《现代骨干网与高速互联网技术》第2部分+高速互联网传输技术新进展.ppt

现代骨干网与高速互联网技术ModernBackboneNetwork High SpeedInternetTechnology 邬春学tyfond 第2部分高速互联网传输技术新进展 2 1高速以太网络技术2 2SDH技术2 3DWDM技术 2 1高速以太网络技术 1973年Metcalfe 梅特卡夫 博士在施乐实验室发明了以太网 并开始进行以太网拓扑的研究工作 1976年施乐公司构建基于以太网的局域网络 并连接了超过100台PC 1980年DEC Intel和施乐联手发布10Mbps以太网标准提议 1983年IEEE802 3工作组发布10BASE 5 粗缆 以太网标准 这是最早的以太网标准 1986年IEEE802 3工作组发布10BASE 2 细缆 以太网标准 1991年IEEE802 3工作组发布10BASE T 无屏蔽双绞线 UTP 以太网标准 1995年IEEE通过802 3u100M以太网标准 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 1998年IEEE通过802 3z1000M以太网标准 基于光纤和对称屏蔽铜缆 1999年IEEE通过802 3ab1000M以太网标准 基于五类线 2002年IEEE通过802 3ae10G以太网标准 2010 2011年预计发布100G以太网标准 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 DIX以太网 IEEE802 3 IEEE802 3U IEEE802 3Z AB IEEE802 3AE AK 1980 1983 1995 1998 1999 2002 6 10M 10M 802 3 100M 802 3u 1G 802 3z 1G 802 3ab 10G 802 3ae 2004 2 10G 802 3ak 1973 3M以太网 2008 12 IEEE802 3ba 100G 802 3ba 2 1高速以太网络技术 以太网新标准802 3z 千兆以太网标准802 3ab 802 3标准的1000BASE T标准802 3ad 链路聚合 捆绑802 3ae 万兆以太网标准802 3ak 基于双绞线的万兆以太网802 3ba 10万兆以太网标准 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 传统以太网特点 在局域网应用中占绝对优势在城域网中带宽限制传输距离过短 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 万兆以太网技术 解决以太网的带宽以及在城域网 广域网的应用问题 仍属于以太网 也使用IEEE802 3以太网MAC MediumAccessControl介质访问控制 协议和帧长度 采用全双工模式 不必使用冲突探测协议 本身没有距离限制 其物理层分为局域网物理层和广域网物理层 以适应不同的网络环境需求 对帧格式进行修改 添加长度域和HEC域 信元差错控制 以满足广域网传输 速度适配 解决局域网10Gbps与广域网9 58464Gbps的速度匹配 接口方式进一步丰富 适用于不同的解决方案 提供 端到端 的网络服务保证 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 万兆以太网的应用 高校校园网数据中心出口城域网存储组网集群和网格计算语音 视频 图像和数据合一的通信金融交易超级计算研究等 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 万兆以太网的发展情况 2002年推出标准2004 2005年 市场大规模需求2006年 技术进一步成熟2008年 万兆以太网的应用规模和发展速度像以前百兆网和千兆网发展速度 链路捆绑技术越来越成熟 效果越来越好2010年 可以实现千兆密度 万兆端口密度能达到现在千兆端口密度 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 由于不断增长的视频流量和更强大服务器架构的推动 计算机和网络应用程序对带宽的要求也随之增大 下一代以太网将会对40Gbps和100Gbps进行定义 以满足这些需求 IEEEP802 3ba任务组主席兼Force10Networks高级研究科学家JohnD Ambrosia 安布罗希亚 说 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 10万兆以太网2006年7月 IEEE802 3成立了高速链路研究组 HigherSpeedStudyGroup 简称HSSG 来定义标准的目标 2007年12月 HSSG正式转变为IEEE802 3ba任务组 其任务是制订在光纤和铜缆上实现100Gbps和40Gbps数据速率的标准 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 IEEEP802 3ba目标只支持全双工通信仍维持802 3 以太网MAC层的帧格式保持目前802 3标准中的最低和最高帧长度支持更好的不大于10 12的误码率提供对光传输网络的适当支持支持40Gb s的MAC数据传输速率提供物理层的规格 支持40Gb s的操作支持100Gb s的MAC数据传输率提供物理层的规格来支持100Gb s的操作 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 802 3ba时间表2008年底 标准草案2010 2012年 正式标准 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 未来以太网的发展高密度 低能耗节能网络虚拟化多领域的应用 通信 供电 照明 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 推动局域网技术发展的因素个人计算机的广泛应用 