光通信網(wǎng)絡(luò )——SDH/MSTP

　　SDH網(wǎng)絡(luò )-原理

　　不做傳輸網(wǎng)的事情轉眼一年有余，該好好做個(gè)復習筆記，也算是為我的傳輸工作做一個(gè)小結吧。想寫(xiě)三篇，第一篇理論，第二篇寫(xiě)開(kāi)局維護和排錯，第三篇寫(xiě)SDH網(wǎng)絡(luò )在ISP營(yíng)運中的業(yè)務(wù)模式和發(fā)展趨勢。希望能和大家學(xué)習交流，共同進(jìn)步。但本人水平有限，錯漏之處在所難免，光通信領(lǐng)域專(zhuān)家如云，高手如雨，懇請指正，email:xikx@163.com。

　　從一個(gè)提問(wèn)開(kāi)始

　　這是我曾經(jīng)在工作中被經(jīng)常被問(wèn)到的一個(gè)問(wèn)題，SDH是第一層還是第二層技術(shù)?看似平淡無(wú)奇，回答起來(lái)卻不那么容易，沒(méi)有哪個(gè)協(xié)議對這個(gè)問(wèn)題有明確的回答。

　　先給一個(gè)參考觀(guān)點(diǎn)：二層技術(shù)，二層幀是為了將所需要的數據從數據流中分離提取出來(lái)而設計的，并不是只有以太幀，FR幀是二層幀，只要有明確的分割界限，能順利提取所需要數據，就算是二層幀，所以SDH幀、MPEG-2幀都是二層幀。檢查一下SDH幀，SDH有獨立完整的幀結構，9*270，每個(gè)基本單元雖然是由時(shí)間切片得到，但從數據的角度看，它所承載的數據長(cháng)度是固定的，所以全幀長(cháng)度也是固定的。其次是數據提取，指針、定幀字節和各個(gè)段的定位字節共同完成全幀在數據流中的定位，綜上所述，SDH位于OSI模型中的第二層。最后引用一個(gè)文獻來(lái)證明觀(guān)點(diǎn)，《TCP/IP路由技術(shù)》(人郵二版)卷一第一章第一節，明確地將SONET和以太網(wǎng)、幀中繼、ATM一起劃入了數據鏈路層。到此問(wèn)題解決，有理有據，是這樣的嗎?了解了SDH后再討論。

　　確定一下SDH技術(shù)在光網(wǎng)絡(luò )中的位置

　　光網(wǎng)絡(luò )應該可以分為骨干傳輸網(wǎng)和光接入網(wǎng)兩大塊。骨干傳輸網(wǎng)由波分系統和SDH系統組成。隨著(zhù)各種數據業(yè)務(wù)需求的帶寬不斷提升，SDH設備早已經(jīng)由廣域網(wǎng)轉向城域網(wǎng)，從核心層向接入層轉移，為IP提供承載網(wǎng)服務(wù)。但是，SDH網(wǎng)絡(luò )最初是為了TDM業(yè)務(wù)而設計的，而對于IP業(yè)務(wù)的承載有著(zhù)先天不足，在p2p和鋼行管道的特性控制下，所有動(dòng)態(tài)分配的統計復用型業(yè)務(wù)，將會(huì )大量占用業(yè)務(wù)總線(xiàn)，使跨邏輯系統的交叉資源迅速耗盡。

　　在了解SDH原理之前

　　在這里所有百度能查到的東西我都要偷懶掉了，下面寫(xiě)點(diǎn)預備知識，簡(jiǎn)單串一下。

　　SDH屬于電路交換，電路交換和分組交換分頭發(fā)展，分別自成體系，趨向融合，兩種技術(shù)根本區別就在于對數據是存儲轉發(fā)還是直接傳輸，電路交換就是野蠻的直接傳輸了，所有超出電路傳輸能力的數據，統統丟掉，不過(guò)進(jìn)化總是不會(huì )中斷的，現在的電路交換，在接口上實(shí)現了存儲轉發(fā)，一切OK。

