Seminarium: Ethernet over SDH (EoS) 

1.  SDH 

SDH  (ang.  Synchronous  Digital  Hierarchy)  czyli  Synchroniczna  Hierarchia  Systemów 

Cyfrowych  jest  międzynarodowym  standardem synchronicznej sieci transportowej opartej na 
ś

wiatłowodach.  Wszystkie  urządzenia  w  SDH  pracują  w  trybie  bezawaryjnym  i  są 

synchronizowane  do  pierwotnego  zegara  odniesienia  (PRC)  oraz  do  siebie  nawzajem.  Sieci 
SDH  charakteryzują  się  wysoką  niezawodnością  co  wnika  m.in.  z  budowy  pierścieniowej 
oraz czasem rekonfiguracji krótszym niŜ 50 ms. Systemy SDH w celu lepszego rozłoŜenia się 
mocy sygnału w paśmie transmisyjnym stosują scrambling. 

Początki systemów SDH sięgają czasów kiedy wprowadzono nowe medium transmisyjne 

-  linie  światłowodowe.  W  latach  80.  XX  wieku  w  USA  pracowano  nad  standaryzacją  styku 
optycznego  w  celu  zapewnienia  kompatybilności  pomiędzy  urządzeniami  róŜnych 
producentów.  W  tym  czasie  w  firmie  BellCore  rozpoczęto  pracę  nad  standardem  systemów 
teletransmisyjnych  umoŜliwiających  transmisję  za  pośrednictwem  światłowodów.  Efektem 
był  standard  SONET  (Synchronous  Optical  Network).  Standard  SDH  jest  europejskim 
odpowiednikiem standardu SONET.

 

 
Podstawowe załoŜenia SDH: 

♦ 

czas trwania ramki 125 

µ

s, wynikający z podstawowego pulsu modulacji PCM; 

♦ 

synchroniczność określona częstotliwością 10

-11

; 

♦ 

ułatwiony  proces  wydzielania  strumieni  składowych  z  sygnału  zbiorczego  dzięki 
odpowiedniej 

strukturze 

ramki, 

zastosowaniu 

mechanizmu 

wskaźnika 

oraz 

synchroniczności wszystkich sygnałów; 

♦ 

jednostki  strukturalne  -  kontenery  (ang.  Container)  i  kontenery  wirtualne  VC  (ang. 
Virtual Container). 

1.1. 

Synchroniczny moduł transportowy STM 

Podstawową  strukturą  informacyjną  przesyłaną  pomiędzy  węzłami  sieci  SDH  są 

synchroniczne moduły transportowe (STM - Synchronous Transport Module).  

 

 

Rysunek 1. Budowa ramki STM-1 [źródło: 4] 

 
Synchroniczny  moduł  transportowy  STM-1  zawiera  9x270  bajtów.  Składa  się  z  pola 

danych "Payload", nagłówka SOH (Section Overhead) i bloku wskaźników. W polu Payload 
przenoszone  są  właściwe  dane  uŜyteczne.  Blok  wskaźników  PTR  umoŜliwia  określenie 
połoŜenia VC względem ramki STM. Wskaźniki są numerami bajtów w których znajduje się 
początek  VC.  Nagłówek  SOH  zawiera  dane  utrzymaniowe,  np.  bajty  nadzoru,  administracji 
siecią i sterowania nią, wzór fazowania ramki.  

Nagłówek SOH składa się z dwóch części: 

♦ 

RSOH - nagłówek związany z sekcją regeneracji,  

♦ 

MSOH - nagłówek dla multiplekserów. 

 

A1, A2 - wzór ramkowania (A1 - 1110110, A2 - 00101000) 
B1, B2, B3, - bajty kontroli parzystości (kod BIP-N) 
C1 - określa numer STM-1 w ramce STM-N 
D1-D3 - kanał transmisji danych do zarządzania siecią (192 kbit/s) 
D4-D12 - jak D1-D3 (576 kbit/s) 
E1 - kanał telefoniczny do łączności słuŜbowej (64 kbit/s) w sekcjach 
międzyregeneratorowych 
E2 - jak E1 w sekcjach międzykrotnicowych 
F1, F2 - kanały uŜytkownika 
G1 - status toru - sygnalizuje zwrotnie błąd BIP-8 (na podstawie bajtu B3) 
H4 - wskaźnik wieloramki dla sygnałów 2 Mbit/s (określa jej początek) 
J1 - adres węzła dostępu (weryfikuje ciągłość istnienia toru VC-n) 
K1, K2 - kanał automatycznego przełączania na rezerwę 
K3, K4 - jak K1, K2 na poziomie toru 
Z1, Z2, Z5 - bajty rezerwowe 
S1 - sposób synchronizacji 
M1 - do zliczania błędów w poszczególnych sekcjach 

