光通信網(wǎng)絡——SDH/MSTP

　　SDH網(wǎng)絡-原理

　　不做傳輸網(wǎng)的事情轉眼一年有余，該好好做個復習筆記，也算是為我的傳輸工作做一個小結吧。想寫三篇，第一篇理論，第二篇寫開局維護和排錯，第三篇寫SDH網(wǎng)絡在ISP營運中的業(yè)務模式和發(fā)展趨勢。希望能和大家學習交流，共同進步。但本人水平有限，錯漏之處在所難免，光通信領域專家如云，高手如雨，懇請指正，email:xikx@163.com。

　　從一個提問開始

　　這是我曾經(jīng)在工作中被經(jīng)常被問到的一個問題，SDH是第一層還是第二層技術?看似平淡無奇，回答起來卻不那么容易，沒有哪個協(xié)議對這個問題有明確的回答。

　　先給一個參考觀點：二層技術，二層幀是為了將所需要的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)流中分離提取出來而設計的，并不是只有以太幀，F(xiàn)R幀是二層幀，只要有明確的分割界限，能順利提取所需要數(shù)據(jù)，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，每個基本單元雖然是由時間切片得到，但從數(shù)據(jù)的角度看，它所承載的數(shù)據(jù)長度是固定的，所以全幀長度也是固定的。其次是數(shù)據(jù)提取，指針、定幀字節(jié)和各個段的定位字節(jié)共同完成全幀在數(shù)據(jù)流中的定位，綜上所述，SDH位于OSI模型中的第二層。最后引用一個文獻來證明觀點，《TCP/IP路由技術》(人郵二版)卷一第一章第一節(jié)，明確地將SONET和以太網(wǎng)、幀中繼、ATM一起劃入了數(shù)據(jù)鏈路層。到此問題解決，有理有據(jù)，是這樣的嗎?了解了SDH后再討論。

　　確定一下SDH技術在光網(wǎng)絡中的位置

　　光網(wǎng)絡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(tǒng)和SDH系統(tǒng)組成。隨著各種數(shù)據(jù)業(yè)務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。但是，SDH網(wǎng)絡最初是為了TDM業(yè)務而設計的，而對于IP業(yè)務的承載有著先天不足，在p2p和鋼行管道的特性控制下，所有動態(tài)分配的統(tǒng)計復用型業(yè)務，將會大量占用業(yè)務總線，使跨邏輯系統(tǒng)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，下面寫點預備知識，簡單串一下。

　　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，兩種技術根本區(qū)別就在于對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，統(tǒng)統(tǒng)丟掉，不過進化總是不會中斷的，現(xiàn)在的電路交換，在接口上實現(xiàn)了存儲轉發(fā)，一切OK。

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

　　剛才說的是TDM時分復用，其實信道切割復用的技術還有幾種：SDM空分復用，F(xiàn)DM頻分復用，CDM碼分復用(這個一般和多址技術結合，就是CDMA了)。

　　WDM波分復用的實質(zhì)是光信號載波方式的超高頻分復用。而統(tǒng)計復用實質(zhì)是異步時分復用，動態(tài)按需分配時隙。各種復用技術經(jīng)常結合在一起應用，比如PDH/SDH，同時使用了時分復用和空分復用技術，數(shù)字電視信號則同時使用了時分復用和頻分復用技術。

　　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?shù)娜蝿?，光路碼型為加擾NRZ。要是開個10M8M的p2p業(yè)務，PDH方便又實惠-_-;;;PDH和SDH的區(qū)別在于傳輸過程中復用方式不同，PDH使用了正碼速調(diào)整技術逐級復用，而SDH使用了指針調(diào)整技術同步復用，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，從而實現(xiàn)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(qū)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，所以指針定位點和凈荷都有些微小的差別;3、開銷字節(jié)定義不同，這個差別實際上是不同廠商產(chǎn)品的差別，標準字節(jié)都存在著理解上的差異，更不用說自定義字節(jié)了;4、一些術語的對應關系：SONET的LAPS=SDH的線性MSP，SONET的BLSR=SDH的雙向MSP，SONET的UPSR=SDH的SNCP。除了這些區(qū)別，SDH和SONET是一樣的。

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

　　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2M，從C4向STM-1復用，可以映射出64個2M。而在SONET中，從T1向OC1復用，可以映射出28個T1。

　　從C12向STM-1的復用過程就可以看出來63個2M在STM-1中的排序規(guī)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。設備對接時經(jīng)常需要換算出E1的序號，有計算公式但我從來沒記住過，還是心算來的快。

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

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

　　幀結構中的每個字節(jié)實際就是一條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)的任務了。SDH幀就是通過時間切片得到的，畫個示意圖：大概就是這樣一個管道，在不同的時間點切下去，就得到了STM-N。

