Reti Fotoniche (Optical Networks) Fabio Neri Politecnico di Torino neri@polito.it www.tlc-networks.polito.it 011 564 4076

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 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/SDH L’attuale infrastruttura della rete telefonica, su cui vengono sovente veicolati i canali di altre tipologie di reti, è in larga misura basata sulle gerarchie sincrone: SONET - Synchronous Optical NETwork (segnali ottici multipli della velocità base di segnale di 51.84 Mbit/s) SDH - Synchronous Digital Hierarchy (equivalente europeo ed internazionale di SONET) STS - Synchronous Transport Signal (standard corrispondente per i segnali elettrici) La topologia è ad anelli per motivi di affidabilità.

Gerarchia SONET/SDH OC level STS level SDH level Mbit /s OC-1 51.84 STM-1 STM-4 STM-8 STM-16 STM-64 STM-256 STM-1024 51.84 155.52 622.08 1244.16 2488.32 9953.28 39813.12 159252.48

Trama SDH/SONET Elemento base è la trama STM-1, con periodo di ripetizione 125 s La trama è costituita da 19440 bit, corrispondenti a una velocità di 155.520 Mbit/s L’informazione è organizzata in byte su 9 righe da 270 byte ciascuna

Trama STM-1 in SDH/SONET 270 byte Puntatori Framing 9 byte 261 byte overhead virtual container administrative unit 125 ms tempo 0 ms

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.

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 byte 36 byte 1044 byte 0 s Framing Puntatori tempo overhead virtual container 125 s STM-1 # 1 STM-1 # 2 STM-1 # 3 STM-1 # 4

Stratificazione SONET/SDH standard ITU-T G.78x terminale SDH physical layer section line path ADM rigeneratore connessione add/drop mux

Trasmissione 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 LLC http://www.pioneerconsulting.com

FiberChannel 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: Fiber 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).

FDDI 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

FDDI Topologia Logica: anello monodirezionale Topologia fisica: doppio anello controrotante albero doppio anello di alberi Protocollo d’accesso (MAC) a token temporizzato Dopo aver acquisito il token una stazione trasmette: traffico sincrono traffico asincrono (se rimane tempo)

Ethernet 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/s 50% 25% 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.

Ethernet 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 802.17 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.