大话传输网.docx
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大话传输网
记得我当初刚参加工作时有一个关于技术学习的很大的困惑：
按说我也是一个好学上进的好孩子，在办公室搜集了很多通信技术资料、书籍、设计文件拿回宿舍看,可是每次一看起来就觉得非常晦涩难懂，看上几页就昏昏欲睡，然后每次睡醒了继续看，就这样看了又睡、睡了又看之间徘徊、忍受、坚持了一段时间后，收效甚微，充其量也就是达到一些专业术语眼熟的水平，后来经过我详细的分析，学习效果不好的原因可能是睡觉时间占比偏高。
直到数年前,网上很火的《大话通信》系列丛书让我如获至宝，醍醐灌顶,可是本人是传输专业，作为一个一直在技术门槛之外徘徊了十几年的通信人，一直翘首期盼着《大话通信之传送网》的诞生，但多年过去，连个发布会也没有盼来。
于是冒出一个激进的想法，自己试着写一点？
大话传送网这个标题，分"大话”和”传送网“两部分，传送网？
哎,说多了都是眼泪，但一个门外汉能有这个勇气着实可嘉，好在大话这部分，作为一个浪迹职场十数年的资深忽悠，问题不大。
本文旨在通过深入浅出的介绍，让初入传输的不幸的小白们能够迅速晋升至小白+，本人主要负责浅出部分,深入部分不行就问度娘，同时也希望专家们能够不遗余力的拍砖，只要拍不死，我就继续修改完善，发出我的光和热.
本文就不从古代烽火台、八百里加急讲起了，本人历史一直是60分以下水平，说多了怕露怯,咱们就从光通信的开始-—PDH讲起。
闲言少叙。
传送网是什么
传送网是什么,这个问题不同的人会有不同的答案，可能有人会直观的理解传送网=传输设备+线路，或者是很多环和链等等，这个问题并没有标准答案，但作为一个刚刚进入这个领域的人，脑子里需要有个相对靠谱的理解.
如果把信息比作货物，传送网就是一张物流网。
物流网承载的是各个企业、个人之间的业务往来，传送网承载的是各个业务网的信息往来。
固话、移动、宽带、数据、软交换、大客户等等都是靠传送网实现网元间的信息交互的,也就是说，我们之所以可以远距离的打电话、发短信、互联网上交流、看IP电视等，都是基于这张庞大而又复杂的传送网实现的。
传送网将遍布全球的业务层面的孤岛联成了固定电话网、移动通信网、宽带互联网，套用一句熟悉的广告词，我们不生产信息，我们只是通信系统的搬运工。
在我看来，传送网就是远距离传送信息的可靠的网络。
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为什么说远距离呢，你要给你的办公室的同事或者邻居一个东西,就没必要叫快递公司。
同样，信息的传递也不是处处都需要传送网,一般机房内的各种互联就可以直接对接，网线和2M同轴电缆可以传100米左右,有的设备配置单模光模块也可以传个十几甚至几十公里,但是几百公里甚至几千公里呢？
远和近没有绝对的界限，只要是业务网鞭长莫及的，就要交给传送网了。
另外一方面就是容量，业务侧通过光纤直连在一定距离内固然可以实现，但是这么多专业都光纤直连,势必要消耗大量的光缆纤芯,付出的建设成本会很高.这就好比大家都不通过快递公司，而是自己开车、坐火车或飞机去送货，那肯定不是十几块钱能搞定的。
传送网可以达到一对纤芯承载8T甚至更高的业务，传送效率越高就意味着单比特的传送成本越低，正所谓“因为专注，所以专业”。
再者就是安全，你货物交给快递肯定不希望弄丢了，传送网也必须要保证信息传递的安全性和准确性，需要提供各种容错机制、保护倒换作为安全性的保障。
其实传送网各种技术发展了几十年至今，无非就是这几个关键点：
容量、安全、长距离.
