本科生讲义-宽带光传送网.ppt

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1、光传送网,涂晓东,提纲,PDH、SDH概述 SDH帧结构 SDH基本的复用和映射结构SDH中的指针 SDH网络的主要设备SDH网络保护与恢复面向IP业务的光传送网技术,PDH、SDH概述,光传送网：采用光纤作为媒介在各个地点之间传递用户信息的网络，属于OSI结构中的物理层。可以认为光传送网的输入和输出都是各种速率等级的串行比特流。TDM 业务：Time Division Multiplexing,电路交换类业务，主要指由低速的话音业务经多路复用而成的各种速率等级。光传送网技术体制主要有：PDH，SDH，RPR，ASON等。,PDH、SDH概述-PDH,数字技术的发展，特别是数字集成电路的出现，

2、为在电信网中实现数字时分复用（TDM）技术创造了条件，它将每个模拟话路变换为64kb/s数字话路，为进一步提高链路容量，多个64kb/s信道又以字节为单位作进一步交错复接。将30个独立的64kbs信道与两个用于信息控制的信道一起形成一个32个数字信道“帧结构”，复接后比特率是2.048Mb/s。将4个2Mb/s信道以比特交错方式复接为 8 Mb/s信号流，接着扩展到34Mb/s、140Mb/s 及565Mb/s，形成一个完整比特速率系列。在复接过程中，支路信息可来自不同设备，有各自的主时钟。为复接方便规定各信道比特流之间的异步范围，即规定了各主时钟之间允许偏离标称值范围。这种对比特率偏差的约束

3、,就是所称的准同步工作，相应的比特系列称为异步数字系列（PDH:plesiochronous digital hierarchy)。,将基群信息流(速率为2Mb/s)进一步复接为高次群（25次群:对应为8Mb/s565Mb/s）信息流的复接方法是逐次实现的。例如若将一路64kb/s数字信号复接到一个五次群高速码流中，要经过基群、25次群五次复接才能实现，这其中要四次加入辅助比特信息。高次群复接采用逐比特异步复接的方法。在异步复接中，规定各支路信息流速率有相同的标称值，而实际值允许在一定容差范围之内变化。这是一种准同步复接，其复接过程也要通过两步实现：首失采用正码速调整的办法，将各支路信息变换为

4、相互同步的数字信号码流（其速率、相位达到确定值）。然后将各支路信息以及相关辅助信息逐比特同步交错复接，形成一个复接高速信息流。,4个2M复接成8M,对二次群复接来说,基群和二次群的标称值为2048kHz和8448kHz,容差分别为50ppm和30ppm,即速率分别为2048kHz102.4Hz 和 8448kHz253.44Hz。为了能将4个基群复接,可首先将每个基群的速率调整到(8448kHz253.44Hz)的1/4,因调整后的速率高于调整前的速率,故称之为正码速调整。,4个2M复接成8M,思考题:画出8M分接成4个2M的框图,越细越好。并详细描述框图中各部分功能。详细叙述在此过程中有关的

5、帧结构。思考题：2M数据流的时钟提取是如何完成的？,PDH存在如下缺陷：1。有三种不同体制。分别是欧洲（中国）体制，日本体制，美国体制。不同体制之间的衔接比较麻烦。2。现在的PDH体制中只有1.5Mbit/s和2Mbit/s速率的信号包括日本系列6.3Mbit/s速率的信号是同步的，其他速率的信号都是异步的需要通过码速的调整来匹配和容纳时钟的差异。由于PDH采用异步复用方式，那么就导致当低速信号复用到高速信号时其在高速信号的帧结构中的位置没规律性和固定性，也就是说在高速信号中不能确认低速信号的位置。而这一点正是能否从高速信号中直接分/插出低速信号的关键所在。3。由于PDH信号运行维护工作的开销

6、字节少，这对完成传输网的分层管理性能监控业务的实时调度传输带宽的控制告警的分析定位是很不利的。4。由于没有统一的网管接口，这就使你买一套某厂家的设备就需买一套该厂家的网管系统容易形成网络的七国八制的局面，不利于形成统一的电信管理网。,从140Mbit/s信号分/插出2Mbit/s信号示意图,从图中看出在将140Mbit/s信号分/插出2Mbit/s信号过程中使用了大量的背靠背设备。通过三级解复用设备从140Mbit/s的信号中分出2Mbit/s低速信号，再通过三级复用设备将2Mbit/s的低速信号复用到140Mbit/s信号中。一个140Mbit/s信号可复用进64个2Mbit/s信号。若在此

