Synchronous Digital Hierarchy: differenze tra le versioni
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In [[telecomunicazioni]] la '''''Synchronous Digital Hierarchy''''' ('''SDH''', {{Lett|gerarchia digitale sincrona}}) è un [[Protocollo di rete|protocollo]] di [[livello fisico]], ossia di trasporto, usato per la [[Time Division Multiplexing|multiplazione a divisione di tempo]] e la successiva [[trasmissione digitale]] di [[telefonia]] e dati in [[rete di telecomunicazione|reti di telecomunicazioni]] geografiche ([[Wide Area Network|WAN]]) su [[fibra ottica]], [[cavo elettrico]] o [[ponte radio]]. Le reti che utilizzano tale protocollo a livello fisico vengono dette reti SDH.
== Descrizione ==
=== Funzionalità ===
Il
In combinazione a ciò, la definizione di una speciale struttura di trama con l'aggiunta di un numero significativo di informazioni di servizio (''[[overhead]]'') permette non solo l'estrazione diretta di un singolo traffico tributario senza dover effettuare la demultiplazione completa dell'intero flusso, rendendo così la rete molto più flessibile ed efficiente, ma anche il trasferimento di informazioni essenziali per la corretta gestione della rete e per la sua auto-protezione a fronte di guasti o di condizioni anomale o degrado. Il risultato finale è che il protocollo SDH consente di raggiungere elevatissimi livelli di [[qualità di servizio]] (disponibilità di servizio del 99,999%) e notevoli strumenti per il controllo e monitoraggio in tempo reale dell'intera rete di trasmissione.
=== Standardizzazione e diffusione ===
Il protocollo SDH è stato [[standard (informatica)|standardizzato]] nella sua prima versione dall'[[Unione Internazionale delle Telecomunicazioni]] (ITU) nel [[1988]]. Da allora sono stati prodotti diversi aggiornamenti ed estensioni dello standard, che è definito da una serie di normative tra cui le più importanti in forza sono la G.707<ref>{{ITU|T| G.707|Network node interface for the synchronous digital hierarchy (SDH)|01/07}}</ref>, la G.783<ref>{{ITU|T|G.783|Characteristics of synchronous digital hierarchy (SDH) equipment functional blocks|03/06}}</ref> e la G.803<ref>{{ITU|T|G.803|Architecture of transport networks based on the synchronous digital hierarchy (SDH)|03/00}} e {{ITU|T|G.803|G.803 (2000) Amendment 1|06/05}}</ref>.
Il protocollo SDH è diffuso in tutto il mondo con l'eccezione del Nord America e di poche altre nazioni dove viene invece usato un analogo protocollo, [[SONET]] (''Synchronous Optical NETworking''), che utilizza gli stessi concetti di base dell'SDH, ma che segue uno standard leggermente diverso definito da [[Telcordia]] e più aderente alle caratteristiche specifiche delle reti di trasmissione telefonica nordamericane. Grazie alle loro forti analogie, i protocolli SONET e SDH sono anche in grado di [[interoperabilità|interoperare]] sia pure entro certi limiti.
== La trama SDH ==
[[
A differenza della [[multiplazione]] PDH, che avviene intercalando tra loro i singoli [[bit]] dei segnali tributari (''bit interleaving''), la multiplazione SDH avviene intercalando tra loro i singoli [[byte]] dei segnali tributari (''byte interleaving''), organizzandoli secondo una struttura di trama ben precisa che nel suo modulo elementare (''Synchronous Transport Module'' di livello 1 o STM-1) viene tipicamente rappresentata sotto forma di una matrice di byte disposti su 9 righe x 270 colonne per un totale di 2430 byte.
Ciascun singolo byte della trama SDH costituisce un canale di bit rate pari a 64 Kbit/s, equivalente a un singolo canale di telefonia: da questo discende che ogni trama elementare di tipo STM-1 viene trasmessa in 125 microsecondi. Il protocollo prevede poi aggregazioni di più moduli STM-1 a gerarchie via via superiori definite STM-N, dove "N" indica il numero di moduli STM-1 aggregati insieme.
La trama SDH è suddivisa in due parti fondamentali:
La trasmissione della trama, che può essere vista dunque come una sorta di ''contenitore'' di dati ed overhead e di cui la matrice è solo una comoda rappresentazione formale, avviene sequenzialmente per riga della matrice.
=== Struttura di trasporto del payload ===
==== Administrative Unit (AU) ====
L'Administrative Unit, AU, contiene tutto il flusso risultante dal processo di multiplazione dei tributari, prima dell'inserimento finale nel payload della trama SDH.
In generale, la posizione di inizio dell'AU non è allineata con il primo byte utile dopo l'overhead: in fase di generazione della trama finale l'AU viene normalmente allocato a partire da un punto intermedio dei 261x9 byte destinati al payload. Il riferimento (puntatore) alla posizione della trama in cui viene allocato il primo byte dell'AU viene memorizzato in una posizione fissa dell'overhead di trama, ovvero nelle prime nove colonne della quarta riga. Questa informazione di posizionamento, fondamentale per l'inserimento/estrazione dei tributari dalla trama, costituisce l{{'}}''Administrative Unit Pointer'' o AU Pointer. L'insieme dell'Administrative Unit e dell'AU Pointer viene denominato ''Administrative Unit Group'', AUG.