Rysunek 2. RozróŜnienie bajtów w nagłówku SOH oraz POH wraz z objaśnieniem [źródło: 4] 

W  nagłówku  RSOH  pierwsze  6  bajtów  zajmuje  wzór  fazowania  (synchronizacji)  ramki 

(bajty  A1  i  A2).  Bajt  B1  umoŜliwia  monitorowanie  jakości  transmisji,  uzupełniany  jest 
wynikiem przeplotowej kontroli parzystości BIP-8 (Binary Interleaved Parity). 

 
STM-1  zapewnia  przepływność  155,52  Mbit/s.  Przepływności  wyŜszych  poziomów  są 

wielokrotnościami przepływności STM-1 i : 

STM-4 to ok. 622 Mbit/s, 
STM-16 to ok. 2488 Mbit/s, 
STM-32 - 5 Gbit/s, 
STM-64 - 10 Gbit/s. Gdzie STM-N to moduł transportowy poziomu N. 

1.2. 

Kontenery 

Kontener  typu  C  (ang.  Container)  jest  zdefiniowaną  przepływnością  binarną,  składa 

się z: 

♦ 

informacji uŜytecznej, 

♦ 

stałych bitów informujących o dopełnieniu, 

♦ 

bitów słuŜących dokładnej synchronizacji oraz 

♦ 

bitów kontrolnych dopełnienia. 

 

Przepływności kontenerów C-n: 
C-11 

 1544 kbit/s 

C-12  

2048 kbit/s 

C-4 

139 264 kbit/s  

 
Dodanie  do  kontenera  C  nagłówka  ścieŜki  (toru)  POH  (Path  OverHead)  powoduje 

stworzenie  kontenera  wirtualnego  VC  (ang.  Virtual  Container).  Nagłówek  POH  zawiera 
informacje  organizacyjne  i  kontrolno-sterujące.  Kontenery  wirtualne  niŜszego  rzędu  VC-12 
składają się z jednego bajta. Nagłówki toru kontenerów VC-3 i VC-4 składają się z 9 bajtów. 

 
Kontenery  wirtualne  dzieli  się  na  kontenery  wyŜszego  i  niŜszego  rzędu.  Grupa 

kontenerów  niŜszego  rzędu  tworzy  kontener  wyŜszego  rzędu.  Kontenery  wyŜszego  rzędu  są 
bezpośrednio transportowane w ramce STM-1. Pozycja kontenerów w ramce STM-1 nie musi 
być stała, kaŜdemu kontenerowi przyporządkowany jest znacznik (pointer). Kontener wraz ze 
znacznikiem tworzy jednostkę administracyjną AU (Administrative Unit). 

1.3. 

Zwielokrotnienie 

Pierwszym  etapem  zwielokrotnienia  jest  multipleksacja  kontenerów  wirtualnych  VC 

niŜszego  rzędu  do  kontenerów  VC  wyŜszego  rzędu.  Gdzie  kontenery  VC  powstają  z 
połączenia  kontenerów  C  z  nagłówkami  POH.  W  drugim  etapie  kontenery  VC  łączone  są  z 
nagłówkiem SOH tworząc STM-1. 

Moduły  wyŜszych  poziomów  STM-N  tworzone  są  poprzez  przeplot  bajtowy  N  grup 

jednostek administracyjnych AUG i dodanie nagłówka SOH. Nie dokonuje się multipleksacji 
całych modułów STM-1. Pole nagłówka jest N-krotnie większe niŜ w STM-1. 

 

Rysunek 3 . Graficzne przedstawienie budowy VC, VC-4 oraz STM-1 

2.  Ethernet over SDH 

Rozwiązanie  zapewniające  transport  ramek  ethernetowych  poprzez  SDH  zazwyczaj 

opiera  się  na  trzech  mechanizmach:  procedurze  enkapsulacji  GFP,  mechanizmie  tworzenia 
wirtualnych  grup  kontenerów  VCAT  oraz  mechanizmie  LCAS  mogącym  kontrolować  ilość 
wirtualnych kontenerów (VC) pomiędzy źródłem a celem ścieŜki. Rozwiązanie to znane jest 
pod pojęciem Ethernet over SDH (EoS) oraz Next Generation SDH (NG SDH). 

