Premessa
___________________________________________________________________________________________________
6
Il terzo capitolo � dedicato totalmente alla descrizione dettagliata del
protocollo SONET/SDH e comprende anche una breve sezione che tratta le
topologie di rete pi� comunemente utilizzate.
Il quarto capitolo tratta, a livello fisico, la tecnologia ottica denominata
DWDM, il cui esordio risale a pochissimi anni fa. Si sta adesso rapidamente
diffondendo in quanto, incrementando notevolmente la capacit� trasmissiva,
consente di risolvere situazioni problematiche di reti di telecomunicazioni che
hanno raggiunto la saturazione.
Infine, le conclusioni sono dedicate allo scenario futuro delle
telecomunicazioni; si vedr� che proprio il corrente anno � particolare in quanto
potrebbe segnare l�inizio di una �era tecnologica� basata sull�impiego di sistemi
trasmissivi totalmente ottici.
1 � Introduzione a SONET/SDH
___________________________________________________________________________________________________
7
Capitolo 1
Introduzione a SONET/SDH e scenari di
utilizzo
1.1 Linee su fibra ottica
Le fibre ottiche, sottili fili di vetro con una cavit� interna del diametro di
alcune decine di micron, hanno la propriet� di �guidare la luce� prodotta da un led
o da un laser ([2]).
Da diversi decenni questa particolare propriet� ha stimolato
l�applicazione delle fibre ottiche ai pi� svariati campi, scientifici e tecnici.
Laddove sia richiesto di trasferire la luce da un punto ad un altro di un sistema,
attraverso percorsi comunque tortuosi, le fibre ottiche costituiscono un mezzo
utilissimo e spesso insostituibile.
Tuttavia non � da moltissimi anni che il campo delle fibre ottiche si �
aperto alle telecomunicazioni. Ci� � stato reso possibile dall�intenso sforzo di
ricerca compiuto nelle Nazioni tecnologicamente pi� avanzate, che ha permesso di
conseguire rapidissimi progressi, soprattutto nell�abbattimento delle perdite di
propagazione delle fibre. Basti pensare che l�attenuazione delle fibre all�epoca
delle prime applicazioni presentava valori altissimi, ad esempio anche pi� di 1000
dB al chilometro, che ne rendevano impossibile l�utilizzo al di fuori di un ambito
locale, ovvero per distanze superiori ad alcune decine di metri. Oggi, invece, con
1 � Introduzione a SONET/SDH
___________________________________________________________________________________________________
8
una domanda costantemente in ascesa, vengono realizzate fibre con attenuazione
anche inferiore a 0,2 dB al chilometro. In aggiunta a ci�, l�elevatissima frequenza
dell�onda luminosa che funge da portante del segnale trasmesso rende possibili
modulazioni con bande estremamente larghe e, quindi, sono realizzabili sistemi
aventi notevoli capacit� di trasmissione, neanche lontanamente paragonabili a
quelle raggiungibili con collegamenti su cavi in rame. A titolo di esempio, un
collegamento effettuato con il classico doppino in rame pu� raggiungere un
bit-rate che oscilla fra uno ed una decina di megabit al secondo, a seconda della
tecnologia impiegata, mentre con l�adozione della fibra ottica non � difficile
arrivare addirittura ad alcune decine di gigabit al secondo.
Non vanno, inoltre, trascurati altri due fattori decisamente nuovi e
migliorativi rispetto ai cavi tradizionali. Il primo � l�insensibilit� dei sistemi in
fibra ottica ai disturbi elettromagnetici, problema oggigiorno pi� che mai attuale
per l�abbondanza di emissioni ad ogni frequenza. Questo aspetto positivo permette
di impiegare le comunicazioni ottiche anche in ambienti notoriamente
inaccessibili per problemi di incompatibilit� elettromagnetica. Il secondo fattore �
la protezione garantita da questo mezzo fisico, perch�, al contrario di quanto pu�
avvenire con qualsiasi tipo di cavo in rame utilizzato per la trasmissione di dati
sotto forma di segnali elettrici, il cavo a fibre ottiche ([4]) non � soggetto a
derivazioni non autorizzate che abbiano come scopo la sottrazione di dati, pena
l�interruzione del collegamento. Inoltre il cavo in fibra ottica non emette
radiazioni elettromagnetiche che possono essere captate dall�esterno con ricevitori
radio.