1.1 支路到线路的复用
我们要通过快递寄东西，要先找来快递员填单子，将东西交给快递公司.业务网通过传送网承载业务，业务网和传送网设备之间也需要一个接口。
快递寄东西,信封和包装箱有相应的尺寸规格，业务网和传送网的接口也需要有一个标准，这个标准包含了接口的形状尺寸、电平值、速率、帧结构等.
如果尺寸不一致接头根本都塞不进去就更谈不上传送；电平值定义一致是为了接收端知道你发的电平值是代表0还是1，就像古代的摔杯为号，都是事先商量好的,旁人根本傻傻搞不清楚;而速率一致才能保证一字不漏的接收信息；帧结构是规定了这一长串序列的哪几个比特是表示什么信息，就像用标点符号来断句一样.总之，想要通过传送网传递信号,就要遵循这个标准,否则就是驴唇不对马嘴。
还记得数年前，大家手机没电了要借充电器都是这样问：
谁手机是诺基亚的，充电器借我用用，即使同一品牌,接口也不尽相同.现在基本安卓系统的手机就不存在这个问题，因为大家接口形状大小、充电电压都相同，这就是标准。
标准统一可以实现多厂家互通,形成良性的市场竞争，避免垄断局面。
我们知道，传送网传递的是业务侧的0和1组成的码流，那么收发两端就需要这些码流以双方约定好的规则发送。
传送网的发展从PDH到MSTP二十多年来，说起业务侧接口提起最多的就是E1，所以我们先来了解一下E1.
E1是PCM（脉冲编码调制）标准的一部分（日本、北美采用T1,速率1。
544M），那么E1到底是什么呢?
早期的固定电话网的语音信号每路是64K，E1就是为传送64K语音信号而生的的接口，一个E1可以容纳32路64K，那么E1的速率就是32＊64k=2.048Mbit/s,就是我们常说的2M。
1路E1里的32路64k时隙中包含了30路语音信号、1路同步信号和1路信令。
语音信号的64K是如何得来的，在大学通信原理中都讲过。
根据奈奎斯特定律对语音信号进行每秒8000次的抽样就可以清晰的还原出语音信号,每次抽样的电平值用1个字节（8bit）表示，每路语音信号的速率就是8K*8bit/s=64kbit/s。
E1有3种用法:
一种是成复帧，用于时隙16传送随路信令的情况，16个E1的第16时隙组合起来才能传送完整的30个话路的信令，所以要捆绑起来用。
一种是信道化的E1，就是时隙16不传送信令，除时隙0之外其余31个时隙用来传送信息.
一种是非信道化的E1，就是整个E1用来封装数据（如以太网），不区分32个时隙.
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最初E1是因固定语音业务需求而生,后来这个E1也就成了传送网的接口标准之一。
现如今，所有需要通过传送网传送的低速率业务，就需要遵循这个标准，如GSM、3G语音采用其他编码方式,速率也不是每路64k，但接口都是沿用E1，其他非语音的低速信号也统统沿用这个接口。
这就像我们很熟悉的5号电池,直径14mm，高度49mm,我们不需要知道为什么是这个尺寸,是谁规定了这个尺寸,我们只知道生产厂家不按照这个尺寸生产，就一定卖不出去，这就是标准.
有了E1接口，语音业务可以接入到传送网中，可接下来业务怎么传递到目的地呢？
快递公司每收一个货物,会不会装上车就直接开往目的地?
当然不会，那样和我们自己开车去送没什么区别,传送网就失去了他的意义.快递公司一定会把货物集中到一起，按照目的地分别装到大的货车中传送，这样高昂的运费分摊到每一个小包裹上就很少，成本就降下来了。
传送网需要在站点间建立一个可以传送多路业务信号的大的通道，这个通道一定比业务信号的带宽要大很多。
对于传送网来说，业务接入（收发快递）叫做支路侧，站点间传送通道（物流运输）叫做线路侧，有了线路侧把站点之间连接起来,才能称之为网络。
把很多货物放到一个车厢里运输在传送网里有个专业的词,叫做复用,复用就是若干路信号合并到一起传送的过程.