　　回到物種起源的話(huà)題。電路交換也經(jīng)歷了從電到光，從模擬到數字的一個(gè)過(guò)程，從搖把電話(huà)的人工交換講起未免太過(guò)遙遠，程控交換也不是我能講的了的，還是從PCM講吧，PCM切割出來(lái)的基準時(shí)隙就是一條64Kbit/s的通道了，數字PCM的標準話(huà)路DS0就占用這樣一個(gè)時(shí)隙。E1、T1是PCM的兩個(gè)標準，幀頻都一樣(8000F/s)，速率不同。E1包含32個(gè)時(shí)隙，其中TS0為定位時(shí)隙，TS16為控制信令;T1包含24個(gè)時(shí)隙，其中TS24的最后一個(gè)bit為定位字，而控制信令從每個(gè)時(shí)隙周期性借用。

　　剛才說(shuō)的是TDM時(shí)分復用，其實(shí)信道切割復用的技術(shù)還有幾種：SDM空分復用，FDM頻分復用，CDM碼分復用(這個(gè)一般和多址技術(shù)結合，就是CDMA了)。

　　WDM波分復用的實(shí)質(zhì)是光信號載波方式的超高頻分復用。而統計復用實(shí)質(zhì)是異步時(shí)分復用，動(dòng)態(tài)按需分配時(shí)隙。各種復用技術(shù)經(jīng)常結合在一起應用，比如PDH/SDH，同時(shí)使用了時(shí)分復用和空分復用技術(shù)，數字電視信號則同時(shí)使用了時(shí)分復用和頻分復用技術(shù)。

　　PDH是SDH的前身，把E1為基礎的電路載波到光信號上完成光傳輸的任務(wù)，光路碼型為加擾NRZ。要是開(kāi)個(gè)10M8M的p2p業(yè)務(wù)，PDH方便又實(shí)惠-_-;;;PDH和SDH的區別在于傳輸過(guò)程中復用方式不同，PDH使用了正碼速調整技術(shù)逐級復用，而SDH使用了指針調整技術(shù)同步復用，在高速信號中明確的指示出了各級低速信號的位置。

　　PDH/SDH的“透明”傳輸，指的是收信端的信號碼率與發(fā)信端的碼率相等，從而實(shí)現對接口外設備透明。

　　SDH/SONET原理

　　終于講回SDH了。首先是SDH和SONET的區別：1、基礎容量不同，SONET的STS-1為51.840Mb/s，SDH的STM-1為155.520Mb/s;2、由于復用路徑不同，所以指針定位點(diǎn)和凈荷都有些微小的差別;3、開(kāi)銷(xiāo)字節定義不同，這個(gè)差別實(shí)際上是不同廠(chǎng)商產(chǎn)品的差別，標準字節都存在著(zhù)理解上的差異，更不用說(shuō)自定義字節了;4、一些術(shù)語(yǔ)的對應關(guān)系：SONET的LAPS=SDH的線(xiàn)性MSP，SONET的BLSR=SDH的雙向MSP，SONET的UPSR=SDH的SNCP。除了這些區別，SDH和SONET是一樣的。

　　然后說(shuō)說(shuō)SDH基礎理論，再偷懶一下，掃盲的工作讓B培教材來(lái)完成，教材本身是依據ITUT建議整理的，講的比較系統，我添加了一點(diǎn)批注。

　　另外做一些補充，串一下思路：

　　在SDH中，從C12向STM-1復用，可以映射出63個(gè)2M，從C4向STM-1復用，可以映射出64個(gè)2M。而在SONET中，從T1向OC1復用，可以映射出28個(gè)T1。

　　從C12向STM-1的復用過(guò)程就可以看出來(lái)63個(gè)2M在STM-1中的排序規律，華為是這樣的1-1-1，2-1-1，3-1-1，1-2-1……3-7-1，1-1-2，2-1-2……3-7-3;cisco/lecent是另一種1-1-1，1-1-2，1-1-3，1-2-1……3-7-3。設備對接時(shí)經(jīng)常需要換算出E1的序號，有計算公式但我從來(lái)沒(méi)記住過(guò)，還是心算來(lái)的快。

