Optické sítě. RNDr. Ing. Vladimir Smotlacha, Ph.D.

Transkript

1 Optické sítě RNDr. Ing. Vladimir Smotlacha, Ph.D. Katedra počítačových systémů Fakulta informačních technologií České vysoké učení technické v Praze Vladimír Smotlacha, 2011 Počítačové sít ě BI-PSI LS 2010/11, Předn. 8 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

2 Obsah optické sítě optický přenos typy vláken vlnové délky WDM prvky optických sítí ATM buňky ATM virtuální okruhy služby 2

3 Optické linky - historie 70-tá léta vlákno s útlumem 20 db/km polovodičový laser 3

4 Optické sítě rozvoj 850 nm, 1310 nm, 1550 nm 1. generace: GaAs laser, 850nm (80. léta) 45 Mb/s, multi-mode, regenerace 10km 2. generace: 1310 nm (2. polovina 80. let) 1310 nm, 1 db/km, 100 Mb/s, multi-mode 2 Gb/s, single mode, regenerace 50 km 3. generace: 1550 nm (90. léta) 1550 nm, regenerace 60-70km 2.5 Gb/s a 10 Gb/s 4

5 Lom a odraz světla 5

6 Lom a odraz světla (2) 6

7 Lom a odraz světla (3) 7

8 Šíření světla ve vlákně 8

9 Typy vláken 9

10 Vlákno - singlemode Single mode (SM, SMF) průměr jádra 9 μm typicky pod 10 vlnových délek přenáší pouze základní mód, další módy jsou potlačeny (cut-off) mód jedno z řešení vlnové (Maxwellovy) rovnice pro dané vlákno a vlnovou délku útlum 0.2 db/km pro 1550 nm, resp. 0.4 db/km pro 1310 nm 10

11 Vlákno - multimode průměr jádra μm multimode, step-index (MM SI) modální disperse: různě dlouhá cesta pro různé paprsky 10 Mb/s multimode, gradientní index (MM GI) snížená modální disperse 100 Mb/s 1 Gb/s (příp. 10 Gb/s) plastový multimode útlum 1 4 db/km, resp. <10 db/km pro plast 11

12 Optická pásma - singlemode pásmo (band) O (Original) nm E (Extended) nm S (Short wavelength) nm C (Conventional) nm L (Long wavelength) nm U (Ultra) nad 1625 nm 12

13 Optické vlastnosti chromatická disperse (CD) index lomu závisí na vlnové délce lze kompenzovat vložením speciálního vlákna Polarizační disperse (PMD - Polarization Mode Dispersion) závisí na homogenitě vlákna nelineární jevy 13

14 Multiplexer / demultiplexer multiplexer sloučí signál z několika vysílačů do jednoho vlákna každý vstupní signál má jinou vlnovou délku (wavelength, color, lambda,...) demultiplexer rozdělí vstupní signál na jednotlivé vlnové délky 14

15 Multiplexování OADM Optical Add-drop Multiplexer umožní přidat (odebrat) jednu nebo více vlnových délek do signálu DWM pevná konfigurace (resp. výměnné filtry) změna vyžaduje ruční zásah ROADM Reconfigurable OADM délkově ovládané konfigurace plní funkci optického směrovače OXC Optical Cross-connect optická přepojovací matice s vice vstupy / výstupy ROADM je OXC se 2 vstupy / výstupy 15

16 Transceiver transmitter + receiver kombinuje přijímač i vysílač v jednom modulu standardizované typy / konektory, snadná záměna jiná technologie (např. UTP) odlišný výkon odlišná vlnová délka příklad: 1 Gb/s: GBIC, SFP 10 Gb/s: SFP+, XFP, XENPAK 16

17 Optické vysílače převážně polovodičové prvky LED dosah několik km do 100 (resp. 622) Mb/s laserová dioda koherentní světlo 10 Gb/s (i více) desítky km (typicky do 80 km) modulace: svítí / nesvítí přímá modulace externí modulátor pro velmi vysoké rychlosti 17

18 Optické detektory polovodičová fotodioda širokopásmový detektor převodník proud-napětí omezující zesilovač vyrovnání různého výkonu vstupního optického signálu výstupem je digitální elektrický signál 18

19 Zesilovače opto-elektrické zesilovače optický signál převeden na elektrický znovu vyzářen kombinace se síťovými prvky (switch) výhody: plné obnovení signálu téměř neomezené opakování snadné rozbočení nebo změna vlnové délky nevýhody není protokolově transparentní pracuje jen s jedním signálem 19