下图就是一个最简单的传送网示意图，在两个站点之间建立一个8M的线路侧通道，可以容纳4个E1业务，站点间的2个E1业务通过线路侧的通道传送，其余两个E1作为冗余，可以计算出这个8M的带宽利用率为50％。
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上图中,支路信号通过“时分复用”的方式装载到线路通道当中,这里有必要介绍一下各种复用方式:
空分复用、时分复用、频分复用、码分复用。
我们打个比方，在一个房间里有四个人,两两成对的同时一对一交流，他们互相之间有会干扰，为了解决这个问题提高交流的效率，目前有以下几种办法：
空分复用：
这个简单，让四个人分到两个房间里去对话,空间分离了，自然干扰就消除了，你走你的阳关道，我过我的独木桥。
对于传送网来说，新建一个传输系统来提高容量就是空分复用。
时分复用：
就是两组快速轮流说话。
原本每组说一句话用1秒钟，现在改为每个组说0。
5秒后换另一个组说,这样两组说话的时间互相不重叠,就像把时间切成一片片的分给大家使用，达到了快速传递信息消除干扰的目的。
时分复用的等级越高，就需要说话的速度越快，就像中国好声音主持人华少那样。
传送网的速率升级就是提高时分复用的等级，从2M到8M，信号传送的时间不变,只是每个bit信号占有的时间窗口缩短到原来的1/4。
频分复用：
让两组分两个声部去说，就像女高音和男低音一同演唱那样，两组各自锁定收听各自的声部，由于声音之间差别较大易于分辨,也能达到消除干扰的效果。
频分复用在生活中最常见的就是收音机，不同调频的节目都在空气中传播，我们通过调整收音机接收的频率去切换频道,只要频率保持一定的间隔，就不会收到其他频道的节目。
传送网的波分复用就是让信号调制成不同的波长在一根光纤中传送，我们物理课都学过波长和频率是成反比的，波长不同就是频率不同，这实际上就是光纤内的频分复用。
码分复用：
大家都有这样的经验，我们在聊天的时候,如果旁边有其他人说汉语，我们一定会觉得受打扰，但是如果旁边的人在说法语，而我们又不懂法语的话，旁边人说话对我们的干扰一定小很多，就当是背景噪声了。
码分复用就是利用这个原理，让两组人分别用汉语和法语说话.码分复用在无线专业中听到的比较多，在传送网专业也有对应的OCDMA（光码分多址）的研究，但目前尚无应用。
了解了支路到线路的复用，那么接下来的问题是,支路侧和线路侧采用什么速率接口，支路侧接信号如何复用到线路接口中传送,我们又去怎样监控系统的工作状态等等，解决这些问题的方法需要一个完整的技术体系，比如我们接下来要说的PDH和SDH。
1.2 PDH准同步数字体系
拿我们平时常用的交通工具来说，小汽车、中巴、大巴等等，这些交通工具提供的载客量是不尽相同的，但是也还是要有一定的规律可循，比如7座以下的小型车,一般就是2座（跑车）、5座（小型车）和7座（商务车）。
关于这个问题在行业内一定是有一定的规定或共识，遵循这个规定的基础上可以适当发挥,但是不可能乱来，而这些规定就是一个体系。
传送网也一样，把E1当做一个乘客来看,那么采用什么规格的线路侧接口（车厢）的容量就需要一个共识，如果A厂家的接口支持10、40、160路E1,B厂家支持16、64、256路，C厂家又……这里面帧结构的定义就更是百花齐放，光模块种类也是五花八门,互通就不要想了，估计搞网络建设就一个头三个大，这里的必要性就不多说了.
言归正传，PDH作为第一代光通信的标准，规定了一系列的速率等级，和等级间复用的方法，PDH在全世界范围有两大体系三个标准，本文仅针对我国采用的欧洲系列简要介绍:
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在PDH里各速率等级称为一次群、二次群……,我国采用的体系中，高次群和低次群容纳E1数量是4倍的关系，通俗点说，4个E1（一次群）被装到8M（二次群）里，4个8M被装到34M（三次群）里，依次类推……
可是为什么各次群速率不是严格的4倍关系呢?