在过去二十年中 计算机的处理速度提高了百万倍 而网络数据传输速率只提高了上千倍 从理论上讲 一台微通道或EISA总线的微型机能产生大约250Mb s的流量 基于Web的Internet Intranet应用也要求更高的带宽 在数据仓库 桌面电视会议 3D图形与高清晰度图像这类应用中 人们需要有更高带宽的局域网 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 传统共享式局域网的缺点传统的局域网技术是建立在 共享介质 的基础上 典型的介质访问控制方法是CSMA CD TokenRing TokenBus 介质访问控制方法用来保证每个结点都能够 公平 地使用公共传输介质 每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增加而急剧减少 网络通信负荷加重时 冲突和重发现象将大量发生 网络效率将会下降 网络传输延迟将会增长 网络服务质量将会下降 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 高速局域网的研究方法第一种方案 提高Ethernet的数据传输速率10Mb s 100Mb s 1Gb s 第二种方案 将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互连的子网 导致了局域网互连技术的发展 第三种方案 将 共享介质方式 改为 交换方式 导致了 交换式局域网 技术的发展 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 快速以太网 FastEthernet IEEE802 3u相同点 与10Mbit s以太网相比 帧格式 帧长度 访问控制机制 CSMA CD 不同点 与10Mbit s以太网相比 数据传输速率为100Mb s 信号编码不同 对于三种不同的物理层标准分别是 100Base TX 信号编码MLT 3编码方式 2对双绞线 网段最大电缆长度100米 非系统跨距 100Base FX 信号编码为4B 5B NRZI 光纤 最大媒体段MMF可达2公里 非系统跨距 SMF更长 全双工 100Base T4 信号编码为8B 6T4对3类UTP双绞线 其中3对用于数据传输 1对用于冲突检测 10 100Mbps自动协商碰撞域范围 跨距 I类中继器 II类中继器交换技术 全双工技术 支持 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 自动协商自动协商 Auto Negotiation 网络设备间相互确定对方的能力 并把自己自动设置成双方共同支持的功能状态 适用于RJ 45连接器的双绞线链路 速率 双工模式快速链路脉冲 FLP FastLinkPulse 信号803 u有关自动协商标准 10BESE T传统设备 指不支持自动协商协议的设备 在连接之前将持续发送NLP NormalLinkPulse 信号 100BASE T传统设各在连接之前将持续发送FastEthernetIDLE信号 10 100Mbit s自动协商设备在连接之前将持续发送FLP信号 如果自动协商设备测到NLP进来 它将以10Mbit s半双工连接 如果自动协商设备测到FastEthernetIDLE进来 它将以100Mbit s半双工连接 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 吉比特以太网吉比特以太网的标准802 3有以下几个要点 允许在1Gbit s下全双工和半双工两种方式工作 使用802 3协议规定的帧格式 在半双工方式下使用CSMA CD协议 全双工方式不需要使用CSMA CD协议 载波延伸速率为1000Mbit s 发送512bit所消耗的时间是512ns 考虑转发设备的延迟 相应的碰撞域范围大约在30m左右 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 FCS SA LENGTH Preamble DA Data 载波延伸 MAC帧的最小值 64字节 加上载波延伸使MAC帧长度 争用期长度512字节 2 1高速以太网络技术 吉比特以太网吉比特以太网的标准802 3有以下几个要点 允许在1Gbit s下全双工和半双工两种方式工作 使用802 3协议规定的帧格式 在半双工方式下使用CSMA CD协议 全双工方式不需要使用CSMA CD协议 载波延伸速率为1000Mbit s 发送512bit所消耗的时间是512ns 考虑转发设备的延迟 相应的碰撞域范围大约在30m左右 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 吉比特以太网 体系结构和功能模块 吉比特以太网 按PHY层分类 PHY层 8B 10B PAM 5 编码 译码器 收发器 1000BASE X 1000BASE T 1000BASE CX 1000BASE LX 1000BASE SX 1000BASE T 短屏蔽铜缆 光缆 5类UTP 以太网双绞线的连线顺序 TIA TelecommunicationIndustryAssociation EIA ElectronicIndustryAssociation TIA EIA568标准按照不同的特性对双绞线进行分类 目前10Mbit s以太网中通常使用5类双绞线 而吉比特以太网1000BASE T建议使用5e 超五类 或6类双绞线 27 EIA TIA568A线缆标准 28 EIA TIA568B线缆标准 29 UTP实现直连线 两端的线序相同 1 8 直连线 8 1 30 UTP实现交叉线 部分线序交叉 8 1 交叉线 1 8 1 8 8 1 棕白 棕 蓝 绿 绿白 橙白 蓝白 橙 棕白 橙白 蓝白 棕 绿 橙 绿白 蓝 31 何时使用直通线 32 何时使用交叉线 33 UTP直连线与交叉线对比 两个端口均标有或均没标有 X 时用交叉线 有且仅有一个端口标记有 X 时使用直连线 