Тема 4

Мультиплексування та комутація каналів та пакетів

4.1 Комутація каналів

 

Історично комутація каналів з’явилась набагато раніше комутації пакетів і веде свій відлік від перших телефонних мереж. Мережі, що побудовані за принципом комутації каналів, мають багату історію, вони і сьогодні знайшли широке застосування в світі телекомунікацій, будучи основою високошвидкісних магістральних каналів зв’язку.

В якості інформаційних потоків в мережах з комутацією каналів є дані, якими обмінюються пари абонентів. Відповідно глобальною ознакою потоку є пара адрес (телефонних номерів) абонентів, що з’єднуються між собою. Для всіх можливих потоків заздалегідь визначаються маршрути. Маршрути в мережах з комутацією каналів задаються або «вручну» адміністратором мережі, або знаходяться автоматично із залученням спеціальних програмних і апаратних засобів. Маршрути фіксуються в таблицях, в яких ознакам потоку ставляться у відповідність ідентифікатори вихідних інтерфейсів комутаторів. На підставі цих таблиць відбувається просування і мультиплексування даних.

Однією з особливостей мереж з комутацією каналів є поняття елементарного каналу.

Елементарний канал (або просто канал) – це базова технічна характеристика мережі з комутацією каналів, що являє собою деяке фіксоване в межах даного типу мереж значення пропускної спроможності. Будь-яка лінія зв’язку в мережі з комутацією каналів має пропускну спроможність, кратну елементарному каналу, прийнятому для даного типу мережі.

Значення елементарного каналу, або, іншими словами, мінімальна одиниця пропускної спроможності лінії зв’язку, вибирається з урахуванням різних факторів. Наприклад, в традиційних телефонних мережах, для якісної цифрової передачі голосу, найбільш поширеним значенням елементарного каналу сьогодні є швидкість 64 Кбіт/с.

Особливістю мереж з комутацією каналів є те, що пропускна спроможність кожної лінії зв’язку повинна дорівнювати цілому числу елементарних каналів. Так, лінії зв’язку, що під’єднують абонентів до телефонної мережі, можуть містити 2, 24 або 30 елементарних каналів, а лінії, що з’єднують комутатори – 480 або 1920 каналів. Фрагмент мережі, яка характеризується елементарним каналом Р біт/с (рис. 22).

У мережі існують лінії зв’язку різної пропускної спроможності, що складаються з 2, 3, 4 та 5 елементарних каналів. На рисунку показані два абонента, А і В, що генерують під час сеансу зв’язку (телефонної розмови) інформаційний потік, для якого в мережі був передбачений маршрут, що проходить через чотири комутатора S1, S2, S3 і S4. Припустимо також, що інтенсивність інформаційного потоку між абонентами не перевищує 2Р біт/с. Тоді, для обміну даними, цим двом абонентам досить мати у своєму розпорядженні по парі елементарних каналів, «виділених» з кожної лінії зв’язку, що лежить на маршруті проходження даних від пункту А до пункту В.

Зв’язок, побудовану шляхом комутації (з’єднання) елементарних каналів, називають комутованим каналом або складовим каналом.

У розглянутому прикладі для з’єднання абонентів А і В був створений комутований канал з пропускною спроможність в два елементарних канали.

 

 

Рисунок 22 – Комутований (складовий) канал в мережі з комутацією каналів

 

Основні властивості комутованого каналу:

·       комутований канал на всьому своєму шляху складається з однакової кількості елементарних каналів;

·       комутований канал має постійну і фіксовану пропускну спроможність на всьому своєму протязі; комутований канал створюється тимчасово на період сеансу зв’язку двох абонентів;

·       на час сеансу зв’язку всі елементарні канали, що входять в комутований канал, надаються у виключне користування абонентів, для яких був створений цей комутований канал;

·       протягом всього сеансу зв’язку абоненти можуть посилати в мережу дані зі швидкістю, що не перевищує пропускну спроможність комутованого каналу;

·       дані, що надійшли в комутований канал, гарантовано доставляються абонента без затримок, втрат і з тією ж швидкістю (швидкістю джерела) незалежно від того, чи існують в цей час в мережі інші з’єднання;

·       після закінчення сеансу зв’язку елементарні канали, що входили до відповідного комутованого каналу, оголошуються вільними і повертаються в пул розподільчих ресурсів для використання іншими абонентами.