因为低次群要复用成高次群之前，首先要经过码速调整.由于货物大小略有偏差,箱子的尺寸就要足够大,大于所有货物，那么当货物尺寸小于箱子的时候就要塞一些泡沫填充物。
码速调整就是让各路准同步的信号变成完全同步，就是将标称速率2.048Mb/s但是有一定速率偏差的信号调整到2。
112Mb/s。
同步就是网元之间采用完全相同的速率，步调严格一致，你发第1比特的时候我根据时钟信号就知道收第1比特，就像大家7点准时收看新闻联播,7点半看天气预报一样，风雨无阻，年复一年。
而准同步就是基本上同步,跟严格同步相比允许偏差那么一点点。
我们打电话就要求网络是同步的，否则我这边说话等了几秒钟你那边才听到,那通话就没办法进行下去，而互联网的业务就不要求同步,我们发了邮件可能由于网络这时比较繁忙，经过一定的延时对方才收到是可以被理解和忍受的。
同步之后，低次群采用按位复用的方法形成高次群。
什么叫按位复用，比方需要对4路信号进行复用,4路中中每路取1个bit组成第一个4bit的序列，然后取每路第2个bit，如此循环下去。
如果是每路信号取8bit就是按字节复用，每路信号取完整的一帧就是按帧复用。
下图简单展示4路一次群按位复用成二次群的过程。
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这里需要解释一下，线路侧和支路侧接口的区分是根据接口功能来区分的,和速率没有必然的对应关系，比如线路侧采用二次群，支路侧一次群,也可以线路侧四次群，支路侧三次群，总之线路侧的速率要大于支路侧。
遵循PDH规定这些速率等级，我们就可以搭建一张PDH传送网了。
比如可以采用二次群（8M）作为线路侧，采用一次群（2M）作为支路侧,组成一个系统容量为8M的传送网,如下图所示：
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从图中我们可以看出，PDH设备是成对组网，一对设备组成一个点到点的链型系统.在需要同时连接多个方向的站点时，同机房需要放置多端设备（红色方框内是同一站点设备），设备间的电路转接需要靠支路口之间通过线缆互联实现。
为什么PDH是成对的呢?
这一点有必要详细的解释一下，因为后面的密集波分复用系统（DWDM）也是成对的点到点组网，理解了PDH的特点,后面PDH和SDH的区别以及DWDM和OTN的区别都不难掌握。
PDH设备实现的就是一个简单的复用和解复用的功能,只能将4路2M复用成1路8M，将1路8M解复用成2M。
如果需要往下一个站点传送，就需要另一个设备将信号再复用。
在传送网这样的设备叫做TM（终端复用器），TM只有一个线路侧的接口，所以一个站点有多少个光方向,就需要有多少个PDH设备.
与TM相对应的是ADM（分插复用器），ADM可以支持多个光方向,所以一个SDH的站点无论有几个光方向都只需要一端SDH设备。
多个方向的电路解复用之后，可以通过交叉矩阵互相调度。
交叉是一个节点技术，就相当于物流调度站有一个智能的自动调度系统,将货物搬来搬去，而没有这个交叉功能就需要把所有的车货物全部卸下来,堆在地上，一些工人去进行手动的分拣，效率自然很低.支持交叉功能的站点省去了业务跳接复杂的物理连线，物理连线要靠人工完成，而交叉矩阵的电路调度可以在网管上操作,省去了人力成本。
其实对于语音侧接口已经逐步IP化的今天来说，PDH各次群之间如何复用我们可以不必过多详细的去了解，我们只要关注一下PDH的几个特点,从而明白为什么PDH会被SDH替代就可以了：
1， 准同步就是基本差不多同步,为什么要说“准"呢,就是各个网元的时钟没有严格的统一，虽然标称的速率一致，但是总会有小范围的误差，进行高次群复用之前要通过码速调整使信号完全同步，再进行同步复用;
PDH低次群需要逐级的复用成高次群，就是说支路信号是一次群时线路只能复用成二次群，无法直接复用成三次或四次群，如下图所示，想要复用成更高的群,需要多个背靠背的复用解复用设备，那场面是相当的壮观。
