光传输的发展史(PDH→SDH→MSTP→PTN→OTN)

光传输的发展史(PDH→SDH→MSTP→PTN→OTN)

1.传输网的演进和结构
光传送网的发展历程：


传输网主要分为三层：接入层、汇聚层和骨干层。

本地传输网由传输系统、光纤网、管道/光交、汇聚机房组成，其中，传输系统指SDH/PTN/OTN和PON网络。

2.PDH
PDH，准同步数字系列。
PDH主要有两大系列标准：
1）E1，即PCM30/32路，2.048Mbps，欧洲和我国采用此标准。
2）T1，即PCM24/路，1.544Mbps，北美采用此标准。
原理：
PCM脉冲调制，对模拟信号采样，8000个样值每S，每个样值8bit，所以一个话路的速率为64kbps。E1有32个时隙，TS0用来同步，TS16用来传送信令，其中30路用来传话音信号的，32个话路的速率为2.048Mbps，即PCM基群，也叫一次群。…，他们的速率是四倍关系。

T1的采样与E1相同，只是有24个话路，其速率为64kbps*24 = 1.544Mbps 四个一次群复用为一个二次群，当然一个二次群的速率比四个一次群的速率总和还要多一些，用于同步的码元。四个二次群复用为一个三次群，依次类推。 E1=2.048、E2=8.448、E3=34.368Mbps ……

PDH的缺点：
1）没有世界性的标准（欧洲、北美和日本的速率标准不同）。
2）没有世界性的标准光接口规范。
3）结构复杂，硬件数量大，上下电路成本高，也缺乏灵活性。
4）网络运行、维护和管理能力差。
因此，要满足现代电信网络的发展需求，SDH作为一种结合高速大容量光传输技术和智能网络技术的新体制，就在这种情况下诞生了。

3.SDH
随着以微处理器支持的智能网元的出现，使得高速大容量光纤传输技术和智能网络技术的结合，SDH光同步传输网应运而生。
SDH全称为同步数字传输体制，它规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级，接口码型等特性。同时，SDH改善了PDH的不利于大容量传输缺点。
SDH的优点：
1）速率和光接口统一。
2）管理能力强。
3）上下电路方便。

基站里的SDH设备

基站综合柜里的SDH设备连接关系图

SDH帧结构
SDH的帧结构为块状帧结构。

信息净负荷(9行×261列)
STM-N帧中放置各种业务信息的地方。
2M/34M/140M等PDH信号、ATM信号、IP信息包等打包成信息包后，放于其中。然后由STM-N信号承载，在SDH网上传输。若将STM-N信号帧比做一辆货车，其净负荷区即为该货车的车厢。
在将低速信号打包装箱时，在每一个信息包中加入通道开销POH，以完成对每一个“货物包”在“运输”中的监视。

段开销
段开销完成对STM-N整体信号流进行监控。即对STM-N“车厢”中所有“货物包”进行整体上的性能监控。
●再生段开销(RSOH)—完成对STM-N整体信息结构进行监控
●复用段开销(MSOH)—完成对STM-N中的复用段层信息结构进行监控
●RSOH、MSOH、POH组成SDH层层细化的监控体制
●二者区别：宏观（RSOH）和微观（MSOH）
管理单元指针——AU-PTR

