RETI NON LOCALI

GERARCHIE PDH E SDH

Gianfranco Prini

DICO - Università di Milano

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ARGOMENTI

• Gerarchie plesiocrona e sincrona

• PDH: carrier system di serie T ed E

• MUX sincrono di T0/DS0 in T1/DS1

• MUX sincrono di canali E0 in E1

• MUX asincrono dei livelli superiori

• SDH: licelli gerarchiciin EUR e USA

• Formato della trama e VC

• MUX sincrono dei livelli superiori

GERARCHIA PLESIOCRONA E GERARCHIA SINCRONA

• PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy): i clock degli apparati di una stessa rete lavorano a frequenze simili ma non identiche

• SDH (Synchronous Digital

Hierarchy): gli apparati di una stessa rete utilizzano un unico clock di riferimento

PDH: CARRIER SYSTEM DI SERIE T E DI SERIE E

• Serie T: sviluppata in USA e Canada e adottata anche in Giappone e altri paesi asiatici

• Serie E: sviluppata in Europa e adottata nel resto del mondo al di fuori dell’area di influenza della serie T

PDH: CARRIER SYSTEM DI SERIE T (T1/DS-1, T2/DS-2, T3/DS-3, T4/DS-4)

• Canali T1 (1.544 Mbps)– Multiplazione sincrona di 24 canali T0/DS-0

• Canali T2 (6.312 Mbps) – Multiplazione plesiocrona di 4 canali T1/DS-1

• Canali T3 (44.736 Mbps)– Multiplazione plesiocrona di 7 canali T2/DS-2

• Canali T4 (274.176 Mbps)– Multiplazione plesiocrona di 6 canali T3/DS-3

PDH: CARRIER SYSTEM DI SERIE E (E1, E2, E3, E4, E5)

• Canali E1 (2.048 Mbps)– Multiplazione sincrona di 32 canali E0

• Canali E2 (8.448 Mbps) – Multiplazione plesiocrona di 4 canali E1

• Canali E3 (34.368 Mbps)– Multiplazione plesiocrona di 4 canali E2

• Canali E4 (139.264 Mbps)– Multiplazione plesiocrona di 4 canali E3

• Canali E5 (564.992 Mbps)– Multiplazione plesiocrona di 4 canali E4

PDH: CANALI T1 (1.544 Mbps)

• Tecnologia e prodotti resi disponibili dai produttori a partire dal 1958

• Installati su larga scala dagli operatori TLC a partire dal 1960

• Oggi usati principalmente come:– canali dedicati per l’accesso a reti pubbliche (ISDN,

Frame Relay, ATM, MPLS, Internet, etc.)– canali dedicati per collegamenti punto-punto o per la

realizzazione di reti di dorsale private fonia-dati

• Nel 1998 in USA i tempi di consegna sono saliti a 150-180 giorni dall’ordine (a partire dai 6 giorni tipici in passato)

PDH: STANDARD T1 (E DS-1)

• T1 è uno standard di canale fisico (specifica cavi, borchie, ripetitori)– circuito a 4 coppie (1 coppia sola nel caso

HDSL/SDSL) installate ex novo o ricavate da un cavo multicoppia per telefonia– ciascuna coppia esce dalla centrale libera

da giunture, coil e cavallotti– primo ripetitore dopo circa 3000 ft, gli altri

a intervalli di circa 5000-6000 ft, l’ultimo a circa 1000 ft dal sito dell’utente finale

• DS-1 è uno standard di tramatura

PDH: STANDARD DS-1 (E T1)

• DS-1: formato di trama con frame di 193 bit trasmessi in full duplex alla cadenza di un frame ogni 125 s (e quindi bit rate di 1.544 Mbps)

• Trama gestita da un dispositivo detto Channel Service Unit (CSU)

• L’utente può richiedere canali T1 non tramati (infrequente) oppure tramati (DS-1) secondo necessità

DS-1: FORMATO DI TRAMA, CSU CON PROTOCOLLO D4

• Ciascun frame di 193 bit contiene 24 time slot di 8 bit ciascuno e un bit di delimitazione (il primo nel frame)

