WANs:

Wide Area Networks

Nachtrag: das angegebene Buch von Cisco ist auch online verfügbar unter:

http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/

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 - 10000 km• Angesiedelt auf den Schichten 1 und 2, teilweise auch auf Schicht 3

Beispiele:

• Asynchronous Transfer Mode, ATM

• Synchronous Digital Hierarchy, SDH

WANs

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 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

Packet Switching

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.

Frame RelayEntwicklung 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 LocalManagement 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

DNAE

DNAE

DNAE

LAN

• 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

Datennetz-abschlußeinrichtung

LAN-Kopplung mit 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.

DCEDTE

DTEDTE

DTEPacketSwitch

Aufbau von 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 Verbindungs-bezeichner (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.

Kommunikation 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)!wird initiiert, wenn eine DTE Rahmen ins Netz sendet!Bei Überlast setzen die DCEs im Netz das FECN-Bit auf 1!Wenn der Rahmen beim Empfänger ankommt, erkennt dieser, daß eine

Überlast auf der Übertragungsstrecke vorliegt

• Backward-Explicit Congestion Notification (BECN)!Analog zu FECN, aber das BECN-Bit wird gesetzt, wenn Rahmen in die

entgegengesetzte Richtung von Rahmen mit gesetztem FECN-Bit laufen

Flußkontrolle bei Frame Relay

Der Rahmen-Header

Flags Adresse Daten FCS Flags

8 82 16Variabel, bis zu 16000 Byte Länge in Byte

Flags• Kennzeichnung von Rahmenbeginn und -ende durch 01111110-BytesFCS: • CRC-Checksumme

Adresse• Das Feld ‘Adresse‘ setzt sich aus mehreren Bestandteilen zusammen:

!DLCI (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.

!C/R: Command/Respone. Es ist nicht definiert, was das bedeuten soll.

DLCI C/R EA DLCI FECN BECN DE EA

6 1 1 4 1 1 1 1 Bit

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

!Dazu: eigener Rahmentyp für Kontrollnachrichten

!Extended 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.

!Congestion Control: umfaßt 3 Bits: FECN, BECN, DE. DE bedeutetDiscard 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.

Der Header / LMI

Asynchronous Transfer Mode (ATM)

����������������

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• ��������������

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• ����������������������������

bandwidth allocation

t

Time Division Multiplexing

bandwidth allocation

t

Statistical Multiplexing

ATM zur Integration von Daten-und Telekommunikation

! ITU-T-Standard (bzw. ATM-Forum) für Zellübertragung

! Integration von Daten-, Sprach- und Videoübertragungen

! zellbasierte Multiplexing- und Switchingtechnik

! Verbindungsorientierte Kommunikation

! Zusicherung von Qualitätsmerkmalen für die gewünschte Verbindung

! Skalierbarkeit der benötigten Bandbreite

! kombiniert Vorteile von:

- Circuit Switching (garantierte Bandbreite, konstante Verzögerung)

- Packet Switching (flexible und effiziente Übertragung)

! nahtloser Übergang von lokalen Netzen zum Weitverkehrsbereich

! Unterstützt PVCs, SVCs und verbindungslose Übertragung

! Datenraten: 34, 155 oder 622 Mb/s

Eigenschaften von ATM

Zellkopf(Header)Nutzinformation (Payload)

Zellmultiplexing auf einer ATM-Verbindung:

1

2 2

33

22 331

Asynchronous Transfer Mode (ATM)• keine Leitungsvermittlung, sondern

Zellvermittlung• feste Zellgröße: 53 Bytes• konstante und variable Zellraten• multicastfähig• verbindungsorientiert

5 Bytes48 Bytes

leere Zelle

• asynchrones Time-Division-Multiplex• kontinuierlicher Zellstrom• unbenutzte Zellen werden leer verschickt

Asynchronous Transfer Mode

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.

t=125 µs

TD = 6 ms

Kontinuierlicher Daten-strom mit Abtastrate 1/125 µs

Zellgröße bei ATM

48+564+5 32+4

header packetisation

100%

50% 5ms

10ms

0 20 6040 80

delayoverhead

cell size [bytes]

Amplitude des Eingangssignals(z.B. abgetastetes Sprachsignal,Puls-Code-Modulation, PCM)

ATM Network

ATM Network

ATM Switch

ATM Endpoint

Workstation

LAN Switch

Router

2 Arten von Komponenten:

• ATM SwitchVersendung 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 EndpointEnthält einen ATM Network Interface Adapter, verbindet also andere Netze mit dem ATM-Netz.

