Reti Fotoniche(Optical Networks)

Fabio NeriPolitecnico di Torino

neri@polito.itwww.tlc-networks.polito.it

011 564 4076

Indice (I)Indice (I)

Che cosa sono le reti ottiche?Perché le reti ottiche?Tipologie di reti ottiche:

reti di trasporto reti metropolitane reti d’accesso

Commutazione di pacchetto o di circuito?Cenni a reti ottiche di prima generazione

Reti ottiche di prima generazioneReti ottiche di prima generazione

Nelle reti di prima generazione le fibre sostituiscono il rame come mezzo trasmissivo (strato fisico).

Esempi:• sistemi sottomarini• SONET/SDH: evoluzione delle gerarchie TDM

plesiocrone (PDH) dei sistemi telefonici. Offre flessibilità nella multiplazione dei flussi e funzionalità di gestione, protezione, interoperabilità, networking.

• ESCON, FiberChannel, HIPPI: standard per interconnettere elaboratori e periferiche ad alta velocità

• FDDI, Gbit Ethernet e reti locali (LAN) veloci• RPR Resilient Packet Ring (IEEE 802.17)

SONET/SDHSONET/SDH

L’attuale infrastruttura della rete telefonica, su cui L’attuale infrastruttura della rete telefonica, su cui vengono sovente veicolati i canali di altre tipologie di vengono sovente veicolati i canali di altre tipologie di reti, è in larga misura basata sulle gerarchie sincrone:reti, è in larga misura basata sulle gerarchie sincrone:

• SONET SONET Synchronous Optical NETwork (segnali Synchronous Optical NETwork (segnali ottici multipli della velocità base di segnale di 51.84 ottici multipli della velocità base di segnale di 51.84 Mbit/s)Mbit/s)

• SDH SDH Synchronous Digital Hierarchy (equivalente Synchronous Digital Hierarchy (equivalente europeo ed internazionale di SONET)europeo ed internazionale di SONET)

• STS STS Synchronous Transport Signal (standard Synchronous Transport Signal (standard corrispondente per i segnali elettrici)corrispondente per i segnali elettrici)

La topologia è ad anelli per motivi di affidabilità.La topologia è ad anelli per motivi di affidabilità.

Gerarchia SONET/SDH

OC levelOC level STS level STS level SDH level Mbit /s SDH level Mbit /s

OC-1OC-1

OC-3OC-3

OC-12OC-12

OC-24OC-24

OC-48OC-48

OC-192OC-192

OC-768OC-768

OC-3072OC-3072

STS-1STS-1

STS-3STS-3

STS-12STS-12

STS-24STS-24

STS-48STS-48

STS-192STS-192

STS-768STS-768

STS-3072STS-3072

STM-1STM-1

STM-4STM-4

STM-8STM-8

STM-16STM-16

STM-64STM-64

STM-256STM-256

STM-1024STM-1024

51.8451.84

155.52155.52

622.08622.08

1244.161244.16

2488.322488.32

9953.289953.28

39813.1239813.12

159252.48159252.48

Trama SDH/SONET

• Elemento base è la trama STM-1, con periodo di Elemento base è la trama STM-1, con periodo di ripetizione 125 ripetizione 125 s s

• La trama è costituita da 19440 bit, corrispondenti La trama è costituita da 19440 bit, corrispondenti a una velocità di 155.520 Mbit/sa una velocità di 155.520 Mbit/s

• L’informazione è organizzata in byte su 9 righe L’informazione è organizzata in byte su 9 righe da 270 byte ciascunada 270 byte ciascuna

270 byte270 byte

PuntatoriPuntatori

Framing

9 byte9 byte 261 byte261 byte

overheadoverhead virtual container virtual container

administrative unitadministrative unit

125 125 ss

tempo

tempo

0 0 ss

Trama STM-1 in SDH/SONET

L’overhead contiene le seguenti informazioni:• byte di inizio trama• puntatori nella trama dei vari canali multiplati• numero di canali trasportati da un frame per identificare i puntatori validi• informazioni di OAM che permettono la supervisione e la manutenzione del sistema

Il virtual container (VC) è la sezione utile al trasporto dati (261 x 9 = 2349 byte).

L’administrative unit (AU) è l’insieme di VC e dei relativi puntatori.

Trama STM-1 in SDH/SONET

Gerarchia sincrona SDH:da STM-1 a STM-4

• STM-4 ha una capacità di 622 Mbit/s, 4 volte superiore a quella di STM-1, pur mantenendo lo stesso periodo di ripetizione della STM-1.

