WANs: Wide Area Networks

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1 WANs: Wide Area Networks Nachtrag: das angegebene Buch von Cisco ist auch online verfügbar unter: WANs Ziel: Überbrückung beliebig großer Distanzen. Meist zur Abdeckung eines Landes oder eines Kontinents. Topologie fast immer irregulär, weil bedarfsorientiert. Daher steht hier nicht der gemeinsame Zugriff auf ein Medium im Vordergrund, sondern der Gedanke Wie schaffe ich es, möglichst viele Daten über eine Leitung zu bekommen. Meist recht komplexe Zusammenschaltung von Teilnetzen, die im Besitz von unterschiedlichen Betreibern sind. Geringere Datenraten als bei LANs, aber deutliche Steigerung (Beispiel ATM: 622 Mbit/s, SDH: Gigabit-Bereich). Reichweite: 1000 km km Angesiedelt auf den Schichten 1 und 2, teilweise auch auf Schicht 3 Beispiele: Asynchronous Transfer Mode, ATM Synchronous Digital Hierarchy, SDH 1

2 WAN - Techniken Point-to-Point Links Bereitstellung eines einzelnen WAN-Kommunikationspfades vom Kunden zu einem entfernten Netzwerk Beispiel: Telefongesellschaft. Oft erfolgt ein Leasing von Kommunikationsressourcen bei dem Anbieter Die Abrechnung der Ressourcen basiert auf der benötigten Bandbreite und der Entfernung zum Empfänger Circuit Switching Eine Datenverbindung wird bei Bedarf aufgebaut, nach Beendigung der Kommunikation werden die Ressourcen wieder freigegeben Beispiel: Integrated Services Digital Network, ISDN Packet Switching gemeinsame Nutzung von Ressourcen eines Anbieters durch mehrere Nutzer preisgünstiger als die anderen Methoden Packet Switching Packet Switching ist die gebräuchlichste Technik zur Kommunikation in einem WAN. Der Anbieter der Kommunikationsressourcen erstellt virtuelle Verbindungen (Virtual Circuits) zwischen den entfernten Stationen, die Daten werden in Form von Datenpaketen übertragen. Beispiele: ATM, Frame Relay, Switched Multimegabit Data Services (SMDS), X.25 Zwei Arten von Virtual Circuits: Switched Virtual Circuits (SVCs) Geeignet bei sporadisch auftretendem Bedarf nach Datenübertragung. Eine virtuelle Verbindung wird aufgebaut, die Daten werden übertragen, nach der Übertragung werden die Ressourcen wieder freigegeben. Permanent Virtual Circuits (PVCs) Geeignet bei permanent benötigten Kommunikationsressourcen. Die Verbindung besteht dauerhaft, es gibt nur die Phase der Datenübertragung. 2

3 Frame Relay Entwicklung von Frame Relay Basiert auf Packet Switching Ursprünglich gedacht für den Gebrauch zwischen ISDN-Geräten, inzwischen aber weiter verbreitet Die Pakete können variable Länge haben statistisches Multiplexing zur Kontrolle des Netzwerkszugriffs. Die ermöglicht eine flexible, effiziente Nutzung der verfügbaren Bandbreite Eine erste Standardisierung erfolgte 1984 durch die CCITT. Allerdings lieferte sie keine vollständige Spezifikation, zusätzlich gab es bei der Interoperabilität Probleme. Daher bildeten Cisco, DEC, Northern Telecom und StrataCom 1990 ein Konsortium, daß auf der unvollständigen Spezifikation aufbaute und Erweiterungen zu Frame Relay entwickelte, die einen Einsatz in komplexen Internet-Umgebungen ermöglichen sollten. Diese Erweiterungen wurden Local Management Interface (LMI) genannt. Da sie breiten Anklang fanden, standardisierten ANSI und CCITT eigene LMI-Varianten. International wurde Frame Relay schließlich durch die ITU-T, in der USA durch ANSI standardisiert. LAN-Kopplung mit Frame Relay Übertragungsraten von 56 KB/s bis 45 Mb/s können gemietet werden Dienst der OSI-Schicht 2 (geringer Overhead, hohe Übertragungsraten) Wird meist für virtuelle Festverbindungen genutzt, bei denen keine Signalisierung für den Verbindungsaufbau erforderlich ist Hauptverwendungszweck: Verbindung innerhalb eines standortübergreifenden Netzes LAN DNAE DNAE Datennetzabschlußeinrichtung DNAE LAN 3