У мережі може одночасно відбуватися декілька сеансів зв’язку. Поділ мережі між сеансами зв’язку відбувається на рівні елементарних каналів за допомогою процесу мультиплексування. Мультиплексування дозволяє одночасно передавати через кожен фізичний канал трафік декількох логічних з’єднань. Можливі ситуації, коли деяка проміжна лінія зв’язку вже вичерпала вільні елементарні канали, тоді новий сеанс зв’язку, маршрут якого пролягає через дану лінію зв’язку, не може відбутися. Для того, щоб розпізнати такі ситуації, обмін даними в мережі з комутацією каналів передує процедура встановлення з’єднання. Відповідно до цієї процедури абонент, який є ініціатором сеансу зв’язку (наприклад, абонент А), посилає в комутаційну мережу запит, який представляє собою повідомлення, в якому міститься адреса абонента, наприклад абонента В. Мета запиту – перевірити, чи можна утворити комутований канал між абонентами А і В. А для цього потрібно дотримання двох умов: наявність необхідного числа вільних елементарних каналів в кожній лінії зв’язку, що лежить на шляху від А до В, і незайнятість абонента в іншому з’єднанні.

Запит переміщається по маршруту, визначеному для інформаційного потоку даної пари абонентів. При цьому використовуються глобальні таблиці комутації, що ставлять у відповідність глобальній ознаці потоку (адресу абонента) ідентифікатор вихідного інтерфейсу комутатора (такі таблиці часто називають таблицями маршрутизації). Якщо в результаті проходження запиту від абонента А до абонента В з’ясувалося, що ніщо не перешкоджає встановленню з’єднання, відбувається фіксація комутованого каналу. Для цього у всіх комутаторах уздовж шляху від А до В створюються записи в локальних таблицях комутації, в яких вказується відповідність між локальними ознаками потоку та номерами елементарних каналів, зарезервованих для цього сеансу зв’язку. Тільки після цього комутований канал вважається встановленим, і абоненти А і В можуть почати свій сеанс зв’язку.

Запити на встановлення з’єднання не завжди завершуються успішно. Якщо на шляху між абонентами відсутні вільні елементарні канали або абонент, що викликається зайнятий, то відбувається відмова у встановленні з’єднання. Наприклад, якщо під час сеансу зв’язку абонентів A і В, абонент С відправить запит в мережу на встановлення з’єднання з абонентом D, то він отримає відмову, оскільки обидва необхідних йому елементарних канали, що складають лінію зв’язку комутаторів S3 і S4, вже виділені для з’єднання абонентів А і В. При відмові у встановленні з’єднання мережа інформує абонента спеціальним повідомленням (рис. 23).

Розглянута процедура встановлення з’єднання, що базується на здатності абонентів відправляти в мережу сервісні повідомлення (запити на встановлення з’єднання) і здатності вузлів мережі обробляти такі повідомлення називається автоматичним динамічним режимом встановлення з’єднання.

Інший режим – статичний ручний режим встановлення з’єднання. Цей режим характерний для випадків, коли необхідно встановити комутований канал не на час одного сеансу зв’язку абонентів, а на більш тривалий термін. Створення такого довготривалого каналу не можуть ініціювати абоненти, він створюється адміністратором мережі. Очевидно, що статичний ручний режим мало придатний для традиційної телефонної мережі з її короткими сеансами зв’язку, однак він добре підходить для створення високошвидкісних телекомунікаційних каналів між містами і країнами.

