень. Волновое уплотнение (WDM, DWDM, CWDM)

В настоящее время на сетях России используются преимущестг венно оптические волокна, соответствующие рекомендации G.652 и 1 синхронные мультиплексоры уровня STM-16 (2,5 Гбит/с) без оптических усилителей с длиной участка регенерации до 100... 120 км. В то же время, как было локазано в 3.2.3, волоконно-оптические линии обладают существенно более высокой пропускной способностью.

Действительно, теоретический предел пропускной способности оптического волокна (ОВ) в третьем окне прозрачности, т.е. на частоте порядка 193 ГГц, составляет примерно 3-10 ОЦК. В то же время для STM-16 число ОЦК ЗЮ (см. табл. 3.7), что составляет 0,01% от про-

пускной способности ОВ. Повысить коэффициент использования оптического волокна и, следовательно, решить проблему нехватки оптического волокна, можно за счет волнового уплотнения (Wave length-Division Multiplexing, WDM). В литературе, применительно к WDM, также встречается термин спектральное мультиплексирование по волнам и волновое мультиплексирование .

. В зависимости от числа волн, размещаемых в одном ОВ, различают технологии WWDM, CWDM, DWDM и HWDM. Так, если в ОВ организовано всего два канала с использованием окон прозрачности 1300 и 1500 нм, то это технология с разнесенным спектральным мультиплексированием (Wide Band Wave Length Division Multiplexing, WWDM). Системы грубого волнового мультиплексирования (Coarse WDM) работают в спектральном диапазоне 1300... 1650 нм, используя 16 оптических несущих, интервалы между которыми 20 нм. В DWDM используется до 160 оптических несущих с выделением для каждого из каналов полосы 25...50 ГГц [16].

Главное достоинство технологий WDM заключается в том, что они позволяют преодолеть ограничения на пропускную способность канала и существенно увеличить скорость передачи данных. Причем используются уже проложенный волоконно-оптический кабель и стандартная аппаратура временного мультиплексирования. Благодаря WDM удается организовать двустороннюю многоканальную передачу трафика по одному волокну (в обычных линиях используется пара волокон-для передачи в прямом и обратном направлениях).

Существенно и то, что в сетях SDH появилась возможность выбирать для отдельного канала значение скорости (уровень иерархии), не зависящее от скорости других каналов, и затем использовать разные методы передачи. Наконец, распространению WDM способствуют последние технологические достижения: создание узкополосных полупроводниковых лазеров, имеющих ширину спектра излучения менее 0,1 нм, широкополосных оптических усилителей и оптических фильтров для разделения близких каналов.

Может сложиться представление, что технологии WDM являются универсальным решением проблемы увеличения пропускной способности, некой панацеей от всех бед, с которыми сталкиваются пользователи глобальных сетей. Между тем применение WDM тормозится рядом факторов как экономического, так и чисто технического характера.

Если говорить об экономической стороне дела, то внедрение WDM в местных сетях сдерживается высокой стоимостью соответствующей аппаратуры, особенно передающих устройств, и сложностью коммутации трафика. Вместе с тем исследования показывают, что решения на базе WDM могут оказаться экономически эффективными и в сетях меньшего масштаба. Для этого, в частности, в них должны приме-

няться недорогие мультиплексоры ввода/вывода, устанавливаемые в местах сопряжения местных и опорных сетей.

Фактор высокой стоимости аппаратуры оказывается еще более существенным для реализации технологии DWDM. При использовании близких частот требуются узкополосные полупроводниковые лазеры с высокой стабильностью длины волны генерируемого излучения, которые являются наиболее дорогим элементом DWDM-систем, сдерживающим распространение последних. Тем не менее основными преимуществами технологий DWDM остаются: г- высокие скорости передачи, и как следствие, высокий коэффици-5 ент использования ОВ;

*- возможность обеспечения 100%-ной защиты на основе кольцевой

Т0П0Л0П1И и простого наращивания каналов в оптической магистрали.

