现代通信网复习资料(第二章:传送网)

第二章：传送网

2.1 传输介质与复用方式

物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即：

• 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、 固定和锁定装置等等。
• 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
• 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
• 规程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

传输介质的选择考虑：

• 所传输的数据速率要求
• 实际通信的传输距离和抗干扰性能
• 具体的网络拓扑结构和应用场合的使用情况
• 线缆和线缆组件的成本
• 安装的灵活性和便捷性

传输介质:

• 双绞线：
  
  • 屏蔽双绞线
  • 无屏蔽双绞线
• 同轴电缆：
  
  • 50 欧同轴电缆
  • 75 欧 同轴电缆
• 光缆
• 无线介质：
  
  • 无线电
  • 微波
  • 红外线

多路复用技术：

1. 基带传输系统
   指在短距离内直接在传输介质上传输未经调制的模拟或数字基带信号的系统。
   只有双绞线可以直接传输基带信号。
   优点：线路设备简单；
   缺点：传输媒介的带宽利用率不高，不适于在长途线路上使用；
   使用范围：在传统电话用户线上或在局域网中使用。
2. 频分复用传输系统
   将多路信号经过高频载波信号调制在同一介质上传输。
   要求每路信号要调制到不同的载波频段上，而且各频段之间要保持一定的间隔。
   缺点：需要模拟的调制解调设备，成本高且体积大，难以集成，稳定度不高。
   使用范围：主要用于微波链路和铜线介质上。
   

3. 时分复用传输系统
   将模拟信号经过PCM(Pulse Code Modulation)调制后变为数字信号，然后进行时分多路复用的技术。
   优点：差错率低，安全性好，数字电路的高集成度，更高的带宽利用率。
   目前传输体系：准同步数字体系PDH和同步数字体系SDH。

4. 波分复用传输系统
   指在光纤上采用WDM(Wavelength Division Multiplexing)技术的系统。
   WDM－－本质上是光域上的频分复用(FDM)技术。
   将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，每一信道占用不同的光波频率(或波长)。在发送端，采用波分复用器(合波器)将不同波长的光载波信号复用；在接收端，由波分复用器(分波器)将不同的波长光载波信号分离。

   • 粗波分复用(Coarse WDM)：通常一路光载波信号占用一个波长窗口，波长之间间隔很大。
   • 密集波分复用(Dense WDM)：目前只在1550 nm窗口传送多路光载波信号，相邻波长间隔比较窄。

2.2 面向电路型的传送网

PDH系统

简介：PDH(Psynchronous Digital Hierarchy): 准同步数字序列

• 缺点：
  
  • 标准不统一，存在三种标准，且互不兼容；
  • 面向点到点的传输，组网的灵活性不够；
  • 低阶支路信号上、下电路复杂，需要逐次复用、解复用；
  • 帧结构中缺乏足够的冗余信息用于传输网的监视、维护和管理。
• 帧结构:
  一帧由32个时隙组成，每个用户占一个指定时隙(TS：Time Slot)来传送8位码组，重复周期为125 μs(8000次/秒), 因此一次群的传输速率为32×8×8000=2048 kbit/s

SDH传送网

简介：ITU-T 以美国标准 SONET 为基础，制订出国际标准同步数字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。
SDH是独立于设备制造商的NNI间的数字传输体制接口标准(光、电接口)。

• 使用范围：主要用于光纤传输系统。
• 设计目标：定义一种技术，通过同步的、灵活的光传送体系来运载各种不同速率的数字信号。
• 内容：包括传输速率、接口参数、复用方式和高速SDH传送网的OAM。

SDH的四个优点：

• 标准统一的光接口和兼容性
• 采用同步复用和灵活的复用映射结构
• 强大的网管功能
• 高效的自愈功能

帧结构：

整体结构

SDH帧结构与PDH一样，以125μs为帧同步周期，并采用了字节间插、指针、虚容器等关键技术。
以STM-1为例，其帧格式为由9行、270列字节组成，是以字节为单位的块状结构。
高阶信号均以STM-1为基础，采用字节间插的方式形成，STM-N则由9行、270×N列字节组成。
STM-N帧的传送方式以行为单位，自左向右，自上而下依次发送。

STM帧组成结构

段开销SOH (Section Overhead)：用于SDH传输网的运行、维护、管理和指配(OAM&P)。
再生段开销(Regenerator SOH)：位于SOH区的1～3行
复用段开销(Multiplexor SOH)：位于SOH区的5～9行
STM净负荷：存放各种业务信息，也包含少量的通道开销POH (Path Overhead)。
管理单元指针AU-PTR：用于指示STM净负荷中的第一个字节在STM-N帧内的起始位置。位于RSOH和MSOH之间，即STM帧第4行的1～9列。