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(/(������#����������0�����1����������� ��������� �������� ������

Aufbau von ATM-ZellenZwei Header-Formate:

• Kommunikation zwischen Switches und Endpoints: User-Network Interface (UNI)

• Kommunikation zwischen zwei Switches: Network-Network Interface (NNI)

���

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! Vor Beginn der Kommunikation muß eine virtuelle Verbindung aufgebaut werden.

! Physikalische Verbindungen „enthalten“ Virtual Paths (VPs, Gruppe von Verbindungen)

! VPs „enthalten“ Virtual Channels (VCs, logische Kanäle)

! ATM Zellen werden entlang ihrer virtuellen Verbindung mit Hilfe des VirtualChannel Identifier (VCI) und des Virtual Path Identifier (VPI) „geswitcht“

! VPI und VCI haben nur lokale Bedeutung und können von den Switches geändert werden.

VCI 1

VCI 2

VCI 3VCI 4

VCI 5VCI 6

VCI 5

VCI 6

VCI 3

VCI 4

VCI 1

VCI 2

VPI 1

VPI 6

VP Switch

VPI 2

VPI 3

VPI 4

VPI 5

Virtual Path SwitchingVC Switch

VCI 1 VCI 2

VCI 2

VCI 4VPI 1

VPI 2

VPI 3

Virtual Channel Switching

VCI 4VCI 3

Pfad- und Kanalkonzept von ATM

ATM-Kreuzverteiler

VP - Cross Connect

ATM-Kreuzverteiler

VC / VP - Cross Connect

ATM-Vermittlungsstelle

(VC / VP -Switch)

VCI 57 VCI 26

VCI 26

VCI=57 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

VCI 28

VPI 2 VPI 7

VP- und VC-Verbindungen

VCI 22

VCI 21

VCI 22

VCI 21

VCI 22

VCI 24

VCI 23

VCI 21VCI 22VCI 21

VCI 22

VCI 25VCI 29

VCI 22VCI 29VCI 25

VCI 23

VCI 24VPI 1

VPI 3

VPI 4

VPI 5

VPI 6

VPI 7

VPI 6

VPI 5

VPI 1

VC / VP -Cross Connect

VP - Cross Connect

verbindet sowohl verschiedene VCs als auch verschiedene VPs

verbindet ausschliesslich verschiedene VPs(findet daher selten Verwendung)

ATM – Cross Connect

1

22 331

• 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

2

3

1

2

leere Zelle

ATM-Verbindung

Multiplexing verschiedener Verbindungen

ATM-Referenzmodell

Physical Layer (Schicht 1)

ATM Layer (Schicht 2)

ATM Adaptation Layer (Schicht 2)

Higher LayersHigher Layers

Management Plane

Control Plane User Plane

LayerManagem

entPlane M

anagement

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: !Layer-Management verwaltet

Layer-spezifische Funktionalitäten, z.B. Fehlererkennung

!Plane-Management verwaltet und koordiniert Funktionalitäten, die das gesamte System betreffen.

• 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.

Kriterium Anwendungsklassen

A B C D

ÜbertragungsrateMaximale

ausgehandelteZellrate

Maximale undDurchschnitts-

werte

DynamischeRatenanpassung

an freieRessourcen

„Best Effort“

Synchronisation(Quelle-Ziel) Ja Nein

Bitrate konstant variabelVerbindungs-

Modusverbindungsorientiert verbindungslos

•Bewegtbildkommunikation•Telefonie•Videokonferenzen

•Datenkommunikation•Dateitransfer•Mail

Anwendungen:

Diensteigenschaften von ATM

Adaptation Layer (AAL): AAL 3 AAL 4AAL 5AAL 1 AAL 2

AAL 3/4 haben einen hohen Overhead, AAL 5 stellt einen einfachen Datenübertragungsdienst bereit

AAL 1: CBR - Constant Bit Rate, deterministischer Dienst

• Charakterisiert durch garantierte feste Bitrate • Parameter: Peak Cell Rate (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)

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)