7、处仅仅从140Mbit/s信号中上下一个2Mbit/s的信号也需要全套的三级复用和解复用设备，这样不仅增加了设备的体积成本功耗还增加了设备的复杂性降低了设备的可靠性。,由于低速信号分/插到高速信号要通过层层的复用和解复用过程，这样就会使信号在复用/解复用过程中产生的损伤加大，使传输性能劣化。在大容量传输时此种缺点是不能容忍的。这也就是为什么PDH体制传输信号的速率没有更进一步提高的原因。由于以上这种种缺陷使PDH传输体制越来越不适应传输网的发展于是美国贝尔实验室首先提出了用一整套分等级的标准数字传递结构组成的同步网络SONET体制，CCITT于1988年接受了SONET概念并重命名为同步数字体

8、系SDH，使其成为不仅适用于光纤传输也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。,PDH、SDH概述-SDH的优势,（1）统一了PDH的三大体系标准 SDH采用G.707、G.708、G.709世界性的统一网络接口（NNI）和G.957光接口标准，使SDH能支持现有的PDH，便于顺利地从PDH向SDH过渡，体现了后向兼容性，及不同厂家的设备可以中途交会，实现横向兼容。ITUT巳规定的同步传送模块（STM）第一级STM1的速率为155.52MbS，第N级STMN可按字节同步复接获得（N=1、4、16），目前 采用下列四种：STMl：速率为155.52MbS STM4：速率为 622.08MbS STM

9、16：速率为2488.32MbS STM64：速率为9953.28MbS,（2）复用方式 由于低速SDH信号是以字节间插方式复用进高速SDH信号的帧结构中的，这样就使低速SDH信号在高速SDH信号的帧中的位置是固定的非常有规律性的，也就是说是可预见的，这样就能从高速SDH信号例如2.5Gbit/s STM-16 中直接分/插出低速SDH信号例如155Mbit/s STM-1，这样就简化了信号的复接和分接，使SDH体制特别适合于高速大容量的光纤通信系统。另外由于采用了同步复用方式和灵活的映射结构可将PDH低速支路信号例如2Mbit/s 复用进SDH信号的帧中去，这样使低速支路信号在STM-N帧中

10、的位置也是很规律的，很容易计算出来，于是可以从STM-N信号中直接分/插出低速支路信号。注意此处不同于前面所说的从高速SDH信号中直接分插出低速SDH信号。此处是指从SDH信号中直接分/插出低速支路信号例如2Mbit/s、34Mbit/s与140Mbit/s等低速信号，使业务的上下更加简便，节省了大量的复接/分接设备，增加了可靠性。,SDH与PDH复分接流程比较,（3）网络运行、管理和维护能力强 SDH帧结构中安排了丰富的开销比特增加了维护管理通道，加强了网管功能。SDH的不足之处在于：频带利用率不如传统的PDH。以2.048MbS为例，PDH的 139.264MbS可以收容64个2.048M

11、b/s系统，而SDH的155.52Mb/s却只能收容 63个 2.048Mb/s。频率利用率从PDH的94下降到83,SDH帧结构,术语说明：接口容器C是一种信息结构，主要完成速率调整等适配，针对常用的准同步数字体系信号速率，规定了5种标准容器。由标准容器出来的数字流加上通道开销构成虚容器(VC)。VC出来的数字流加上指针等开销就构成管理单元（AU)或支路单元（TU）。多个AU经单字节间插构成AUG,多个TU经单字节间插构成TUG。SDH采用块状帧结构，以字节为单位。STM-1的帧结构如图所示，由270列和9行 8比特字节构成，帧长度为 270X 9=2430个字节，相当干 270X9X8=1

12、9440比特，用时间表示即为125us（帧周期），其比特速率155.52Mb/s。帧结构中字节的传送是从左至右按行传送的。STM1的帧结构分为段开销（SOH）、管理单元指针（AU-PTR）和信息净负荷区三大部分。,（1）段开销（SOH）所谓段开销是指STM帧结构中为了保证信息净负荷正常灵活传送所必须的附加字节，主要是供网络运行、管理、维护和性能监视使用的字节。段开销分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）。其中A1和A2为帧定位字节，用来识别帧的起始位置。,（2）信息净负荷（Payload）信息净负荷区由9行261列（10270列）共 9X261=2349个字节构成，它是帧结构中存放

13、各种信息（含信码流字节和通道开销POH）容量的地方。通道开销的功能包括通道性能监视、告警状态指示，用于维护目的信号及复用结构指示，它与传送的信码流配套使用。（3）管理单元指针（AU-PTR）AU指针就是一种指示符，其值定义为虚容器相对于支持它的传送实体的帧参考点的帧偏移。AU指针主要用来指示信息净负荷的第一个字节在STMN帧内的准确位置。指针处理是SDH所采用的数字调整方式，在帧结构中通过所设置的指针值变化来进行字节调整，以适应输入信码流的速率和相位的变化。,STMN的帧结构如图所示，它与STMl有相同的块状结构，行数一样，列数增加 N倍，帧周期仍为125us，速率为155.52Mb/s的 N

