Capitulo 5 SDH y OTN

Redes DWDM – Análisis y Diseño Prof. Diógenes Marcano [email protected]

SDH y OTN Capítulo 5 Pag. 1




Conjuntamente con VCAT se usa LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) para ajustardinámicamente el ancho de banda suministrado por la concatenación virtual sin pérdida dedatos.



Se observa claramente un aumento en la eficiencia al introducir la concatenación virtual enSONET



La capa óptica es el medio de transmisión para las nuevas redes ópticas.Como se disponen de muchos protocolos y capas que pueden ubicarse sobre la capa física,es necesario analizar las diferentes alternativa a fin de seleccionar la mejor opción en cadacaso.Sobre la capa óptica podemos tener IP, SDH/SONET, Ethernet.En este caso SDH/SONET es la capa común. Todos los otros protocolos son encapsulados enSDH, quedando este último como protocolo común.



En este modelo la capa IP está en el tope de la capa óptica. IP realiza las funciones de capa3 del modelo OSI, pero con la llegada de MPLS la capa IP también incluye funciones de lacapa 2. El entramado SDH puede hacerse directamente en el router IP, en cuyo caso elmismo puede conectarse directamente a la capa óptica.



La diferencia entre las diferentes arquitecturas está en la manera como se procesa el tráficoen los diferentes nodos y la flexibilidad suministrado por la capa óptica en cada caso.La figura (a) muestra la arquitectura más sencilla de llevar IP sobre DWDM. El router IP seconecta directamente al OLT y tanto el tráfico transparente como aquel que se queda en losnodos es manejado por el router IP. En este caso los costos son elevados ya que tot eltráfico en los nodos intermediarios debe ser manejado por los routers IP.La figura (b) es similar a la (a), salvo que el tráfico passthrough pasa directamente entre losdos MUX/DEMUX a través de un patch cord en la capa óptica Esta opción es de muy bajodos MUX/DEMUX a través de un patch cord en la capa óptica. Esta opción es de muy bajocosto ya que el tráfico passthrough se gestiona sin equipos adiciones ni puertos IPadicionales. Sin embargo, es una arquitectura inflexible ya que los ligthpaths no puedenadministrarse en forma dinámica.La opción de la figura (c) es la más flexible, todo el tráfico es manejado por el OXC y sepuede multiplexar o demultiplexar cierto tráfico en los nodos intermediarios. Representaun costo intermedio entre las opciones (a) y (b). Es la opción preferida para IP over DWDM.



El estándar IEEE 802.3 conocido como Ethernet, es un protocolo de acceso a un mediocompartido usando multiplexaje estadístico. Durante muchos años su ámbito de aplicaciónestuvo limitado al ámbito local de las redes LAN. De esta forme se conoció más como unprotocolo para acceso, pero típicamente asociado con IP.





Las grandes capacidades de la fibra óptica hacen posible la transmisión a altasvelocidades, llevando incluso información de otras tecnologías. Sin embargo, almismo tiempo, fue necesario el desarrollo de estándares para garantizar uncrecimiento armónico y globalizado. El caso de PDH, es justamente un ejemplo a noseguir, donde como hemos visto no hay compatibilidad en ninguno de los nivelesjerárquicos. En el caso de una jerarquía óptica los dos estándares que sedesarrollaron son muy similares y totalmente compatibles. Por un lado tenemos elestándar desarrollado por Bellcore SONET (Synchronous Optical network) y SDHestándar desarrollado por Bellcore SONET (Synchronous Optical network) y SDH(Synchronous Digital Hierarchy) tal como lo denominó la ITU.SONET y SDH son totalmente compatibles. Sin embargo, la capacidad más baja deSONET es de 51.84 Mbps STS‐1y la de SDH es de 155.52 Mbps STM‐1. Esto crea unadiferencia, pero que no afecta en realidad la compatibilidad, la capacidad de unSTM‐1 es exactamente tres veces la de un STS‐1. Dado que en un STS‐1 hay 783bytes en la zona de carga útil, el máximo valor del puntero debe ser 782, lo quegarantiza que al menos un byte del VC estará dentro del STM‐N.



Los sistemas PDH, previos a SDH, necesitaban demultiplexar toda la tramamultiplexada para acceder a un tributario. Para extraer un tributario en un nodo dela red, es necesario demultiplexar los tributarios en tránsito, extraer el tributario deinterés y luego multiplexar de nuevo para enviarlo a la red. Así que cada vez que senecesite extraer un tributario se debe hacer un demultiplexaje y multiplexajecompleto. Los multiplexores de inserción/extracción (Add and Drop Multiplxers)propios de SDH permiten insertar y extraer tributarios sin perturbar los que siguentránsito Esto se hace gracias a un conjunto de punteros que indican la localizacióntránsito. Esto se hace gracias a un conjunto de punteros que indican la localizaciónde cada tributario en la tarma SDH.