　　教材里STM-1的幀結構很經(jīng)典，其中的指針和開(kāi)銷(xiāo)字節是故障定位排查時(shí)最常用的，比如保護倒換失敗了，查查K1K2字節的穿通情況，設備對接有問(wèn)題了，看看J1/J2/C2都匹配么。

　　在STM-1的凈荷里總共是783×3個(gè)字節，編號從0到782。這些字節在傳輸的時(shí)候先被間插一遍，單幀情況下，0號字節是緊跟在指針后面的，而AUPTR指示是下一幀的J1字節，正常就是522號字節?；瑤?滑碼發(fā)生時(shí)，指針開(kāi)始調整，指針值就不再是522了。

　　幀結構中的每個(gè)字節實(shí)際就是一條64K電路，可以看作SDH管道中的小管道，但是需要注意的是SDH設備所能夠分離出的最小顆粒是E1，把2M再做切割，就是固網(wǎng)的任務(wù)了。SDH幀就是通過(guò)時(shí)間切片得到的，畫(huà)個(gè)示意圖：大概就是這樣一個(gè)管道，在不同的時(shí)間點(diǎn)切下去，就得到了STM-N。

　　SDH網(wǎng)絡(luò )的保護倒換

　　SDH的業(yè)務(wù)都是由點(diǎn)到點(diǎn)類(lèi)型的業(yè)務(wù)組合而成的，線(xiàn)型的網(wǎng)絡(luò )無(wú)法實(shí)現業(yè)務(wù)保護，兩纖環(huán)網(wǎng)是最常見(jiàn)的可保護組網(wǎng)類(lèi)型，通常就是兩纖單向PP環(huán)和兩纖雙向MSP環(huán)。

　　SNCP/PP保護的機理是雙發(fā)選收，是基于硬件的保護，PP倒換發(fā)生在支路板上，而SNCP還需要由交叉板來(lái)動(dòng)作完成保護倒換。PP保護中各個(gè)通道是獨立的保護對象，SNCP保護里，完全可以將多個(gè)通道捆綁，共用一個(gè)SNCP業(yè)務(wù)對，所以說(shuō)PP保護是SNCP保護的特殊應用。

　　MSP保護的機理是使用K字節全環(huán)貫通實(shí)現的基于軟件的保護，由交叉板完成保護倒換動(dòng)作，倒換速度較慢，一般要十幾毫秒以上，具體耗時(shí)也和全環(huán)長(cháng)度、光纜衰耗、K字節處理時(shí)間等參數有關(guān)。ITUT對MSP環(huán)做了限制，16個(gè)節點(diǎn)，1200KM，所以K字節中表示每個(gè)節點(diǎn)只使用了4個(gè)bits。

　　SDH的網(wǎng)絡(luò )同步

　　實(shí)現網(wǎng)同步，對SDH網(wǎng)絡(luò )時(shí)鐘信號的精度要求很高(輸入輸出接口上要求同頻同相)，一般是把BITS和GPS接收機提取的信號綜合后接入，接入時(shí)如果要啟動(dòng)SSM協(xié)議，就必須用2M信號接入。

　　華為是使用時(shí)鐘ID來(lái)避免產(chǎn)生時(shí)鐘互鎖現象。ZTE保密了相關(guān)技術(shù)并申請了專(zhuān)利，不過(guò)各廠(chǎng)商的設備對于時(shí)鐘互鎖，都是可以軟件自動(dòng)解決的，無(wú)非是怎么設置的問(wèn)題。