==== Virtual Container (VC) e Tributary Unit (TU) ====
All'interno dell'AU, i singoli flussi tributari sono organizzati come sequenza di strutture omogenee denominate ''Virtual Container'', VC (contenitore virtuale). Ciascun VC comprende a sua volta una parte di informazioni di servizio aggiuntive (''path overhead'', POH) usate per la gestione, il monitoraggio e la protezione del singolo tributario, seguita dal flusso informativo vero e proprio costituito dal tributario adattato alla trama SDH.
Come nel caso dell'AU, il primo byte utile del Virtual Container non ha una posizione prefissata e anche in questo caso si ricorre a un puntatore (''Tributary Unit Pointer'', TU Pointer) posizionato in modo predeterminato nella trama SDH, che indica il punto di inizio del VC stesso. L'insieme del VC e del suo TU Pointer viene denominato ''Tributary Unit'', TU.
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A seconda della bit rate dei tributari multiplati si distinguono diversi tipi di Virtual Container: per esempio, VC-12 per un trasporto a 2 Mbit/s; VC-3 per un trasporto a 48 Mb/s; VC-4 per un trasporto a 140 Mb/s. La dimensione in byte dei Virtual Container è predefinita, in funzione della gerarchia di trasporto associata.
==== Capacità trasmissive dei Virtual Container ====
La capacità trasmissiva, ossia la ''bit rate'', associata a ciascun tipo di VC è riportata nella tabella seguente:
{| class="wikitable" align=center
|-
Line 56 ⟶ 60:
|-
|VC-12
|align=right|2 240
|align=right|2 176
|align=center|34
|
Line 77 ⟶ 81:
|-
|VC-4
|align=right|150 336
|align=right|149 760
|align=center|2340
|colspan=2 align=center|E4 (140 Mbit/s)
|-
|}
=== Section Overhead (SOH) ===
Le prime nove colonne della trama SDH costituiscono la cosiddetta ''section overhead'' (SOH). Questa parte della trama contiene informazioni di servizio relative alla trama nel suo complesso ed essenziali per il riconoscimento della trama stessa e per l'accesso ai singoli flussi tributari, nonché un insieme di informazioni di controllo per la gestione, il monitoraggio e la protezione dell'intero modulo.
La SOH è suddivisa in due parti distinte: la ''Regenerator Section Overhead'' (RSOH), che viene terminata (ossia ricreata da capo) ad ogni tratta di rigenerazione ottica del segnale, e la ''Multiplex Section Overhead'' (MSOH) che attraversa in modo trasparente le tratte di rigenerazione, senza essere modificata, e viene terminata (ricreata da capo) quando viene eseguita la multiplazione della trama SDH con la costruzione dell'AUG.
RSOH e MSOH occupano due posizioni ben distinte e separate nella SOH. La RSOH utilizza le prime tre righe della SOH complessiva (dalla 1 alla 3) mentre la MSOH usa le ultime cinque righe (dalla 5 alla 9) dato che la quarta riga è riservata per l'AU pointer.
{| class="wikitable" align=center
|-
Line 207 ⟶ 130:
|-
|}
In trame di tipo STM-N, i byte relativi alla RSOH/MSOH dei singoli STM-1 sono posizionati in maniera ordinata e interallacciata su N colonne: il byte numero 1 del flusso STM-1 numero 1 è seguito dal byte numero 1 del flusso STM-1 numero 2, dal byte numero 1 del flusso STM-1 numero 3 e così via in sequenza. In questo modo è possibile ricostruire e accedere in modo diretto alle informazioni di RSOH e MSOH relative al singolo STM-1 del flusso multiplato.
==== Regeneration Section Overhead (RSOH) ====
La RSOH è composta da 27 byte, ognuno equivalente a un canale a 64 Kb/s, così strutturati:
{| class="wikitable" align=center
|-
Line 238 ⟶ 159:
|-
|}
Il significato di ciascun byte è il seguente:
Line 250 ⟶ 170:
*Δ: byte per informazioni dipendenti dal mezzo di trasporto
;Byte A1, A2
:Tutti i byte della trama SDH sono codificati tramite un algoritmo di ''scrambling'' ad eccezione della prima riga della RSOH (rappresentata su sfondo più scuro nella tabella). I byte di allineamento sono costituiti da una sequenza binaria fissa che viola l'algoritmo di ''scrambling'' (A1: 11110110, A2: 00101000), consentendo così al ricevitore di utilizzare tale sequenza per identificare esattamente il primo byte della trama SDH complessiva e verificare che l'aggancio venga mantenuto correttamente nel tempo.
Line 258 ⟶ 178:
;Byte B1
:Il byte B1 consente di valutare la presenza di errori di
;Byte E1
Line 268 ⟶ 188:
;Byte D1, D2 e D3
:I byte D1, D2 e D3 nel loro insieme costituiscono un canale dati generico a 192 Kb/s (''Data Communication Channel'', DCC) che viene normalmente impiegato per il collegamento degli apparati a una rete di gestione centralizzata, per operazioni quali la configurazione dell'apparato da remoto o la raccolta di informazioni di stato e di allarme relative all'apparato o alla rete di trasmissione stessa.