Verkehrsklassen

Zeit

Last

PCR

Zeit

Last

PCR

SCR

Zeit

Last

ABR/UBR

andere Verbin-dungen

Connection Admission Control (CAC)Reservierung von Ressourcen während des Verbindungsaufbaus (Signalisierung)Vergleich zwischen Verbindungsparameter und verfügbaren RessourcenVerkehrsvertrag zwischen Nutzer und ATM-Netzwerk

Usage Parameter Control (UPC) / Network Parameter Control (NPC)Test auf Konformität des Zellstroms gemäß den Parametern des Verkehrsvertragsam 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 ABRRückmeldung des Netzzustandes über Ressource Management Zellen an die ABR-Quelle zur Anpassung der Senderate und faire Zuteilung der Bandbreite

Traffic Management

LAN Emulation

��������������� ������������

Classical IP over ATM Signaling

AAL 5ATMPHY

IPARP

Signaling

AAL 5ATMPHY

LANE

IPARP

encaps.

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����������������

����������������� �!��

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IP over ATM

Zwei Beispiele:

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

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

Ethernet und 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 Transport-

bzw. 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: „IP over ATM“Jetzt: „IP over SDH“Künftig: „IP over WDM“

Zukunft von ATM

Synchronous Digital Hierarchy (SDH)! alle modernen neuen Netze im öffentlichen Bereich

bauen auf der SDH-Technik aufBeispiel: das B-WIN ist abgelöst worden durch dasG-WIN (Gigabit-Wissenschaftsnetz)

Glasfaser oderRichtfunkstrecken

140 – 565 Mb/s

Glasfaser oderRichtfunkstrecken8 – 140 Mb/s

DA

DA

Glasfaser2 - 34 Mb/s

DA

AD

Kupferkabel64 kb/s - 2 Mb/s

64 kb/s - 2 Mb/s

Glasfaser64 kb/s – 2 Mb/s Modem

PlesiochronousD

igital Hierarchy (PD

H)

Weitverkehrs-Netz

RegionaleNetze

Zugangsnetze

Verbindungen zwischen digitalen Vermittlungszentren

! Hierarchische Bündelung von Datenströmen

! Hierarchien bezüglich der Netztypen (grob: LAN, MAN, WAN)

2 Mb/sTwisted Pair,

Koax

8.5 Mb/sKoax,

Glasfaser

34 Mb/sGlasfaser,Richtfunk

139 Mb/sGlasfaser,Richtfunk

565 Mb/sGlasfaser,Richtfunk

256 KB/sfür zusätzlicheSignalisierung

576 KB/sfür zusätzlicheSignalisierung

1.8 MB/sfür zusätzlicheSignalisierung

7.9 MB/sfür zusätzlicheSignalisierung

SecondaryMultiplexSystem

34Mbit/sSystem

140Mbit/sSystem

565Mbit/sSystem

Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH)

• 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

Europa: Synchronous Digital Hierarchy (SDH)USA: Synchronous Optical Network (SONET)

Plesiochronous Digital Hierarchy

PCM-30

PCM-30

PCM-30

PCM-30

seit 1990

Von PDH nach SDH

• 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

155 Mb/s

622 Mb/s

34 Mb/s

622 Mb/s

2 Mb/s2 Mb/s

SDH Cross Connect

Vermittlungsstelle

Vermittlungs-stelle

Synchronous Digital Hierarchy

SDH-Overlay Network

FMUX

2.5 Gb/s

Vermittlungsstellen für regionale und lokale Netze

SDH-Cross Connect• add / drop Signale• Hochgeschwindigkeits-SDH• hohe Kapazität

SDH - Add/Drop-Multiplex• add / drop Signale• niedrigere Kapazität

SDH - Flexible Multiplex• verteilt Bandbreite direkt

an Kunden oder Vermittlungsstellen

Kunden mit hohen Bandbreitenanforderungen

155 Mb/s

155 Mb/s 2 Mb/s

2 Mb/s

PDH

Erste Schritte hin zu SDH

SDH als Overlay Network auf existierenden PDH-Netzen aufbauen:

Payload

9 x N Spalten (Bytes) 261 x N Spalten (Bytes)

Regenerator Section Overhead (RSOH)

Administrative Unit Pointers

Multiplex SectionOverhead (MSOH)

9Zeilen

1

345

9

Administrative Unit Pointers• erlauben den direkten Zugriff auf

Bestandteile vom Payload

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.

Payload:• Enthält Nutzdaten in Form von Containern

(C-n), Tributary Units (TU-n) oder Gruppenvon Tributary Units (TUG-n, Transportgruppen).