Questi risultati, insieme al contemporaneo sviluppo dei dispositivi
optoelettronici, hanno consentito di realizzare sistemi trasmissivi con
caratteristiche eccezionali e ricchi di interessanti promesse per il futuro delle
moderne telecomunicazioni.
In figura 1.1, (tratta da [2]), � mostrata, a titolo di esempio, la
composizione del cavo in fibra ottica Pirelli PKH9E, realizzato con nucleo a
cinque cave per una capacit� complessiva di 50 fibre. La fune interna, denominata
1 � Introduzione a SONET/SDH
___________________________________________________________________________________________________
9
�portante vetroresina�, ha la funzione di fornire una certa robustezza meccanica e
la necessaria elasticit� per il superamento di curve con raggi di curvatura anche
molto ridotti. Tutte le altre guaine sono a protezione delle fibre interne.
Figura 1.1. Cavo Pirelli con potenzialità 40 o 50 fibre
Guaina
PE
Acciaio
corrugato
Kevlar
Guaina PU
Portante
vetroresina
10 fibre
ottiche
Modulo
scanalato
Guaina
interna
18.5 mm
8 mm
1 � Introduzione a SONET/SDH
___________________________________________________________________________________________________
10
In figura 1.2, anch�essa tratta da [2], � illustrata la sezione di una singola fibra
ottica.
Figura 1.2. Sezione di una fibra ottica
125 µm
50 µm
Nucleo n2
Nucleo n1
Rivestimento
protettivo
1 � Introduzione a SONET/SDH
___________________________________________________________________________________________________
11
1.2 Definizione ed origini di SONET e di SDH
Synchronous Optical NETwork (SONET) � uno standard a livello
mondiale per il trasporto di grandi quantit� di informazione digitale su reti in fibra
ottica, anche di diversi gestori e costruttori ([1]). Si pensa che continuer� a far
parte in misura preponderante dello scenario delle nuove telecomunicazioni su
rete fissa per almeno i prossimi due o tre decenni.
Questo standard � stato formulato per la prima volta nel 1984 da
Exchange Carriers Standard Association (ECSA), l�Organizzazione che definisce
gli standard per le telecomunicazioni. Successivamente, nel 1997, la
standardizzazione � stata siglata anche dall�American National Standards Institute
(ANSI), l�Associazione statunitense che sviluppa e sancisce tutti gli standard
industriali.
Allo scopo di allineare gli esistenti modelli americani ed europei e fornire
quindi la possibilit� per una completa interconnessione mondiale, il Consultative
Committee for International Telephone and Telegraph (CCITT), divenuto adesso
International Telecommunications Union - Telecommunication sector,
l�organismo internazionale per la standardizzazione nel settore delle
telecomunicazioni, (che pubblica le �raccomandazioni�, ovvero gli standard sui
quali fornitori e clienti si devono basare) ha cercato di realizzare una nuova
standardizzazione. Il risultato di una tale ricerca � stata la definizione del
Sinchronous Digital Hierarchy (SDH), pubblicato nel 1989. Quindi, SDH
rappresenta uno standard mondiale, mentre SONET, la cui nascita � predatata
rispetto a SDH, pu� essere considerato il suo precursore, in quanto racchiude una
parte di SDH da cui � stato sviluppato l�intero standard.
Allo stato attuale SONET � il sistema maggiormente utilizzato negli Stati
Uniti, mentre negli Stati europei � diffusissimo l�utilizzo di SDH.