==== Multiplex Section Overhead (MSOH) ====
La MSOH è composta da 45 byte, ognuno equivalente a un canale a 64 Kb/s, così strutturati:
{| class="wikitable" align=center
|-
Line 303 ⟶ 221:
|-
|}
Il significato di ciascun byte è il seguente:
Line 315 ⟶ 232:
*⊕: byte riservati per uso nazionale
;Byte B2
:I tre byte B2 consentono di valutare la presenza di errori nella tratta tra due multiplazioni
;Byte K1, K2 (bit 1-5)
:Il byte K1 e i primi cinque bit del byte K2 costituiscono un canale di comunicazione a 104Kb/s usato dai protocolli di gestione dei meccanismi di protezione automatica a livello di sezione di multiplazione per la comunicazione di informazioni di guasto e per la sincronizzazione degli scambi di protezione.
;Byte K2 (bit 6-
:I rimanenti tre bit del byte K2 costituiscono un canale di comunicazione a 24 Kb/s usato per convogliare verso il multiplatore trasmetittore l'informazione che il multiplatore ricevente ha rilevato condizioni di guasto o di malfunzionamento (''Remote Defect Indication'', RDI)
Line 336 ⟶ 253:
;Byte E2
:Il byte E2 è un canale telefonico di servizio e di emergenza usato per operazioni di manutenzione per esempio, per consentire a due tecnici di parlare tra di loro direttamente tra un apparato di multiplazione e l'altro durante fasi di installazione o riparazione usando il collegamento SDH come linea telefonica diretta.
=== Path Overhead (POH) ===
Le informazioni di ''path overhead'' (POH) sono associate ai VC. Questa parte della trama contiene informazioni di servizio e di controllo per la gestione, il monitoraggio e la protezione dell'intero VC e dei tributari in esso contenuti. La struttura è differente a seconda che si considerino i VC di ordine superiore (VC4 e VC3, ''higher order'') o quelli di ordine inferiore (VC2, VC12 e VC11, ''lower order'').
==== POH di Higher Order ====
Il POH di ''higher order'' è associato ai VC3 e VC4 ed è costituito dai primi nove byte, corrispondenti alla prima colonna del Virtual Container stesso. La struttura è così definita:
{| class="wikitable" align=center
|- align=center
| J1
Line 365 ⟶ 281:
|-
|}
Il significato di ciascun byte è il seguente:
Line 377 ⟶ 292:
*N1: ''Tandem Connection Monitoring''
;Byte J1
:Il byte J1 trasporta informazioni di identificazione univoca del circuito associato al VC in modo tale che alla terminazione del VC sia possibile verificare che il segnale che arriva è effettivamente quello atteso. Nel caso alla terminazione si rilevi un identificatore che non è quello previsto (per esempio un segnale proveniente da un altro circuito per colpa di una connessione intermedia errata), è possibile "silenziare" il segnale in uscita, fornendo così un criterio per allertare la centrale operativa della rete di trasmissione sulla presenza di collegamenti errati e assicurando inoltre la sicurezza (''privacy'') dei dati, impedendo che vengano trasferiti dati verso il destinatario sbagliato.
;Byte B3
:Il byte B3 consente di valutare la presenza di errori di
;Byte C2
Line 402 ⟶ 317:
;Byte H4
:Questo byte viene usato come indicatore di multisequenza. Nel contesto della concatenazione virtuale serve per indicare
;Byte K3 (bit 1-4)
Line 415 ⟶ 330:
;Byte N1
:Questo byte viene utilizzato per trasportare informazioni relative alla Tandem Connection Monitoring del VC associato.
==== POH di Lower Order ====
Per i VC di ''lower order'' il POH è costituito da quattro byte. A differenza degli overhead di sezione e dei VC di ''higher order'', che vengono trasmessi completamente all'interno di una singola trama SDH, il POH di lower order viene trasmesso distribuito su quattro trame consecutive, consentendo così di utilizzare per esso solo il primo byte del VC stesso secondo una distribuzione multitrama. Con questo meccanismo, la periodicità di trasmissione di ciascun byte del POH diventa 500 µs e il significato del primo byte del VC cambia a seconda della sua posizione nella sequenza di multitrama.
La struttura logica del POH di ''lower order'' è così definita:
{| class="wikitable" align=center
|-
Line 437 ⟶ 351:
|-
|}
Il significato di ciascun byte è il seguente:
* V5: informazioni di errore e ''signal label''
* J2: ''path trace''
* N2: ''Tandem Connection Monitoring''
* K4: ''signal label'' estesa, protocollo di protezione APS e indicatore di sequenza e posizionamento per la concatenazione virtuale
;Byte V5 (bit 1-2)
:I bit 1 e 2 del byte V5 svolgono la stessa funzione del byte B3 del POH di ''higher order''. Gli errori di
;Byte V5 (bit 3)
Line 485 ⟶ 398:
:Questo bit è destinato per un generico protocollo di comunicazione a livello di data link specifico per il VC associato.