Przesyłanie  ramek  ethernetowych  poprzez  SDH  umoŜliwia  wykorzystanie  istniejącej  juŜ 

infrastruktury oraz jej zalet, m.in. moŜliwość przesyłu danych na dalekie odległości. 

2.1. 

Generic Framing Procedure 

Generic Framing Procedure (GFP) jest protokołem mapowania sygnałów warstwy 1. i 2. 

do  kontenerów  SDH.  GFP  zorientowany  jest  punkt-punkt  i  zaimplementowany  na 
krańcowych węzłach, reszta struktury SDH nie ulega zmianie. 

WyróŜniane są dwa rodzaje GFP: 

♦ 

frame-mapped  GFP  (GFP-F)  który  jest  enkapsulacją  w  drugiej  warstwie,  a  pakiety 
danych są upakowywane w ramki GFP zmiennej wielkości, stosowany dla Ethernetu, 
PPP, DVB; 

♦ 

transparent  GFP  (GFP-T)  będący  mapowaniem  pierwszej  warstwy  w  którym  dane 
upakowane są w stały rozmiar ramki, zoptymalizowany jest dla protokołów warstwy 
fizycznej  uŜywających  8B/10B.  GFP-T  stosowany jest m.in. dla ESCON, 1000BASE-
X.

 

 

GFP-F czeka aŜ zostanie przysłany cały pakiet danych klienta, następnie "wrzuca" go w 

ramkę GFP. W zaleŜności od protokołu klienta, określone sygnały są usuwane, np. nagłówek, 
czas  przerwy  pomiędzy  ramkami  (ang.  interframe  gaps)  w  celu  zminimalizowania  rozmiaru 
transmisji.  W  przypadku  ramki  ethernetowej  usuwana  jest  preambuła  oraz  SFD.  Proces  ten 
zwiększa  opóźnienia,  dlatego  GFP-F  jest  uŜywany  dla  protokołów  Ethernet,  PPP/IP  i 
podobnych  do  HDLC  (ang.  High-Level  Data  Link  Control),  gdzie  wydajność  i  elastyczność 
są waŜniejsze niŜ opóźnienia. 

 

 

Rysunek 4. Ramka GFP [źródło: 2] 

 
GFP-T  jest  metodą  enkapsulacji  niezaleŜną  od  protokołu.  Dane  klienta  mapowane  są  w 

ramki  o  stałej  długości.  GTP-T  enkapsuluje  protokoły  wykorzystujące  technikę  kodowania 
8B/10B.  Dane  w  kodzie  8B/10B  są  dekodowane  i  kodowane  ponownie  na  64B/65B  i 
wrzucane do stałej wielkości ramki GFP-T. Po załadowaniu ramki GFP jest ona natychmiast 

transportowana, bez czekania na odbiór całego pakietu danych. GFP-T transportuje wszystkie 
dane klienta, nie odczytuje znaczenia danych, nie rozróŜnia nagłówków itp. 

GFP-T  jest  odpowiedni  dla  protokołów  wraŜliwych  na opóźnienia tj. ESCON, FISCON, 

Gigabit Ethernet.  

2.2. 

Łączenie (ang. Concatenation)  

Łączenie  (ang. concatenation) jest procesem tworzenia z pewnej ilości kontenerów SDH 

większego  kontenera.  Wirtualne  kontenery  niŜszego  i  wyŜszego  rzędu  mogą być poddawane 
łączeniu.  WyróŜniamy  dwa  rodzaje  łączenia:  "ciągłe"  (Contiguous  Concatenation)  oraz 
łączenie  wirtualne  (Virtual  Concatenation  -  VCAT).  "Łączenie  ciągłe"  (ang.  Contiguous 
Concatenation)    X  kontenerów  C  polega  na  stworzeniu  kontenera  zawierającego  payload  o 
rozmiarze  X  razy  większym  niŜ  payload  kontenera  C,  tak  stworzony  kontener  jest 
transportowany  jedną  ścieŜką  poprzez  sieć.  Metodą  elastyczniejszą  i  bardziej  wydajną  jest 
wirtualne łączenie -VCAT. 