14、倍。PDH体制采用条状结构，以比特为单位，各次群帧的比特和帧周期均不相同。如基于2.048Mb/s速率（欧洲）系列，一次群帧周期为125us，256bit；二次群帧周 期为100us,848bit.,基本复用映射结构,如图，标称速率为2048kbS的信号先进入 C-12作适配处理再加上 VC 12的通道开销（POH）便组成了VC-12（2.240MbS）。TU12指针（PTR）用来指明VC12相对TU12的相位。经速率调整和相位对准后的TU-12速率为2.304Mb/s，3个 TU12经均匀的单字节问插构成 TUG2（速率为 3X2.304Mb/s）。7个TUG2经同样的单字节间插组成TUG3

15、（加上塞入字节后速率达49.536Mb/s。再由 3个TUG3经单字节间插并加上高阶POH和塞入宇节后构成VC4净负荷，速率为150.336Mb/s，再加上576kb/s的AU4指针（PTR）就组成了AU4，速率为150.912Mb/s。单个AU4直接进入AUG，N个AUG通过单字节间插并加上段开销便得到了STMN信号。当N=1时，一个AUG加上容量为4.608Mb/s的段开销即为STM-1的标称速率155.520Mb/s。,SDH中的指针,SDH中的指针类似软件中的指针，其作用有三条：第一，当网络处于同步工作状态时，用来进行同步信号间的相位校准；第二，当网络失去同步时用作频率和相位校准；第三

16、，用来容纳网络中的抖动和漂移。设置AU指针可以为VC在AU帧内的定位提供一种灵活和动态的方法。这意味着VC-n可以在AU-n帧内“浮动”，因而AU指针不仅能够容纳VC和SOH在相位上的差别，而且能够容纳帧速率上的差异。,AU指针,在分给AU指针使用的H1、H2和H3字节中，H1和H2是结合使用的，可以看作1个码字，如下图所示，主要用来指示VC-n开始的那个字节的位置。其中码字的最后10个比特携带具体指针值。H3字节用于VC帧速率调整，负调整时可携带额外的VC字节。AU-4指针值的有效范围为0（261X9/3-1），即0782。这个数值显示了指针与VC-4第1个字节间的偏移。需要注意，在计算指针

17、和VC开始字节的偏移时，AU指针字节是不计在内的。,AU指针的作用-正常状态,当AU-4和VC-4的帧速率相同时，指针确定了VC-4在AU-4帧内的起始位置。如下，当H1和H2中的10比特指针值为2时，表示VC-4是从当前AU-4指针的最后一个H3字节后的第7个字节算起，到下一个AU-4指针的最后一个H3字节后的第6个字节结束。,AU指针的作用-频率调整,如果AU-4与VC-4的帧速率不同，即有频率偏移，则指针值将按照需要增加或减少，同时还伴随有相应的正调整字节或负调整字节的出现或变化。当频率偏移较大，需要连续多次指针调整操作时，相邻两次的操作必须至少分开3帧，即每个第4帧才能进行指针调整操作

18、，两次操作之间的指针值保持为常数不变。当VC-4的帧速率比AU-4的帧速率慢时，此时可以在VC-4前插入3个填充伪信息的空闲字节（即正调整字节），由于插入正调整字节，实际VC在时间上向后推移。因而用来指示下一个VC-4帧的起始位置的指针值要增加1。进行这一操作的指示是将指针码字的5个增加比特（I比特），即第7、9、11、13和15比特反转。此后，下一个AU-4的指针值将增加1。,AU指针的作用-频率调整,当VC-4的帧速率比AU-4的帧速率快时，此时可以利用AU-4指针区的3个H3字节来存放实际VC信息（负调整字节）。由于VC信息的起始几个字节存入了AU指针区，实际VC在时间上向前移动了3个字

19、节。因而用来指示下一个VC-4帧的起始位置的指针值要减1。进行这一操作的指示是将指针码字的5个减少比特（D比特），即第8、10、12、14和16比特反转。此后，下一个AU-4的指针值将减1。,思考题,假设STM-1帧中的指针值一直为0，一个2M数据流C12在其中的位置怎么计算？即C12一帧的第一个byte的位置？第二个byte的位置？第三个byte的位置？如何用数字电路实现2M插入到STM-1帧？如何实现从STM-1帧中取出2M？查询有关资料，就SDH中的指针的作用展开论述。假设AU-4的帧速率（8k/s)保持不变，VC-4的帧速率的变化范围是多少？,学生提问,低速信号插入到高速信号帧结构中，