== Meccanismo di multiplazione e demultiplazione ==
=== STM-1 ===
[[File:SDH Multiplex.gif|thumb|upright=2.5|Schema di multiplazione STM-1]]
La multiplazione SDH si basa su tre operazioni fondamentali, che possono essere applicate anche in modo ricorsivo:
* la mappatura (''mapping'') del tributario all'interno del contenitore SDH
* l'allineamento (''alignment'') del tributario mappato con la trama SDH vera e propria
* l'elaborazione e l'inserimento dei puntatori nella trama (''pointer processing'') per l'accesso diretto al tributario stesso.
Come prima operazione, il segnale tributario in ingresso (flusso PDH, flusso ATM, flusso Ethernet, flusso dati generico) viene mappato in un contenitore (Container) e quindi allineato all'interno di un Virtual Container di dimensione fissa e di rate corrispondente o superiore al rate del tributario stesso. In quest'ultimo caso, la capacità di banda in eccesso viene riempita con informazioni nulle (''stuffing''). Infatti i VC originariamente sono stati concepiti con bit rate particolarmente adatte per le gerarchie PDH esistenti ma con l'evoluzione delle reti di telecomunicazione, soprattutto con l'utilizzo crescente per il trasporto dei dati (Internet, [[Voice over IP]], video compreso il video on demand e la pay per view via cavo), sono state sviluppate evoluzioni che consentono di adattare le gerarchie di VC esistenti anche a bit rate differenti da quelle classiche delle gerarchie PDH. Anche il VC è strutturato in due sezioni: una riservata a informazioni di servizio (''Path Overhead''), posizionata sempre all'inizio del VC e l'altra destinata per il Container.
Nella fase di allineamento, il Container viene posizionato all'interno del VC. Dato che la fase del Container non è correlata con la fase del VC, il primo byte logico del Container generalmente non corrisponderà con il primo byte dell'area ad esso riservata nel VC ma si troverà in una posizione intermedia.
La terza fase della multiplazione, l'elaborazione dei puntatori, serve proprio per memorizzare nel TU Pointer, che si trova nel Path Overhead, la posizione di inizio del Container all'interno del VC. Alla fine di queste operazioni si ottiene così come risultato finale la Tributary Unit, TU.
I tributari così multiplati vengono raggruppati in un ''Tributary Unit Group'', TUG, che allinea i TU pointer dei TU componenti e costituisce la base per la multiplazione a livello successivo tramite la medesima sequenza di mappatura, allineamento ed elaborazione dei puntatori, fino ad ottenere un TU/TUG di ordine superiore.
Sono possibili diverse combinazioni, ossia modalità di multiplazione, dei TU/TUG all'interno di un singolo VC:
* un VC-12 può contenere un solo tributario a 2 Mbit/s
* un TU-12 viene associato a un solo VC-12
* tre TU-12 vengono raggruppati in un TUG-2 a 6.3 Mbit/s.
* un VC-3 può contenere un solo tributario a 34/45 Mbit/s
* un TU-3 viene associato a un solo VC-3
* un TUG-3 può contenere un singolo TU-3 oppure sette TUG-2, pari a 21 tributari a 2 Mbit/s.
* un VC-4 può contenere un solo tributario a 140 Mbit/s oppure tre TUG-3.
* una AU-4 può contenere un solo VC-4.
La raccomandazione G.707 definisce anche tributari a 1.5 Mbit/s (VC-11 e TU-11) e a 6.3 Mbit/s (VC-2 e TU-2), corrispondenti al primo e al secondo livello della gerarchia PDH americana ma di fatto non utilizzati nell'ambito di applicazione dell'SDH. Per questi tributari, il raggruppamento previsto è il TUG-2, che rispetto a tributari di questa gerarchia può quindi contenere un solo TU-2 oppure fino a quattro TU-11. Dal TUG-2 in avanti la struttura di multiplazione è identica a quella prevista per i VC-12 e TU-12. Nel caso del SONET inoltre è possibile definire l'AU anche a livello di AU-3 (STM-0).
Tipicamente, i VC relativi al primo livello di multiplazione, ossia i VC11, VC12 e VC2, vengono definiti di ''lower order'', mentre i VC relativi ai livelli di multiplazione successivi, V3 e VC4, che possono contenere più tributari VC11, VC12 e/o VC2, vengono definiti di ''higher order''.
All'interno della stessa trama SDH possono essere presenti diverse combinazioni contemporaneamente: per esempio, possono esserci due TUG-3 che trasportano ciascuno un tributario a 34/45 Mbit/s e un terzo TUG-3 che trasporta sette TUG-2, ossia sette tributari a 2 Mbit/s. Questa caratteristica consente di realizzare una distribuzione del traffico e un utilizzo delle risorse di banda estremamente flessibili, cosa non possibile invece con la multiplazione PDH che obbliga a utilizzare combinazioni omogenee di tributari.
