大话传送网.docx
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第一章 传送网是什么
1.1、支路到线路的复用
1.2、PDH准同步数字体系
1.3、SDH同步数字体系
1.4、SDH帧结构和开销
1.5、SDH复用和交叉
1.6、SDH设备组成及参数
1.7、SDH保护和组网
1.8、MSTP多业务传送平台
1.9、传输距离计算
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。
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。
（业务网：
为接入用户提供一种或几种业务的网络，如
电话网、传真网、数据网等。
）
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，需要将16帧的第16时隙组合起来
才能传送完整的信令，所以要16帧捆绑起来用。
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。
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%。
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。
（c=λf）
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。
（即编码不同）
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。
1.5、SDH复用和交叉
前文多次提到了映射（装箱子）、复用（小箱子装入大箱子），这个过程是如何实现的
呢？
SDH规定了一系列的映射复用的方式，下图是我国使用的方式的示意图。
图中的各个单元对应如下：
C：
容器，VC：
虚荣器，TU：
支路单元，TUG：
支路单元组，AU：
管理单元，AUG：
管理单元组。
在这里我们对于E1封装到STM-1的过程进行简单的说明，目的是大概了解这个过程的原理，毕竟我们不是搞开发的人员。
还是把E1当做一个货物来看待，首先SDH提供一个叫做C12的箱子，这个箱子尺寸
（速率）略大于E1，E1装入C12时要塞一些泡沫固定（码速调整），C12贴上标签（通道开销）之后形成了带标签的箱子（VC12）。
VC12被绳子绑在了固定的位置（指针定位）之后形成TU12。
3个TU12组合在一起（复用）形成了TUG2，7个TUG-2组合在一起（复用）形成了TUG3，3个TUG3又组合（复用）在一起装在了一个叫做C4的大的箱子里，C4贴上
标签（通道开销）后形成VC4,VC4又被绳子固定（指针定位）后形成AU4，AU4加上车头
（SOH）后最终形成了货车（STM-1）。
N辆货车（STM-1）组成了长长的车队（STM-N）。
其他速率的信号复用的过程也大致类似，无非就是装箱（码速调整）、贴标签（通道开
销）、绑定位置（指针定位）、组合（复用）、加车头（段开销）几个过程，从复用的路线图中都容易去理解。
SDH可以提供多种容器，包括C12、C3、C4，支路侧可以支持E1、34M、45M、140M的
PDH信号，同时STM-N也可以作为支路业务，如果线路侧速率是STM-M，支路侧速率是
STM-N，只要M大于N就可以。
这里SDH的复用是采用字节间插的方式，和PDH的按bit间插有所区别。
字节间插可以
一定程度保证信号的完整性，但需要的缓存要大一些。
特别需要说明的是，在这些容器中，VC（虚容器）是我们工作中最耳熟能详的一个，因
为VC是作为一个独立的单元被调度（交叉）的，从我们举的装车的例子也容易理解，被贴
上了标签的箱子作为调度、运输的基本单元被搬来搬去，而没有必要带上绳子和车头。
SDH的交叉
将STM-N打开，对里面VC4、VC12等颗粒进行读写、重新排列位置的过程称为交叉。
支
持了交叉功能的系统就像我们国家现在的高速公路一样，哪怕我们从西藏开车去东北，这一路经过很多条高速公路，但是高速之间可以通过互通立交自由的切换，而不用频繁的下高速、上高速。
交叉分为高阶和低阶交叉，高阶交叉对应的颗粒是VC4（大箱子），低阶交叉对应的颗
粒是VC12（小箱子）。
交叉是靠交叉矩阵实现的，交叉矩阵将各个方向来的各种级别的信
号进行调度。
交叉能力是SDH设备的一个重要指标，高阶交叉能力是一个设备层次的定位，比如核心
层一般对应的是300G以上，汇聚层大概100多个G，接入层一般就是几十G。
高阶交叉能
力一般有两种表示方法，一种是N*VC4，一种是多少个G，两者之间可以换算，比如
128*VC4换算过来就是128*155M，大约就是20G。
