LinkMeUp。 課題2

こんにちは同僚。

新しい問題で私たちは議論します



1）SDH / PDH（同期デジタル階層/プレシオクロナスデジタル階層）

2）光ネットワークのチャネルのスペクトル多重化システム

3）イーサネット冗長技術。 STPの代替手段はERPS、RRPPです。







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ポッドキャストに表示されなかった興味深いトピックは、 Overtimeに持ち込まれました。

SDH / PDH

すべての通信技術者は、E1ストリームなどの名前を知っているか、少なくとも聞いたことがあると思います。 そして、最も進んだ人たちは、コテルニコフの定理、サンプリングレート、PCMについても耳にしました。 PDHネットワーク（Plesiochronous Digital Hierarchy）の開発の歴史は、70年代半ばまでに1つの物理通信チャネルでさらなる周波数多重化が不可能になり、ケーブルPP、減衰の増加、フィルターとアンプの複雑さ、したがって移行が開始されることが明らかになったという事実から始まりましたCCCへ。

80年代初期に、3つのそのようなシステムが開発されました（ヨーロッパ、北米、および日本）。 同じ原理にもかかわらず、システムは異なる階層レベルで異なる多重化係数を使用しました。 これらのインターフェイスと多重化レベル間のインターフェイスの説明は、G.703に記載されています。

この技術の本質は非常にシンプルです。E1ストリームは32 bccで構成され、各bccは64 kbit / sの速度を持ち、そのうち2つはサービスシグナルで、シグナリングと同期が送信されます。 この組み合わせは、マルチプレクサPDH（一般的なマルチプレクサNATEKS、Raisecomなど）によるものです。 詳細は説明しませんが、ストリームの着信ビットは、ストリームの出力レベルの倍数で圧縮され、特定の位置に挿入されてから、オーバーヘッド情報が上位ストリームに追加されます。

複数のユーザーストリームを多重化する場合、PDHマルチプレクサーはビットスタッフィングと呼ばれる手法を使用します。 この手法は、ユーザーストリームの速度が結合されたストリームの速度よりもわずかに低い場合に使用されます。このような問題は、ネットワークノードを集中化するあらゆる努力にもかかわらず、多数のマルチプレクサで構成されるネットワークで発生します（完全に同期したネットワークノード）。 その結果、PDHマルチプレクサーは、結合されたストリーム内の1つまたは別のユーザーストリームを表すビットを「欠いている」状況に定期的に遭遇します。 この場合、マルチプレクサは結合されたストリームにビット挿入を挿入し、結合されたフレームのサービスビットでこの事実をマークします。 結合されたストリームを逆多重化すると、ビット挿入はユーザーストリームから削除され、元の状態に戻ります。 ビートスタッフィングテクニックは、PDHの国際版と米国版の両方で使用されています。

PDHテクノロジーの物理層は、ツイストペア、同軸ケーブル、光ファイバーケーブルなどのさまざまなタイプのケーブルをサポートします。 T-1 / E-1チャネルへの加入者アクセスの主なオプションは、RJ-48コネクタを備えた2つのツイストペアケーブルです。







1.544 / 2.048 Mbpsの速度で二重データ転送モードを構成するには、2つのペアが必要です。 信号を表すために使用されます：



チャネルT-1-双極電位コードB8ZS。

チャンネルE-1-バイポーラポテンシャルコードHDB3。







この技術には多くの重大な欠点があります。

主な欠点の1つは、ユーザーデータの多重化と逆多重化の操作の複雑さです。この技術で使用される「プレシオクロナス」という用語は、この現象の理由を示します。低速チャネルを高速チャネルに結合する際のデータストリームの完全な同期の欠如。 最初に、フレーム伝送への非同期アプローチにより、フレーム間で1ビットまたは数ビットの同期が挿入されました。 その結果、結合されたチャネルからユーザーデータを抽出するには、この結合されたチャネルのフレームを完全に逆多重化する必要があります。 たとえば、TKチャネルのフレームから1つの加入者チャネル64 Kbit / sのデータを取得する必要がある場合、これらのフレームをT2フレームのレベルに、次にT1フレームのレベルに、次にT1フレーム自体を逆多重化する必要があります。