L'ultimo livello di multiplazione, che arriva a riempire completamente la parte di trama destinata al payload, costituisce l'Administrative Unit (AU). Dato che a sua volta l'Administrative Unit non è in fase con la trama SDH, in generale la posizione del suo primo byte logico non corrisponderà con il primo byte fisico riservato al payload ma si troverà in un punto intermedio dell'area dedicata di 261x9 byte. La posizione del primo byte viene quindi memorizzata nell'AU pointer, che si trova sempre nelle prime 9 colonne della quarta riga della trama SDH. L'insieme dell'AU e del relativo AU Pointer costituisce infine l{{'}}''Administrative Unit Group'' di livello 1 (AUG-1).
In testa alla trama così ottenuta viene infine aggiunta l'informazione di overhead di sezione (SOH), completando così la generazione del flusso STM-1, la cui bit-rate finale è di 155 Mbit/s: questo significa che una singola trama STM-1 viene trasmessa in 125 microsecondi, con ogni singolo byte equivalente a un canale a 64 kbit/s.
La demultiplazione di un singolo tributario avviene tramite il processo inverso di elaborazione dei puntatori: tramite l'AU Pointer si identifica all'interno del payload il primo byte dell'AU-4, ossia il primo byte della trama multiplata. Dato che ogni tributario è allocato in un numero fisso di byte, una volta nota questa posizione iniziale è possibile individuare immediatamente in modo ricorsivo la posizione di inizio di tutti i TU/TUG della trama e tramite elaborazione ricorsiva del TU/TUG pointer è possibile estrarre (o inserire) direttamente dalla trama il singolo tributario finale, senza dover distruggere e ricreare l'intero flusso come invece avviene nella multiplazione PDH.
=== STM-N ===
Per flussi SDH di gerarchia più elevata (STM-N), la trama e il meccanismo di multiplazione e demultiplazione seguono un meccanismo ricorsivo in base al quale la SOH e l'AUG del flusso multiplato si ottengono combinando insieme le SOH e gli AUG dei singoli flussi componenti a gruppi di quattro, conformemente alla definizione della gerarchia SDH (STM-4 come multiplazione di quattro STM-1, STM-16 come multiplazione di quattro STM-4 e così via).
La trama di un flusso STM-N è quindi rappresentabile come una matrice di byte disposti su 9 righe per 270xN colonne. La parte di SOH della trama STM-N è composta dalle prime 9xN colonne, che combinano gli N SOH tributari; l'AU pointer è costituito dalla concatenazione degli N AU pointer; l'AUG-N è costituito dalla concatenazione (''byte interleaving'') degli N AUG componenti di gerarchia inferiore.
Con questa struttura, grazie all'informazione degli AU pointer è possibile estrarre o inserire direttamente il singolo flusso STM-x oppure il singolo tributario dal singolo flusso STM-x tramite l'applicazione ricorsiva del meccanismo di processazione dei puntatori, senza dover demultiplare e rimultiplare l'intero flusso.
=== Gerarchie di multiplazione ===
Lo standard ITU-T prevede le seguenti gerarchie a livello di STM-N:
{| class="wikitable" align=center
|-
!Gerarchia
!Bit rate associata
|-
|STM-0 (*)
|align=right|51 840 kbit/s
|-
|STM-1
|align=right|155 520 kbit/s
|-
|STM-4
|align=right|622 080 kbit/s
|-
|STM-16 (**)
|align=right|2 488 320 kbit/s
|-
|STM-64 (**)
|align=right|9 953 280 kbit/s
|-
|STM-256 (**)
|align=right|39 813 120 kbit/s
|-
|}
(*) La gerarchia STM-0 è utilizzata solo nell'ambito SONET.
(**) A causa delle elevate capacità richieste, questo livello di multiplazione richiede come [[mezzo trasmissivo]] soltanto la fibra ottica (non è trasmissibile su rame sotto forma di segnale elettrico).
== Sincronizzazione ==
Line 494 ⟶ 483:
Anche i vari nodi, agendo da sorgenti secondarie, devono essere in grado di garantire un sincronismo di livello di qualità elevato e in caso di problemi al sincronismo principale, devono essere in grado di usare sorgenti alternative secondo quanto definito dai relativi standard normativi, in particolare dalla raccomandazione ITU-T G.813<ref name="G813">ITU-T G.813, ''Timing characteristics of SDH equipment slave clocks (SEC)''</ref>.
Dato che in una rete ciascun elemento riceve il clock dall'elemento precedente e lo distribuisce verso l'elemento successivo, è necessario evitare che nella distribuzione del sincronismo si creino anelli chiusi, ossia situazioni in cui un nodo riceve indietro tramite la rete un sincronismo distribuito da lui stesso. Questa condizione avrebbe effetti moltiplicativi sulle derive di frequenza e di fase,
Un'altra problematica deriva da situazioni in cui, per situazioni di guasto o di malfunzionamento, il sincronismo primario non sia più disponibile per una parte della rete. In tal caso, deve subentrare una sorgente alternativa di sincronismo che può essere un segnale locale o un segnale interno a ciascun singolo nodo<ref name="G812">ITU-T G.812, ''Timing requirements of slave clocks suitable for use as node clocks in synchronization networks''</ref>. Lo standard prevede la possibilità di scelta tra più sorgenti alternative, a qualità via via decrescenti, indicando come criterio di base la selezione della sorgente a qualità più elevata tra quelle disponibili<ref name="G813" />. Nel caso in cui si debba ricorrere alla sorgente secondaria, per poter mantenere la sincronia statistica anche la rete a valle deve adeguarsi a tale sorgente.