　　誤碼和指針

　　誤碼的檢測字節是B1-再生段，B2-復用段，B3-高階，V5-低階。因為采用了BIP偶校驗的檢測方式，所以只能抽檢奇數位比特的差錯。

　　高階誤碼一般都會(huì )引發(fā)低階誤碼，高階指針調整一般不會(huì )引發(fā)低階指針調整(調整量大的時(shí)候就不僅僅是引發(fā)低階指針調整了，具體情況分析的到開(kāi)局維護再說(shuō)吧)。

　　漂移抖動(dòng)對于實(shí)際維護的指導意義并不大，我一直只是把它們當作設備選型做入網(wǎng)測試時(shí)的一些指標。實(shí)際工作中反映出來(lái)的誤碼和指針調整就按照誤碼和指針調整的正常處理方法來(lái)解決就好，如果真的是硬件原因引起了漂移抖動(dòng)，換板吧，需要繼續討論是漂移還是抖動(dòng)嗎?沒(méi)有這個(gè)必要。

　　以上內容主要圍繞著(zhù)B培原理展開(kāi)，算是把SDH的基本理論過(guò)了一遍，接著(zhù)寫(xiě)一些設備相關(guān)的基礎知識?；驹砬逦艘院蟾鲝S(chǎng)商的設備可以觸類(lèi)旁通，我對華為的傳輸產(chǎn)品體系比較熟悉，主要還是基于華為設備來(lái)寫(xiě)吧。

　　ECC通信協(xié)議

　　所有的通信網(wǎng)絡(luò )，尋址都是一個(gè)不大不小的課題，和包交換不同，SDH網(wǎng)絡(luò )調度的基本單位是電路。電路的調度走的是業(yè)務(wù)總線(xiàn)，網(wǎng)元的管理監控和網(wǎng)元之間相互通信，走的是開(kāi)銷(xiāo)總線(xiàn)。ECC協(xié)議棧是SDH通信的標準協(xié)議，IETF的相關(guān)建議分布在OSI模型的各層，SDH網(wǎng)絡(luò )中的設備通過(guò)ECC來(lái)實(shí)現通信。各個(gè)廠(chǎng)商的網(wǎng)元網(wǎng)管通信方式差別不大，都是針對D1-D12字節開(kāi)發(fā)實(shí)現的，不過(guò)華為將協(xié)議私有化了而已。

　　設備有兩個(gè)標識，IP用于TCP/IP通信，ID用于設備間的ECC通信。ID是在主控板上撥碼撥出來(lái)的，要求全網(wǎng)不重復。IP一般隨著(zhù)ID撥碼情況而變化，通過(guò)軟件設置得到的IP就不再跟隨ID撥碼變化了。

　　網(wǎng)絡(luò )規模擴大的情況下D1-D12字節承載的DCN通道會(huì )因為大量的告警性能信息發(fā)生擁塞現象，阻斷ECC通信，造成網(wǎng)元脫管、告警不上報、甚至主控復位。兩個(gè)解決辦法，一是限制ECC子網(wǎng)的大小，在RMS時(shí)代要求子網(wǎng)內的網(wǎng)元是在64個(gè)網(wǎng)元以?xún)?，?shí)際上接近100個(gè)也沒(méi)什么問(wèn)題。二是另開(kāi)2M作為DCN的帶外通道，適合超大型的網(wǎng)絡(luò )的情況。

　　業(yè)務(wù)總線(xiàn)和開(kāi)銷(xiāo)總線(xiàn)

　　主控單元可以熱插拔，交叉單元就絕對不可以。主控拔掉后，切斷了本網(wǎng)元開(kāi)銷(xiāo)總線(xiàn)之間的連接，ECC仍然可以通過(guò)交叉單元在本網(wǎng)元穿通，但是交叉被拔掉，就切斷了所有DCN通道以及本網(wǎng)元業(yè)務(wù)總線(xiàn)之間的連接。