Мережі з комутацією каналів найбільш ефективно передають користувацький трафік в тому випадку, коли швидкість його постійна протягом усього сеансу зв’язку і максимально відповідає фіксованій пропускної спроможності фізичних ліній зв’язку мережі. Ефективність роботи мережі знижується, коли інформаційні потоки, які генеруються абонентами, набувають пульсуючий характер. Це відбувається при передачі комп’ютерного трафіку, тобто трафіку, що генерується додатками, з якими працює користувач комп’ютера. Для ефективної передачі нерівномірного комп’ютерного трафіку була спеціально розроблена техніка комутації пакетів.

 

Рисунок 23 – Відмова у встановленні з’єднання в мережі з комутацією каналів

 

Техніка комутації каналів має свої переваги і недоліки. Переваги комутації каналів:

·       Постійна і відома швидкість передачі даних по встановленому між кінцевими вузлами каналу.

·       Низький і постійний рівень затримки передачі даних через мережу. Це дозволяє якісно передавати дані, чутливі до затримок (трафік реального часу) – голос, відео, різну технологічну інформацію.

Недоліки комутації каналів

·       Відмова мережі в обслуговуванні запиту на встановлення з’єднання. Така ситуація може скластися коли на деякій ділянці мережі потрібно встановити з’єднання вздовж каналу, через який вже проходить максимальна можлива кількість елементарних каналів.

·       Нераціональне використання пропускної спроможності фізичних каналів. Та частина пропускної спроможності, яка відводиться комутованому каналу після встановлення з’єднання, надається йому на весь час, тобто до тих пір, поки з’єднання не буде розірвано. Неможливість динамічного перерозподілу пропускної спроможності є принциповим обмеженням мережі з комутацією каналів.

·       Обов’язкова затримка перед передачею даних через фази встановлення з’єднання.

 

4.2 Комутація пакетів

 

Важливим принципом функціонування мереж з комутацією пакетів є представлення інформації, що передається по мережі, у вигляді структурно відділених один від одного порцій даних, які називаються пакетами.

Процедура формування пакету здійснюється за допомогою інкапсуляції даних (розглядали в курсі «Комп’ютерні мережі»), при якій дані на певному рівні доповнюються заголовками, закінченнями та іншою інформацію з протоколів вищого рівня OSI моделі.

Кожен пакет забезпечений заголовком (рис. 24), який містить адреси відправника та отримувача і іншу допоміжну інформацію (довжина поля даних, контрольна сума), необхідну для доставки пакету адресату. Наявність адреси в кожному пакеті є однією з найважливіших особливостей техніки комутації пакетів, так як кожен пакет може бути оброблений комутатором незалежно від інших пакетів, що складають мережевий трафік. Крім заголовка у пакета може бути ще одне додаткове поле, яке розміщується в кінці пакета і тому назване закінчення. У закінченні, зазвичай, поміщається контрольна сума, яка дозволяє перевірити, чи була спотворена інформація при передачі через мережу.

 

 

Рисунок 24 – Формування пакетів в мережах з комутацією пакетів

 

Залежно від конкретної реалізації технології комутації пакетів пакети можуть мати фіксовану або змінну довжину, крім того, може змінюватися склад інформації, розміщеної в заголовках пакетів. Наприклад, в технології ATM пакети (звані там комірки) мають фіксовану довжину, а в технології Ethernet встановлені лише мінімально і максимально можливі розміри пакетів (кадрів).

Пакети надходять в мережу без попереднього резервування ліній зв’язку і не з фіксованою заздалегідь заданою швидкістю, як це робиться в мережах з комутацією каналів, а в тому темпі, в якому їх генерує відправник. Передбачається, що мережа з комутацією пакетів, на відміну від мережі з комутацією каналів, завжди готова прийняти пакет від кінцевого вузла.

Як і в мережах з комутацією каналів, в мережах з комутацією пакетів для кожного потоку вручну або автоматично визначається маршрут, що зберігається на комутаторах (маршрутизаторах) у таблицях комутації (маршрутизації). Пакети, потрапляючи на комутатор, обробляються і надсилаються з того чи іншого маршруту на підставі інформації, що міститься в їх заголовках, а також в таблиці комутації.