1 � Introduzione a SONET/SDH
___________________________________________________________________________________________________
12
Le reti basate su queste due tecnologie sono in grado di trasmettere dati,
voce e video ad una velocit� superiore al gigabit al secondo con un�altissima
affidabilit�.
1.3 Presupposti alla nascita di SONET e di SDH
I presupposti che hanno favorito prima la nascita di SONET negli Stati
Uniti d�America ed, in seguito, della nuova gerarchia SHD a livello mondiale si
possono riassumere sinteticamente come di seguito ([2]).
1) Impiego oramai esclusivo delle fibre ottiche come mezzo fisico
portante nelle reti di telecomunicazioni, sia per il trasporto che, pi�
selettivamente, per la distribuzione, fino ad entrare negli edifici dei clienti che ne
fanno richiesta. I motivi della vasta diffusione di questo mezzo sono noti: una
bassissima attenuazione del segnale con conseguente riduzione del passo di
rigenerazione, l�immunit� ai disturbi e la facilit� di posa dei cavi in fibra ottica
che presentano un diametro relativamente piccolo se paragonati ai cavi
multicoppie in rame.
2) Abbandono della strategia filosofica che � alla base della
normalizzazione delle gerarchie PLESIOCRONE attuali (che, in realt�, risalgono
agli anni �70) secondo le quali � necessario limitare al massimo la velocit� di
segnalazione in linea. Al contrario, le due gerarchie SONET e SDH si basano su
una trasmissione strettamente SINCRONA.
3) Possibilit�, grazie ai numerosi aspetti positivi di cui ai punti 1) e 2), di
pensare a meccanismi di multiplazione con notevole impiego di ridondanza senza
preoccuparsi eccessivamente del conseguente impiego di larghezze di banda.
4) Capacit� di individuare un flusso nella rete (anche alla pi� bassa
velocit� di trasmissione) senza dover demultiplare completamente il segnale in
1 � Introduzione a SONET/SDH
___________________________________________________________________________________________________
13
osservazione che si propaga con un pi� alto bit-rate ([1]). Ci� si ottiene sfruttando
un meccanismo basato su puntatori, come verr� spiegato pi� avanti.
5) Utilizzo di una trama sincrona di periodo pari a 125 microsecondi, cos�
da consentire, come detto al punto 4), la possibilit� di estrarre flussi fino a 64
Kilobit al secondo (Kbps), organizzati ad ottetti ([1]). La descrizione dettagliata
della trama sar� trattata nel terzo capitolo.
6) Capacit� di controllo, supervisione e gestione della rete con particolare
riferimento all�ottima qualit� della trasmissione ed all�alta flessibilit� di
riconfigurazione degli instradamenti in caso di necessit�.
1 � Introduzione a SONET/SDH
___________________________________________________________________________________________________
14
1.4 Scenari di utilizzo
Oggi noi viviamo, come succede nella maggior parte delle nazioni pi�
avanzate, in una societ� basata sulla comunicazione, sullo scambio di
informazioni a distanze pi� o meno elevate. Nelle ditte le e-mail viaggiano tra
colleghi del medesimo ufficio per il semplice invio di un file fino a partner
commerciali che si trovano oltre-oceano. Le universit� di tutto il mondo si
scambiano dati e da una qualsiasi citt� si pu� consultare una biblioteca pi� fornita
situata in un altro continente. Le attivit� legate al mondo economico trasmettono e
ricevono dati con un flusso continuo che dura ventiquattro ore al giorno, festivi
compresi. Alcune delle operazioni che fino ad un paio di decenni fa richiedevano
lo spostamento fisico di personale, oggi vengono effettuate a distanza,
convertendo tutto ci� che � possibile in forma digitalizzata. Internet sta
diventando di uso sempre pi� comune e quotidiano e si prevede che la sua
diffusione crescer� vertiginosamente nei prossimi cinque - dieci anni. Inoltre, la
dimensione dei file in viaggio nelle reti di tutto il mondo � in costante ascesa,
poich� lo scambio di video ad alta definizione ed audio in forma numerica, anche
in tempo reale, richiede una gran quantit� di byte trasmessi. Si pu�, inoltre,
aggiungere l�utilizzo pi� classico delle reti di telecomunicazioni e, cio� la fonia,
che rimane il sistema pi� diretto e semplice per comunicare con il mondo esterno.