Per risolvere entrambe le problematiche (evitare l'instaurarsi di anelli di distribuzione chiusi e mantenere coerente la selezione del sincronismo), si utilizza un protocollo di servizio apposito, trasportato nel byte S1 della MSOH, che consente a tutti i nodi della rete di scambiarsi le opportune informazioni di stato
Il protocollo garantisce l'assenza di anelli determinando la topologia e comunicando ai nodi quali tratte possono essere usate per estrarre il sincronimso, vietando l'utilizzo di tratte che creerebbero un anello chiuso. Questo meccanismo consente anche di intervenire a fronte di guasti nella rete di sincronizzazione, per esempio determinando una via di distribuzione alternativa nel caso di indisponibilità di una tratta attiva.
Line 504 ⟶ 493:
I messaggi di stato governano anche la consistenza della qualità della sorgente utilizzata. Ogni nodo infatti comunica tramite il protocollo il livello di qualità di sorgente che sta utilizzando in un determinato istante in modo che gli altri nodi a valle si adeguino. Con gli stessi messaggi è possibile inoltre segnalare e coordinare la commutazione di parte o tutta la rete verso una stessa sorgente di sincronismo di qualità diversa, garantendo così il mantenimento della sincronia statistica anche a fronte di guasti che interessano solo porzioni della rete.
== Meccanismi di protezione ==
Le informazioni di servizio contenute nell'overhead consentono di realizzare diverse tipologie di [[Protezione di rete|protezione del traffico]]. Gli schemi di protezione si possono applicare a livello dell'intero flusso SDH (aggregato) o dei singoli tributari, indipendentemente dalla topologia della rete sottostante.
=== Protezione di aggregato ===
La protezione di aggregato agisce a livello della Multiplex Section, ossia a livello dell'AUG-N, proteggendo quindi contemporaneamente tutti i tributari trasportati. Sono previsti schemi di protezione sia lineare che ad anello.
La protezione lineare
Le protezioni lineari MSP 1:1, 1:n e m:n sono di tipo bidirezionale (la commutazione avviene in contemporanea sia sul nodo ricevente che su quello trasmittente) e necessitano di un protocollo di sincronizzazione, trasmesso usando due byte specifici dell'overhead di trama SDH chiamati K1 e K2. Nel momento in cui un lato del collegamento non
La protezione ad anello sfrutta le caratteristiche specifiche di questa topologia: nel caso di un guasto che rende non raggiungibile o non funzionante un nodo dell'anello, il traffico viene dirottato all'indietro sulle linee ''protecting'' sfruttando l'altro senso di rotazione dell'anello in modo da aggirare il punto di guasto. Questo tipo di protezione si applica solo al flusso aggregato (AU-4) ed è denominata MS-SPRing (''Multiplex Section - Shared Protection Ring''). Il corretto impiego richiede l'utilizzo di 4 fibre o 2 fibre a seconda che si preveda la protezione di tutto il traffico o solo del traffico ad alta priorità, usando in questo caso la sezione ''protecting'' per traffico di bassa priorità in condizioni di assenza di guasto. Anche questa protezione viene gestita da un protocollo trasmesso nell'overhead di trama e che distribuisce su ciascun nodo le informazioni di stato e su come dirottare il traffico correttamente in caso di guasto nell'anello (''squelching tables''), tenendo conto anche del traffico originato o terminato indipendentemente su ciascun nodo.
Anche per il protocollo MS-SPRing esistono alcune varianti, concepite apposta per il traffico intercontinentale su cavi transoceanici, che ottimizzano la protezione dirottando il traffico nel senso funzionante direttamente nel punto di ingresso nell'anello e non in adiacenza al punto di guasto, evitando così il triplo attraversamento dell'oceano che comporterebbe ritardi di trasmissione inaccettabili per la qualità del segnale telefonico.
Line 524 ⟶ 510:
La protezione di tributario agisce a livello del Virtual Container, ossia del singolo tributario che trasporta un singolo flusso (VC4, 140Mb/S; VC3 per DS3 45 Mb/S e E3 34 Mb/S; VC12 per E1 2 Mb/s), proteggendo quindi ciascun tributario individualmente. L'unico schema previsto è la protezione di tipo lineare.
La protezione è di tipo SNCP (''Sub Network Connection Protection''), unidirezionale 1+1, quindi senza protocollo, e agisce quando il segnale si interrompe, è fortemente degradato o non
Esistono diverse varianti di protezione SNCP caratterizzate essenzialmente dal meccanismo di rilevazione delle condizioni di malfunzionamento:
* SNCP-I (''inherent'') utilizzabile solo nei punti terminali del tributario, ossia nei nodi in cui il tributario viene inserito/rimosso che in base a questo meccanismo sono anche gli unici punti in grado di controllare lo stato del segnale.