Пакети, що належать одному або різним інформаційним потокам, при переміщенні по мережі можуть «перемішуватися» між собою, утворювати черги і навіть губитися на шляху проходження. На шляху пакетів можуть зустрічатися лінії зв’язку, що мають різну пропускну спроможність. В залежності від часу доби може сильно змінюватися і ступінь завантаженості ліній зв’язку. В таких умовах не виключені ситуації, коли пакети, що належать одному і тому ж потоку, можуть переміщатися по мережі з різними швидкостями і навіть прийти до місця призначення не в тому порядку, в якому вони були відправлені.

Поділ даних на пакети дозволяє передавати нерівномірний комп’ютерний трафік більш ефективно, ніж в мережах з комутацією каналів. Це пояснюється тим, що пульсації трафіку від окремих комп’ютерів носять випадковий характер і розподіляються в часі так, що їх піки найчастіше не збігаються. Тому коли лінія зв’язку передає трафік великої кількості кінцевих вузлів, в сумарному потоці пульсації згладжуються і пропускна спроможність лінії використовується більш раціонально, без тривалих простоїв.

Невизначеність і асинхронність переміщення даних в мережах з комутацією пакетів висуває особливі вимоги до роботи комутаторів в таких мережах. Головна відмінність пакетних комутаторів від комутаторів в мережах з комутацією каналів полягає в тому, що вони мають внутрішню буферну пам’ять для тимчасового зберігання пакетів.

Пакетний комутатор не може прийняти рішення про просування пакета, не маючи в своїй пам’яті всього пакету. Комутатор перевіряє контрольну суму, і лише після того як визначить, що дані пакета не спотворені, починає обробляти пакет і за адресою призначення визначає наступний комутатор. Тому кожен пакет послідовно біт за бітом поміщається у вхідний буфер.

Комутатору потрібні буфери для узгодження швидкостей передачі даних в лініях зв’язку, що під’єднанні до його інтерфейсів. Якщо швидкість надходження пакетів з однієї лінії зв’язку протягом деякого періоду перевищує пропускну спроможність тієї лінії зв’язку, в яку ці пакети повинні бути спрямовані, то щоб уникнути втрат пакетів на цільовому інтерфейсі необхідно організувати вихідну чергу. Буферизація необхідна пакетному комутатору також для узгодження швидкості надходження пакетів зі швидкістю їх комутації. Якщо комутуючий блок не встигає обробляти пакети (аналізувати заголовки і перекидати пакети на потрібний інтерфейс), то на інтерфейсах комутатора виникають вхідні черги.

Оскільки обсяг буферів пам’яті в комутаторах обмежений, іноді відбувається втрата пакетів через переповнення буферів при тимчасовому перевантаженні частини мережі, коли збігаються періоди пульсації декількох інформаційних потоків. Для мереж з комутацією пакетів втрата пакетів є звичайним явищем, і для компенсації таких втрат в даній технології передбачений ряд спеціальних механізмів.

Пакетний комутатор може працювати на основі одного з трьох методів просування пакетів:

·       датаграмна передача;

·       передача з встановленням логічного з’єднання; передача з встановленням віртуального каналу.

Датаграмний метод передачі даних базується на тому, що всі пакети просуваються (передаються від одного вузла мережі до іншого) незалежно один від одного на підставі одних і тих же правил.

Процедура обробки пакета визначається лише значеннями параметрів, які він містить у собі, і поточним станом мережі (наприклад, в залежності від її навантаження пакет може стояти в черзі на обслуговування більший чи менший час). Кожен окремий пакет розглядається мережею як абсолютно незалежна одиниця передачі – датаграма.

Рішення про просування пакета приймається на основі таблиці комутації, що ставить у відповідність адресам призначення пакетів інформацію, що однозначно визначає наступний за маршрутом транзитний (або кінцевий) вузол. В якості такої інформації можуть виступати ідентифікатори інтерфейсів даного комутатора або адреси вхідних інтерфейсів комутаторів, наступних за маршрутом.