4 Aufbau von Frame Relay Zweck: einfache, verbindungsorientierte Möglichkeit zur kostengünstigen Versendung von Daten mit akzeptabler Geschwindigkeit (56 Kb/s bis 45 Mb/s). Es werden zwei generelle Kategorien von Geräten unterschieden: Data Terminal Equipment (DTE): typischerweise im Besitz des Endnutzers, beispielweise PCs, Router, Brücken,... Data Circuit-terminating Equipment (DCE): im Besitz eines Anbieters. DCEs bieten im Netzwerk Switching Services an, d.h. sie realisieren die Datenübertragung. Meist sind dies Packet Switches. DTE DTE DCE DTE Packet Switch DTE Kommunikation bei Frame Relay Frame Relay bietet verbindungsorientierte Kommunikation auf der LLC-Schicht: zwischen jedem Paar von Geräten (DCE oder DTE) existiert ein fest definierter Kommunikationspfad. Dieser wird mit einem eindeutigen Verbindungsbezeichner (Data-Link Connection Identifier, DLCI) assoziiert. Zwischen zwei DTEs wird eine virtuelle Verbindung aufgebaut. Die virtuelle Verbindung bietet einen bidirektionalen Kommunikationspfad. Mehrere virtuelle Verbindungen können auf eine einzelne physikalische Verbindung gemultiplext werden (Reduktion von Ausrüstung und Netzwerkkomplexität). DLCIs werden durch den Anbieter vergeben. Sie sind im LAN eindeutig, nicht aber notwendigerweise im WAN. Frame Relay bietet die Möglichkeit, sowohl SVCs als auch PVCs zu verwenden. Zu Beginn wurden nur PVCs verwendet, da man dort keine Verbindung aufzubauen braucht. Der Modus der temporären Verbindungen wurde kaum von Herstellern unterstützt. Allerdings sind mittlerweile SVCs die Norm, da sie preisgünstiger sind. 4

5 Flußkontrolle bei Frame Relay Frame Relay besitzt keinen eigenen Flußkontroll-Mechanismus zur Kontrolle des Verkehrs jeder virtuellen Verbindung. Frame Relay wird typischerweise auf zuverlässigen Netzwerkmedien eingesetzt, daher kann die Flußkontrolle an höhere Schichten abgegeben werden. Statt dessen: Notifikations-Mechanismus (Congestion Notification) zur Meldung von Engpässen an höhere Protokollschichten und so zur Reduktion des Netzverkehrs, falls ein Kontrollmechanismus auf einer höheren Schicht implementiert wird. Es gibt zwei Mechanismen zur Congestion Notification Forward-Explicit Congestion Notification (FECN) ¾wird initiiert, wenn eine DTE Rahmen ins Netz sendet ¾Bei Überlast setzen die DCEs im Netz das FECN-Bit auf 1 ¾Wenn der Rahmen beim Empfänger ankommt, erkennt dieser, daß eine Überlast auf der Übertragungsstrecke vorliegt Backward-Explicit Congestion Notification (BECN) ¾Analog zu FECN, aber das BECN-Bit wird gesetzt, wenn Rahmen in die entgegengesetzte Richtung von Rahmen mit gesetztem FECN-Bit laufen Der Rahmen-Header 8 2 Variabel, bis zu Byte 16 8 Länge in Byte Flags Adresse Daten FCS Flags Bit DLCI C/R EA DLCI FECN BECN DE EA Flags Kennzeichnung von Rahmenbeginn und -ende durch Bytes FCS: CRC-Checksumme Adresse Das Feld Adresse setzt sich aus mehreren Bestandteilen zusammen: ¾DLCI (10 Bit). Rahmenadresse, kennzeichnet gleichzeitig die virtuelle Verbindung. Nur lokal (d.h. auf dem jeweiligen physikalischen Medium zwischen zwei Geräten) eindeutig. Kommunikationspartner können daher unterschiedliche DLCIs für die gleiche virtuelle Verbindung haben. ¾C/R: Command/Respone. Es ist nicht definiert, was das bedeuten soll. 5