 

Rysunek  5.  Porównanie  przesyłania  danych  z  wcześniejszym  wykorzystaniem  łączenia  ciągłego  i 

wirtualnego[źródło:2] 

2.2.1.  Virtual Concatenation - VCAT 

VCAT jest techniką odwrotną do multipleksacji. W węźle źródłowym VCAT tworzy pole 

uŜytkowe  (payload)

 

złoŜone  z  pewnej  ilości  wirtualnych  kontenerów  VC-n.  Zestaw 

kontenerów  VC-n  tworzy  VCG  (Virtual  Concatenation  Group).

 

Wszystkie  wirtualne 

kontenery  wysyłane  są  do  docelowego  miejsca  niezaleŜnie.  W  punkcie  docelowym  VC-n  są 
ustawiane  według  znaczników  zawartych  w  bajcie  H4  lub  V5  i  dostarczane  do  klienta  jako 
pojedynczy  strumień.  Aby  najlepiej  wykorzystać  moŜliwości  VCAT  kontenery  powinny  być 
transportowane róŜnymi drogami poprzez sieć.  

 
WyróŜniane są dwa rodzaje VCAT: 

♦ 

VCAT  wyŜszego  rzędu  (HO-VCAT  czyli  High  Order  VCAT)  uŜywa  od  1  do  256 
kontenerów  VC3  i  VC4,  wirtualnie  połączone  kontenery  z  (VC-3/4-Xv,  X  =  1-256) 
mapowane  są  do  niezaleŜnych  "kopert"  VC-3,  VC-4  i  transportowane  osobno  poprzez 
sieć.  KaŜdy  wirtualny  kontener  w  bajcie  H4  zawiera  MFI  (ang.  multiframe  indicator) 
który  mówi  do  kogo  naleŜy  dany  kontener  oraz  SQ  -  numer  wirtualnego  kontenera  w 
VCG. 

♦ 

VCAT  niŜszego  rzędu  (LO-VCAT  czyli  Lower-Order  VCAT)  uŜywa  kontenerów 
niŜszego  rzędu:  VC11,  VC12,  VC2.  VCG  składa  zawiera  od  1  do  64  elementów  VC 
(VC11/12/2-Xv,  X=1-64).  MFI  oraz  SQ  znajdują  się  w  2.  bicie  K4.  Punkt  docelowy 
czeka aŜ wszystkie elementy VCG wpłyną i następnie składa je. 

 

Przesyłanie  wirtualnych  kontenerów  róŜnymi  ścieŜkami  wiąŜe  się  z  pewnymi 

opóźnieniami  wynikającymi  przede  wszystkim  z  róŜnych  długości  tras  jakie  przebywają 
wirtualne  kontenery.  Opóźnienie  propagacji  wynosi  5 

µ

s  na  1  km,  indywidualne  elementy 

sieci powodują opóźnienia ok. 1-30 

µ

s. RóŜnica w przybyciu najszybszego i najwolniejszego 

VC  z  konkretnego  VCG  moŜe wynosić kilkanaście milisekund. Standard VCAT pozwala na 
maksymalne opóźnienie do 256 ms.  

W przypadku gdy choć jeden VC z całej grupy nie trafi do celu cały VCG jest odrzucony. 

Obsługą tego problemu zajmuje się LCAS, będący rozszerzeniem VCAT. 

3.  LCAS 

Protokół  LCAS  (ang.  Link  Capacity  Adjustment  Scheme)  umoŜliwia  dodawanie  i 

usuwanie  elementów  grupy  wirtualnych  kontenerów  (VCG)  kontrolując  rozmiar  kanału 
VCAT  (LCAS  do  działania  potrzebuje  VCAT,  VCAT  natomiast  moŜe  działać  bez  LCAS). 
Strony  źródłowa  (ang.  source)  i  docelowa  (ang.  sink)  wymieniają  między  sobą  informacje, 
reagując na uszkodzenia oraz powrót do działania ścieŜek. Trwa to kilka milisekund, czas ten 
zaleŜy  od  fizycznej  odległości  pomiędzy  początkiem  a  końcem  ścieŜki.  Wiadomości 
wykorzystywane  przez  LCAS  są  składowane  w  kaŜdym  wirtualnym  kontenerze  z  grupy,  w 
bajcie  H4  w  wirtualnym  kontenerze  wyŜszego  rzędu  (HO  VC)  i  bajcie  K4  w  przypadku 
wirtualnych kontenerów niŜszego rzędu (LO VC).  