PDHテクノロジのもう1つの重大な欠点は、組み込みのネットワーク監視および制御手順が開発されていないことです。 サービスビットは、チャネルの状態に関する情報をほとんど提供せず、設定を許可しないなど。

3番目の欠点は、PDH階層の速度が現代的には遅すぎることです。 光ファイバケーブルを使用すると、1本のファイバで1秒間に数ギガビットの速度でデータを転送できます。これにより、1本のケーブルで数万のユーザーチャネルを統合できますが、PDHテクノロジはこのプロパティを実装しません-その速度階層は139 Mbit / sのレベルで終わります。

したがって、次の開発段階はSDHネットワーク、つまり完全同期ネットワークでした。

SDH（同期デジタル階層）システムは、標準レベルの情報構造、つまり一連の標準速度を提供します。 基本的な速度レベルはSTM-1 155.52 Mbpsです。 より高いレベルのデジタル速度は、それぞれSTM-1ストリームレートに4、16、64などを乗算することによって決定されます。622メガビット/秒（STM-4）、2.5ギガビット/秒（STM-16）、10 Gbps（STM-64）および40 Gbps（STM-256）。

SDHシステムのすべての情報は、コンテナで送信されます。 コンテナは、システムで送信される構造化データです。 PDHシステムがSDHシステムを介して送信する必要のあるトラフィックを生成する場合、PDHデータは最初にコンテナーに構造化され、次にヘッダーとポインターがコンテナーに追加され、同期トランスポートモジュールSTM-1になります。 ネットワークを介して、STM-1コンテナは異なるレベルのSDHシステム（STM-n）で転送されますが、すべての場合、新しく形成されたSTM-1は別のトランスポートモジュールにのみ追加できます。 トランスポートモジュールの多重化が行われます。

SDHテクノロジーの一般的な理解に直接関係するもう1つの重要な概念は、仮想コンテナーVCの概念であり、コンテナーにパス（ルート）ヘッダーを追加した結果、仮想コンテナーが取得されます。 仮想コンテナーはコンテナーとイデオロギー的および技術的に接続されているため、コンテナーC-12は仮想コンテナーVC-12（ストリーム転送E1）、C-3-VC-3（ストリーム転送E3）、C-4-コンテナーVC-4に対応します。 （STM-1ストリーム送信）。

低速PDH信号は、バイト多重化によって高速SDH信号のフレーム構造に多重化されるため、高速信号フレーム内の位置は固定され、決定されます。 したがって、155 Mbit / s（STM-1）などの低速SDH信号を、2.5 Gbit / s（STM-16）などの高速信号に直接追加または抽出できます。 これにより、信号の多重化と逆多重化のプロセスが簡素化され、SDH階層が高性能の高速光ファイバー伝送システムに特に適したものになります。







構造の同期多重化と柔軟なマッピングの方法が採用されているため、低速PDH信号（たとえば、2 Mbit / s）もSDH信号（STM-N）に多重化できます。 STM-Nフレーム内の位置も予測可能です。 したがって、低速のトリビュタリ信号（DS-0信号まで、つまり1つのPDHタイムスロット、64 kbps）をSTM-N信号から直接追加または抽出できます。 これは、高速SDH信号に低速SDH信号を追加/抽出する上記のプロセスと同じではないことに注意してください。 ここで、これは、SDH信号への/からの2Mbit / s、34Mbit / s、140Mbit / sなどの低速トリビュタリ信号の直接的な追加/割り当てを指します。 これにより、大量の多重化/逆多重化装置（相互接続）を使用する必要がなくなり、信頼性が向上し、信号品質が低下する可能性が低くなり、コスト、消費電力、および装置の複雑さが減少します。 サービスの追加/強調表示はさらに簡素化されます。