20、不会使高速信号丢失原有的信息吗？进一步延伸的问题：高速信号帧结构中如何表示那些位置是空的？VC-4的起始位置为什么3个Byte、3个Byte地变化？,SDH网络的主要设备,分为终端复用器，分插复用器，数字交叉连接器。终端复用器TM主要任务是将低速支路电信号和155Mb/s电信号纳入STMl帧结构，并经电光转换为STMl光线路信号,其逆过程正好相反。分插复用器ADM具有灵活分出和插入任意支路信号的能力。数字交叉连接器DXC是一种具有一个或多个ITUT建议 G.702（64kbS、2Mb/s,34MbS、140MbS）或G.707（STM1、STM4、STM16、STM-62)定义的信号速率端口并

21、至少可以对任何端口信号速率和或子速率信号）同另外端口信号速率（和或子速率信号）间实现可控连接和再连的设备。,SDH 终端复用器,SDH分插复用器,DXC的简化结构,DXC的核心部分是交叉连接矩阵,参与交叉连接的速率一般低于或等于接入速率,两速率之间的转换需要由复用和解复用功能来完成。每个输入信号被解复用成m个并行的交叉连接信号。然后,内部的交叉连接网采用空分交换技术，按照预先存放的或动态计算的交叉连接图对这些交叉连接通道进行重新安排,再利用复用功能将这些重新安排后的信号复用成高速信号输出。,终端复用器、分插复用器是DXC的特例。可以用1:M解复用器、M:1复用器、交叉连接矩阵这三种模块构成任意

22、的SDH设备。因此，芯片厂家只需开发这三种芯片即可。,按端口速率和交叉连接速率的不同,DXC可有各种配置形式,通常用DXCx/y表示,其中x表示接入端口数据流的最高速率级别,y表示参与交叉连接的最低速率级别。数字x=0表示64kbit/s电路速率;数字x=1、2、3、4分别表示PDH体制中的14次群速率,4也代表SDH体制中的STM-1等级;数字5和6表示SDH体制中的STM-4和STM-16等级。例如,DXC4/1表示接入端口的最高速率为140Mbit/s或155Mbit/s,交叉连接的最低速率为一次群信号,也就是说,允许1、2、3、4次群和STM-1信号在设备中进行交叉连接。,交叉连接矩阵

23、是DXC的核心，有两种常用的矩阵类型，平方矩阵和CLOS矩阵。,平方矩阵,CLOS矩阵,Clos相对平方矩阵的优点,Clos的开关数？平方矩阵开关数？Clos开关数低于平方矩阵开关数的条件？Clos的其它优点,点到点应用,线性应用,环形网应用,SDH网络设备举例,华为SDH设备-Optix2500+,1.设备情况,Optix 2500+是华为公司出品的SDH骨干网传输设备，最高支持2.5Gbps的传输速率。本实验室有三台Optix 2500+。1号机柜的单板：PQ1板一块，SD1板一块，SL4板两块，XCS板一块，SCC板一块。2号机柜的单板：PD1板一块，SD1板一块，SL4板两块，XCS板

24、一块，SCC板一块。3号机柜的单板：PD1板一块，SD1板一块，SL4板两块，XCS板一块，SCC板一块。,单板功能简介（1）PQ1板：完成63路E1信号（2048kbit/s准同步信号）到VC-4的映射和复用，完成VC-4到63路E1信号的解映射和解复用。（2）PD1板：完成32路E1信号（2048kbit/s准同步信号）到VC-4的映射和复用，完成VC-4到32路E1信号的解映射和解复用。（3）SD1板：SD1板是2路STM-1光接口板（Dual STM-1 Optical Interface Unit）。SD1单板在接收方向，把光路来的STM-1级别的光信号转换成电信号（O/E转换），并

25、进行解复用和实现开销字节的提取；在发送方向，把 VC-4的信号进行开销插入和复用，经电/光转换（E/O）成STM-1光信号发送出去。,（4）SL4板：SL4板是单路STM-4光接口板（STM-4 Optical Interface Unit）。SL4单板在接收方向，把光路来的STM-4级别的光信号转换成电信号（O/E转换），并进行解复用和实现开销字节的提取；在发送方向，把4路 VC-4的信号进行开销插入和复用，经电/光转换（E/O）成STM-4光信号发送出去。（5）XCS板：XCS板是交叉连接与时钟处理板（Cross Connection/Clock Integrated Card）。,（6）