●定位低速信号在STM-N帧中(净负荷)的位置，使低速信号在高速信号中的位置可预知。
●发端在将信号包装入STM-N净负荷时，加入AU-PTR，指示信号包在净负荷中的位置，即将装入“车厢”的“货物包”，赋予一个位置坐标值。
●收端根据AU指针值，从STM-N帧净负荷中直接拆分出所需的低速支路信号；即依据“货物包”位置坐标，从“车厢”中直接所需要的那一个“货包”。
●由于“车厢”中的“货物包”是以一定的规律摆放的——字节间插复用方式；所以对货物包的定位仅需定位“车厢”中第一个“货物包”即可。
SDH 的帧传输时按由左到右，由上到下的顺序排成串型码流依次传输，每帧传输时间为125us，每秒传输8000 帧，对 STM-l 而言每帧字节，8 比特／字节×(9×270×1)字节=19440比特，则 STM-l 的传输速率为19440×8000 = 155.520Mbit/s。同理，
●STM-4——622.08Mbit/s
●STM-16——2488.32Mbit/s（2.5G）
●STM-64——10Gbit/s
PDH的E1信号也是8000帧/秒。但是，SDH的帧周期恒定，使STM-N信号的速率有其规律性。比如，STM-16恒定等于STM-4的4倍，等于STM-1的16倍。但是，PDH中的E2信号速率≠E1信号速率的4倍。所以，SDH简化了复用和分用技术，上下路方便，特别适用于大容量的传输情况。
SDH的复用
SDH的复用包括两种情况：一种是低阶的SDH信号复用成高阶SDH信号；另一种是低速支路信号（例如2Mbit/s、34Mbit/s、140Mbit/s）复用成SDH信号STM-N。
复用是依复用路线图进行的，ITU-T规定的路线图有多种，但通常一个国家或地区仅使用一种。
第一种情况，复用的方法主要通过字节间插复用方式来完成的，复用的个数是4合一，即4×STM-1→STM-4，4×STM-4→STM-16。在复用过程中保持帧频不变（8000帧/秒），这就意味着高一级的STM-N信号是低一级的STM-N信号速率的4倍。在进行字节间插复用过程中，各帧的信息净负荷和指针字节按原值进行间插复用，而段开销则会有些取舍。在复用成的STM-N帧中，SOH并不是所有低阶SDH帧中的段开销间插复用而成，而是舍弃了一些低阶帧中的段开销 第二种情况用得最多的就是将PDH信号复用进STM-N信号中去。
C－容器、VC－虚容器、TU－支路单元、TUG－支路单元组、AU－管理单元、AUG－管理单元组

SDH传输业务信号时各种业务信号要进入SDH的帧都要经过映射、定位和复用三个步骤：映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器（C），再加入通道开销 （POH）形成虚容器（VC）的过程，帧相位发生偏差称为帧偏移；定位即是将帧偏移信息收进支路单元（TU）或管理单元（AU）的过程，它通过支路单元指针（TU PTR）或管理单元指针（AU PTR）的功能来实现；复用则是将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道或将多个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程。
VC4是与140Mbit/sPDH信号相对应的标准虚容器，此过程相当于对C4信号再打一个包封，将对通道进行监控管理的开销（POH）打入包封中去，以实现对通道信号的实时监控。
虚容器（VC）的包封速率也是与SDH网络同步的，不同的VC（例如与2Mbit/s相对应的VC12、与34Mbit/s相对应的VC3）是相互同步的，而虚容器内部却允许装载来自不同容器的异步净负荷。虚容器这种信息结构在SDH网络传输中保持其完整性不变，也就是可将其看成独立的单位（货包），十分灵活和方便地在通道中任一点插入或取出，进行同步复用和交叉连接处理。
也就是说SDH的最小单元是个容器，其大小是固定的。SDH是专门为语音设计的，可应用于固定速率的业务。也就是说用固定的容器传送固定速率的话音业务。用VC传固定速率的语音，带宽利用率较高，但是对于数据业务这种不固定速率的业务，SDH的利用率较低。容器的大小是固定的，用来装水可以满满的，用来装石头则间隙比较大，空间利用率要小。
SDH组网

有个形象的比喻：
把sdh理解成沿着环形铁路线运行的火车，先不考虑保护。
假设北京、上海、广州间用stm-16组成sdh环网。
北京附近的地区用stm-4组成环网，作为北京stm-16网元的子网，以此类推，stm-4环网下面再有stm-1组成的子网。
把stm-1组成的环网，想象成一节火车车厢，里面有3个集装箱，每个集装箱里有7个小柜子，每个柜子里又有3个小箱子。火车车厢就是vc4，小箱子就是vc12.
火车沿着环路不停运行，每到一站，车站就根据做的业务，打开小箱子，把vc12里的信息取出，或者放进2m，占用的是一个stm-1中的vc12时隙。
…
SDH采样二纤双向复用段保护环组网，一个很大的优点是采用自愈混合环形网结构。