　　SDH網(wǎng)絡的保護倒換

　　SDH的業(yè)務都是由點到點類型的業(yè)務組合而成的，線型的網(wǎng)絡無法實現(xiàn)業(yè)務保護，兩纖環(huán)網(wǎng)是最常見的可保護組網(wǎng)類型，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還需要由交叉板來動作完成保護倒換。PP保護中各個通道是獨立的保護對象，SNCP保護里，完全可以將多個通道捆綁，共用一個SNCP業(yè)務對，所以說PP保護是SNCP保護的特殊應用。

　　MSP保護的機理是使用K字節(jié)全環(huán)貫通實現(xiàn)的基于軟件的保護，由交叉板完成保護倒換動作，倒換速度較慢，一般要十幾毫秒以上，具體耗時也和全環(huán)長度、光纜衰耗、K字節(jié)處理時間等參數(shù)有關。ITUT對MSP環(huán)做了限制，16個節(jié)點，1200KM，所以K字節(jié)中表示每個節(jié)點只使用了4個bits。

　　SDH的網(wǎng)絡同步

　　實現(xiàn)網(wǎng)同步，對SDH網(wǎng)絡時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，接入時如果要啟動SSM協(xié)議，就必須用2M信號接入。

　　華為是使用時鐘ID來避免產(chǎn)生時鐘互鎖現(xiàn)象。ZTE保密了相關技術并申請了專利，不過各廠商的設備對于時鐘互鎖，都是可以軟件自動解決的，無非是怎么設置的問題。

　　誤碼和指針

　　誤碼的檢測字節(jié)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(shù)位比特的差錯。

　　高階誤碼一般都會引發(fā)低階誤碼，高階指針調(diào)整一般不會引發(fā)低階指針調(diào)整(調(diào)整量大的時候就不僅僅是引發(fā)低階指針調(diào)整了，具體情況分析的到開局維護再說吧)。

　　漂移抖動對于實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)測試時的一些指標。實際工作中反映出來的誤碼和指針調(diào)整就按照誤碼和指針調(diào)整的正常處理方法來解決就好，如果真的是硬件原因引起了漂移抖動，換板吧，需要繼續(xù)討論是漂移還是抖動嗎?沒有這個必要。

　　以上內(nèi)容主要圍繞著B培原理展開，算是把SDH的基本理論過了一遍，接著寫一些設備相關的基礎知識?；驹砬逦艘院蟾鲝S商的設備可以觸類旁通，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寫吧。

　　ECC通信協(xié)議

　　所有的通信網(wǎng)絡，尋址都是一個不大不小的課題，和包交換不同，SDH網(wǎng)絡調(diào)度的基本單位是電路。電路的調(diào)度走的是業(yè)務總線，網(wǎng)元的管理監(jiān)控和網(wǎng)元之間相互通信，走的是開銷總線。ECC協(xié)議棧是SDH通信的標準協(xié)議，IETF的相關建議分布在OSI模型的各層，SDH網(wǎng)絡中的設備通過ECC來實現(xiàn)通信。各個廠商的網(wǎng)元網(wǎng)管通信方式差別不大，都是針對D1-D12字節(jié)開發(fā)實現(xiàn)的，不過華為將協(xié)議私有化了而已。

　　設備有兩個標識，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的，要求全網(wǎng)不重復。IP一般隨著ID撥碼情況而變化，通過軟件設置得到的IP就不再跟隨ID撥碼變化了。

　　網(wǎng)絡規(guī)模擴大的情況下D1-D12字節(jié)承載的DCN通道會因為大量的告警性能信息發(fā)生擁塞現(xiàn)象，阻斷ECC通信，造成網(wǎng)元脫管、告警不上報、甚至主控復位。兩個解決辦法，一是限制ECC子網(wǎng)的大小，在RMS時代要求子網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)元是在64個網(wǎng)元以內(nèi)，實際上接近100個也沒什么問題。二是另開2M作為DCN的帶外通道，適合超大型的網(wǎng)絡的情況。

　　業(yè)務總線和開銷總線

　　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)元開銷總線之間的連接，ECC仍然可以通過交叉單元在本網(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)務總線之間的連接。

　　總線都是位于背板上的，業(yè)務總線延伸到交叉板，負責電路調(diào)度，開銷總線延伸到主控板，負責管理維護。業(yè)務總線越寬，可以支撐的交叉容量就越大，設備性能就越強悍。具體設備的總線結構在開局維護里再寫，大體上網(wǎng)絡運行時間長了，業(yè)務量上來，交叉和總線資源總是有限的，已經(jīng)到了畫不出詳細時隙圖的地步，那么如果遇到了毫無征兆的業(yè)務下發(fā)失敗，不必大驚小怪，檢查清理業(yè)務總線吧……