WyróŜniane są wiadomości LCAS nadawane przez źródło, takie jak: 

♦ 

MFI (MultiFrame Indicator) wskazuje numer grupy wirtualnych kontenerów VCG;  

♦ 

SQ (Sequence Indicator) wskazuje numer danego VC w VCG; 

♦ 

CNTRL  (Control)  zawiera  informacje  protokołu  LCAS,  określające  w  pewien 
sposób dany wirtualny kontener: 

o 

fixed - nie obsługiwany LCAS w danej ścieŜce VCAT; 

o 

add  -  Ŝąda  dodania  nowego  wirtualnego  kontenera  do  VCG  istniejącego 
kanału VCAT. Jeśli kanał nie istnieje powinien zostać stworzony; 

o 

norm - normalny element VCG (nie ostatniego); 

o 

eos - End of Sequence, ostatni element VCG z najwyŜszy numerem SQ; 

o 

idle - kontener nie będący częścią kanału VCG; 

o 

dnu  -  element  VCG  do  usunięcia  z  powodu  wykrytego  błędu  na  węźle 
końcowym. 

♦ 

GID  (Group  Identification)  jest  stałą  wartością  dla  kaŜdego  z  elementów  z  grupy 
wirtualnych kontenerów VCG. 

 Wiadomości odbierane przez źródło to: 

♦ 

MST - informuje źródło o statusie ("fail" lub "OK") kaŜdego z elementów VCG, 

♦ 

RS-ack  (Re-Sequence  Acknowledge)  jest  potwierdzeniem  przenumerowania 
sekwencji po otrzymaniu członka oznaczonego jako eos. 

 

4.  Przykład - podsumowanie 

 

 

Rysunek 6. Przesyłanie ramki ethernetowej pomiędzy dwoma punktami z wykorzystaniem wirtualnie 

łączonej grupy 3 wirtualnych kontenerów VC-4, opis poniŜej [źródło:2] 

 
Przesyłamy  ramki  ethernethowe  pomiędzy  CP1  i  CP2.  W  źródle  (węzeł  R)  ethernetowe 

ramki  klienta  mapowane  są  do  ramek  GFP,  tworząc  z  asynchronicznych  pakietów 
ethernetowych  synchroniczny  strumień  danych.  Następnie  ramki  GFP  umieszczane  są  w 
wirtualnych kontenerach. VCAT segreguje kontenery (w tym przypadku 4) tworząc wirtualną 
grupę kontenerów (VCG) której elementy (VC) będą przesyłane indywidualnie.  

 VCG  składa  się  z  4  wirtualnych  kontenerów  VC3.  Wysyłane  są  one  następującymi 

ś

cieŜkami: 

♦ 

jeden VC3 przemierza trasę R-S-T-Z, 

♦ 

jeden VC3 przemierza trasą R-S-W-Y-Z, 

♦ 

dwa VC3 przemierzają trasę R-X-Y-Z. 

Ź

ródło  LCAS  wysyła  wiadomość  "add"  do  wszystkich  elementów  wskazując  ich 

przynaleŜność  do  pasma  VCAT.  Wirtualne  kontenery  są  przesyłane  do  węzła  Z,  tam 
poddawane demultiplekcasji i demapowaniu. 

Punkt  docelowy  moŜe  wysłać  2  rodzaje  wiadomości  MST  i  RS-ACK.  MST  moŜe 

zawierać  informację  "fail"  lub  "OK",  to  jest  wystarczające  do  obsługi  uszkodzeń,  zmiany 
rozmiaru  pasma  VCAT.  Dla  przykładu  uszkodzenie    R-S-W-Y-Z  powoduje  błąd  ścieŜki  b. 
Ź

ródło  zostanie  powiadomione  poprzez  wiadomość  "MST=fail(b)".  Natychmiast  usunięta 

zostaje  określona  ścieŜka.  Po  krótkiej  przerwie  max  128  ms,  wszystkie  dane  klienta  będą 
przesłane trzema drogami. 

Bibliografia 

 

1.  Dąbrowski A., Kula S., Systemy i sieci SDH, Warszawa 1996. 
2.  Hens F. J., Caballero J. M., Triple play. Building the Converged Network for IP, VoIP 

and IPTV, Trend Communications Ltd., UK 2008. 

3.  Khurram  Kazi,  Optical  networking  standards.  A  comprehensive  guide  for 

proffessionals, Springer, 2006 USA. 

4.  http://sdhwdm.banderii.sm.pl/sdh.