6 Der Header / LMI ¾Extended Address (EA): jedes 8te Bit des Adreßfeldes. Ist es auf 1 gesetzt, ist dies das letzte Byte, das zum Adreßfeld gehört. Gängige Implementierungen nutzen zwei Byte zur Adressierung, allerdings können zwei weitere hinzugezogen werden. ¾Congestion Control: umfaßt 3 Bits: FECN, BECN, DE. DE bedeutet Discard Eligibility. Kennzeichnet weniger wichtigen Verkehr, der bei Überlast verworfen werden kann. Es kann von der sendenden DTE gesetzt werden. Damit kann verhindert werden, daß kritische Daten zu früh verworfen werden. Local Management Interface (LMI) globale Adressierung: Verallgemeinerung der DLCIs auf globale Bedeutung. Damit können Standardmethoden, z.b. zur Adreßauflösung, verwendet werden. Statusnachrichten über virtuelle Verbindungen: Die Statusnachrichten können zur Kommunikation und Synchronisation zwischen DTEs und DCEs verwendet werden. Multicast ¾Dazu: eigener Rahmentyp für Kontrollnachrichten Asynchronous Transfer Mode (ATM) 6

7 ATM zur Integration von Datenund Telekommunikation 7HOHNRPPXQLNDWLRQ 3ULPÕUHV=LHO7HOHIRQLH YHUELQGXQJVRULHQWLHUW IHVWH=XWHLOXQJYRQ5HVVRXUFHQ /HLVWXQJVJDUDQWLHQ XQJHQXW]WH5HVVRXUFHQYHUIDOOHQ JHULQJH(QGH]X(QGH9HU]çJHUXQJ 'DWHQNRPPXQLNDWLRQ 3ULPÕUHV=LHO'DWHQWUDQVIHU YHUELQGXQJVORV IOH[LEOH=XWHLOXQJYRQ5HVVRXUFHQ NHLQH/HLVWXQJVJDUDQWLHQ HIIL]LHQWH1XW]XQJYRQ5HVVRXUFHQ YDULDEOH(QGH]X(QGH9HU]çJHUXQJ Time Division Multiplexing Statistical Multiplexing bandwidth allocation bandwidth allocation t t Eigenschaften von ATM ¾ ITU-T-Standard (bzw. ATM-Forum) für Zellübertragung ¾ Integration von Daten-, Sprach- und Videoübertragungen ¾ zellbasierte Multiplexing- und Switchingtechnik ¾ Verbindungsorientierte Kommunikation ¾ Zusicherung von Qualitätsmerkmalen für die gewünschte Verbindung ¾ Skalierbarkeit der benötigten Bandbreite ¾ kombiniert Vorteile von: - Circuit Switching (garantierte Bandbreite, konstante Verzögerung) - Packet Switching (flexible und effiziente Übertragung) ¾ nahtloser Übergang von lokalen Netzen zum Weitverkehrsbereich ¾ Unterstützt PVCs, SVCs und verbindungslose Übertragung ¾ Datenraten: 34, 155 oder 622 Mb/s 7

8 Asynchronous Transfer Mode Asynchronous Transfer Mode (ATM) keine Leitungsvermittlung, sondern Zellvermittlung feste Zellgröße: 53 Bytes konstante und variable Zellraten multicastfähig verbindungsorientiert Nutzinformation (Payload) 48 Bytes Zellkopf (Header) 5 Bytes Zellmultiplexing auf einer ATM-Verbindung: 1 asynchrones Time-Division-Multiplex kontinuierlicher Zellstrom unbenutzte Zellen werden leer verschickt leere Zelle Zellgröße bei ATM Amplitude des Eingangssignals (z.b. abgetastetes Sprachsignal, Puls-Code-Modulation, PCM) t=125 µs Kontinuierlicher Datenstrom mit Abtastrate 1/125 µs T D = 6 ms Problem: Verzögerung des Zellstroms beträgt bei Sprache 6ms: 48 Samples mal 8 Bit = 48 Byte = Payload für eine ATM-Zelle größere Zellen verursachen zu große Verzögerungen bei Sprachübertragung kleinere Zellen erzeugen zu viel Overhead (Header / Payload - Verhältnis) d.h. 48 Byte ist ein Kompromiss. header overhead 100% packetisation delay 10ms % 5ms cell size [bytes] 8