Датаграмний метод працює швидко, так як ніяких попередніх дій перед відправкою даних проводити не потрібно. Однак, при такому методі важко перевірити факт доставки пакету вузлу призначення. Цей метод не гарантує доставку пакету, він робить це в міру можливості – для опису такої властивості використовується термін доставка по можливості (best effort).

Метод передачі із встановленням логічного з’єднання ґрунтується на процедурі погодження двома кінцевими вузлами мережі деяких параметрів процесу обміну пакетами. Параметри, про які домовляються два взаємодіючих вузла, називаються параметрами логічного з’єднання.

Наявність логічного з’єднання дозволяє більш раціонально в порівнянні з датаграмним методом обробляти пакети. Наприклад, при втраті декількох попередніх пакетів може бути знижена швидкість відправки наступних.

Коли відправник і одержувач фіксують початок нового з’єднання, вони, перш за все, «домовляються» про початкові значення параметрів процедури обміну і тільки після цього починають передачу даних.

Процедура встановлення з’єднання складається з трьох кроків:

1.  Вузол-ініціатор з’єднання відправляє вузлу-одержувачу службовий пакет з пропозицією встановити з’єднання.

2.  Якщо вузол-одержувач згоден з цим, то він посилає у відповідь інший службовий пакет, який підтверджує встановлення з’єднання і пропонує деякі параметри, які будуть використовуватися в рамках даного логічного з’єднання. Це можуть бути, наприклад, ідентифікатор з’єднання, кількість кадрів, які можна відправити без отримання підтвердження і т. п.

3.  Вузол-ініціатор з’єднання може закінчити процес встановлення з’єднання відправкою третього службового пакета, в якому повідомить, що запропоновані параметри йому підходять.

На відміну від передачі датаграмного типу, в якій підтримується тільки один тип кадру – інформаційний, передача із встановленням з’єднання повинна підтримувати як мінімум два типи кадрів – інформаційні кадри містять дані користувача, а службові призначені для встановлення (розриву) з’єднання.

Після того як з’єднання встановлено і всі параметри погоджені, кінцеві вузли починають передачу даних. Пакети даних обробляються комутаторами так само, як і при датаграмній передачі: з заголовків пакетів зчитуються адреси призначення і порівнюються із записами в таблицях комутації, що містять інформацію про наступні шляхи по маршруту. Так само як датаграми, пакети, що відносяться до одного логічного з’єднання, в деяких випадках (наприклад, при відмові лінії зв’язку) можуть доставлятися адресату за різними маршрутами. Однак передача з встановленням з’єднання має важливу відміну від датаграмної передачі, оскільки в ній крім обробки пакетів на комутаторах має місце додаткова обробка пакетів на кінцевих вузлах.

Після передачі деякого закінченого набору даних, наприклад певного файлу, вузол-відправник ініціює розрив даного логічного з’єднання, посилаючи відповідний службовий кадр.

Передача з встановленням логічного з’єднання надає більше можливостей в плані надійності та безпеки обміну даними, ніж датаграмна передача. Однак цей спосіб більш повільний, так як він використовує додаткові обчислювальні витрати на встановлення і підтримання логічного з’єднання.

Метод передачі із встановленням віртуального каналу базується окремому випадку логічного з’єднання, в число параметрів якого входить жорстко визначений для всіх пакетів маршрут. Тобто все пакети, що передаються в рамках даного з’єднання, повинні проходити по одному і тому ж закріпленому за цим з’єднанням маршруту.

Єдиний заздалегідь прокладений фіксований маршрут, який з’єднує кінцеві вузли в мережі з комутацією пакетів, називають віртуальним каналом (virtual circuit або virtual channel).