低阶交叉对应的是设备对小颗粒业务的处理能力，靠低阶交叉模块来实现，低阶交叉只
有在打开VC4处理E1的时候才会用到，对于不上下E1业务的汇聚点来说，只对VC4级别
进行调度不需要低阶交叉，高阶交叉能力强的设备低阶交叉能力不一定强。
低阶交叉能力
也有两种表示方法，一种是N*VC12，一种是多少个G，和高阶交叉能力一样可以换算，
2016*VC12=32*155M=2*2.5G=5G。
我们从下面示例来了解一下高阶交叉和低阶交叉的工作，假设有A、B、C三个站点组成一个链型系统，B站为ADM（光分叉复用节点，包含2个以上线路接口），A、C站为TM（光终端复用节点，只有1个线路接口），站点间业务需求如下：
A站-B站业务需求：
1*STM-1，4*E1
A站-C站业务需求：
1*STM-1，10*E1
B站-C站业务需求：
1*STM-1，5*E1
下图可以看出从A站发往B站的STM-4帧在经过了B站的交叉矩阵后，被封装成了新的STM-4帧发往C站。
图中在B站经过交叉矩阵调度的业务和对应的支路接口用了相同的颜色表示，可以清楚的看出业务和接口的对应关系。
下图可以进一步看出高阶交叉和低阶交叉的区别和工作原理，其中STM-1的业务经过高阶交叉直接上下业务，而左上角的STM-1帧中封装了不同去向的E1业务，在B站需要将STM-1打开进行调度。
在这个示例中，B站点占用了8*VC4的高阶交叉容量和126*VC12的低阶交叉容量。
一般来说，厂家提供的SDH设备中，定位于纯核心层的大容量交叉设备一般不提供低阶
交叉能力，核心层设备一般都会下挂扩展子架，进行低阶业务的处理。
这是因为核心层设
备都比较贵，核心设备的槽位也是“寸土寸金“，占用一个大容量的槽位去接入E1这样小的业务非常浪费。
就像公司的总经理日理万机，一些端茶倒水的小事让他去做大材小用，所以给总经理配助理或秘书。
运营商一般在集采的时候会对各个层面设备的交叉能力、业务接入能力等设定一个下限要求，各厂家需满足条件才有资格参与投标。
1.6、SDH设备组成及参数
前面部分为大家简单介绍了SDH体系的原理部分，下面将对这些抽象的概念具体化，通过设备实物逐步带大家接触这个真实的网络。
我们以一端SDH设备为例，介绍一下设备的主要组成部分和参数，在我们需要的时候，可以查询厂家的设备资料进一步了解。
下图就是一端SDH设备的照片。
SDH设备按照配置来说由子架、公共单板、业务单板组成。
子架是SDH设备的骨架，就像一个空壳子，子架后面是设备背板，背板提供一定数量槽位，可以插入各种类型的单板。
SDH设备的单板可以分为公共单板和业务单板两类：
公共单板一般包括电源、主控、交叉、时钟、风扇等，公共单板是一个设备能够正常运
转的必配的板件，是负责设备的供电、散热、时钟提供、交叉矩阵等必备的功能单元。
业务单板是我们打交道最多的单板，是负责业务的接入和处理的单板，业务单板的配置
是根据业务需求来选配的，一个业务单板有这几个参数：
接口数量（几路）、接口速率
（STM-N、E1等）、接口类型（光/电、传输距离等），比如我们通常说的8口短距155M
光板、2口长距10G光板、16路E1电接口板等等。
一个SDH设备的主要参数有尺寸、重量、电源端子需求、功耗、交叉能力、最高速率、最大接入能力、业务槽位数、单业务的最大接入数量。
尺寸、重量、电源端子、功耗可以用来判断一个机房是否具备安装条件，机柜内是否有空间安装，机房承重是否满足要求，电源端子、整流模块、蓄电池是否满足设备供电要求。
交叉能力是一个设备能力的表达，就像我们电脑的处理器是I5还是I7一样，能够反映
一个设备的层次级别。
最高速率是指设备可以提供的最高速率端口是多大，就是我们常说的这个设备是10G设
备还是2.5G设备，可以组成多大速率的系统。
最大接入能力是指设备插满最大速率的单板之后可以接入多少业务量，比如共有12个槽位，每个槽位最大可插2路10G的单板，设备最大接入能力是240G。
业务槽位数是指设备可用于插业务单板的槽位数量，槽位数越多，设备可插单板就越多，设备接入能力就越大，配置越灵活。
单业务最大接入数量是指对于单一业务而言，设备最大可以提供多少路接入，比如设备所有槽位都用来插622M单板，可以插12块4路622M单板，622M的最大接入能力就是48路。
下面以华为Metro1000设备为例，来了解一款具体的设备。
OptiX 155/622H，即STM-1/STM-4 MSTP光传输系统的主机外形尺寸为：
436mm（宽）
×293mm（深）×86mm（高），按照19英寸标准设计，满配置重量不超过10kg，最大功耗不超过100W，有了这些参数，我们就知道在一个机房安装此设备，需要机柜有2U的空间，
需要增加机房负载约2A，需要占用2个6A的电源端子。
OptiX 155/622H交叉容量为21.25G高阶全交叉和5G低阶全交叉，设备支持最大速率