SONET/SDH es una red sincrona, un sólo reloj es usado para manejar lastransmisiones a través de la toda la red. Contiene recomendaciones para laestandarización de dispositivos ópticos de diferentes fabricantes. Lasespecificaciones físicas y el diseño de las tramas, le permiten a SONET/SDH llevartráfico de PDH.SDH es la evolución natural de las redes de transporte, que nació debido alacelerado crecimiento de las redes de transmisión a finales de los años 80,demanda de nuevos servicios y aparición de nuevos operadores de reddemanda de nuevos servicios y aparición de nuevos operadores de red





Los primeros trabajos sobre la SDH se llevaron a cabo en el grupo de trabajo XVII en juniode 1986, el objetivo fue desarrollar un estándar universal síncrono que permitiera a losoperadores una transmisión más flexible y económica.SDH apareció primero como SONET en USA desarrollado por Bellcore. Luego la ITU‐T hacealgunas adaptaciones de SONET y surge SDH, ambos estándares surgieron entre 1988 y1992.



La comunicación siempre es de una capa del origen a otra capa del destino. Porejemplo la capa de transporte del origen con la de transporte del destino. Perocomo puede verse no hay un camino directo entre las capas de trasporte de ambasentidades; así que para llevar a cabo la comunicación las capas superiores lesolicitan servicios a las capas inferiores y es así como las dos entidades lograncomunicarse. La comunicación horizontal entre capas iguales se basa en el uso deprotocolos, mientras que entre capas diferentes se basa en la solicitud y prestaciónde serviciosde servicios.SDH se situó en las dos primeras capas del modelo OSI, es decir SDH es una redcuyos servicios están en las capas físicas y de enlace de OSI.





Las primeras tres columnas de cada trama se reservan para gestión del sistema. Deéstas, las primeras 3 filas contienen el section overhead y las seis restantes el lineoverhead. Las 87 columnas restantes forman el SPE (Synchronous PayloadEnveloped) es decir, la carga útil. La primera columna del SPE es el path overhead,esta carga útil no siempre se inicia en la columna 4, de hecho puede iniciarse encualquier parte. La primera fila del line overhead contiene un apuntador que indicadonde se inicia la carga útil. La carga útil del usuario está integrada por las 86columnas restantes (payload)columnas restantes (payload).El SPE ocupa las 87 columnas restantes, para una tasa de 87*9*8*800=50.112Mbps, pero dado que la primera columna del SPE se usa para el Path Overhead, losdatos del usuario irán a una tasa de 86*9*8*8000=49.536 Mbps.El section, line and path overhead contiene información para gestión, control ymantenimiento del sistema.Dado que cada byte se repite cada 125 seg. es decir, se repite 8000 veces por seg.,estos pueden interpretarse como canales PCM, de hecho 3 de los canales sonusados para enviar voz para el personal de mantenimeinto. Otros canales sonusados para sincronización, reloj, corrección de errores., etc.



SDH es un estándar internacional de la ITU‐T para redes de sincronas de transportede alta velocidad.Anterior a las redes SDH se usaban redes de transmisión digital que no sonexactamente sincronas por lo que se denominaron Plesiocronas o PDH, que quieredecir casi sincronas, la tecnología en aquel entonces no permitía el desarrollo deredes como las actuales. Adicionalmente las redes PDH no eran estándares únicos,lo que hacia difícil la compatibilidad de equipos y se reducían los beneficios a losusuarios finalesusuarios finales.En ese sentido, al ser SDH un estándar universal presenta una gran ventaja encuanto a compatibilidad entre equipos de diferentes fabricantes lo que redunda enuna reducción de precios debido al gran volumen de equipos. Otra ventaja de laSDH es el incremento en velocidades mucho mayores a las ofrecidas por las redesPDH.Antes de la SDH, la mayoría de los sistemas estaban basados en enlaces punto apunto y la gestión y mantenimiento seguían un proceso manual.La velocidad más baja en SONET es de 51.84 Mbps y corresponde a un STS‐1.Mientras que en SDH la más baja es un STM‐1 cuya capacidad es de 155.52 Mbps.En cualquiera de los caso puede observarse que las capacidades superiores sonsiempre un múltiplo entero de las velocidades bases.





Un sistema SDH consiste de Switches, multiplexores y repetidores todosconectados entre sí. En la terminología de SDH, un enlace que va directamentedesde un dispositivo a otro dispositivo (sin nada entre ellos), se denomina unasección. Un enlace entre dos multiplexores, tal vez con uno o varios repetidoresentre ellos, se denomina una línea. La conexión entre la fuente y el destino sedenomina un camino trayecto

La Capa física de SDH se divide en tres sub‐capas

Fotónica: especifica las propiedades físicas de la luz y de la fibra a usarse

Sección: maneja un enlace de fibra punto‐a‐punto, generando una trama en unextremo y procesándola en el otro

Línea: se relaciona con el multiplexaje y demultiplexaje de tributarios en una líneaLínea: se relaciona con el multiplexaje y demultiplexaje de tributarios en una línea

Path: trata justo con los extremos de un enlace.