Віртуальні канали прокладаються для стійких інформаційних потоків. З метою виділення потоку даних із загального трафіку кожен пакет цього потоку позначається спеціальною міткою. Так само як в мережах із встановленням логічних з’єднань, прокладка віртуального каналу починається з відправки з вузла-джерела спеціального пакету-запиту на встановлення з’єднання. У запиті зазначаються адреса призначення і мітка потоку, для якого прокладається цей віртуальний канал. Запит, проходячи по мережі, формує новий запис в кожному з комутаторів, розташованих на шляху від відправника до одержувача. Запис говорить про те, яким чином комутатор повинен обслуговувати пакет, що має задану мітку. Утворений віртуальний канал ідентифікується тієї ж міткою.

Після прокладки віртуального каналу мережа може передавати по ньому відповідний потік даних. У всіх пакетах, які передають дані користувача, адреса призначення вже не вказується, її роль відіграє мітка віртуального каналу. При надходженні пакету на вхідний інтерфейс комутатор читає значення мітки з заголовку пакету і переглядає свою таблицю комутації, по якій визначає, на який вихідний порт передати пакет.

Таблиця комутації в мережах, що використовують віртуальні канали, відрізняється від таблиці комутації в датаграмних мережах. Вона містить записи тільки про віртуальні канали, що проходять через комутатор, а не про всі можливі адреси призначення, як це має місце в мережах з датаграмним алгоритмом просування.

В одній і тій же мережевій технології можуть бути задіяні різні способи просування даних. Так, датаграмний протокол IP використовується для передачі даних між різними мережами, складовими Інтернет. У той же час забезпеченням надійної доставки даних між кінцевими вузлами цієї мережі займається протокол TCP, що встановлює логічні з’єднання без фіксації маршруту. І нарешті, Інтернет – це приклад мережі, яка застосовує техніку віртуальних каналів, так як до складу Інтернету входить чимало мереж ATM і Frame Relay, що підтримують віртуальні канали.

Переваги мереж з комутацією пакетів:

·       Висока загальна пропускна здатність мережі при передачі пульсуючого трафіку.

·       Можливість динамічно перерозподіляти пропускну спроможність фізичних каналів зв’язку між абонентами відповідно до реальних потреб їх трафіку.

·       Недоліки мереж з комутацією пакетів:

·       Невизначеність швидкості передачі даних між абонентами мережі, обумовлена тим, що затримки в чергах буферів комутаторів мережі залежать від загального завантаження мережі.

·       Змінна величина затримки пакетів даних, яка може бути досить тривалою в моменти миттєвих перевантажень мережі. Можливі втрати даних через переповнення буферів.

 

4.3 Комутація каналів на основі методів FDM і WDM

 

Технологія частотного мультиплексування (FDM) була розроблена для телефонних мереж, але застосовується вона і для інших видів мереж, наприклад первинних мереж (мікрохвильові канали) або мереж кабельного телебачення.

Основна ідея цього методу полягає у виділенні кожному з’єднанню власного діапазону частот в загальній смузі пропускання лінії зв’язку. На основі цього діапазону створюється канал. Дані, що передаються в каналі, модулюються за допомогою одного з описаних раніше методів з використанням несучої частоти, що належить діапазону каналу. Мультиплексування виконується за допомогою зміщення частот, а демультиплексування – за допомогою вузькосмугового фільтру, ширина якого дорівнює ширині діапазону каналу.

Розглянемо особливості цього виду мультиплексування на прикладі телефонної мережі (рис. 4.4). На входи FDM-комутатора 1 надходять вихідні сигнали від абонентів телефонної мережі. Комутатор здійснює перенесення частоти кожного каналу в виділений каналу діапазон частот за рахунок модуляції нової несучої частоти, що належить цій смузі. Щоб низькочастотні складові сигналів різних каналів не змішувалися між собою, смуги роблять шириною в 4 кГц, а не в 3,1 кГц, залишаючи між ними проміжок в 900 Гц. У лінії зв’язку між двома FDM-комутаторами одночасно передаються сигнали всіх абонентських каналів, але кожен з них займає свою смугу частот. Такий канал називають ущільненим.