26、SCC板：SCC板是系统控制及通信板（System Control&Communication unit）。完成设备的系统控制及通信功能，提供设备与网络管理系统的接口。提供公务功能和开销的处理，主要完成公务字节E1和E2、使用者通道字节F1及四个未用字节S1、S2、S3和S4的提取和插入、交换和处理。,2.线缆连接,SL4板以光缆连接成二纤环 PQ1板/PD1板接入E1业务 DDF（数字配线架）连线,网络管理功能介绍,SDH网络保护与恢复,所谓保护，通常是指一个较快的转换过程，其转换的执行是由倒换开关自动确定的。保护作用之后，占用了在各传输节点之间预先指定的某些容量，因此转换后的通道具有预先确

27、定的路由。保护过程中要涉及自动保护倒换（APS：Automatic Protection Switching)协议。恢复，相对来说是一个较慢的转换过程，其转换的执行，是在倒换开关以外的网路管理系统（NMS）。恢复作用以后，可占用在传输节点之间任意的容量，转换后的通道没有预先确定的路由。要实现恢复的过程，需要网路管理系统对几个传输节点同时进行控制，通常要通过DXC实现，是一个较复杂的过程。,线路保护倒换,SDH的线路保护只保护传输媒介和再生中继器以及终端（TM）和分插复用设备（ADM）的线路终端接口（例如光电与电光转换部分），而不保护终端TM或ADM节点的故障。线路保护倒换可分为1十1和1:N两

28、种方式。,1+1保护,l1的线路保护，即每一工作系统都用一个专用的备用系统，工作与备用是相对而言的，即互为主备用。两个系统在发端并联，收端根据所收到的信号正常与否决定从哪一个系统取信号。ll线路保护方式不需要采用任何自动保护倒换（APS）算法，它只根据接收信号的故障或缺陷而自动进行，当然也可接受外部命令强制的倒换或锁定。在11线路保护方式中，两个系统是同样的，因此这种方式可以是不复原的，即在发生倒换之后，原工作系统故障消失，也不导致保护倒换还原。1l线路保护倒换时问要求小于50ms。,1:N保护,1:N保护方式中有N个工作系统共用一个保护系统，当其中的一个工作系统失效时，信号可以倒换到热备用的

29、保护系统传输。系统正常工作时，备用的保护系统可以用来传送低等级的额外业务。一旦发生倒换，则主用系统的信号将转向备用保护系统，原在备用系统的额外业务将自行丢失。这是一种共享保护方式。,自愈环中的保护,环形网又称为自愈环（Self Healing Rings），是自愈网的一种。“自愈”是自行恢复的意恩，指的是在网路故障的情况下，能在极短时间内使传送业务的能力自动复原，无需人为干预。自愈网的基本原理就是使网络具备发现替代传输路由并重新建立通信的能力。利用分插复用设备（ADM）组成的网络节点，将一串这样的节点的首尾由光纤相连，即可构成一个环形网。环形网可以分为两类，一类称单向通道倒换环，另一类称为双向

30、复用段倒换环。其主要区别在干确定保护倒换的判据。通道倒换环利用检查通道信号的优劣决定是否倒换；而复用段倒换环则利用检查节点间线路信号质量的好坏，决定是否倒换。因此，通道倒换是以每一通道为单位进行保护的，而复用段倒换是以整个复用段为单位。,二纤单向通道倒换环,单向通道倒换环在每一个节点可以上（或下）的通道，固定地占有环中通过一根光纤的某一时隙，而不论这一通路需要从那一个节点下来（或上去），即每一个时隙都占了整个环。由于这样，每一时隙在环内不能重复使用。环上所有节点上（或下）的通路数之和不应超过系统在每一光纤上所能运载的最大通路数。例如一个传送速度为 2.4 Gb/s的 ADM组成的这种环，在每个

31、节点都有进入（或离开）这个环的通路，环上所有节点进入（或离开）的通路数之和，不能大于 2.4 Gb/s的容量。由于只从接收信号的优劣来判定通路的倒换，单向通道环无需转换控制的专门协议，倒换时间也最短（50 ms以内）。因此是一种最简单，节点成本最低的自愈环，也是当前应用最为广泛的一种结构。,二纤双向复用段倒换环,二纤双向复用段倒换环在环内的各节点之间仅有两根光纤，两根光纤运载的信号反向传输（一为顺时针，另一为逆时针）。主备用传输都在同一根光纤内。每根光纤上通路时隙一半为工作通路，另一半为备用（或称保护）通路，只使用了系统一半的容量来传送信息。,SDH网络恢复,网络恢复在网络出现故障或失效等异常