9 LAN Switch Router ATM Network 2 Arten von Komponenten: ATM Switch Versendung von Zellen durch das Netz. Dazu werden die Zellheader eingehender Zellen gelesen und ein Update der Informationen vorgenommen. Danach werden die Zellen weiter zum Ziel geswitcht. ATM Endpoint Enthält einen ATM Network Interface Adapter, verbindet also andere Netze mit dem ATM-Netz. Workstation ATM Network ATM Switch ATM Endpoint Aufbau von ATM-Zellen Zwei Header-Formate: Kommunikation zwischen Switches und Endpoints: User-Network Interface (UNI) Kommunikation zwischen zwei Switches: Network-Network Interface (NNI) *)& *HQHULF)ORZ&RQWURO 1XUEHL81,IíUORNDOH)XQNWLRQHQ7\SLVFKHUZHLVH %LW XQEHQXW]W%HL11,OÕQJHUHU93, *)&93, 93, 37, 3D\ORDG7\SH,GHQWLILHU 93, 1XW]HUGDWHQRGHU RQWUROOGDWHQ&RQJHVWLRQ %HLOHW]WHUHPJLEWGDVQÕFKVWH%LWDQREÍEHUODVW 9&, % YRUOLHJW'DVOHW]WH%LW]HLJWDQREHLQH=HOOHGLH OHW]WHHLQHV5DKPHQVLVW +(& &/3 &HOO/RVV3ULRULW\ 3D\ORDG,VWGDV%LWNDQQGLH=HOOHEHLÍEHUODVWYHUZRUIHQZHUGHQ +(& +HDGHU(UURU&RQWURO &5&íEHUGLHHUVWHQ%\WHNDQQHLQ]HOQH%LWIHKOHUNRUULJLHUHQ \ WH 37, &/3 9

10 Pfad- und Kanalkonzept von ATM ¾ Vor Beginn der Kommunikation muß eine virtuelle Verbindung aufgebaut werden. ¾ Physikalische Verbindungen enthalten Virtual Paths (VPs, Gruppe von Verbindungen) ¾ VPs enthalten Virtual Channels (VCs, logische Kanäle) ¾ ATM Zellen werden entlang ihrer virtuellen Verbindung mit Hilfe des Virtual Channel Identifier (VCI) und des Virtual Path Identifier (VPI) geswitcht ¾ VPI und VCI haben nur lokale Bedeutung und können von den Switches geändert werden. Virtual Path Switching Virtual Channel Switching VCI 1 VCI 2 VPI 1 VP Switch VPI 4 VCI 3 VCI 4 VC Switch VCI 1 VCI 3 VCI 4 VCI 2 VCI 3 VCI 4 VPI 2 VPI 5 VCI 5 VCI 6 VCI 5 VCI 6 VPI 3 VPI 6 VCI 1 VCI 2 VPI 1 VPI 2 VPI 3 VCI 2 VCI 4 VP- und VC-Verbindungen ATM-Kreuzverteiler ATM-Vermittlungsstelle ATM-Kreuzverteiler VCI=57 VP - Cross Connect (VC / VP -Switch) VC / VP - Cross Connect VCI=28 VPI 2 VPI 7 VCI 57 VCI 26 VCI 26 VCI 28 VPI 2 VPI 7 VPI 4 VPI 1 Virtual Path Connection (VPC) Virtual Path Connection (VPC) Virtual Channel Connection (VCC) - Ende-zu-Ende-Verbindung 10

11 ATM Cross Connect VCI 22 VCI 21 VCI 23 VCI 24 VC / VP - Cross Connect VCI 21 VCI 22 VPI 1 VPI 3 VPI 4 VCI 24 VCI 23 verbindet sowohl verschiedene VCs als auch verschiedene VPs VCI 21 VCI 22 VCI 22 VCI 25 VCI 29 VPI 5 VPI 6 VPI 7 VPI 1 VPI 5 VPI 6 VCI 22 VCI 21 VCI 22 VCI 25 VCI 29 VP - Cross Connect verbindet ausschliesslich verschiedene VPs (findet daher selten Verwendung) Multiplexing verschiedener Verbindungen mehrere virtuelle Verbindungen sind gleichzeitig möglich es gibt einen kontinuierlichen Strom von Zellen leere Zellen sind durch eine Markierung im Zellkopf gekennzeichnet das Verhältnis von genutzten Zellen zu allen Zellen ist die Last einer ATM- Strecke möglichst optimale Nutzung (kontinuierlicher Zellstrom) der ATM-Verbindung durch ein oder mehrere Warteschlangen bei voller Warteschlange werden Zellen verworfen 1 ATM-Verbindung leere Zelle 11

