Definition

Was ist SONET (Synchronous Optical Network)?

| Autor / Redakteur: Stefan Luber / Andreas Donner

Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt. (Bild: © aga7ta - stock.adobe.com)

SONET (Synchronous Optical Network) ist die amerikanische Version von SDH (Synchrone Digitale Hierarchie). Es handelt sich um einen Telekommunikationsstandard, der das Multiplexen synchroner Datenströme beschreibt und optische Übertragungsmedien nutzt. Die Übertragungsgeschwindigkeiten sind Vielfache des Optical Carrier Levels 1 (OC-1) mit seinen 52 Mbit/s.

Die Abkürzung SONET steht für den Telekommunikationsstandard Synchronous Optical Network. Es handelt sich um die amerikanische Version von SDH (Synchrone Digitale Hierarchie). Bis auf wenige Unterschiede sind die beiden Versionen identisch. Viele Geräte unterstützen daher gleichzeitig beide Standards.

Entwickelt wurde das Synchronous Optical Network in den 80er und 90er Jahren, um das Multiplexen vieler Datenströme mit hohen Geschwindigkeiten in Telekommunikationsnetzen zu ermöglichen. SONET sorgt für höhere Übertragungsgeschwindigkeiten als die Zeitmultiplexsysteme der Plesiochronen Digitale Hierarchie (PDH) und nutzt als Übertragungsmedien Lichtwellenleiter.

Definiert wurde SONET vom American National Standards Institute (ANSI). Die ursprünglichen in den Standards vorgesehen Übertragungsgeschwindigkeiten bewegten sich zwischen 52 Megabit pro Sekunde und 2,5 Gigabit pro Sekunde. Mittlerweile sind mit SONET auch viel höhere Übertragungsgeschwindigkeiten realisierbar. Bei sehr geringen Geschwindigkeiten lassen sich elektrische Schnittstellen zur Datenübertragung nutzen.

Vorteile von SONET im Vergleich zu vorherigen Telekommunikationsstandards

Im Vergleich zu vorherigen asynchron oder plesiochron arbeitenden Telekommunikationsstandards brachte SONET viele Vorteile mit. Wesentliche Vorteile sind unter anderem:

  • herstellerübergreifende Kompatibilität
  • hohe Übertragungsgeschwindigkeiten bis in den Gigabitbereich
  • hohe Flexibilität in der Konfiguration der Übertragungssysteme
  • hohe Zuverlässigkeit der Übertragung
  • Bereitstellung von Redundanzmechanismen
  • integrierte Managementfunktionen
  • Synchronität im kompletten Netz
  • einfacher Zugriff auf Datensignale niedrigerer Ordnung ohne Dekodierung des kompletten Datenstroms
  • Unterstützung verschiedener Anwendungen
  • einfache Fehlererkennung und Fehlerisolation
  • definierte Schnittstellen
  • Nutzung optischer Übertragungsmedien
  • Unterstützung vieler Geschwindigkeitsstufen
  • Nutzung elektrischer Schnittstellen möglich

Abgrenzung der Begriffe synchron, plesiochron und asynchron

Um das Konzept und die Funktionsweise des Synchronous Optical Networks zu verstehen, sind zunächst die Begriffe synchron, plesiochron und asynchron zu erläutern. Übertragungsstrecken oder komplette Telekommunikationssysteme sind in ihrem Zeit- und Taktverhalten asynchron, plesiochron oder synchron.

Asynchron bedeutet, dass Kommunikationssysteme mit unterschiedlichen Takten arbeiten. Die Systeme verwenden daher Verfahren zur Kennzeichnung des Anfangs und Endes eines Informationsblocks.

Bei plesiochronen Systemen sind die Taktraten fast gleich und die Abweichungen liegen in genau definierten Grenzen. Um Taktverschiebungen auszugleichen, kommt die Stopftechnik (Bitstuffing) zum Einsatz. Bitstuffing fügt an bestimmten Stellen Füllbits ein und sorgt so dafür, dass die sich leicht unterscheidenden Bitraten der Datensignale ausgeglichen werden.

Synchrone Systeme verwenden exakt gleiche Taktraten. Die Phasendifferenzen zwischen Signalen dürfen nur minimal sein. Die Synchronisierung der Taktraten erfolgt über hoch präzise Referenzzeitsignale wie die einer Atomuhr. Die Position einer bestimmten Informationseinheit innerhalb eines Datenstroms ist in synchronen Systemen über Zeiger exakt adressierbar.