32、情况时启动。由于故障导致了故障点（段）正常业务传输质量下降、甚至中断，此时网络恢复功能必须为受损业务找出新的可行路由，将这些业务疏导至目的地。恢复的过程是：故障点邻近节点检测到失效，将该失效消息告知恢复控制点（负责恢复策略的实施）；控制点为受损业务寻找一条替代路由，将受损业务疏导到这条新路由上，业务得到恢复；当网络故障排除后，控制点将受损业务重新安排回原来的路由上。,实施网络恢复的好处有：1。实现自动快速通道恢复 2。改进了网络的可用性 3。实现了网络容量的最佳化从网络恢复控制机制上看主要分为集中式和分布式两大类。,恢复-集中式控制,集中式控制是通过一个中央控制中心来控制管理若干个DXC系统。

33、控制中心在求取替代路由时可以有两种不同的方式，即链路恢复方式和通道恢复方式。Dijkstra算法及其修改形式是主要使用的路由选择算法。在链路恢复方式下，恢复过程是围绕失效链路展开的。以单链路失效为例。控制中心会收到两个节点（失效链路的两个端节点）的上报消息，经分析得出两节点间链路失效的结论，因此所有经过该链路的业务均要进行恢复。链路恢复的特点是替代路由的寻找是围绕失效链路的两个端节点展开，至于失效链路上受损业务在其它链路或节点上的情况如何不用考虑。这样实现起来比较简单，但网络空闲容量利用率不高。,集中式控制的连接方式,链路恢复,通道恢复与链路恢复的最大不同在于整个恢复过程围绕受损业务展开。仍然

34、以单链路失效为例。控制中心收到失效链路的两个端节点上报故障消息，确定所有受影响业务的数量、各业务的优先级以及业务的源节点和目的节点。如果可能，所有经过该链路的业务均要进行恢复。通道恢复的特点是替代路由的查找要按照失效链路上各个业务的源宿节点展开，恢复过程是在除去失效链路的新拓扑结构中重新安排受损业务的路由。这种方案在理论上对网络资源的利用率最高，但实现过程复杂，特别是在失效链路承载多个不同源宿业务流的时候。,通道恢复,恢复-分布式控制,如果弱化控制中心的处理能力，增强各节点智能化，强调各节点的自主控制，由各节点自行检验失效，控制恢复动作，可以缩短失效业务恢复的时间。这种将恢复功能分派到各个DX

35、C节点的恢复方法叫做分布式控制恢复。在分布式控制方案中，每个节点具有相同的恢复算法、消息指令集、全网拓扑信息等。分布式控制恢复的具体实施也可以分为链路恢复方式和通道恢复。,当一条链路失效时，分布式恢复算法选择失效链路的一个端节点为发送点，另一个端节点为选择点。发送点通过与它连接的所有链路向全网广播请求消息，直到选择点收到一条请求消息。由于请求消息在网络中是泛滥式广播的，所以最先到达选择点的请求消息经过的路径就是一条最短路径。因此，受损业务可以通过这条最短路径得到恢复。这种方法又被称为网络泛洪（network flooding).,分布式中的通道恢复依然是基于通道（业务），根据失效业务的源节点和

36、宿节点进行恢夏。也就是说在每个失效业务的源节点和宿节点之间重新寻找一条最短路径。由于这些业务原先占用的容量不再重要，或者必须重新加以安排，所以可以先释放掉。通道恢复在网络的容量资源利用上更趋于合理，在网络容量是主要矛盾的情况下这种方式是很有吸引力的。但是业务的源、宿节点检测到失效报警比失效链路端节点要慢，而且失效链路上的业务往往属于不同的源、宿。多对源、宿节点都需要广播消息寻找替代路由，这大大增加了各节点处理消息的负担和处理过程的复杂程度。因此，链路恢复是实际中常用的方法。,面向IP业务的光传送网技术,以IP为主的数据业务量已经超过话音业务。如何有效地在城域网和广域网上传输IP业务成为一个重要

37、的研究课题。IPoverSDH、以太网overSDH技术利用现有的SDH传送网，将IP和以太网数据包适配进SDH帧结构，已经得到规模应用。SDH对于电路类业务来说是最优的，对于IP分组类业务则不是最优的。面向IP业务优化传送网结构，是RPR和光以太网技术提出的初衷。,三种 IP over SDH 的映射协议,SDH是物理层传送技术,IP是网络层协议,要让IP通过SDH传输,在两层之间还需要一个数据链路层把物理层提供的信号转换成网络层所需要的信号。因此,对于IP over SDH而言,关键问题之一是寻找一种合适的链路层映射协议。目前IP over SDH 的链路层映射协议有三种,即PPP/HDL