SDH有抗单次故障能力，采样双向复用保护环。一个通道出现故障，可以从另外一条保护通道进行传输。
环形组网的自愈能力是SDH的一个很重要的特点。

4.MSTP
MSTP，全称为Multi-Service Transmission Platform。
SDH协议最初是针对语音业务（即固定带宽业务）设计的，主要提供TDM（各种可以间差复用的SDH中的业务，如E1，E3等）接入。由于SDH协议极高的服务质量，及可维护管理性，受到了全球电信运营商的青睐，SDH一度统治了传输网。
随着SDH传输的日益普及，和电信网上数据业务的比例越来越高，各种各样接入的业务都需要在SDH上承载，因此逐渐发展出了MSTP技术。
通过GFP，HDLC，PPP等封装协议，MSTP可以把非固定带宽业务封装到SDH帧中。因此，MSTP可以支持ETHERNET，ATM/IMA等业务的接入。
MSTP的出现，将SDH的辉煌延长了至少10年。
但是，随着基于MPLS-TP技术的PTN技术的大行其道，MSTP已经成为昨日黄花了。
MSTP = SDH + 以太网（二层交换） + ATM（传信令） 也就是在SDH的用户侧增加了以太网接口或ATM接口，实现IP化接口。IP over SDH。
MSTP的核心仍然是SDH，在SDH的基础上进行了改进。

MSTP功能架构
MSTP的关键技术
（1） 协议封装
我们知道IP是三层协议，也就是网络层，而SDH属于物理层，那么IP over SDH就需要在IP和SDH之间有一个二层的东西进行转换。也就是说需要把IP包封装为帧在SDH上进行传送。
EOS（Ethernet over SDH）
EOS是把数据封装为以太帧再映射到SDH的虚容器的方法。

EOS的接口速率和以太的速率相同，10Mbps、100Mbps、1Gbps、10Gbps，还有40Gbps和100Gbps
（2） 级联技术
在上面提到，IP的包可能会很大，在封装时需要进行分片，而容器相对于大速率来说太小，由此引出了级联技术，复用成一个更大的容器。VC12、VC3、VC4，它们分别对应着2M、34M/45M、140M/155M，相对于以太速率来说不是很匹配。
有两种级联技术:

●相邻级联
将SDH帧中相邻的5个VC12虚容器级联起来。一个Vc12是2M，5个级联起来就是10M，这种级联需要在同一帧内完成.
●虚级联
虚级联可以使不连续的5个VC12，也可以跨帧.
（3） LCAS链路容量调整机制
这是个信令技术，由网管发出LCAS指令，改变虚级联的个数来调整带宽。

5.PTN
PTN叫做packet translate network（包传送网）。因为MSTP/SDH电路交换为核心，承载IP业务效率低，带宽独占，调度灵活性差，所以，PTN应运而生。

PTN最简单的方程式为：PTN=MPLS+OAM+保护-IP，其增强了开销（吸取了SDH的优势）、对业务的保护（吸取了SDH的优势），“-IP”可以简单的看做是“对MPLS的简化”，去掉我们不需要的东西（例如复杂的各种握手协议等）。
OAM(Operation Administartion and Maintenance)：是为保障网络与业务正常、安全、有效运行而采取的生产组织管理活动，简单运行管理维护或运维管理。
从字面上解释，PTN叫做packet translate network（包传送网），而SDH叫做同步数字体系。从传输单元上看，PTN传送的最小单元是IP报文，而SDH传输的是时隙，最小单元是E1即2M电路。PTN的报文大小有弹性，而SDH的电路带宽是固定的。这就是PTN与SDH承载性能的最本质区别。
从协议上看，PTN遵循的叫做TMPLS，即经过改进的MPLS（多协议标签交换），即TMPLS=MPLS-IP+OAM。