光ネットワークおよびスペクトルチャネル多重化システム

スペクトルチャネル多重化（波長分割多重化、WDM、文字通り波長分離による多重化）は、異なるキャリア周波数で同じ光ファイバ上に複数の情報チャネルを同時に送信できる技術です。



WDMテクノロジーは、チャネルの帯域幅を大幅に増加させることができ（2003年までに、速度は10.72 Tbit / s、2012年までに20 Tbit / s）、既に敷設された光ファイバー回線を使用できます。 WDMのおかげで、単一のファイバーを介して双方向のマルチチャネルトラフィック伝送を編成することが可能です。 DWDMシステムの利点は、中間ポイントを使用せずに（信号再生および中間増幅器なしで）超長距離で高速信号を送信できることです。



最も単純な場合、各レーザー送信機は、周波数計画から特定の周波数で信号を生成します。 これらの信号はすべて、光ファイバに導入される前に、マルチプレクサ（MUX）によって結合されます。 受信側では、信号はデマルチプレクサ（DEMUX）によって同様に分離されます。 ここでは、SDHネットワークと同様に、マルチプレクサが重要な要素です。 信号はクライアント機器の波長に到達し、ITU DWDM周波数計画に対応する長さで送信が行われます。



歴史的に、最初に出現したのは、石英ファイバーの2番目と3番目の透過窓（1310および1550 nm）からの中心波長で動作する2波長WDMシステムでした。 このようなシステムの主な利点は、大きなスペクトル分離のために、お互いのチャネルの影響が完全になくなることです。 この方法では、1本の光ファイバーで伝送速度を2倍にするか、二重通信を構成できます。



標準周波数計画（ITU-T Rec。G.692）に基づく最新のWDMシステムは、次の3つのグループに分類できます。



Coarse WDM（Coarse WDM-CWDM）-周波数チャネル間隔が200 GHz以上で、18チャネル以下の多重化が可能なシステム。

（現在使用されているCWDMは1270nmから1610nmの帯域で動作し、チャネル間の間隔は20nm（200Ghz）で、16個のスペクトルチャネルを多重化できます）



高密度WDM（高密度WDM-DWDM）-少なくとも100 GHzのチャネル間隔を持つシステムで、40チャネル以下の多重化が可能です。

高密度WDM（高密度WDM-HDWDM）-50 GHz以下のチャネル間隔で、少なくとも64チャネルの多重化が可能なシステム。

CWDMシステムの周波数計画は、ITU G.694.2標準で定義されています。 CWDMテクノロジーの範囲は、最大50 kmの距離の都市ネットワークです。 このタイプのWDMシステムの利点は、コンポーネントの要件が低いため、（他のタイプと比較して）設備コストが低いことです。



DWDMシステムの周波数計画は、ITU G.694.1標準で定義されています。 スコープ-バックボーンネットワーク。 このタイプのWDMシステムは、CWDM（放射源のスペクトル幅、放射源の温度安定化など）よりもコンポーネントに高い要求を課します。 DWDMネットワークの急速な発展の推進力は、1525〜1565 nmの範囲で動作する低コストで効率的なファイバーエルビウムベースのアンプ（EDFA）の出現をもたらしました（石英ファイバーの透明性の3番目のウィンドウ）。

イーサネット予約テクノロジー

SDHは元々、リングトポロジで使用するために設計されており、ループに対する保護（APS）をすでに備えていることがすでにわかっています。 しかし、イーサネットでは、この問題とブロードキャストストームの問題が本格化している。