38、C、LAPS、SDL协议。这三种协议的参考模型如下图所示。,PPP/HDLC 的帧格式,(1)标志域为07,是标准的HDLC标识。实际通信中,前一帧的结束和下一帧的开始使用该标识进行区分.(2)地址域 HDLC 的广播地址,其值为0FF。HDLC不分配单个端站地址。(3)控制域其值为003,表示该帧是轮询/结束置0的HDLC无编号信息()帧命令。若该字节编码为其他值,则此帧将被丢弃。(4)协议域用来标识PPP信息域封装的高层协议类型,如IPv4,Ethernet帧等。(5)PPP信息域。用来放置长度可变的高层协议数据,如IP数据报。(6)填充域为保证PPP帧的顺利传输,需要对短信息进行填充,最

39、大值可达1500字节。(7)FCS校验域对整个HDLC帧进行帧校验,其值可为16或32bit,视具体情况而定。,每个HDLC帧以标志字节0 x7E开始,也以0 x7E结束。由于在PPP/HDLC信息域内也可能出现与标志字节0 x7E相同的数据字节,为保证数据的透明传输,需要使用HDLC的字节填充方式来区分数据字节与标志字节。方法是:如果在信息域内含有与标志字节0 x7E相同的数据字节,则用填充字节0 x7D 0 x5E代替0 x7E,信息域内的0 x7D则又被填充为0 x7D 0 x5D。在接收端,再将填充字节去掉,恢复成原来的数据字节。在确定了IP包在PPP帧中的封装之后,PPP/HDLC帧

40、在SDH帧中的封装十分简单。PPP将SDH视为面向字节的全双工链路,把PPP/HDLC帧的字节流映射入SDH的虚容器中即可。PPP帧在虚容器中边界对齐,逐行排放,因为PPP/HDLC帧长是可变的,允许其跨越虚容器的边界。,PPP/HDLC 与 LAPS 帧格式比较,IPoverSDH 的 LAPS 协议是由中国信息产业部武汉邮电科学研究院提出的,已被ITU-T正式确定为标准,其标准号为X.85/Y.1321。LAPS协议是 HDLC协议族的一种,它提供数据链路服务及协议规范,可以完全替代PPP/HDLC协议。LAPS帧格式与PPP帧格式的比较如下图所示。,(1)在PPP/HDLC协议中,地址域

41、的全局地址为0 xFF,对个别地址并没有规定;而LAPS协议则规定了三种地址:全局地址为0 xFF,个别地址分别为0 x04(IPv4)和0 x06(IPv6)。(2)PPP/HDLC协议利用PPP协议域对多协议进行封装;而LAPS协议则将PPP/HDLC中不分配作它用的地址域改为SAPIs(服务访问点)标识符来进行多协议封装。例如当SAPIs为0 x04时,表示携带的是基于IPv4协议的业务,0 x0C为Ethernet业务。为了与PPP/HDLC兼容,当携带的业务类型为PPP/HDLC时,SAPIs的值为0 xFF。(3)在PPP/HDLC帧的传送过程中,对短的信息域必须进行填充;而LAP

42、S帧不需要进行填充。(4)对于FCS校验域,PPP/HDLC为32bit或16bit,依具体情况而定;而LAPS则直接为32bit.从以上比较可以发现,LAPS协议比PPP/HDLC更加简单方便,封装效率更高。,协议,PPP/HDLC和LAPS都采用基于标志字节的帧定界方案,因此无法从本质上改变由此而带来的诸多缺点。Lucent公司提出的SDL协议则采用了一种全新的方案,可以完全消除采用帧定界方案的HDLC协议族的诸多缺点,可使链路速率达到2.5Gbit/s以上。,SDL帧结构,(1)净荷长度指示域该字段长度为16bit,用来指示SDL帧信息域内承载的IP数据报的长度。(2)CRC校验域该字段

43、长度为16bit。它为SDL帧头(即长度指示域和CRC校验域)提供校验保护。(3)QoS指示域该字段长度为32bit,用于支持QoS保障和复用功能,其编码和结构尚未确定。(4)信息域该字段长度可变,用于承载用户的IP数据报。(5)FCS校验域为SDL帧提供帧校验保护。,从SDL的帧格式可以看出,它的主要特点是不再使用HDLC协议族通过标志字节进行帧定界的方法,而是在帧头放置16bit的净荷长度指示符。这样当接收端收到一个SDL帧后,只要根据长度指示符标出的信息域内净荷的实际长度,就可以直接将SDL帧承载的净荷提取出来,从而避免了HDLC协议族操作时由于逐字节查找标志字节所需的大量时间,也避免了