La red SDH esta formada por los diferentes nodos SDH y por facilidades detransporte. La interconexión de los nodos se realiza gracias por medio del sistemade transmisión quien lleva las señales de acuerdo con el formato de SDH. Lostributarios a ser transferidos de origen a destino son ensamblados en el origen paraformar el VC, al cual se le añade en SOH. Cuando pasamos de un sistema a otro,como en la gráfica, se modifica el SOH, pero el VC permanece identico (siempre queest{e en la red sincrónica) hasta llegara su destino. EL SOH pertenece a cadasistema de trsnsporte particular por lo tanto al pasar de un nodo a otro se quita ensistema de trsnsporte particular, por lo tanto al pasar de un nodo a otro se quita enSOH que traía la trama y se le agrega uno nuevo correspondiente al nuevo sistemade transporte.





En SDH los tributarios se transportan intactos a través de la red sincrónica, eso sep ,realiza gracias al concepto de Syncronous Transport Frame (Trama Sincronica deTransporte). Un STF está compuesto por dos estructuras de información distintas yaccesibles dentro de la trama: el Virtual Container (VC) y el Section Overhead(SOH). El CV consta de dos campos: el Path Overhead (POH) y la zona de carga útil.Los tributarios se arreglan dentro del VC para ser transmitidos de extremo aextremo dentro de la red SDH. Los VC son ensamblados sólo una vez ydesensamblados también una sola vez esto permite que los tributarios viajen pordesensamblados también una sola vez, esto permite que los tributarios viajen portoda la red de transporte, escondidos dentro de los VC, y que sólo sean extraídosen su destino final. Dicho de otra manera los VC llevan la carga útil del usuario.Por su parte el Section Overhead permite ciertas facilidades, tales como monitoreode alarmas y de errores en la comunicación, para transportar el VC entre dos nodosde la red SDH. El SOH pertenece sólo a una sistema particular de transporte y no setransfiere con el VC.



En SDH los tributarios se transportan intactos a través de la red sincrónica, eso sep ,realiza gracias al concepto de Syncronous Transport Frame (Trama Sincrñonica deTransporte). Un STF está compuesto por dos estructuras de información distintas yaccesibles dentro de la trama: el Virtual Container (VC) y el Section Overhead(SOH). El CV consta de dos campos: el Path Overhead (POH) y el contenedor.Los tributarios se arreglan dentro del VC para ser transmitidos de extremo aextremo dentro de la red SDH. Los VC son ensamblados sólo una vez ydesensamblados también una sola vez esto permite que los tributarios viajen pordesensamblados también una sola vez, esto permite que los tributarios viajen portoda la red de transporte, escondidos dentro de los VC, y que sólo sean extraídosen su destino final. Dicho de otra manera los VC llevan la carga útil del usuario.Por su parte el Section Overhead permite ciertas facilidades, tales como monitoreode alarmas y de errores en la comunicación, para transportar el VC entre dos nodosde la red SDH. El SOH pertenece sólo a una sistema particular de transporte y no setransfiere con el VC.



La trama general de SDH se denomina STM‐N (Syncronous Transger Module Levelg ( y gN) y está formada por 270xN columnas y 9 filas. De las columnas se reservan 9xNpara encabezado y N para el Path Overhead. Quedando para la carga útil 26xNcolumnas.El total de bytes a transportar en 125 µs es:270xNx9= 2430xN bytes=19440xN bytes en 125 µs .La tasa de transmisión será de 155.52xN Mbps.Así vemos que la tasa de transmisión será siempre un múltiplo entero de la tasaAsí vemos que la tasa de transmisión será siempre un múltiplo entero de la tasabásica.



La trama básica de SDH se denomina STM‐1 (Syncronous Transger Mode Level 1) y( y g ) yestá integrada por un conjunto de bytes de 8 bits cada uno. El primer byte de latrama indica el inicio de la misma. Por claridad, el flujo serial de datos, serepresenta a través de una estructura en forma de una matriz de 270 columnas y 9filas, es decir 270*9=2430 bytes, que deben transmitirse en 125 µs para una tasade transmisión de 155.52 Mbps tanto para interfaces eléctricas como ópticas; estaes la velocidad más baja estandarizada en SDH. Todas las otras tasas de transmisiónson un múltiplo entero de STM 1son un múltiplo entero de STM‐1.De las 270 columnas, 9 son para el Transport Overhead (encabezado), y unacolumna para el Path Overhead, quedando para carga útil 260 columnas.La transmisión se realiza por filas y de izquierda a derecha, es decir se envíaprimero la fila No.1 barriéndola de izquierda a derecha, al terminar la primera filase pasa al comienzo de la segunda, y así sucesivamente.