* SNCP-N (''non-intrusive'') utilizzabile tra un punto terminale e un punto intermedio o tra due punti intermedi del tributario, ossia agisce anche nei nodi in cui il tributario è in configurazione passante (''pass-through''). Questo meccanismo richiede che il nodo intermedio sia in grado di rilevare le condizioni di malfunzionamento tramite un monitoraggio in sola lettura (per questo detto "non intrusivo") delle opportune informazioni trasportate in specifici byte dedicati dell'overhead del contenitore virtuale protetto. Nel punto di monitoraggio è possibile rilevare lo stato del segnale e operare quindi l'eventuale protezione.
* SNCP-S (''segment'') utilizzabile tra due punti qualsiasi del tributario (segmento o ''Tandem Connection''), in particolare anche tra due punti intermedi, tramite un monitoraggio più sofisticato di informazioni appositamente iniettate nei punti terminali della protezione (''Tandem Connection Termination''), utilizzando specifici byte dedicati dell'overhead del contenitore virtuale protetto
Le protezioni di tipo SNCP-N e SNCP-S si usano tipicamente per flussi tributari che attraversano più reti SDH tra loro indipendenti e interconnesse (come avviene per esempio nel caso della telefonia internazionale o della telefonia tra due reti di due operatori indipendenti), in modo da consentire la protezione completa e indipendente delle singole tratte all'interno di ciascuna rete o sottorete.
== La rete SDH ==
[[File:Rete SDH.png|thumb|
Gli elementi di rete SDH principali sono quattro:
* i terminali di linea, detti anche ''Customer Premise Extension'' (CPE), che rappresentano il punto di accesso della rete SDH. Questi elementi ricevono/trasmettono il segnale cliente (PDH, ATM, Ethernet) e lo inseriscono in una struttura di trama SDH, tipicamente di bassa gerarchia (STM-1 o STM-4), per poi collegarsi verso il resto della rete tipicamente tramite un collegamento lineare.
* gli [[Add-Drop Multiplexer]] (ADM): componenti di linea bidirezionali che hanno il compito di inserire ed estrarre i flussi cliente tributari a velocità di cifra inferiore rispetto alla portante. Possono essere utilizzati anche come apparati di accesso alla rete SDH. Tipicamente vengono utilizzati in configurazione ad anello o a stella e vengono impiegati per l'accesso alla rete e per creare in modo gerarchico i vari livelli di aggregazione e distribuzione del traffico (per esempio, anelli metropolitani di bassa-media capacità collegati ad anelli regionali di media-alta capacità).
* i [[rigeneratore ottico|rigeneratori]]: componenti intermedi passanti, in cui sia i flussi tributari che la Multiplex Section non vengono terminati. La funzione di questi elementi di rete è quella di rigenerare il segnale al fine di poter coprire lunghe distanze. Nel caso si trasmetta su [[fibra ottica]] eseguono una trasformazione del segnale da ottico ad elettrico e viceversa per la ritrasmissione dei dati eliminando o correggendo gli effetti negativi legati alla tratta percorsa (es. attenuazione, distorsione, sfasamenti, rumore indotto eccetera).
* i [[cross-connect]]: componenti ad elevata capacità di commutazione e in grado di gestire un numero molto elevato di flussi SDH. Tipicamente vengono utilizzati in configurazione di rete di tipo magliato e vengono impiegati per le dorsali telefoniche (''backbone''), interfacciandosi con gli anelli regionali per la raccolta e la distribuzione del traffico.
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== SDH di nuova generazione (Next Generation SDH) ==
{{vedi anche|Ethernet over SDH}}
Lo sviluppo di SDH fu originariamente dovuto alla necessità di trasportare più flussi plesiocroni insieme a altri gruppi di traffico voce a 64 kbit/s multiplato in [[Modulazione codificata di impulsi|PCM]]. La possibilità di trasportare traffico dati, a cominciare dal protocollo [[Asynchronous Transfer Mode|ATM]] era un'altra delle prime applicazioni. Per avere banda sufficiente per grossi traffici ATM, si sviluppò la tecnica della concatenazione contigua, nella quale il segnale viene distribuito su più Administrative Unit (AU-3 o AU-4) consecutive, secondo una filosofia di ''multiplazione inversa'' in modo da costituire un'Administrative Unit equivalente di capacità maggiore pari alla somma delle AU componenti. In questo modo è possibile trasportare simultaneamente su una rete SDH sia voce che dati.
Un problema della concatenazione contigua, tuttavia, è la sua mancanza di flessibilità e la scarsa ottimizzazione dell'utilizzo di banda a causa delle dimensioni delle AU. Per esempio, il trasporto di una connessione 100 Mbit/s [[Ethernet|Fast Ethernet]] richiede l'uso di una AU-4 (155 Mbit/s), comportando lo spreco di un terzo della banda disponibile. Inoltre, la concatenazione contigua, obbligando l'uso di AU-3 o AU-4 consecutivi che devono rimanere tali lungo tutto il circuito comporta di conseguenza l'obbligo per tutti i flussi di seguire lo stesso percorso e l'obbligo di usare ovunque, anche nei punti intermedi del circuito concatenato, apparati in grado di gestire correttamente la concatenazione contigua. Questo non sempre è possibile, soprattutto su una rete già in esercizio in cui le risorse necessarie potrebbero essere state già occupate in precedenza e comporta quindi un onere aggiuntivo di reingegnerizzazione della rete e di adeguamento degli apparati, operazioni tutte molto delicate e costose.