E� per queste ragioni che sono stati spesi fondi ingenti per trovare in SONET e in
SDH un�alternativa alle comunicazioni basate sul cavo in rame che non riusciva
pi�, da solo, a soddisfare la �fame� crescente di velocit� trasmissiva e di
affidabilit�.
2 � Storia dei protocolli delle reti di trasporto
___________________________________________________________________________________________________
15
Capitolo 2
Storia dei protocolli delle reti di trasporto
Studiando l�evoluzione delle telecomunicazioni dalla loro nascita ai
nostri giorni se ne pu� suddividere il cammino in due epoche principali ([1]).
Il primo periodo � rappresentato dall�uso dei cavi in rame sia per la
distribuzione dalla centrale telefonica locale al cliente, che per il collegamento fra
centrali, ovverosia per il trasporto. Questo primo periodo si potrebbe denominare
�periodo dei protocolli pre-ottici�, poich� il secondo � appunto basato su tutti gli
altri protocolli usati fino ad oggi per il trasporto su fibra ottica, in particolare su
SONET e su SDH.
2.1 Gli albori del servizio telefonico
Il servizio pubblico telefonico ha visto la sua nascita nella seconda met�
del XIX secolo diffondendosi dapprima in aree a forte diffusione industriale,
commerciale o militare, ovvero in aree residenziali particolarmente ricche. Ogni
cliente veniva connesso tramite una coppia di fili in rame alla centrale telefonica
della propria zona e possedeva, quindi, un terminale in grado di convertire il
segnale elettrico trasmesso in un segnale sonoro e viceversa. Su richiesta, un
operatore nell�edificio della centrale metteva in collegamento un cliente con un
2 � Storia dei protocolli delle reti di trasporto
___________________________________________________________________________________________________
16
altro, connettendo fisicamente le due coppie di fili, che venivano poi scollegate al
termine della comunicazione.
Nei primi quarant�anni del XX secolo gli sforzi si concentrarono per
arrivare ad una standardizzazione intercontinentale delle comunicazioni via
telefono, per rendere automatiche le centrali e definire un piano di numerazione
nazionale ed internazionale. Oggi, in tutto il mondo, la telefonia tradizionale si
definisce come Public Switched Telephone Network (PSTN) ([2]).
Per tutta la durata di questo periodo di sviluppo della rete telefonica, i
segnali analogici generati ed interpretati dagli apparecchi telefonici venivano
trasmessi dal cliente alle varie centrali territoriali interessate dal collegamento, per
giungere poi ad un altro cliente senza soluzione di continuit� per mezzo di una
singola e dedicata coppia di fili in rame.
Le coppie di fili in rame venivano raggruppate, come d�altronde si
verifica tuttora, in cavi aventi potenzialit� diverse a seconda del loro utilizzo e
della loro tipologia di posa (in ogni caso il numero massimo di coppie
raggruppabili in un singolo cavo � dell�ordine di alcune migliaia). E�, quindi,
facilmente immaginabile come gi� dai primi decenni dello scorso secolo, agli
albori dello sviluppo economico di molte nazioni, scatur� il problema delle
dimensioni e del numero dei cavi necessari per soddisfare il bisogno crescente di
collegamenti, in particolar modo per i cavi che collegavano tra loro centrali di
diverse citt� (denominati cavi di giunzione interurbana) e, successivamente, anche
per i cavi che effettuavano giunzioni internazionali. Inoltre, per il corretto
funzionamento di ogni collegamento, per incrementare al massimo la distanza
raggiungibile e per migliorare la qualit� del segnale trasmesso, erano necessari
numerosi apparecchi analogici come, ad esempio, amplificatori, equalizzatori,
adattatori di carico, ecc.