　　總線(xiàn)都是位于背板上的，業(yè)務(wù)總線(xiàn)延伸到交叉板，負責電路調度，開(kāi)銷(xiāo)總線(xiàn)延伸到主控板，負責管理維護。業(yè)務(wù)總線(xiàn)越寬，可以支撐的交叉容量就越大，設備性能就越強悍。具體設備的總線(xiàn)結構在開(kāi)局維護里再寫(xiě)，大體上網(wǎng)絡(luò )運行時(shí)間長(cháng)了，業(yè)務(wù)量上來(lái)，交叉和總線(xiàn)資源總是有限的，已經(jīng)到了畫(huà)不出詳細時(shí)隙圖的地步，那么如果遇到了毫無(wú)征兆的業(yè)務(wù)下發(fā)失敗，不必大驚小怪，檢查清理業(yè)務(wù)總線(xiàn)吧……

　　開(kāi)銷(xiāo)總線(xiàn)維持著(zhù)各個(gè)單板和主控板之間的聯(lián)系，要注意的是，不是所有的單板都能夠分到SCCnumber號，只有邏輯系統里的線(xiàn)路口才有權獲得這個(gè)號碼，號碼耗盡時(shí)也有可能分不到，這時(shí)這個(gè)口就不能用來(lái)組織MSP了，SCCnumber在排錯時(shí)是比較實(shí)用的。

　　還有一些設備知識不具有普遍意義，或者對SDH理論的理解沒(méi)什么幫助，下次再寫(xiě)。SDH原理大概是這些，要深挖的話(huà)切入點(diǎn)也不少，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，SDH含蓋的范圍在逐漸拓展，IP over SDH是怎樣實(shí)現的?MSTP是什么樣的網(wǎng)絡(luò )架構?我嘗試著(zhù)解釋?zhuān)c大家共同學(xué)習提高。

　　IP包向SDH凈荷的映射

　　所有SDH電路是端到端的，LAPS和HDLC都有應用局限，所以使用PPP做為SDH承載IP的協(xié)議，IETF的標準就是這樣定義的，相關(guān)RFC為1619和1662。PPP封裝的開(kāi)銷(xiāo)是很低的，IP包經(jīng)過(guò)PPP封裝，就變成了一串字節流，然后再映射到SDH的通道上。IPV6也是一樣的，使用PPP封裝向SDH里映射。

　　接口方面包交換網(wǎng)絡(luò )這一側使用POS接口，SDH網(wǎng)絡(luò )使用標準STM-N光/電接口。另一種通過(guò)SDH網(wǎng)絡(luò )分解出來(lái)的E1電信號，就和標準的PDH信號一樣，同樣是PPP封裝，通過(guò)V.35串口接入包交換網(wǎng)絡(luò )。

　　如果需要將2M信號再切割到64K，接口就改為CE1，需要將STM-1信號切割到2M，接口相應的使用CPOS接口，前面有提到E1序號對應的問(wèn)題就出現在這里。

　　MSTP

　　SDH的基礎速率155M，實(shí)際能達到的帶寬只有一百二十多M，SONET能提供的帶寬還要稍大一些，但是數據流量如果超出這個(gè)峰值，就直接丟包。要解決這個(gè)問(wèn)題，那么就把存儲轉發(fā)做到端口上去，MSTP技術(shù)應運而生。MSTP網(wǎng)絡(luò )內部仍然是SDH的電路交叉、綁定、調度，接口換上了RJ45口，整個(gè)MSTP網(wǎng)絡(luò )就成了一個(gè)二層交換機，交換機的各個(gè)接口分布在不同的網(wǎng)元上，最后劃上VLAN分割廣播域，這里的VLAN在SDH網(wǎng)絡(luò )內部有效，對外透明。當然為了實(shí)現這些功能，MSTP也使用了一些新技術(shù)：

　　MSTP需要考慮的是以太幀向SDH凈荷映射的一個(gè)過(guò)程，進(jìn)入接口的以太幀被打上tag進(jìn)行標記識別(注意這個(gè)標簽只用于SDH網(wǎng)絡(luò )內部對外毫無(wú)意義)，然后切割封裝。一開(kāi)始，PPP又承擔起了封裝任務(wù)，而相較之下GFP同時(shí)支持定長(cháng)幀和變長(cháng)幀，效率稍高一點(diǎn)，所以MSTP也逐漸轉向GFP封裝，目前大部分MSTP的實(shí)現模式是mac->GFP->SDH。