12 ATM-Referenzmodell Logisches Modell zur Beschreibung der ATM-Funktionalität, meist dargestellt als Würfel. Die Aufteilung erfolgt einmal nach Schichten (Layer), zum anderen nach Ebenen (Plane). Control Plane: Generierung und Mapping von Signalisierungsanfragen User Plane: Management des Datentransfers Management Plane: ¾Layer-Management verwaltet Layer-spezifische Funktionalitäten, z.b. Fehlererkennung ¾Plane-Management verwaltet und koordiniert Funktionalitäten, die das gesamte System betreffen. Control Plane Higher Layers Management Plane Higher Layers ATM Adaptation Layer (Schicht 2) ATM Layer (Schicht 2) User Plane Physical Layer (Schicht 1) Plane Management Physical Layer ATM Layer: verantwortlich für das Multiplexing und das Versenden von Zellen durch das ATM-Netzwerk. Diese Schicht benötigt die VPIs und die VCIs. ATM Adaptation Layer: verantwortlich für das Verpacken von Daten in Zellen. Layer Management Diensteigenschaften von ATM Kriterium Anwendungsklassen Übertragungsrate Synchronisation (Quelle-Ziel) Maximale ausgehandelte Zellrate A B C D Maximale und Dynamische Durchschnittswerte Ratenanpassung an freie Ressourcen Bitrate konstant variabel Verbindungsverbindungsorientiert Modus Ja Nein Best Effort verbindungslos Anwendungen: Adaptation Layer (AAL): Bewegtbildkommunikation Telefonie Videokonferenzen AAL 1 AAL 2 Datenkommunikation Dateitransfer Mail AAL 3 AAL 4 AAL 5 AAL 3/4 haben einen hohen Overhead, AAL 5 stellt einen einfachen Datenübertragungsdienst bereit 12

13 Verkehrsklassen AAL 1: CBR - Constant Bit Rate, deterministischer Dienst Charakterisiert durch garantierte feste Bitrate Parameter: Peak Cell Rate (PCR) Last PCR AAL 2: VBR - Variable Bit Rate (rt/nrt), statistischer Dienst Charakterisiert durch garantierte durchschnittliche Bitrate. Somit auch geeignet für burst-artigen Verkehr. Parameter: Peak Cell Rate (PCR), Sustainable Cell Rate (SCR), Maximum Burst Size (MBS) Last PCR SCR Zeit AAL 3:ABR - Available Bit Rate, lastabhängiger Dienst Charakterisiert durch garantierte minimale Bitrate + lastabhängige, zusätzliche Bitrate (adaptive Anpassung) Parameter: Peak Cell Rate (PCR), Minimum Cell Rate (MCR) AAL 4: UBR - Unspecified Bit Rate, Best-Effort Dienst Charakterisiert durch keine garantierte Bitrate Parameter: Peak Cell Rate (PCR) Last ABR/ UBR andere Verbindungen Zeit Zeit Traffic Management Connection Admission Control (CAC) Reservierung von Ressourcen während des Verbindungsaufbaus (Signalisierung) Vergleich zwischen Verbindungsparameter und verfügbaren Ressourcen Verkehrsvertrag zwischen Nutzer und ATM-Netzwerk Usage Parameter Control (UPC) / Network Parameter Control (NPC) Test auf Konformität des Zellstroms gemäß den Parametern des Verkehrsvertrags am User Network Interface (UNI) oder Network Network Interface (NNI) Generic Cell Rate Algorithmus (CGRA) / Leaky Bucket Algorithmus Switch Congestion Control (primär für UBR) Selektives Löschen von Zellen (Early/Partial Packet Discard, EPD/PPD) zur Einhaltung von Leistungsgarantien im Fall von Überlast Flußkontrolle für ABR Rückmeldung des Netzzustandes über Ressource Management Zellen an die ABR-Quelle zur Anpassung der Senderate und faire Zuteilung der Bandbreite 13