La [[concatenazione virtuale]] (abbreviata in VCAT) consente un approccio più flessibile, ricorrendo alla concatenazione dei singoli Virtual Container e non più delle Administrative Unit di bit rate più elevata, consentendo così di usare granularità migliori. La concatenazione virtuale consiste nel distribuire il traffico su più VC indipendenti ma associati logicamente
La concatenazione virtuale si associa sempre più a protocolli di mappatura, come il [[Generic Framing Procedure]] (GFP)<ref>ITU-T G.7041/Y.1303 (08/05) Generic Framing Procedure, 2005</ref>, per mappare segnali asincroni o di banda qualsiasi all'interno di contenitori concatenati virtualmente tra di loro. In particolare questa tecnica si usa massicciamente per il trasporto di traffico [[Ethernet over SDH|Ethernet su SDH]], alla base di tutti i servizi di nuova generazione (''Triple Play'': fonia, internet ad alta velocità e video on demand sulla stessa linea telefonica).
L'insieme dei protocolli SDH di nuova generazione che consentono di trasportare traffico Ethernet viene spesso indicato con [[Ethernet over SDH]] (EoS).
== Progressivo abbandono a favore di altre tecnologie di trasporto ==
L'evoluzione delle reti di telecomunicazione, lo sviluppo di Internet, dei collegamenti diretti tra data center e del traffico streaming ha portato a un aumento progressivo del [[commutazione di pacchetto|traffico a pacchetti]] e alla conseguente diminuzione a livelli residuali del traffico telefonico tradizionale sulle cui strutture si basa l'impianto dell'SDH, che presenta dei limiti di efficienza e di capacità di banda per quanto riguarda il trasporto diretto di traffico a pacchetti.<ref name=lw>{{cita pubblicazione|lingua=en|titolo=The changing role of SONET/SDH multiservice networks|autore=Vinay Rathore|rivista=Lightwave|data=1º agosto 2006}}</ref>. ITU-T ha definito per questo scopo il nuovo standard di trasmissione [[Optical Transport Network|OTN]], in gran parte ispirato ai principi dell'SDH ma caratterizzato da una maggior flessibilità per quanto riguarda i tipi di traffico trasportabili.<ref name=lw /> Inoltre l'evoluzione tecnologia dei componenti ottici e lo sviluppo della trasmissione [[Wavelength Division Multiplexing|WDM]] consentono anche la trasmissione diretta su fibra ottica di traffico a pacchetto ad alta capacità senza bisogno di strutture di trama intermedie ([[IPoDWDM]]). Questo ha portato i principali operatori telefonici ad abbandonare via via l'impiego dell'SDH a favore delle nuove tecnologie, più efficienti e più scalabili nel tempo.<ref>{{Cita pubblicazione|titolo=Il decommissioning dei servizi e del control layer a supporto della network transformation|url=https://www.gruppotim.it/content/dam/telecomitalia/it/archivio/documenti/Innovazione/MnisitoNotiziario/2014/3-2014/capitolo-09/Il%20decommissioning%20dei%20servizi%20e%20del%20control%20layer.pdf|autore=Daniele Franceschini|autore2= Fabrizio Gagliardi|autore3=Alessandra Michelini|autore4=Maurizio Siviero|rivista=Notiziario Tecnico|numero=3|anno=2014|editore=Telecom Italia|pp=86-99}}</ref><ref>{{Cita web|lingua=en|titolo=Telefónica tackles video growth with IP-MPLS network|data=25 ottobre 2016|url=https://www.gazettabyte.com/home/2016/10/25/telefonica-tackles-video-growth-with-ip-mpls-network.html}}</ref>
== Note ==
<references />
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*''G.783 (03/06) Characteristics of synchronous digital hierarchy (SDH) equipment functional blocks'', ITU-T, Ginevra, 2006
*''G.803 (03/00) Architecture of transport networks based on the synchronous digital hierarchy (SDH)'', ITU-T, Ginevra, 2000
*''G.803 (2000) Amendment 1 (06/05)'', ITU-T, Ginevra, 2005
*''G.811 (09/97) Timing Characteristics of Primary Reference Clocks'', ITU-T, Ginevra, 1997
*''G.812 (06/04) Timing requirements of slave clocks suitable for use as node clocks in
*''G.813 (03/03) Timing characteristics of SDH equipment slave clocks (SEC)
*''G.813 (2003) Corrigendum 1 (06/05)
*''G.7041/Y.1303 (10/08) Generic Framing Procedure'', ITU-T, Ginevra, 2008
*''G.7042/Y.1305 (03/06) Link capacity adjustment scheme (LCAS) for virtual concatenated signals'', ITU-T, Ginevra, 2006
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== Collegamenti esterni ==
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{{portale|ingegneria|
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[[Categoria:Reti di trasporto telefonico]]
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