• Buffer: 12 campioni per ciascun canale• Usa 1 bit per ciascun canale nei frame 6

e 12 per segnalazione (“in banda”)• Il bit 8 di ciascun canale può essere

forzato a 1 per evitare lunghe sequenze (16 o più occorrenze consecutive) di 0– Payload per canale: 7 bit x 8000 Hz = 56 Kbps

• Payload: 24 x 7 x 8000 = 1.344 Mbps

DS-1: CSU CON EXTENDED SUPERFRAME FORMAT (ESF)

• Buffer: 24 campioni per ciascun canale• Bit di framing (il primo di 193) usato per

» Framing effettivo (2 Kbps)» Controllo errori CRC-6 (2 Kbps)» Manutenzione e diagnostica (4 Kbps)

• Canale 24 dedicato alla segnalazione (“fuori banda, a canale comune”), con conseguente recupero del bit “rubato” dai frame 6 e 12 per segnalazione (“in banda, a canale singolo”) dal proto D4

• Payload: 23 x 8 x 8000 = 1.472 Mbps

DS-1: CSU CON SINCRONISMO BIPOLAR ZERO SUBSTITUTION

• B8ZS (Bipolar Zero Substitution): “trucco di codifica” utilizzato per ricuperare tutta la banda disponibile nei canali T1

• Sequenze del tipo 0000-0000 vengono ricodificate in fase di trasmissione con la sequenza 10001-101, in cui la polarità dei bit 4 e 7 (sottolineati) viene invertita

• Riconoscendo una sequenza siffatta, il ricevitore ripristina la sequenza originale

• Payload: 24 x 8 x 8000 = 1.544 Mbps

PDH: STANDARD E-1

• Ciascun frame di 256 bit contiene 32 time slot (TS0-TS31) di 8 bit ciascuno

• Buffer: 16 campioni per ciascun canale

• TS0 usato per sincronizzazione, allarmi e interfacciamento tra operatori di TLC

• TS16 usato per la segnalazione (“fuori banda, a canale comune”) dei 30 canali di payload (TS1-TS15 e TS17-TS31)

• Payload: 30 x 8 x 8000 = 1.920 Mbps

TRAMA E-1: DETTAGLI UTILIZZO TS0 E TS16

• Frame 0– TS0: 8 bit di sincronizzazione– TS16: MFA (Multi Frame Alignment)

• Frame 1– TS0: 2 bit di sincronizzazione, 1 bit per “allarme

giallo” (1 allarme, 0 normale), 5 bit a uso nazionale– TS16: segnalazione (canali TS1 e TS 17)

• ...• Frame 15

– TS0: 8 bit di sincronizzazione– TS16: segnalazione (canali TS15 e TS31)

PDH: STANDARD DS-2

• Canale DS-2 (6.312 Mbps) multipla 4 canali DS-1 (4 x 1.544 = 6.176 Mbps) con overhead di 136 Kbps– Canali DS-1 internamente sincroni– Canali DS-1 tra di loro asincroni

• Frame di 1176 bit diviso in 4 subframe (M1-M4) di 294 bit, ciascuno diviso in 6 blocchi di 49 bit (di cui 1 bit overhead)

• In ciascun blocco vengono interfogliati 12 bit per ciascuno dei 4 canali DS-1

• Passo intermedio per multiplare canali DS-1 in canali DS-3 (non si usa isolato)

DS-2: BIT DI FRAMING

• F-bit (8 per frame): all’inizio dei blocchi 3 e 6 di ogni subframe con funzione di allineamento del frame (configurazione 01 che si ripete a ogni subframe)

• M-bit (4 per frame): all’inizio del blocco 1 di ciascun subframe con funzione di allineamento di più frame (multiframe)

• C-bit (3 per subframe): all’inizio degli altri blocchi (2, 4 e 5) di ogni subframe con funzione di controllo di bit stuffing per ciascuno dei 4 canali DS-1 tributari

PDH: STANDARD T3 (E DS-3)

• T3 è uno standard di canale fisico (specifica cavi, borchie, ripetitori)– Cavo coassiale nella versione originaria