　　開銷總線維持著各個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(tǒng)里的線路口才有權獲得這個號碼，號碼耗盡時也有可能分不到，這時這個口就不能用來組織MSP了，SCCnumber在排錯時是比較實用的。

　　還有一些設備知識不具有普遍意義，或者對SDH理論的理解沒什么幫助，下次再寫。SDH原理大概是這些，要深挖的話切入點也不少，隨著技術的發(fā)展，SDH含蓋的范圍在逐漸拓展，IP over SDH是怎樣實現(xiàn)的?MSTP是什么樣的網(wǎng)絡架構?我嘗試著解釋，與大家共同學習提高。

　　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RFC為1619和1662。PPP封裝的開銷是很低的，IP包經(jīng)過PPP封裝，就變成了一串字節(jié)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)絡這一側使用POS接口，SDH網(wǎng)絡使用標準STM-N光/電接口。另一種通過SDH網(wǎng)絡分解出來的E1電信號，就和標準的PDH信號一樣，同樣是PPP封裝，通過V.35串口接入包交換網(wǎng)絡。

　　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序號對應的問題就出現(xiàn)在這里。

　　MSTP

　　SDH的基礎速率155M，實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(shù)據(jù)流量如果超出這個峰值，就直接丟包。要解決這個問題，那么就把存儲轉發(fā)做到端口上去，MSTP技術應運而生。MSTP網(wǎng)絡內(nèi)部仍然是SDH的電路交叉、綁定、調(diào)度，接口換上了RJ45口，整個MSTP網(wǎng)絡就成了一個二層交換機，交換機的各個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)絡內(nèi)部有效，對外透明。當然為了實現(xiàn)這些功能，MSTP也使用了一些新技術：

　　MSTP需要考慮的是以太幀向SDH凈荷映射的一個過程，進入接口的以太幀被打上tag進行標記識別(注意這個標簽只用于SDH網(wǎng)絡內(nèi)部對外毫無意義)，然后切割封裝。一開始，PPP又承擔起了封裝任務，而相較之下GFP同時支持定長幀和變長幀，效率稍高一點，所以MSTP也逐漸轉向GFP封裝，目前大部分MSTP的實現(xiàn)模式是mac->GFP->SDH。

　　虛級聯(lián)和LCAS 技術用于解決SDH的速率等級與以太網(wǎng)的速率等級不匹配的問題，提高帶寬利用率。通過改變設備的交叉結構和新定義開銷字節(jié)，虛級聯(lián)拆除了SDH傳輸中固有的復幀結構，而LCAS實現(xiàn)了基于2M基礎單元的帶寬動態(tài)分配。

　　最后是服務質(zhì)量，SDH中大量未定義字節(jié)為服務質(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的實現(xiàn)有些不同，通過字節(jié)定義出的CAR可以基于端口實施限速，也可以和vlan綁定基于應用類型進行限速。

　　為以太幀加標簽的技術大大鼓舞了MSTP技術的發(fā)展。既然加了標簽的幀在SDH網(wǎng)絡內(nèi)部是被切成小片傳輸?shù)?，那加幾層標簽都影響不大，掙脫了mtu的束縛，各種加標簽的技術都被MSTP給用上了，當然只在MSTP網(wǎng)絡內(nèi)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，也讓我一度很困惑，MSTP網(wǎng)絡內(nèi)部又不存在對外可識別的接口/設備跳記數(shù)，這些技術有多大的價值呢?

　　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(xiàn)在為止，市場和ASON的銷量證明了一切。把SDH設備直接做上三層，成本遠高于數(shù)據(jù)網(wǎng)設備，還喪失了SDH網(wǎng)絡的安全性，電路交換和分組交換融合確實是大趨勢，但這樣的融合，市場不承認，就沒有生命力。在經(jīng)歷了ASON的失敗，現(xiàn)在的PTN出現(xiàn)之后，不少用戶都保持了相對謹慎。

　　對比起L2TP的偽線技術，MSTP網(wǎng)絡實現(xiàn)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的過程，RPR彈性分組環(huán)就是由cisco提出的實施框架。RRPP是華為為了在SDH網(wǎng)絡中實現(xiàn)RPR而開發(fā)的過渡私有協(xié)議，體現(xiàn)了RPR的部分思路。

　　RPR與SDH的保護方式有一些區(qū)別，還沒寫好，隨后補上。

　　最后要回到開篇的那個問題，SDH網(wǎng)絡是電路交換的鋼性管道，提供的是定速率的數(shù)據(jù)傳輸管道，即電路。SDH的幀由時間切片組成，在每個時間片內(nèi)，管道中數(shù)據(jù)定長，合成一個SDH幀。所以SDH的本質(zhì)還是電路交換，mac幀、ppp幀是SDH網(wǎng)絡向上層延展時的承載內(nèi)容，這樣看來SDH是屬于物理層的。但是篇首關于二層幀的理解，并無破綻，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……