　　虛級聯(lián)和LCAS 技術(shù)用于解決SDH的速率等級與以太網(wǎng)的速率等級不匹配的問(wèn)題，提高帶寬利用率。通過(guò)改變設備的交叉結構和新定義開(kāi)銷(xiāo)字節，虛級聯(lián)拆除了SDH傳輸中固有的復幀結構，而LCAS實(shí)現了基于2M基礎單元的帶寬動(dòng)態(tài)分配。

　　最后是服務(wù)質(zhì)量，SDH中大量未定義字節為服務(wù)質(zhì)量策略的部署提供了良好平臺。與MSTP插入tag的方式相比，CAR的實(shí)現有些不同，通過(guò)字節定義出的CAR可以基于端口實(shí)施限速，也可以和vlan綁定基于應用類(lèi)型進(jìn)行限速。

　　為以太幀加標簽的技術(shù)大大鼓舞了MSTP技術(shù)的發(fā)展。既然加了標簽的幀在SDH網(wǎng)絡(luò )內部是被切成小片傳輸的，那加幾層標簽都影響不大，掙脫了mtu的束縛，各種加標簽的技術(shù)都被MSTP給用上了，當然只在MSTP網(wǎng)絡(luò )內部有效，對外還是透明的。比如QinQ(就是EoMPLS的一種)，MPLS VPN，RSVP/TE等等，這些都是分組交換的技術(shù)，也讓我一度很困惑，MSTP網(wǎng)絡(luò )內部又不存在對外可識別的接口/設備跳記數，這些技術(shù)有多大的價(jià)值呢?

　　而后ASON橫空出世，解決了我的困惑，MSTP終于走上三層了，不再透明了。但是到現在為止，市場(chǎng)和ASON的銷(xiāo)量證明了一切。把SDH設備直接做上三層，成本遠高于數據網(wǎng)設備，還喪失了SDH網(wǎng)絡(luò )的安全性，電路交換和分組交換融合確實(shí)是大趨勢，但這樣的融合，市場(chǎng)不承認，就沒(méi)有生命力。在經(jīng)歷了ASON的失敗，現在的PTN出現之后，不少用戶(hù)都保持了相對謹慎。

　　對比起L2TP的偽線(xiàn)技術(shù)，MSTP網(wǎng)絡(luò )實(shí)現any to any連接采用的方法還是比較原始，當鏈路兩側的碼率不一致的時(shí)候，傳輸質(zhì)量要受到其他一些影響，比如協(xié)議轉換、接口電氣性能等。

　　RPR/RRPP

　　Halabi在《城域以太網(wǎng)》中詳細描述了Ethernet over Sonet的過(guò)程，RPR彈性分組環(huán)就是由cisco提出的實(shí)施框架。RRPP是華為為了在SDH網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現RPR而開(kāi)發(fā)的過(guò)渡私有協(xié)議，體現了RPR的部分思路。

　　RPR與SDH的保護方式有一些區別，還沒(méi)寫(xiě)好，隨后補上。

　　最后要回到開(kāi)篇的那個(gè)問(wèn)題，SDH網(wǎng)絡(luò )是電路交換的鋼性管道，提供的是定速率的數據傳輸管道，即電路。SDH的幀由時(shí)間切片組成，在每個(gè)時(shí)間片內，管道中數據定長(cháng)，合成一個(gè)SDH幀。所以SDH的本質(zhì)還是電路交換，mac幀、ppp幀是SDH網(wǎng)絡(luò )向上層延展時(shí)的承載內容，這樣看來(lái)SDH是屬于物理層的。但是篇首關(guān)于二層幀的理解，并無(wú)破綻，正因為理解的角度不同，產(chǎn)生了不同的結論，分層模型是普遍適用的么……