Вихідний FDM-комутатор 2 виділяє модульовані сигнали кожної несучої частоти і передає їх на відповідний вихідний канал, до якого безпосередньо підключений абонентський телефон. У мережах на основі FDM-комутації прийнято кілька рівнів ієрархії ущільнених каналів. Перший рівень ущільнення утворюють 12 абонентських каналів, що складають базову групу каналів, яка займає смугу частот шириною в 48 кГц із границями від 60 до 108 кГц (рис. 25). Другий рівень ущільнення утворюють 5 базових груп, що складають супергрупу, зі смугою частот шириною в 240 кГц і з границями від 312 до 552 кГц. Супергрупа передає дані 60 абонентських каналів тональної частоти. Десять супергруп утворюють головну групу, що використовується для зв’язку між комутаторами на великих відстанях. Головна група передає дані одночасно 600 абонентів і вимагає від каналу зв’язку смугу пропускання шириною 2520 кГц із границями від 564 до 3084 кГц.

 

Рисунок 25 – Частотне мультиплексування

 

FDM-комутатори можуть виконувати як динамічну, так і постійну комутацію. При динамічної комутації один абонент ініціює з’єднання з іншим абонентом, посилаючи в мережу номер абонента, що викликається. Комутатор динамічно виділяє даному абоненту одну з вільних смуг свого ущільненого каналу. При постійній комутації за абонентом смуга в 4 кГц закріплюється на тривалий термін шляхом налаштування комутатора адміністратором.

У методі хвильового мультиплексування (WDM) використовується той же принцип частотного розділення каналів, але тільки в іншій області електромагнітного спектра. Інформаційним сигналом є не електричний струм і не радіохвилі, а світло. Для організації WDM-каналів в волоконно-оптичному кабелі використовують хвилі інфрачервоного діапазону довжиною від 850 до 1565 нм, що відповідає частотам від 196 до 350 ТГц.

В системах WDM просторово розділені оптичні несучі різних довжин хвиль, які модулюються незалежними інформаційними сигналами за допомогою оптичних мультиплексорів, об’єднуються в один єдиний оптичний потік, який далі подається на оптичне волокно. На приймальній стороні використовується оптичний демультиплексор, який розділяє прийнятий оптичний пучок на спектральні складові, або оптичні канали.

У магістральному каналі зазвичай мультиплексується кілька спектральних каналів, причому, починаючи з 16 каналів, така техніка мультиплексування називається ущільненим хвильовим мультиплексуванням (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM).

Історично першими виникли двохволоконні WDM системи, що працюють на довжинах хвиль другого і третього вікон прозорості. Головною перевагою таких систем є те, що внаслідок великого спектрального рознесення повністю відсутній вплив каналів один на одного.

Сучасні WDM системи на основі стандартного частотного плану (ITU-T Rec. G.692) можна підрозділити на три групи:

·       грубі WDM (Coarse WDM – CWDM) – системи з шириною каналу не менше 200 ГГц, що дають змогу мультиплексувати не більше 16 каналів;

·       щільні WDM (Dense WDM – DWDM) – системи з шириною каналу не меншого 100 ГГц, що дають   змогу мультиплексувати   не   більше 32 каналів.

·       високощільні WDM (High Dense WDM – HDWDM) – системи з шириною каналів 50 Ггц і менше, що дають змогу мультиплексувати не менше 64 каналів.

По суті WDM – це реалізації ідеї частотного аналогового мультиплексування, але в іншій формі. Відмінність мереж WDM від мереж FDM полягає в граничних швидкостях передачі інформації. Якщо мережі FDM зазвичай забезпечують на магістральних каналах одночасну передачу до 600 розмов, що відповідає сумарній швидкості в 36 Мбіт/с (швидкість перерахована з розрахунку 64 Кбіт/с на одну розмова), то мережі DWDM забезпечують загальну пропускну здатність до сотень Гбіт/с і навіть кількох Тбіт/с.