20 Optické zesilovače přímé zesílení optického signálu transparentní protokol rychlost (bit-rate) zesiluje celé pásmo dosah lze zvýšit na km příklad Ramanův zesilovač Erbiový (Erbium Doped Fibre Amplifier - EDFA) pásmo C a L polovodičový zesilovač (Semiconductor optical amplifier - SOA) 20

21 WDM WDM - Wavelength-division multiplexing jedno vlákno přenáší více signálů s různými vlnovými délkami 21

22 CWDM CWDM Coarse WDM 18 kanálů v rozsahu 1270 / 1610 nm (pásma O C) různé specifikace, mezery cca 20 nm nevhodné pro zesílení použití zejména pro LAN / WAN levná implementace, vhodné např. pro fiber-to-home 22

23 DWDM DWDM Dense WDM pásmo nm (C band) a nm (L band) specifikace se postupně mění původní rozestup 100 GHz (0.8 nm) ref. bod THz ( nm) později i 50 GHz a 25 GHz až 160 kanálů 23

24 Komponenty DWDM koncový multiplexer (terminal multiplexer) vstupní obvod linkový zesilovač (intermediate line repeater) EDFA rozestup km linkový terminál (intermediate optical terminal) OADM zesílený výstupní signál dosah až 140 km koncový demultiplexer (terminal demultiplexer) výstup 24

25 Optická síť CESNET (2010) 25

26 ATM Asynchronous Transfer Mode Základní idea: integrovat různé služby přenos dat, obrazu a zvuku včetně telefonní sítě! umožnit vznik společné infrastruktury pro všechny typy datových přenosů 26

27 ATM prvky sítě Koncová zařízení adaptér síťová karta router, LAN switch tel. ústředna, videokonferenční zařízení ATM switch (přepínač) spojení každý s každým implementace hardwarem (rychlost) ATM adresy - 20 byte univerzální číslovací plán obsahuje i 6 byte MAC adresy 27

28 ATM Cell 5 byte záhlaví 48 byte data základní jednotka přenosu pevná délka 53 bytů v záhlaví označení virtuální cesty VC Virtual Connection VPI (Virtual Path Identifier) 8 nebo 12 bitů VCI (Virtual Channel Identifier) 16 bitů 48 bytů payload 28

29 Virtuální spojení buňka neobsahuje adresu ATM, jen VPI/VCI před přenosem je třeba cestu vytvořit PVC Permanent Virtual Connection administrátor sestaví ručně SVC Switched Virtual Connection vytvořeno dynamicky na žádost koncového zařízení signalizace parametrem je ATM adresa 29

30 Služby ATM CBR Constant Bit Rate vyhrazené pásmo, konstantní zpoždění emulace okruhů VBR Variable Bit Rate specifikováno max. pásmo pro komprimované přenosy (video) UBR Unspecified Bit Rate služba best effort, možná ztráta buněk datové přenosy (např. IP) ABR Available Bit Rate přidělí zbylé pásmo, malé ztráty řízení toku dat 30

31 IP over ATM driver ATM adaptéru emuluje služby ATM transparentní pro všechny aplikace 31

32 ATM před 10 lety veliké ambice: jednotný síťový standard implementuje fyzickou, spojovou a síťovou vrstvu odstraní konflikt mezi přepínáním okruhů a paketů řešení: malé buňky konstantní velkosti podpora telekomunikačních operátorů podpora EU projekty TEN-34 (od 1995) a TEN-155 (od 1998) národní akademická síť CESNET 34 Mb/s (předtím 2 Mb/s) později zvýšeno na 155 Mb/s vše fungovalo ale nešlo dále rozvíjet 32

33 ATM dnes současný stav telekomunikace ADSL proč neuspělo pokročilé služby se neujaly (většina provozu UBR) velmi drahé pro větší rychlosti (nad 622 Mb/s) výhoda malých buněk zanikla po rozvoji 1 GbE síťová vrstva IP je flexiilnější Ethernet je levnější a vhodný i pro dálkové spoje chystá se 100 GbE dobré myšlenky ATM využity v MPLS 33

34 Poděkování V přednášce byly částečně využity slajdy autorů Jan Kubr z FEL ČVUT, Josef Vojtěch z Cesnetu a Vladimír Horák z Rektorátu UK 34

35 Děkuji za pozornost 35