1.5.3 Общая среда и соединение точка-точка
Стандарт IEEE 802.3 определяет две основные конфигурации сетей Ethernet. В одной конфигурации это – сеть передачи данных со случайным методом доступа к общей среде и разрешением конфликтов (коллизий) CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Данная конфигурация свойственна ранним сетям Ethernet с общей шиной на основе тонкого коаксиального кабеля и более поздним решениям на основе концентраторов Ethernet, или коммутаторов с полудуплексными каналами.
Архитектура EPON должна быть прозрачной в рамках двух представленных конфигураций в том смысле, что она должна со стороны внешних сетей Ethernet вести себя подобно коммутатору уровня 2 и иметь возможность эмуляции как соединения точка-точка P2PE (Point-to-Point Emulation), так и общей среды SME (Shared-Medium Emulation). Для реализации этой задачи в EPON на центральном и абонентских узлах добавляется еще один подуровень, который получил название подуровня эмуляции соединения точка-точка и общей среды. Этот подуровень располагается ниже уровня MAC и обеспечивает работу последнего в соответствии со стандартом 802.3. Работа подуровня эмуляции основана на вставляемых в преамбулу кадров Ethernet тегах c уникальными идентификаторами LLID абонентских узлов, рисунок. 1.11-б.
Рассмотрим подробнее указанные подуровни.
а) Эмуляция точка-точка.
В режиме эмуляции точка-точка P2PE (Point-to-Point Emulation) OLT формирует у себя таблицу из N идентификаторов LLID (по числу зарегистрированных ONT) с соответствующими MAC-адресами рабочих станций, прикрепленных к различным ONT. Далее обсуждаются различные направления движения кадров в дереве PON.
OLT→ ONT. Рассмотрим движение кадра 802.3 по маршруту от OLT к ONT, рисунок 1.12-а. Перед отправкой кадра подуровень эмуляции P2PE на OLT помещает в преамбулу кадра идентификатор канала LLID (тип “unicast”) , соответствующий тому ONT, за которым закреплен MAC-адрес посылаемого кадра. Несмотря на то, что кадр в силу архитектуры PON будет размножен и получен всеми ONT, только тот узел ONT, собственный LLID которого совпадает с указанным в кадре, примет его и перенаправит на уровень MAC для дальнейшей верификации. Уровни MAC других OLT никогда не увидят его, так как он раньше будет отфильтрован. Таким образом происходит эмуляция сетью EPON соединения точка-точка в направлении от OLT к ONT.
Рисунок 1.12 - Эмуляция точка-точка
ONT→ OLT. Узел ONT, передавая полученные от пользователя кадры в обратный поток, в свою очередь вставляет в преамбулы (всех кадров) свой собственный идентификатор LLID с типом “unicast”. Подуровень эмуляции P2PE на OLT, читая LLID, перенаправляет кадр на тот MAC интерфейс, который соответствует данному LLID, (рисунок 1.12-б).
ONT→ ONT. При движении кадра по маршруту от одного ONT к другому ONT, кадр должен побывать на OLT. При наличии коммутатора уровня 2 в центральном узле, легко понять, как может быть реализована эмуляция P2PE между двумя ONT, (рисунок 1.12-в).
б) Эмуляция общей среды.
В режиме эмуляции общей среды кадр, переданный любым узлом (OLT или ONT) должен быть получен всеми остальными узлами.
OLT→ ONT. В прямом направлении OLT вставляет "широковещательный" LLID, в результате чего кадр принимается и передается дальше на уровень MAC всеми ONT, (рисунок 1.13-а).
Рисунок 1.13 - Эмуляция общей среды
ONTOLT→ OLT, ONT. Чтобы обеспечить режим SME для обратного направления, подуровень эмуляции SME на OLT должен направить кадр без изменения обратно в прямом потоке (зеркалировать), чтобы кадр смогли получить другие узлы ONT, рис. 1.14-б. Во избежание дублирования кадра, т.е. чтобы ONT, отправивший кадр, не получил его обратно своим уровнем MAC, подуровень эмуляции должен его отфильтровать. Он это делает следующим образом – прочитав первый бит в поле LLID, подуровень эмуляции видит, что кадр широковещательный и далее принимает его только в том случае, если оставшееся поле LLID не совпадает с собственным идентификатором.
в) Комбинированная эмуляция P2PE и SME.
По отдельности каждый из рассмотренных режимов эмуляции имеет свои определенные недостатки. Так в режиме эмуляции P2PE потребуется передавать N отдельных кадров (по числу ONT), если стоит задача донести одну и ту же информацию до каждого ONT. Очевидно, что при предоставлении таких услуг, как широковещательное видео, других многопользовательских приложений реального времени, сеть EPON будет неэффективно использовать полосу в прямом направлении, дублируя N кадров "unicast" вместо одного широковещательного кадра.
Эмуляция общей среды P2MPE напротив предоставляет широковещательные возможности. Однако поскольку любой кадр в обратном потоке должен будет отразиться обратно в прямой поток, то будет иметь место потеря полосы в прямом потоке.
Чтобы обеспечить оптимальную работу, в EPON предусмотрено одновременное сосуществование двух режимов эмуляции, (рисунок 1.14). Для этого в сети EPON (c N узлами ONT) центральный узел должен содержать N+1 MAC-адресов: по одному для каждого отдельного ONT (эмуляция P2PE) и еще один для эмуляции общей среды. Каждый узел ONT должен иметь два MAC-адреса, соответствующих режимам эмуляции канала точка-точка и общей среды. Для того, чтобы оптимально разделять трафики по характеру вещания, более высокие уровни (над уровнем MAC) должны принимать решение, на какой порт послать данные.
Рисунок 1.14 - Комбинированная эмуляция P2PE и SME
Важно обеспечить совместимость с такими протоколами, как IEEE 802.1D и IEEE 802.1Q/p. Эти задачи возлагаются на встроенный коммутатор уровня 2 на узле OLT.