MPLS
了解MPLS前，我们先看一看传统IP路由网络的缺陷。

传统的IP路由技术是不可管理、不可控制的。IP逐级转发，每经过一个路由器都要进行路由查询（可能多次查找），速度缓慢，这种转发机制不适合大型网络。
而MPLS（全称为：多协议标签交换）是通过事先分配好的标签，为报文建立一条标签转发通道（LSP），在通道经过的每一台设备处，只需要进行快速的标签交换即可（一次查找），从而节约了处理时间。

从业务管理能力看，PTN通过硬件收发管理报文来实现对信道的监控和管理，而SDH通过开销字节实现系统的OAM。
OAM这块却是最大的卖点。相比“MPLS也能做OAM”，PTN引入的OAM更多的是仿照传统SDH的开销，能够提供50ms以内的电信级LSP保护和环保护——这个是运营商特别特别看重的！！可以说没有这个为前提，PTN不可能发展起来。
然后，PTN的OAM所提供的各种在线、离线的管理维护信息十分丰富，对PTN每层都作了高效率而且规范的定义，可以说不比SDH引以为豪的开销字节差多少。
总之，

Packet：分组内核，多业务处理，层次化QOS能力。
Tranport：类SDH的保护机制：快速、丰富，从业务接入到网络侧以及设备级的完整保护方案；类SDH的丰富OAM维护手段；综合的接入能力、完整的时钟同步方案。
Network：业务端到端，管理端到端。

基站里的PTN设备：

6.OTN
简单的说，OTN = SDH + WDM。
WDM（波分复用）

WDM是把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送的方式（每个波长承载一个业务信号） ，主要功能是传送和复用。
SDH就好比在高速公路上只能行驶一辆车，而WDM好比在高速公路上可并行多辆车。WDM的出现解决了SDH网络容量不足的问题：每个波长带宽10G，WDM的带宽可达80Gbps，而SDH网络带宽最大为10G。
同时，WDM能够远距离传送，600km—2000km，所以WDM可以起到一个大容量、远距离的作用。
但是，WDM类似PDH系统，只能组点对点连接，不能组成环，不能对波长进行灵活调度，无法组成复杂网络，且不支持ASON智能特性，无法向智能光网络演进，这就需要利用SDH。
OTN就是在WDM基础上，融合了SDH的一些优点，如丰富的OAM开销、灵活的业务调度、完善的保护方式等，OTN对业务的调度分为：光层调度和电层调度；光层调度可以理解为是WDM的范畴；电层调度可以理解为SDH的范畴。

OTN业务和组网场景

OTN设备：

7.PON
PON网络－宽带无源光网络：由OLT（光线路终端）、Splitter(分光器）、ONU（光网络单元）组成。具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，被视为实现接入网业务宽带化、综合化改造的理想技术。
从OLT到ONU之间那部分线路是无源的，所以称之为无源光网络。
PON系统采用WDM（波分复用）技术，实现单纤双向传输。

PON应用场景—FTTx

PON设备：

8.传输网网络拓扑
传输网一般分为：核心层-骨干层-汇聚层-接入层。

骨干层一般采用OTN设备或DWDM设备，汇聚层一般式采用大容量的10G/2.5G SDH或10GE PTN设备，接入层一般采用小容量的155M/622M SDH设备或 GE PTN设备 。
OTN+PTN+PON的基本拓扑

PTN专线主要解决大颗粒的专线业务，不是所有的小区和家庭用户都是大客户，EPON/GPON是综合业务接入设备主要用于综合业务区，覆盖小区，提供语音、数据等综合业务
OTN是用在：核心层–>骨干层
PTN是用在：骨干层—>汇聚层—>接入层
PON是用在：接入层

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