В настоящее время сети DWDM применяются для построения высокоскоростных транспортных сетей операторов национального масштаба, на основе топологий точка-точка или кольцо и мощных городских транспортных магистралей, которые могут использоваться большим количеством пользователей с потребностями в высоких скоростях передачи и использующих различные протоколы.

Специалисты по организации оптических сетей связи отмечают, что при использовании WDM отсутствуют многие ограничения и технологические трудности, свойственные TDM. Для лучшего использования пропускной способности ОВ вместо увеличения скорости передачи в едином составном канале, как это реализовано в TDM, в технологии WDM увеличивают число каналов (длин волн), применяемых в системах передачи.

Повышение скорости передачи при использовании технологии WDM осуществляется без дорогостоящей замены оптического кабеля. Применение технологий WDM позволяет сдавать в аренду не только оптические кабели или волокна, но и отдельные длины волн, т. е. реализовать концепцию виртуального волокна . По одному волокну на разных длинах волн можно одновременно передавать самые разные приложения - кабельное телевидение, телефонию, трафик Интернета, видео по требованию и т.д. Как следствие, часть волокон в оптическом кабеле можно использовать для резерва.

Применение технологий WDM позволяет исключить дополнительную прокладку оптических кабелей в существующей сети. Даже если в будущем стоимость волокна уменьшится за счет использования новых технологий, волоконно-оптическая инфраструктура (проложенное волокно и установленное оборудование) всегда будет стоить достаточно дорого. Для ее эффективного использования необходимо иметь возможность в течение долгого времени увеличивать пропускную способность сети и менять набор предоставляемых услуг без замены оптического кабеля. Технолоши WDM предоставляют такую возможность.

Технологии WDM используются пока в основном на линиях связи большой протяженности, где требуется большая полоса пропускания. Сети городского и регионального масштаба и системы кабельного телевидения потенциально также являются широким рынком для технологий WDM.

В то же время применение технологий DWDM предъявляет существенно более высокие требования к оборудованию и компонентам линии и, соответственно, к точности расчета их параметров. Чтобы возможности воле соответствовали запросам рынка, важно правильно спланировать их развитие. Это позволит распределить затраты на строительство ВОЛС во времени и наращивать их емкость с учетом запросов потребителей.

Нетрудно заметить, что материал, представленный в разделе 3.4, изложен конспективно. Для более детального ознакомления с технологиями WDM можно прежде всего порекомендовать книгу Д. Грин-филда [6], которая прекрасно написана и рассчитана на массовую аудиторию.

3.5. Технологии канального, сетевого и транспортного уровней 3.5.1. Технология IP-сетей

Структура стека протоколов TCP/IP. Архитектура протоколов Интернета четырехуровневая. Появившуюся намного позже семиуровневую архитектуру протоколов эталонной модели ISO можно рассматривать как дальнейшее развитие TCP/IP - декомпозицию двух уровней TCP/IP. Действительно, отличие двух архитектур состоит в том, что три высших уровня (прикладной, представления данных, сеансовый) модели OSI в архитектуре TCP/IP объединены в один - прикладной (рис. 3.20). Уровень сетевых интерфейсов TCP/IP соответствует двум уровням OSI - канальному и сетевому.

Прикладной уровень TCP/IP поддерживает традиционные услуги:

- электронная почта и обмен новостями, которые реализуются с помощью простого протокола передачи электронной почты SMNP (Sinnple Mail Transfer Protocol); почтовых протоколов IMAP (Internet Message Access Protocol), POP (Post Office Protocol) и X.400; сетевого протокола обмена новостями NNTP (Network News Transfer Protocol);

- виртуальный терминал реализуется с помощью протокола Telnet;

- передача файлов осуществляется с помощью протоколов FTP (Fail Transfer Protocol), TFTP (Trivial File Transfer Protocol) и NFS (Network File Systems);

- справочные службы реализуются с помощью системы доменных имен DNS (Domain Name System) и Х.500;