Cuando el VC‐4 se ensambla se agregan bits adicionales en el SOH, estos bitsg g ,constituyen los punteros. El puntero contiene la información que indica donde seinicia el primer byte J1 del CV‐4





Hasta ahora siempre hemos hablado de un tributario de 140 Mbps. Pero ¿Quésucede si tenemos tributarios de menor capacidad, 2 Mbps, por ejemplo?. ¿Sepueden transportar a través de SDH?, la respuesta es afirmativa.Para el transporte de tributarios con capacidad inferior a 140 Mbps, se dispone delos TU, cada TU le corresponde una trama particular.





Diferentes Tamaño de TusTU11: Capacidad de 1.728 Mbps y permite alojar un DS1 1.544 Mbps (Norma USA).En un SMT‐1 VC‐4, caben 84 TU11.

TU12: Capacidad de 2.304 Mbps y permite alojar un E1. En un SMT‐1 VC‐4, caben63 TU12

TU2: Capacidad 6 912 Mbps ypuede albergar un DS En un SMT‐1 VC‐4 se puedenTU2: Capacidad 6.912 Mbps ypuede albergar un DS. En un SMT 1 VC 4, se puedenmultiplexar 21 TU2.

TU1. Capaciadad 49.54 Mbps y puede albergar un E3 34.368 Mbps o un DS3 44.736Mbps. En un SMT‐1 VC‐4, caben 3 TU1



Un TUG está formado por uno o varios TUs que ocupan posiciones fijas y definidasen la zona de carga útil de un VC‐n de orden superior. Los TUG se definen demanera que puedan integrarse zonas de carga útil mixtas formadas por TU dediferentes tamaños, de esta manera se aumenta la flexibilidad de la red detransporte.





La trama IP en capa 3 del modelo TCP/IP lleva los datos del usuario, la información delprotocolo de transporte a nivel de capa 4, y también transporta las direcciones IP de origeny destino.





Un Tandem conexión es cuando un operador necesita los servicios de otro operador parallegar al usuario final, en particular el operador necesita monitorear la transmisión sinimportar si usa o no la red de transporte de otro operador.



Diferentes estructuras de datos desde el cliente, hasta la trama final OTN que se envíasobre el medio óptico físico.Cada elemento de la estructura de la trama de datos lleva consigo un índice k, por ejemploOTUk, donde k entre otros indica la tasa de bits asociada; algo similar a lo que se hace conPDH en cuanto a los tributarios, o en SDH con relación a los STM. Sin embargo, en OTN ladiferenciación de los k está en el tiempo durante el cual se envía la carga, el cual es variabley depende de cada UTOk.



La estructura de la trama de OTN es similar a la de SDH, y está formada por tres partesprincipales. El Overhead, el Payload y el OTU FEC; este último es del tipo Reed‐SolomonRS(255,239).El bloque básico de la trama está formado por una cantidad de octetos igual a 4x4080bytes, lo que equivale a 130560 bits. Y todas las estructuras deben entrar en dicho formato.Sin embargo, el tiempo para enviar esa cantidad de bits varía, y de esa forma se obtienenlas diferentes tasas de transmisión.





La OTN es la evolución natural de SDH para incorporar redes WDM y soportar cualquier tipode tráfico proveniente de los clientes. Las tasas de bits de OTN son derivadas de SDH, eincluyen tanto el FEC como el overhead de OTN. En promedio las tasas de OTN son un 7%superior a las de SDH.En SDH la tasa máxima es el STM‐256 y corresponde a 39,813 Gbps, mientras que en OTNla máxima tasa es de 111,809 Gbps y no tiene correspondiente en SDH.





OCh Layer Network: garantiza, de manera transparente, la conexión end‐to‐end de loscanales ópticos de los clientes para varios tipos de formatos, por ejemplo SDH STM‐N, PDH565 Mbps, Celdas ATM, etc.

OMS Layer Network: suministra las funcionalidades para el transporte de señales ópticasde múltiples longitudes de onda, incluyendo por supuesto el caso de una sola .

OTS Layer Network: Garantiza las funcionalidades para transmitir las señales ópticas aOTS Layer Network: Garantiza las funcionalidades para transmitir las señales ópticas através de medios ópticos de varios tipos: fibra monomodo G.652, G.653 y G.655



Aquí se muestra el caso de Ethernet sobre OTN. Las tramas Ethernet se encapsulan deacuerdo a G.709 colocando los encabezados propios de OTN, de esta manera Ethernet estransparente a la red de transporte.


Documents

Capitulo 5 SDH y OTN