STM-1-Struktur:• 9 Zeilen mit jeweils 270

Bytes. • Rahmendauer 125 µs • Basisrate 155 Mb/s.

Synchronous Transport Modul (STM-N, N=1,4,16)

(125 µs)

SDH-Transportmodule (Rahmen)

• 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)

! Steuerung der einzelnen Abschnitte des Übertragungsweges

! Umschaltung auf Ersatzwege im Fehlerfall

! Erkennung und Erfassung der Übertragungsqualität

! Realisierung von Wartungs-Kommunikationskanälen

• Durch Hinzufügen der POH-Bytes wird aus einem Container ein Virtual Container

Erstellung eines STM

Erstellung eines STM

• Werden in einem Payload mehrere Container übertragen, werden diese durchbyteweises 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

! Rahmensynchronisation

! Fehlererkennung (Parity Bit)

! STM-1-Kennung in größeren Transportmodulen

! Steuerung von Ersatzschaltungen

! Dienstkanäle

! ... und natürlich Bits für späteren Gebrauch.

H4

VC-4 Path Overhead (POH)

C-4VC-4

Payload

23

TUG-3

1

VC-3oder

Container, C-n (n=1 bis 4)• definierte Einheit für Payload-

Kapazität (z.B. C-4 für ATM oderIP, 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

C-n Container nVC-n Virtual Container nTU-n Tributary Unit nTUG-n Tributary Unit Group n

Tributary Unit, TU-n (n=1 bis 3) • enthält VC-n und Tributary Unit

Pointer

SDH-Containertypen

VC-3

12

34

56

7

12

3

TUG-2

VC-12TUG-12 C-12

VC-2

oderTU-3

C-3

Administrative Unit-n (AU-n)•stellt Adaptierung zwischen Higher-order Path Layer und Multiplex-Einheit bereit

•besteht aus Payload undAdministrative Unit Pointern

C-n Container-nVC-n Virtual Container-nTU-n Tributary Unit-nTUG-n Tributary Unit Group-nAU-n Administrative Unit-nSTM-N Synchronous

Transport Module-N

SDH-Containertypen

STM-1 STM-4 STM-16

155 Mbit/s 622 Mbit/s 2,5 Gbit/s

4 x STM-44 x STM-1

4 x STM-1

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

9 4x9=36

261 4x261=10444x36=144

4x1044=4176

zerlegbar in zerlegbar in

zerlegbar in

SDH-Hierarchie

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)

STM-N AUG AU-4 VC-4 C-4

TUG-3 TU-3

AU-3 VC-3

VC-3

C-3

TUG-2 TU-2 VC-2 C-2

TU-12 VC-12 C-12

TU-11 VC-11 C-11

x N

x 3

x 7x 7

x 3

x 3

x 4

139 264 kbit/s

44 736 kbit/s34 368 kbit/s

6312 kbit/s

2048 kbit/s

1544 kbit/s

ZeigerverarbeitungMultiplexen, Abbilden

C-n Container-nVC-n Virtual Container-nTU-n Tributary Unit-nTUG-n Tributary Unit Group-nAU-n Administrative Unit-nAUG Administrative Unit GroupSTM-N Synchronous Transport Module-N

SDH-Multiplexstruktur

Container-1

Container-1VC-1 POH VC-1

VC-1

VC-1

TUG-2

VC-3

VC-3VC-3

AUG

TU-1TU-1 PTR

VC-1 TUG-2TU-1 PTRTU-1 PTR

TUG-2VC-3 POH

AU-3 PTR

AU-3 PTRAU-3 PTR

AUGSOH

VC-3

AU-3

AUG

STM-N

Logische AssoziationPhysikalische Assoziation

PTR Zeiger

SDH-Multiplexverfahren

Synchronous Digital H

ierarchy (SDH

)

ÜberregionaleVermittlung

RegionaleVermittlungs-stellen

Zugangsnetze

Cross Connect NodeAdd/Drop Multiplex (ADM)Digital Switching Center

• teilvermaschtes Netz• hierarchielose

beliebige Topologie(abgesehen von der Vermittlungsstruktur)

• flexible Bandbreiten-nutzung

• hohe Skalierbarkeit• hohe Zuverlässigkeit

SDH Local Loop

SDH-Übertragungsnetzwerk