14 IP over ATM Zwei Beispiele: IP ARP IP ARP Classical IP over ATM encaps. Signaling AAL 5 ATM PHY LAN Emulation LANE Signaling AAL 5 ATM PHY GHILQLHUWÃGXUFKÃ,(7)Ã5)&Ã VSH]LHOOHÃ/çVXQJ QXUÃIíUÃ,3ÃJHHLJQHW HLQIDFKHÃ,PSOHPHQWLHUXQJ NHLQÃ,3%URDG 0XOWLFDVW /RJLVFKHVÃ,36XEQHW]ÃíEHUÃ$70 GHILQLHUWÃGXUFKÃ$70)RUXP DOOJHPHLQHÃ/çVXQJÃ IíUÃYHUVFKLHGHQHÃ3URWRNROOH 9HUELQGXQJHQÃ]XPÃ/$1( 6HUYHUÃ$GUHÐXPVHW]XQJ %URDGFDVWÃÉÃ8QNQRZQ6HUYHU,3%URDG0XOWLFDVWÃPçJOLFKÃ%86 Ethernet und ATM Fast/Gigabit Ethernet : Primäres Ziel: Bandbreite / keine QoS-Garantien / Isolation von Verkehrsströmen durch physikalische Trennung (Hubs, Links) / keine Priorisierung von Strömen / kein Schutz gegen konkurrierenden Verkehr & geringer Preis & sehr hohe Bandbreite ATM : Primäres Ziel: Integration, QoS & feste QoS-Garantien & Isolation von Verkehrsströmen durch logische Trennung (VCC) & Priorisierung von real-time Strömen & CAC schützt aktive Verbindungen / hoher Preis skalierbare Bandbreite 14

15 Zukunft von ATM ATM im LAN-Bereich: zu hohe Kosten für die Hardware zu starke Konkurrenz durch etablierte Techniken wie (Fast) Ethernet etc. ATM im WAN-Bereich: oft zwischen Firmenstandorten implementiert (Quasi-Standard) große TK-Netzbetreiber (Telcos) bevorzugen jedoch SDH als Transportbzw. Kernnetz (bessere Performance im TK-Bereich, Weltstandard) ATM-Zellen werden in SDH-Container an Übergangspunkten verpackt (encapsulation) bzw. wieder entpackt. Hat ATM noch eine Zukunft? vermutlich: Nein! Neueste Forschung geht von einer unmittelbaren Nutzung der Faser durch höhere Protokolle aus (Stichwort: Dense Wavelength Division Multiplex, DWDM). ATM wird Teilnehmern lediglich als Dienst angeboten, um vorhandene Geräte und Einrichtungen weiter nutzen zu können. Bisher: Jetzt: Künftig: IP over ATM IP over SDH IP over WDM Synchronous Digital Hierarchy (SDH) ¾ alle modernen neuen Netze im öffentlichen Bereich bauen auf der SDH-Technik auf Beispiel: das B-WIN ist abgelöst worden durch das G-WIN (Gigabit-Wissenschaftsnetz) 15

16 Weitverkehrs- Netz Regionale Netze Zugangsnetze Glasfaser 64 kb/s 2 Mb/s Verbindungen zwischen digitalen Vermittlungszentren D A Glasfaser oder Richtfunkstrecken Mb/s Kupferkabel 64 kb/s - 2 Mb/s 64 kb/s - 2 Mb/s D A Glasfaser oder Richtfunkstrecken Mb/s D A Glasfaser 2-34 Mb/s A D Modem Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) ¾ Hierarchische Bündelung von Datenströmen ¾ Hierarchien bezüglich der Netztypen (grob: LAN, MAN, WAN) Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) 2 Mb/s Twisted Pair, Koax 8.5 Mb/s Koax, Glasfaser 34 Mb/s Glasfaser, Richtfunk 139 Mb/s Glasfaser, Richtfunk 565 Mb/s Glasfaser, Richtfunk 256 KB/s für zusätzliche Signalisierung 576 KB/s für zusätzliche Signalisierung 1.8 MB/s für zusätzliche Signalisierung 7.9 MB/s für zusätzliche Signalisierung Secondary Multiplex System 34Mbit/s System 140Mbit/s System 565Mbit/s System 16