• Si ottiene raggruppando in modo interlacciato quattro AU in un unico Administrative Unit Group

Gerarchia sincrona SDH: STM-4

1080 byte1080 byte

PuntatoriPuntatori

Framing

36 byte36 byte 1044 byte1044 byte

overheadoverhead virtual container virtual container

STMSTM1 # 41 # 4

125 125 ss

tempo

tempo

0 0 ss

STMSTM1 # 11 # 1 STM STM1 # 21 # 2 STM STM1 # 31 # 3

Stratificazione SONET/SDHStratificazione SONET/SDHstandard ITU-T G.78xstandard ITU-T G.78x

terminaleSDH

physicallayer

sectionlayer

linelayer

pathlayer

physicallayer

sectionlayer

physicallayer

sectionlayer

linelayer

terminaleSDH

physicallayer

sectionlayer

linelayer

pathlayer

ADMSDH

rigeneratore

connessione

add/drop mux

Trasmissione ottica: principali attoriTrasmissione ottica: principali attori

• Nortel Networks http://www.nortelnetworks.com (33%)• Lucent Technologies http://www.lucent.com (27%)• Ciena Corporation http://www.ciena.com (15%)• Alcatel SA http://www.alcatel.com (14%)• Cisco Systems Inc. http://www.cisco.com (5%) (grazie

all’acquisizione di Pirelli)• Ericsson Telecom AB http://www.ericsson.com (3%)• NEC Corporation http://www.nec.com (3%)• Fujitsu Ltd. http://www.fujitsu.com (2%)

Anno 1999 - Fonte: Pioneer Consulting LLChttp://www.pioneerconsulting.com

FiberChannelFiberChannel

Protocollo pensato per interconnessione di periferiche nei centri di calcolo.

Velocità di 800 Mb/s con codifica di linea 8B/10B su fibre monomodali a 1300 nm.

FDDI: FDDI: Fiber Distributed Data InterfaceFiber Distributed Data Interface

E’ un token ring su fibra ottica a 100 Mb/s, con topologia a doppio anello controrotante.

Caratteristiche: alta velocità e affidabilità ritardo poco dipendente dalle dimensioni della rete

Usato come backbone di reti LAN o come rete Metropolitana (MAN).

FDDIFDDI

Velocità di trasmissione 125 Mb/s a livello fisico 100 Mb/s a livello Data Link

Numero massimo di stazioni: 500 Lunghezza massima della rete: 100 km Distanza massima tra due stazioni

100 m su rame 2 km su fibra multimodale > 20 km su fibra monomodale

FDDIFDDI

Topologia Logica: anello monodirezionaleTopologia fisica:

doppio anello controrotante albero doppio anello di alberi

Protocollo d’accesso (MAC) a token temporizzatoDopo aver acquisito il token una stazione trasmette:

traffico sincrono traffico asincrono (se rimane tempo)

Ethernet a 10, 100, 1000, … Mb/sEthernet a 10, 100, 1000, … Mb/s

• Banda confrontabile con la velocità interna dei terminali

• Cavo coassiale condiviso• Distanza limitata (~ 1 km) da

attenuazione e ritardi di propagazione• Bassi costi dovuti a semplicità ed

economia di scala

Hub o switch: banda e cavi condivisi o dedicati ai terminali

Ethernet a 10, 100, 1000, … Mb/sEthernet a 10, 100, 1000, … Mb/s

Collegamento tra le “scatole” in cavo metallico o fibra ottica.Se le “scatole” sono switch, aumenta la banda, migliora la gestibilità, ma abbiamo una rete a commutazione di pacchetto non controllata.Protocollo Spanning Tree per eliminazione cicli e recupero guasti.

50% 25% 25%

Ethernet a 10, 100, 1000, … Mb/sEthernet a 10, 100, 1000, … Mb/s

Le porte dello switch possono operare in half-duplex o full-duplex (un trasmettitore parla sempre con lo stesso ricevitore).

Nel caso di full-duplex:• non serve un protocollo d’accesso (Ethernet diventa una tecnica

di framing e trasmissiva)• i limiti di distanza sono puramente di tipo trasmissivo (possiamo

raggiungere decine di chilometri)

RPR IEEE 802.17RPR IEEE 802.17

Recente proposta di rete metropolitana ad anello che cerca di combinare i vantaggi di Ethernet (bassi costi, semplicità) con quelli di SONET/SDH (gestibilità, recupero veloce guasti).

Resilient Packet Ring: topologia ad anello.