– Successivamente sviluppate versioni per ponti radio a microonde

– Da ultimo sviluppate versioni per fibra ottica

• DS-3 è uno standard di tramatura

PDH: STANDARD DS-3

• Canale DS-3 (44.736 Mbps) multipla 7 canali DS-2 (7 x 6.312 = 44.184 Mbps) con overhead di 552 Kbps– Canali DS-2 internamente asincroni

– Canali DS-2 tra di loro asincroni

• Frame di 4760 bit diviso in 7 subframe (M1-M7) di 680 bit, ciascuno diviso in 8 blocchi di 85 bit (di cui 1 bit overhead)

• In ciascun blocco vengono interfogliati 12 bit per ciascuno dei 7 canali DS-2

DS-3: BIT DI FRAMING [1]

• F-bit (56 per frame): all’inizio dei blocchi 2, 4, 6 e 8 di ogni subframe con funzione di allineamento frame (la configurazione 1001 si ripete a ogni subframe)

• M-bit (3 per frame): all’inizio del blocco 1 dei subframe 5, 6 e 7 con funzione di allineamento multiframe (configurazione 010 che si ripete a ogni frame)

• C-bit (21 per frame): all’inizio dei blocchi 3, 5 e 7 di ogni subframe con funzione di controllo di bit stuffing per ciascuno dei 7 canali DS-2 tributari

DS-3: BIT DI FRAMING [2]

• M-bit (2 per frame): all’inizio del blocco 1 dei subframe 1 e 2 con funzione di trasmissione di messaggi di servizio (configurazione 00 oppure 11 che si ripete a ogni frame, e che può essere cambiata al più una volta al secondo)

• P-bit (2 per frame): all’inizio del blocco 1 degli altri subframe (3 e 4) con funzione di controllo di parità (00 se parità pari, 11 se parità dispari) del payload (4704 bit) del frame precedente– Parità dispari: numero dispari di occorrenze di 1

SDH E SONET: LIVELLI GERARCHICI IN EUR E USA

• STM-0 (51.84 Mbps) STS-1/OC-1– Precedentemente noto come “sub STM-1”– Può trasportare canali T3/DS-3 (44.736 Mbps)

• STM-1 (155.52 Mbps) STS-3/OC-3– MUX di 3 canali STM-0– Può trasportare canali E4 (139.264 Mbps)

• STM-4 (622.08 Mbps) STS-12/OC-12– MUX di 4 canali STM-1

• STM-16 (2488.32 Mbps) STS-48/OC-48– MUX di 4 canali STM-4 (noto come “canale a 2.5 Gbps”)

• STM-64 (9953.28 Mbps) STS-192/OC-192– MUX di 4 canali STM-16 (noto come “canale a 10 Gpbs”)– Velocità di cifra molto prossima a Ethernet 10GIG

• STM-256 (39813.12 Mbps) STS-768/OC-768– MUX di 4 canali STM-64 (noto come “canale a 40 Gbps”)

STM-0, STS-1 E OC-1: FORMATO DELLA TRAMA

• Matrice di byte– 9 righe x 90 colonne– Trasmessa in ordine di riga (di 90 byte)–Bit meno significativo trasmesso per primo

• Section Overhead (SOH)–Prime 3 colonne della trama»RSOH (Regen.): prime 3 righe del SOH»AU Pointer (Admin Unit): riga 4 del SOH»MSOH (MUX): ultime 5 righe del SOH

• Payload: rimanenti 87 colonne

VIRTUAL CONTAINER

• Sequenza di byte di payload, di dimensione pari a quella del payload, che inizia in qualunque punto del payload, eventualmente a cavallo di due trame

• Puntatore AU ne indica l’inizio

• POH (Path Overhead): prima colonna del VC

MULTIPLEXING

• STM-1 (STS-3/OC-3)– Interleaving, colonna per colonna, di 3

canali STM-0 (STS-1/OC-1)

• STM-4 (STS-12/OC-12)– Interleaving, colonna per colonna, di 4

canali STM-1

• STM-16 (STS-48/OC-48)– Interleaving, colonna per colonna, di 4

canali STM-4

• Etc.