17 PCM-30 PCM-30 PCM-30 PCM-30 Von PDH nach SDH Plesiochronous Digital Hierarchy Synchronisation mittels Rahmenkennung kein gemeinsamer Takt bitweises Multiplexing bitweises Stopfen Probleme unterschiedliche Multiplex-Schemata (US, Europa) Signale müssen über alle Schichten schrittweise demultiplexed und identifiziert werden Keine Reserve für z.b. Netzmanagement, Dienstkontrolle und zusätzliche Leitungen weltweit unterschiedliche und nicht-standardisierte Bitraten seit 1990 Europa: USA: Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Synchronous Optical Network (SONET) Synchronous Digital Hierarchy weltweit standardisierte Bitraten byteweises Multiplexen direkter Zugriff auf Signale ohne mehrfaches Demultiplexen zusätzliche Bytes für Netzmanagement, Dienst- und Qualitätskontrolle, zusätzliche Leitungen vereinfachtes Multiplexschema synchronisiertes, zentral getaktetes Netzwerk kurze Verzögerungen beim Launching und Decoupling (add/drop) von Signalen Wesentliches Merkmal: Container zum Transport von Nutzsignalen Vermittlungsstelle 34 Mb/s 2 Mb/s 622 Mb/s 2 Mb/s Vermittlungsstelle 155 Mb/s 622 Mb/s SDH Cross Connect 17

18 Erste Schritte hin zu SDH SDH als Overlay Network auf existierenden PDH-Netzen aufbauen: SDH- Overlay Network 2.5 Gb/s SDH-Cross Connect add / drop Signale Hochgeschwindigkeits-SDH hohe Kapazität PDH 155 Mb/s 155 Mb/s 2 Mb/s FMUX 2 Mb/s SDH - Add/Drop-Multiplex add / drop Signale niedrigere Kapazität SDH - Flexible Multiplex verteilt Bandbreite direkt an Kunden oder Vermittlungsstellen Vermittlungsstellen für regionale und lokale Netze Kunden mit hohen Bandbreitenanforderungen SDH-Transportmodule (Rahmen) Synchronous Transport Modul (STM-N, N=1,4,16) STM-1-Struktur: 9 Zeilen mit jeweils 270 Bytes. Rahmendauer 125 µs Basisrate 155 Mb/s Administrative Unit Pointers erlauben den direkten Zugriff auf Bestandteile vom Payload 9 9 x N Spalten (Bytes) 261 x N Spalten (Bytes) Regenerator Section Overhead (RSOH) Administrative Unit Pointers Multiplex Section Overhead (MSOH) Payload 9 Zeilen (125 µs) Payload: Enthält Nutzdaten in Form von Containern (C-n), Tributary Units (TU-n) oder Gruppen von Tributary Units (TUG-n, Transportgruppen). Section Overhead: RSOH: Enthält Informationen bezüglich der Route zwischen zwei Repeatern oder einem Repeater und einem Multiplexer MSOH: Enthält Informationen bezüglich der Route zwischen zwei Multiplexern ohne Berücksichtigung der zwischenliegenden Repeater. 18

19 Erstellung eines STM Nutzdaten werden in einen Container verpackt. Eine Unterscheidung der Container wird nach Größe vorgenommen: C-1 bis C-4 Nutzlastdaten werden ggfs. durch Fülloktetts auf die Containergröße angepaßt Die Steuerung des Datenflusses eines Containers erfolgt durch weitere Bytes zur Steuerung einer gesamten Strecke über mehrere Multiplexer: Path Overhead (POH) ¾ Steuerung der einzelnen Abschnitte des Übertragungsweges ¾ Umschaltung auf Ersatzwege im Fehlerfall ¾ Erkennung und Erfassung der Übertragungsqualität ¾ Realisierung von Wartungs-Kommunikationskanälen Durch Hinzufügen der POH-Bytes wird aus einem Container ein Virtual Container Erstellung eines STM Werden in einem Payload mehrere Container übertragen, werden diese durch byteweises multiplexen in Tributary Unit Groups Durch Hinzufügen eines AU-Pointers wird die Tributary Unit Group zu einer Administrative Unit Dann werden die SOH-Bytes ergänzt, der SDH-Rahmen ist komplett. RSOH und MSOH enthalten beispielsweise Bits für ¾ Rahmensynchronisation ¾ Fehlererkennung (Parity Bit) ¾ STM-1-Kennung in größeren Transportmodulen ¾ Steuerung von Ersatzschaltungen ¾ Dienstkanäle ¾... und natürlich Bits für späteren Gebrauch. 19