Funktionsweise und wichtige Merkmale des Synchronous Optical Networks

In einem Synchronous Optical Network ist der Takt aller Systeme bis auf minimale Abweichungen gleich. Ausgehend vom Optical Carrier Level 1 (OC-1) mit 51,84 Megabit pro Sekunde lassen sich viele Signale ohne die Notwendigkeit des Bitstuffings in einem hochbitratigen Datenstrom stapeln. Zu jeder Zeit ist der Zugriff auf einen bestimmten Container in den Datenströmen mit Vielfachen OC-1-Übertragungsgeschwindigkeiten möglich, ohne alle Verbindungen aufzulösen. Innerhalb der Container sind Sprachsignale oder andere Daten transportierbar. Technische Merkmale von SONET sind:

  • die Länge eines Frames beträgt 125 Mikrosekunden = 8.000 Frames pro Sekunde
  • die Framelänge beträgt 810 Byte. Dies ergibt 810 x 8 x 8.000 = 51,84 Megabit pro Sekunde für OC-1
  • ein Frame teilt sich in neun Zeilen je 90 Bytes auf = 810 Bytes
  • pro Zeile sind ein bis drei Byte Overhead
  • die Übertragungsraten betragen Vielfache von OC-1 (51,84 Mbit/s)
  • jeder Sender bekommt feste Multiplexing-Zeitslots zugeordnet

Typische Übertragungsraten im Synchronous Optical Network

Die SONET-Übertragungsgeschwindigkeiten sind Vielfache von OC-1. Hier ein Überblick über einige der möglichen Übertragungsgeschwindigkeiten:

  • OC-1: Übertragungsgeschwindigkeit 51,84 Mbit/s
  • OC-3: Übertragungsgeschwindigkeit 155,52 Mbit/s
  • OC-12: Übertragungsgeschwindigkeit 622,08 Mbit/s
  • OC-24: Übertragungsgeschwindigkeit 1,24416 Gbit/s
  • OC-48: Übertragungsgeschwindigkeit 2,48832 Gbit/s

Neben diesen OC-Leveln existieren weitere Geschwindigkeitsstufen wie OC-9, OC-18, OC-96, OC-192, OC-768 oder OC-3072.

Die Netzelemente eines Synchronous Optical Networks

Ein Synchronous Optical Network besteht aus verschiedenen Netzelementen, die unterschiedliche Funktionen erfüllen. Typische Netzelemente sind:

  • Add-and-Drop-Multiplexer (ADM)
  • Regeneratoren
  • Digitale Cross Connect Systeme
  • STS Multiplexer und Demultiplexer

Eine wichtige Rolle nimmt der Add-and-Drop-Multiplexer (ADM) ein. Add-and-Drop-Multiplexer haben eine Hochgeschwindigkeitsseite, die die volle Leitungsgeschwindigkeit unterstützt, und eine Lowspeed-Seite, die mehrere Signale mit niedrigerer Geschwindigkeit bedient. Die Lowspeed-Signale multiplext der ADM in Richtung Hochgeschwindigkeitsseite und umgekehrt.

Regeneratoren haben die Aufgabe, über große Entfernungen übertragene Signale aufzufrischen. Hierfür wandeln sie die optischen Signale in elektrische, regenerieren sie, wandeln sie wieder in optische Signale und geben sie erneut auf die Glasfaserverbindung. Es existieren auch optische Verstärker, die ohne Umwandlung auf elektrische Signale arbeiten. Sie sind in der Lage, das optische Signal unmittelbar zu verstärken.

Digitale Cross Connect Systeme unterstützen verschiedene hochbitratige Übertragungssignale und stellen Verbindungen zwischen beliebigen Eingangs- und Ausgangssignalen unterschiedlicher OC-Level her. STS Multiplexer und Demultiplexer agieren als Schnittstellen-Wandler zwischen elektrischen Teilnetzen und dem optischen Kernnetz.

Abgrenzung von SONET zu PDH

SONET wurde entwickelt, um größere Übertragungsraten als mit PDH-Systemen zu realisieren und für mehr Interoperabilität bei den Netzwerkelementen zu sorgen. Bei PDH-Systemen ist es nicht möglich, einen bestimmten Kanal direkt aus einem Datenstrom mit hoher Übertragungsgeschwindigkeit zu entnehmen. Es sind immer sämtliche Stufen des Multiplexsystems zu durchlaufen, um sich zum gewünschten Kanal vorzuarbeiten. SONET hingegen gestattet den direkten Zugriff auf jeden Kanal innerhalb der Datenströme beliebiger Geschwindigkeit. Kanäle lassen sich direkt in den Datenstrom einfügen oder durch andere ersetzen. Im Gegensatz zu PDH ist es nicht notwendig, die komplette Multiplexhierarchie zu durchlaufen. Möglich wird dies durch die exakte Taktsynchronisierung aller Elemente des Netzwerks und die Verwendung von Zeigern (Pointer).

Übertragung paketorientierter Anwendungen über das Synchronous Optical Network

Das Synchronous Optical Network ist ein Zeitmultiplexsystem, das für Anwendungen mit festen Bandbreiteanforderungen optimiert ist. Sind die Bandbreiteanforderungen variabel wie bei paketbasierten IP-Anwendungen, arbeitet das Synchronous Optical Network ineffizient. Speziell für die Übertragung von IP über SONET oder SDH existiert das Übertragungsprotokoll Packet over SONET/SDH (PoS). PoS ist auf dem Layer zwei des OSI-Modells angesiedelt und nutzt das Point-to-Point Protocol. Es verpackt die Daten in HDLC-ähnliche Frames, die ein Add-and-Drop-Multiplexer in den Datenstrom einfügt.

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