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原因是这些低次群和高次群之间不是严格的N倍关系，中间插入的码元需要逐级的取出还原信号.就好像大箱子里面凌乱的摆放着小箱子,需要一层一层打开才知道具体的位置：
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2， PDH只支持点到点的网络，无法形成环路保护；
3, PDH中的开销字节非常少，很多复杂的监控、管理功能都无法实现。
4， PDH没有全世界统一的标准,系统间互通困难；
5, PDH实际应用到四次群，系统速率偏低。
可能有人会说，为什么不一开始就制定一个很强大全面的同步系统呢，这就像我们不可能一毕业就买个奔驰宝马海景大别墅一样，技术发展也是一步一步来的，有了前面的技术和经验的积累，才能使技术向前发展。
本帖最后由小雨哥于2015-3—3012：
07编辑
1。
3 SDH同步数字体系
还记得上学的时候老师讲，想当年啊，别的国家的PDH发展到了四次群，只有我们国家研究到五次群！
俺们心中顿时油然而生一种民族自豪感，紧接着老师说——因为其他国家已经开始发展SDH了。
哎，时间过得真快，现如今，SDH这个纵横江湖20来年的神一样的技术终于也要淡出历史舞台了。
下面我们开始介绍SDH,首先照搬一个标准的定义.
SDH（同步数字体系）定义:
根据ITU-T的建议定义，是不同速度的数位信号的传输提供相应等级的信息结构，包括复用方法和映射方法，以及相关的同步方法组成的一个技术体制。
SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM－N。
这里提到一个词”映射”,”映射"就像把你要邮寄的货物装到快递公司提供的箱子里，“相应等级”就是看你的货物大小决定给你什么规格的箱子。
对于SDH来说“映射”就是将业务信号装载到各种规格容器中,SDH提供多种“C容器”来装载各种速率的信号，例如将E1装到C12中，将140MPDH信号装到C4中。
SDH的信息等级STM-N就和PDH中的各次群的概念一样，SDH的STM-N的速率对应如下图所示,STM-1、STM-4、STM—16、STM—64、STM-256这些速率等级是严格的4倍的关系。
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SDH与PDH相比较，有以下几个优点:
1、 严格同步的系统，在STM-N中可以直接上下低速信号,节省大量背靠背设备。
2、 统一的标准方便互通，不同国家、运营商之间可以直接对接,不同厂家设备之间也可以混合组网。
3、 单光口系统速率高达10Gb/s，容量比PDH有了大幅提高。
4、 丰富的开销字节能够实现强大的网管能力,可以对STM—N、STM-1、VC12等不同等级的颗粒实现全面的监控.
5、 具有环网自愈保护能力,在具备两条不同路由的光缆的前提下，可以在发生故障时业务自动倒换到备用路由，保证业务不会中断，网络安全性高。
SDH分层结构
不管是SDH还是OSI七层协议模型，业务都是从上层逐渐打包层层封装交到下层处理，直到最底层后在物理链路上传送。
分层的处理信息可以将各部分的功能模块化，每一个模块需要扩展、更改的时候不至于牵一发而动全身，比如我们的电脑,硬盘和内存不够都可以单独扩容，而不会因为硬盘不够大了去更换一台电脑。
对于SDH而言，从小的通道逐层封装到大的STM-N，依次经历了通道层、复用段层、再生段层。
这个概念可能比较抽象，那我们来
举个例子：
从北京途经石家庄发往郑州、西安、兰州、重庆、呼和浩特的一个货物集装箱，装箱的过程是这样的：
每个货物被分别装在了一个个的纸箱里。
若干个纸箱被贴上标签装到木箱里，若干个木箱贴上标签后再装到集装箱里,如此这个层层包装的过程就分为“纸箱层"、“木箱层”、“集装箱层”。
那么货物在每个中转站、调度站时是怎样打开箱子、检查标签、分发货物的呢？
石家庄中转站：
货车途经石家庄中转站的时候，石家庄只负责检查一下“集装箱层“的标签以及集装箱有无破损，确认后继续上路发往郑州,石家庄就不处理“木箱层”和“纸箱层”.