44、由于字节填充/去填充所带来的复杂操作和带宽浪费,因而大大加快了IP数据报的处理速度。通过在QoS指示域内加入QoS信息,则可为IP数据报提供较强的QoS保障,改善了传统IP数据传输时QoS保障差的缺点。另外,由于MPLS技术已经日益成为新的网络传输技术,SDL帧的QoS字段也可以放置32bit的MPLS标签,使得SDL帧不需任何修改就可以适用于MPLS技术。,SDL帧的定界方式有两种:一种是使用POH(通道开销)中的 H4字节作为指针；另一种是使用头部CRC捕获方法。当接收端确定了第一个SDL帧后,后继的SDL帧的定界可以通过SDL帧中的净荷长度指示域来完成。当没有信息用于链路传输时，就传送多

45、个空闲的SDL帧头以保持同步,并将净荷长度指示域设置为缺省值，帧头CRC校验域设置为约定的相应值。由于SDL帧承载的IP包是变长的，每一个帧头的CRC校验值也就相应的不一样，因此如果帧头CRC校验值无效，就表明净荷长度指示域也是无效，此时采用与ATM HEC(Header Error Control,头部差错控制)一样的纠错机制进行搜索，直到获得连续的所需数目的有效的SDL帧头CRC校验值为止。SDL协议实现方法更加简单，封装效率高，完全没有了HDLC协议族的诸多缺点,可使链路速率达到2.5Gbit/s以上，并且可以提供一定程度的QoS保障，因此是一种最有前途的 IP over SDH 映射协

46、议。,思考题,查询有关资料，详细论述SDL帧采用头部CRC定界的方法。查询有关资料，详细论述以太网overSDH技术，包括帧结构等。以太网的帧能否直接映射进SDH的帧结构中传输？,我国的SDH网络结构,参观完电子科大-华为联合实验室后的问题讨论,整个网络架构IP业务的接入这种方式的缺点,弹性分组环,城域网是连接接入网和广域骨干网的枢纽。数据业务的快速增长要求城域网具有良好的扩容能力、服务质量和可靠性。利用现有的SDH和以太网技术组成城域网，存在一定的缺点。SDH传输数据业务依靠点对点连接实现,每条线路都静态分配了固定带宽,当该线路处于空闲时,这个带宽就闲置不用。数据业务具有突发性，固定带宽的分

47、配方式对于数据业务来说是不经济的。以太网比较适合星型拓扑，对于环形拓扑不太适合。当网络中出现链路故障时，以太网会重新计算生成树，恢复时间慢。RPR（Resilient Packet Ring:弹性分组环)技术应运而生。,目前国际上有3个组织在进行RPR的标准化工作,包括IEEE、IETF和RPR联盟。这3个组织间互相协作,各有分工。IEEE 802.17工作组负责RPR基本协议的标准化工作;IETF的IPoRPR工作组则主要将IEEE 802.17定义的RPR MAC功能的一套特性与网络层路由连接起来,研究RPR如何与动态路由协议和MPLS相结合,并制定多厂家互通标准;而RPR联盟的工作目标在

48、于:支持IEEE 802.17的工作,促进RPR技术规范的制定,加速RPR产品和业务的采纳、推广和使用,并作为RPR设备供应商和电信服务提供商之间的桥梁。RPR是一种MAC层协议，可以运行于现有的物理层上，包括SDH和以太网。RPR的拓扑结构是双纤环，内环和外环传输数据的方向相反。,RPR协议栈,RPR拓扑图,RPR的带宽管理,带宽管理的目的是使环路上各段链路资源得到充分的利用，可以通过链路带宽分配和业务接入速率控制来实现。链路带宽分配是静态分配加上动态分配。例如环路上有ABCD四个节点，环路带宽为1Gb/s。为A-C的业务分配100Mb/s的带宽，则在AB段的链路上为A-C的业务预留100M

49、b/s的带宽，在BC段的链路上为A-C的业务预留100Mb/s的带宽。AB段的链路和BC段的链路上还有其它的业务。当A有到C的流量时，必须保证至少得到100Mb/s的带宽。当AB段和BC段链路有剩余带宽，则可以分配给A-C的业务，允许它以超过100Mb/s的速率发送。各个节点负责监测其相邻链路的使用情况，并将信息周期性地通报给其它节点。每个节点根据接收到的信息计算出由它发出的业务的最大允许速率。业务接入速率控制则保证由各个节点发出的业务不超过允许的最大速率。,RPR的故障保护,IP over X?,IP over X的问题本质是：路由器通过什么样的二层网络互联？IP over RPRIP over GEIP over WDM,IP over X,一个完整的波分复用（WDM）系统,