2.5G，设备共有4个业务槽位，槽位图如下：
SCB:
SystemControlBoard系统控制板位,即主控板
防尘网，电源滤波板;可以安插POI，即pointofinterface，多系统接入平台或多系统合路平台
Metro1000设备各种接口的最大接入数量：
16×STM-1（光）、6×STM-1（电）、8×STM-
4（光）、2×STM-16（光）、112×E1、9×E3/T3、24×FE（电）、8×FE（光）、
3×GE（光）。
有了初步的了解之后可以知道这款设备大致定位于网络的末端接入层，我们还可以进一
步了解设备哪些槽位可以对应插哪些类型的单板，在工作中可以根据组网的端口实际需求，去选择适合的设备和确定设备的单板配置。
1.7、SDH保护和组网
1.7.1、SDH保护方式
SDH的丰富、快速的保护机制使网络的安全性得到了很高的保障，我们听到过“类SDH
保护”这样的词，这说明SDH保护机制在网络演进的过程中是经过市场考验的，甚至作为
衡量其他技术安全性的标杆。
从保护的层面来说，SDH保护分为单板级保护和网络级保护。
单板保护是指通过单板的冗余配置，在一块板故障的时候，另一块可以继续工作，不影
响业务处理。
一般情况SDH设备的电源板、交叉主控板都配置2块互为备份，这种保护一
般称之为1+1备份。
下图可以看出，SDH设备的电源、交叉、时钟板都分别有2个槽位。
汇聚层以上的SDH设备业务单板一般支持1块备用单板为N块主用单板提供备份的功
能，N块业务单板中的1块损坏时，业务可以自动切换到备用板件上处理，这种保护一般
称之为1：
N保护。
网络保护是指当两点间的链路或节点设备故障时，业务可以通过其他路径倒换传送，保
证业务不会中断。
任何网络保护的前提是要有至少2条光缆路径可以到达目的地，也就是
我们通常说的物理成环。
SDH网络保护方式主要有两大类：
通道保护和复用段保护。
通道保护是最简单快速的保护方式，通道保护的原理概括为“并发优收”四个字，保护
的颗粒是以通道（VC）为基础，就是说某个E1出现了问题，可以这个E1为单位单独进行
倒换，不影响其他业务。
通道保护的具体过程是这样的：
发送端将主用和备用信号从东西向同时发送，接收端接
收主用信号，主用信号中断或劣化时，收端根据信号质量决定是否切换。
如下图所示，A
和C之间的业务都通过B、D两个方向同时发送，正常情况接收端接收红色线条的主用业务，当红色线条路由中断时，接收端自动切换到绿色的备用通道上去。
通道保护分为单向和双向，A-C和C-A的主用业务分别走不同的路径称为单向，A-C和
C-A的主用业务走同一个路径（都经过D点）的是双向。
双向通道保护不常用，其实原理
上单向和双向并没有大的区别，下面附上双向通道保护的图，大家感受一下。
对于一个STM-N的环路来说，使用通道保护，系统的容量就是STM-N，因为对于每一个
通道，除主用业务占用的路径外，其余的路径全部用于业务保护倒换，比如中心局到A站
配置一个VC4的业务，那这个VC4通道剩下的A-B-C-中心局的段落全部用作保护通道，其他业务不能占用，如下图所示：
复用段保护是利用段开销的K1和K2（b1-b5）字节实现的保护方式，复用段保护是以
VC4为单位进行倒换，只能用于STM-4以上的网络。
保护原理复杂一些，需要进行双端倒
换和启用APS保护协议，所以保护时间要比通道保护稍微慢一些（≤50毫秒）。
复用段保护分为二纤单向、二纤双向、四纤双向，下面重点对常用的二纤双向复用段保
护进行介绍。
复用段保护的过程：
首先将STM-N的一半预留为备用通道，以STM-16环路为例，容量
共16个VC4，则将1-8#VC4用作传送业务，其余9-16#VC4留作备用。
当线路发生中断时，
设备检测到故障触发APS协议，在故障点两端的设备内部进行倒换，将中断的业务倒换到
反向的9-16#VC4中传送。
二纤双向复用段保护环
复用段保护的优势在于理论容量大于通道保护，二纤双向复用段保护的理论容量
=M/2*STM-N，其中M为节点数。
这个容量怎么计算来的呢？
首先复用段环由于要预留一半通道，所以可用的通道数量为1/2*STM-N。
然后剩余的1/2的工作通道可以传送任意两点之间的业务，在极端情况下任意相邻节点之间均有业务需求，这种情况下M个站点组成的环路的一个通道就可以传送M条业务，因
此STM-N环路就可以达到M/2*STM-N的容量。
如下图，一个4节点的STM-4复用段环最大可以传送2*STM-4的业务（8条VC4）。
实际情况容量都不会达到这么理想，所以这个容量称为理论容量。
在环路业务为集中型
业务的时候，复用段环的容量与通道环容量
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