虚容器VC

虚容器VC：
可承载不同信息类型。任何上层业务信息必须先装入VC，然后才能装入STM净负荷区，通过SDH网络传输。
通道：传送VC的实体。
VC组成结构：
信息净负荷(Container)：存放业务信息。
通道开销(POH)：用于通道管理。便于定位VC中业务信息净负荷、通道的插入和提取，以VC为单位进行同步复用和交叉连接。
VC分为高阶VC(VC-3，VC-4)和低阶VC(VC-2，VC-11，VC-12)。
VC中的字节在STM帧中并不是连续存放的；
一个VC可以在多个相邻的帧中存放。

SDH的复用映射结构

信号复用的步骤：

• 映射(Mapping)：在SDH网的入口处，将各种支路信号通过增加调整比特和POH适配进VC。
• 定位(Aligning)：利用POH进行支路信号的频差相位的调整，定位VC中的第一个字节。
• 复用(Multiplexing)：将多个低阶通道层信号适配进高阶通道层或将多个高阶通道层信号适配进复用段的过程，复用以字节间插方式完成

2.3 SDH的发展—MSTP技术

产生背景：

• 城域网中大量的SDH成熟设备和网络架构的存在尽量降低网络改造成本、充分利用现有网络资源和网络技术
• 平稳过渡实现城域网络的宽带IP化
• 融合语音、IP与以太网技术，具备各类数据接口并集合ADM与DXC功能一体的基于SDH的多业务传送平台(MSTP：Multi-Service Transport Platform)由此应用而生。

MSTP设备模型

MSTP设备基于SDH技术，将分插复用器ADM、数字交叉连接器DXC、IP路由器和波分复用设备集成在一起，统一由综合网管平台进行管理和维护。

相关协议

• 链路层协议——通用成帧规程(GFP：Generic Framing Protocol，G.7041建议)
  通过GFP实现IP over SDH支持的映射过程，完成对以太网数据包的封装和帧定界，有效减少定位字节开销，传输内容透明化
  实现对不同拓扑结构的支持，并提供服务等级划分，从而可以进行有效的带宽控制功能。
• VC级联与虚级联技术
  级联和虚级联概念在ITU-T G.707中定义，利用VC级联和虚级联技术可以实现以太网带宽向SDH通道的速率适配，灵活有效的提高各种粒度的传输带宽配置，实现对可用传输带宽的充分利用。
• LCAS协议
  LCAS协议在ITU-T G.7042中定义，是一个双向协议，通过6种状态控制包在收、发节点的实时交换，配合虚级联技术完成动态加入新VC级联通道和失效VC级联通道的处理，满足突发带宽的需求，保障正常带宽的可靠传输。
• MSTP网络结构
  

2.4 光 传 送 网

技术背景:20世纪90年代以来，SDH/SONet成为传送网络主要的底层技术。

优点：

• 大颗粒的带宽复用、交叉和配置。
• 多种客户信号封装和透明传输。
• 强大的开销和维护管理能力。
• 组网和保护能力增强。

缺点：

• 面向话音业务优化设计，采用严格的TDM技术方案，对于突发性很强的数据业务，带宽利用率不高。

SDH/SONet系统解决带宽增长需求的手段：

• 埋设更多的光纤；
• 采用TDM技术。

下一代网络NGN是面向数据，基于分组技术的，因此设计出了基于DWDM技术的OTN。

OTN与SDH/SONet传送网

• 主要差异：
  
  • 复用技术不同
• 相似之处：
  
  • 都是面向连接的物理网络，网络上层的管理和生存性策略也大同小异

OTN的分层结构

OTN是在在传统SDH网络中引入光层发展而来的。
光层负责传送电层适配到物理媒介层的信息。
ITU-T G.872建议中，光层分为：

• 光信道层(OCh：Optical Channel Layer)
• 光复用段层(OMS：Optical Multiplexing Section Layer)
• 光传输段层(OTS：Optical Transmission Section Layer)
  

OTN的网络结构

实现光网络的关键：在OTN节点实现信号在全光域的交换、复用和选路。
OTN的网络节点有两类：

• 光分插复用器（OADM）
  在光域实现传统SDH中的SADM在时域中实现的功能。
  可以从传输设备中有选择地下路(Drop)去往本地的光信号，同时上路(Add)本地用户发往其他用户的光信号。
• 光交叉连接器（ OXC）
  与传统SDH中的SDXC在时域中实现的功能类似。
  不同点：OXC在光域上直接实现了光信号的交叉连接，路由选择，网络恢复等功能。

面向分组型的传送网

PTN产生背景

PTN: 分组传送网(PTN：Packet Transport Network)技术

主要代表技术包括运营商骨干传送(PBT：Provider Backbone Transport)和传送多协议标签交换(T-MPLS：Transport-MPLS)。

PTN的定义和分层结构

PTN是新一代基于分组的、面向连接的多业务统一传送技术，其融合了现有光传送网络架构，主要针对分组业务的流量突发特性和统计复用的传送需求而设计，在高层IP业务和底层光纤媒质之间设置了一个层面，实现基于分组交换的多业务传送平台。