20 SDH-Containertypen C-n Container n VC-n Virtual Container n TU-n Tributary Unit n TUG-n Tributary Unit Group n Payload Tributary Unit, TU-n (n=1 bis 3) enthält VC-n und Tributary Unit Pointer C-4 H4 VC-4 oder TUG-3 VC VC-4 Path Overhead (POH) Container, C-n (n=1 bis 4) definierte Einheit für Payload- Kapazität (z.b. C-4 für ATM oder IP, C-12 für ISDN oder 2 Mb/s) überträgt alle SDH-Bitraten kann Kapazität bereitstellen für Transport von noch nicht spezifizierten Breitbandsignalen Virtual Container, VC-n (n=1 bis 4) besteht aus Container und POH niedriger VC (n=1,2): einzelner C-n plus Basis Virtual Container Path Overhead (POH) höherer VC (n=3,4): einzelner C-n, Zusammenschluss von TUG-2s /TU-3s, plus Basis Virtual Container POH SDH-Containertypen VC oder TU-3 C-3 C-n Container-n VC-n Virtual Container-n TU-n Tributary Unit-n TUG-n Tributary Unit Group-n AU-n Administrative Unit-n STM-N Synchronous Transport Module-N TUG-2 VC VC-12 TUG-12 C-12 Administrative Unit-n (AU-n) stellt Adaptierung zwischen Higher-order Path Layer und Multiplex-Einheit bereit besteht aus Payload und Administrative Unit Pointern 20

21 SDH-Hierarchie 155 Mbit/s 622 Mbit/s 2,5 Gbit/s STM-1 STM-4 STM x261= x9=36 4x36=144 4x1044=4176 Basistransportmodul für 155 Mb/s, enthält z.b.: einen kontinuierlichen ATM- Zellenstrom (C-4 Container), eine Transportgruppe (TUG-3) für drei 34 Mb/s PCM-Systeme oder eine Transportgruppe (TUG-3) für drei Container, die wiederum TUG enthält zerlegbar in 4 x STM-1 zerlegbar in zerlegbar in 4 x STM-4 4 x STM-1 SDH-Hierarchie Höhere Hierarchiestufen werden durch Zusammenfassen von STM-1 Modulen erreicht Höhere Übertragungsraten werden durch byteweises Multiplexen der enthaltenen Signale zusammengebaut Jedes Byte hat eine Übertragungsrate von 64 kb/s, geeignet für die Übertragung von Sprachdaten (Telefonie) außer bei STM-1 ist nur eine Übertragung über Glasfaser möglich SOH (9 Spalten) 261 Byte 4 * 261 Byte SOH (4 * 9 Spalten) 21

22 SDH-Multiplexstruktur x N STM-N AUG AU-4 VC-4 x 3 C kbit/s x 3 TUG-3 TU-3 VC-3 AU-3 VC-3 Zeigerverarbeitung x 7 Multiplexen, Abbilden C-n Container-n VC-n Virtual Container-n TU-n Tributary Unit-n TUG-n Tributary Unit Group-n AU-n Administrative Unit-n AUG Administrative Unit Group STM-N Synchronous Transport Module-N C-3 x 7 TUG-2 TU-2 VC-2 C-2 x 3 TU-12 VC-12 C-12 x 4 TU-11 VC-11 C kbit/s kbit/s 6312 kbit/s 2048 kbit/s 1544 kbit/s SDH-Multiplexverfahren PTR Logische Assoziation Physikalische Assoziation Zeiger VC-1 POH Container-1 Container-1 VC-1 TU-1 PTR VC-1 TU-1 TU-1 PTR TU-1 PTR VC-1 VC-1 TUG-2 VC-3 POH TUG-2 TUG-2 VC-3 AU-3 PTR VC-3 AU-3 AU-3 PTR AU-3 PTR VC-3 VC-3 AUG SOH AUG AUG STM-N 22

23 SDH-Übertragungsnetzwerk Überregionale Vermittlung Regionale Vermittlungsstellen Zugangsnetze SDH Local Loop Synchronous Digital Hierarchy (SDH) teilvermaschtes Netz hierarchielose beliebige Topologie (abgesehen von der Vermittlungsstruktur) flexible Bandbreitennutzung hohe Skalierbarkeit hohe Zuverlässigkeit Cross Connect Node Add/Drop Multiplex (ADM) Digital Switching Center 23