戦いはSTPの発明により1985年に始まりました。 その後、2000年代初頭にRSTPがリリースされました。 それらはすべて同じ問題を抱えています。



第一に、変更であっても収束時間-数秒かかる場合があります。 音声およびビデオストリーミングの場合、これはすでにかなり顕著です。



第二に、セキュリティ。 STPには認証がなく、攻撃を受けやすくなっています。 また、1つのトポロジ変更パッケージでネットワーク全体を配置できます。



第三に、2つの隣接するスイッチ間のパスはルートを通ることができます。つまり、最適ではありません。



そのため、実際には大規模なネットワークには適していません。



STPは新しい802.1aq標準に置き換えられています。 人間的には、これはSPB-最短パスブリッジングです。



STPとは異なり、収束が速く、すべてのリンクを破棄できます。 MMRP（Multi Mac Registration Protocol）およびISISと連動します。 2012年、この規格はIEEEによって公式に承認されました。



STPファミリと完全に互換性があります。



別の代替手段はTRILL-多くのリンクの透過的な相互接続です。 ルーティングブリッジの概念を使用します。 Link-Stateルーティングプロトコルに似ていますが、スイッチング専用です。



ただし、これは非常に大規模なレイヤ2ネットワーク、データセンター向けです。



次に思い浮かぶのは、MLAGまたはMC-LAGマルチシャーシリンクアグリゲーショングループです。 つまり、これは、リンクが1つのデバイスで始まり、別のデバイスで終わる場合の通常のポート集約の変更です。 つまり、通常のLAGのようにリンクの冗長性だけでなく、デバイスの冗長性もあります。 彼の問題は、普遍的な基準が存在しないことであり、それから多くのことが望まれています。 2つのベンダーにまたがる-動作しません。



しかし、私は将来のリリースでこれらすべての本当に興味深いトピックを議論することを提案します。 そして今日は、イーサネットネットワークのリングトポロジという別のトピックに集中しましょう。



SDHは元々、リングと冗長性のために設計されました。 さて、これを通常のイーサネットに実装したいという思いを見せないようにするにはどうすればいいですか？ そして、それは登場しました-ERPS-イーサネットリング保護スイッチング。



リングでのみ機能します。 フルメッシュまたはパーツメッシュはサポートされていません。







私の知る限り、tsiska、Juniper、および他のベンダーが実装しています。 しかし、私はHuaweiで働いているので、私たちのプロプライエタリなRRPPプロトコルについて詳しく説明することができます。これは同じことです。 Rapid Ring Protection Protocolの略です。



2つの主な利点は、収束時間が50ミリ秒未満であることです。 STPよりも約2桁小さく、大規模なL2ネットワークをサポートします。 つまり、リング内のSTPが約14個のデバイスを持つことができる場合、RRPPとそれに伴うERPSはこれに限定されません。



仕事の原理。

市全体のネットワークを例に取ります。 その中で、25の集約スイッチが内周に沿って散在しています。 スタースキームは安定性の観点から理想的ですが、それは非常に合理的ではなく、より論理的です-リング。 したがって、リンクの落下と1つのデバイスの障害から保護されます。

これら25個のスイッチのうち、マスターが1つ選択されています。 このスイッチは、リングの整合性とループの欠如の原因となります。

各スイッチには2つのポートがあり、それぞれ1つは東、もう1つは西です。異なるスイッチのポートは、お互いを東から西に見る必要があります。

マスターでは、そのうちの1つをアクティブとして選択し、2番目をブロックします。 まさにそのような25個のスイッチのチェーンが判明しました。 そして、25日からのフレームは、立ち上がるために、24、23、22など、つまりチェーン全体を通過する必要があります。

ウィザードは定期的にHelloメッセージを送信します。 Fail_timerの実行中にブロックされたポートがそのようなパケットを受信しない場合、またはリンククラッシュに関する情報を受信した場合、RRPPはそのブロックを解除します。

そのような大きなリングには、花びらがあります-従属リング。 つまり、たとえば、2つのスイッチが特定のエリアにサービスを提供している場合、ローブはそれらの1つで始まり、もう1つで終わります。 その内部では、同じ予約法が適用されます。 だから、このようなデイジーが判明しました。







同時に、実際のERPSアプリケーションには出くわしませんでした。 同時に、RRPPは、Huaweiのすべての機器がある地域のオペレーターのネットワークで非常に使用されています。