郑州调度站：
郑州方面由于有接收的货物，需要将集装箱打开，查看“木箱层”标签后，取出郑州站对应的木箱，打开木箱子查看“纸箱层”标签,取出目的地是郑州的纸箱，然后再将郑州发出的纸箱贴标签，和木箱中原来其他纸箱一起再装回木箱，再装回集装箱，发往下一站——西安.
西安调度站：
西安是一个大的货物调度中心，但是不收发货物,所以只要打开集装箱查看“木箱层"标签，将木箱子按照目的地分别装到发往重庆、兰州、呼和浩特的车上即可。
但如果货物不是整木箱的发往一个目的地,西安站就需要对木箱内的货物进行整合，那么西安也需要查看纸箱的标签，进行取出重新装木箱.
以上的例子中，所有站点都处理了“集装箱层”标签，西安处理了“集装箱层"和“木箱层”标签，郑州站处理了全部三个层的标签。
从下图可以看出,在每个站点红色的方框是被打开检查、读写的相应层面的标签（开销）。
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现在我们可以很容易的理解，SDH从下到上分为再生段层、复用段层、通道层,分别对应的颗粒为STM-N、STM-1、E1通道。
再生段层就是对信号进行整形放大，不进行其他处理；复用段层就是需要打开STM-N，对里面的STM—1进行重新组合。
通道层就是要把业务通道终结落地.再生段对应于每两个站点之间,复用段对应于有业务上下的站点之间,通道对应于一条业务的两个端点。
1.4 SDH帧结构和开销
要了解SDH的工作原理,知其所以然，就有必要大致了解一下SDHSTM-N的帧结构,首先有必要介绍帧结构是一个什么东西：
设备间在发送数据的时候，双方会按某种协议约定一个发送的顺序，每一部分有约定好的意义。
对于SDH而言，哪些字节告诉你这一帧的起点在哪里（定帧字节）,哪些字节告诉你这整个一帧的工作状态或者里面某一通道的工作状态（开销），哪些字节告诉你这里面有没有比特串位（指针），哪些字节是真正要发送给你的数据（净荷），这几个就是SDH帧的组成部分。
对于接收端来说，也要按照这个标准去接收分析，才能将这一个长长的序列拆分开,能看懂里面的每一部分内容。
就像我们的手机号码，+861XXXXXXXXXX,前面+86代表国家，后面3位代表运营商，再后面4位代表地区,最后4位是卡的编号，利用这个规则,通过归属地查询软件就能够告诉我们这个号码是北京移动的或者上海联通的。
再比如以太网帧，要先发几个比特代表我这一帧开始（帧头），然后告诉你我是谁、我要找谁（源宿地址）,后面是长度，告诉你我这一帧有多长,你就知道收多少个bit结束，然后就是数据净荷，最后是提供一个序列让你计算是否有误码（校验）.每一种协议有自己的工作方法，就有了自己相应的帧结构的组成部分。
下面我们看一下SDH的块状帧结构,之所以是块状帧，只是为了理解和分析方便，实际上传送的时候也是一个长长的序列，按照先行后列的顺序一行一行的传送.
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SDH帧包含了RSOH、MSOH、POH、AUPTR、净荷几部分，每部分的作用如下：
再生段开销（RSOH）—对STM-N整体信号进行监控;
复用段开销（MSOH）—对STM-N中的每一个STM-1信号进行监控；
指针（AUPTR）—对帧的微量偏移进行校正；
POH（通道开销）-对STM-1中的VC12等通道进行监控.
对于中继站点，仅对于STM—N的整体进行放大再生，所以只需要读写再生段开销（RSOH），没有必要打开帧查看每一个STM-1。
而在业务有上下的站点需要根据上下业务的颗粒将STM-N拆成STM-1或者E1，查看读写STM-1工作状态对应复用段开销（MSOH）或E1对应的通道开销（POH）进行业务的交叉，但是对于其他站点的业务（通道）没有必要查看。
通道开销（POH）仅在该业务需要调度的站点和源宿两端进行读写.
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