1x 2x 3x 4x 1x 2x 3x 4x 1x 2x 3x 4x 2 1高速以太网络技术 10吉比特以太网10吉比特以太网并非将吉比特以太网的速率简单地提高到10倍 10吉比特以太网只工作在全双工方式 因此不存在争用问题 也不使用CSMA CD协议 这就使得10吉比特以太网的传输距离不再受进行碰撞检测的限制而大大提高了 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 1高速以太网络技术 10吉比特以太网吉比特以太网的物理层是使用已有的光纤通道的技术 而10吉比特以太网的物理层则是新开发的 10吉比特以太网有下述两种不同的物理层 1 局域网物理层LANPHY 2 可选的广域网物理层WANPHY由于10吉比特以太网的出现 以太网的工作范围已经从局域网 校园网 企业网 扩大到城域网和广域网 从而实现了端到端的以太网传输 2 1 1以太网络技术的发展2 1 2快速以太网2 1 3吉比特以太网2 1 410吉比特以太网 2 2SDH技术 2 2 1SDH概述2 2 2SDH技术原理2 2 3SDH网络结构2 2 4IPoverSDH S Synchronous同步 D Digital数字 H Hierarchy系列 SDH 同步数字系列 2 2SDH技术 2 2 1SDH概述 时分复用的概念 将线路用于传输的时间划分成若干个时间片TS 每个用户分得一个时间片 在其占有的时间片内 使用线路的全部带宽 既可传数字信号又可传模拟信号 高速复用信道 低速支路信道 2 2 1SDH概述 同步 两个或多个信号之间在频率和相位上具有相同的长期频率准确度 最简单的关系是频率相等 2 2 1SDH概述 P Plesio是希腊语词根 是 近似的 意思 Plesiochronous 准同步 D Digital 数字 H Hierarchy系列 PDH 准同步数字系列 也是一个传输系统 2 2 1SDH概述 2 2 1SDH概述 2 2 1SDH概述 数字交换机 二次群2 8MMUX 三次群8 34MMUX 2M 8M 四次群34 140MMUX 34M 140M 五次群复接 2M DDF 电路调度及测试 DDF DDF DDF 1 2 30 VDF 我国PDH系统的基本构成 PCM基群 光线路终端 2 2 1SDH概述 VDF voicedistributionframe 电话回线配线架 PCM PulseCodeModulation脉冲编码调制方式VDF voicedistributionframe电话回线配线架 2 2 1SDH概述 正交振幅调制 0AM 2 2 1SDH概述 SDH与PDH的三大主要区别同步的网络所有网元都工作在同一时钟作用下丰富开销比特用于传输大量网络管理信息统一的接口和复用标准同时适用于欧洲 北美和日本的数字体系统一的光接口 PDH体系的标准化工作 先有设备 后出标准 SDH体系的标准化工作 先有标准 后出设备 用总结经验的方式来制定标准 形成的标准自然技术上比较完善 但其是一个折中的产物 自然带有许多不完全合理的东西 以哲学家式的想象力 从全网的角度出发制定标准 用来指导设备的研制和网络建设 2 2 1SDH概述 2 2 1SDH概述 数字传输技术的发展 模拟PDH数字 数字通信的发展过程 1948年 晶体管发明 1965年 日本PCM 24 1962年 美国PCM 24 1968年 欧洲PCM 30 2 2 1SDH概述 数字传输技术的发展 PDHSDH 2 2 1SDH概述 1984年 贝尔通信研究所 全同步网构想 SYSTRAN SDH的优点 1 同步网络 复用过程简单易于从复接的高速信号中提取支路信号 2 2 1SDH概述 SDH具有自愈保护功能 可大大提高网络的通信质量和应付紧急的能力 SDH网结构有很强的适应性 现有的准同步数字体系 同步数字体系和宽带综合业务数字网 B ISDN 均可进入其帧结构 SDH的优点 2 开销比特约占信号的5 用于网络的运行 维护和管理 实现高级网络管理 故障管理 Faultmanagement 配置管理 Configurationmanagement 性能管理 Performancemanagement 安全管理 Securitymanagement 计费管理 Accountingmanagement 2 2 1SDH概述 SDH的优点 3 统一的接口 多厂家产品环境 易于国际互连 2 2 1SDH概述 SDH拥有一套标准化的信息结构等级 称为同步传送模块 STM 并采用步复用方式 使得利用软件就可以从高速复用信号中一次分出 插入 低速支路信号 不仅简化了上下话路的业务 也使交叉连接得以方便实现 通常 电端机是光纤数字通信系统的终端设备 它由基群和复接设备组成 如4个基群可以复接成一个二次群 4个二次群可以复接成一个三次群 4个三次群可复接成一个四次群 4个四次群可以复接成一个五次群 反之 1个五次群可以分解成4个四次群 1个四次群可以分解成4个三次群 等等 SDH比特率 欧洲2 048Mb s8 448Mb s34 368Mb s139 264Mb s 北美1 544Mb s6 312Mb s44 376Mb s 日本1 544Mb s6 312Mb s32 064Mb s97 728Mb s PDHG 702 SDHG 707 注 1 划线速率为SDH可以处理的PDH速率等级 2 SDH建议已明确将51 84Mb s作为中小容量卫星与无线SDH系统的数字段接口速率 但不作为SDH的级别或NNI速率 为STM 0 但并不代表SDH的一个基本速率等级 STM 1155 520Mb s STM 4622 080Mb s STM 162488 320Mb s STM 649953 280Mb s 整数倍 2 2 1SDH概述 SDH和SONET各个速率等级 2 2 1SDH概述 2 2 1SDH概述2 2 2SDH技术原理2 2 3SDH网络结构2 2 4IPoverSDH 2 2SDH技术 TM 终端复用器ADM 分插复用器REG 再生中继器 组成SDH传输网的重要三个网络单元 2 2 2SDH技术原理 组成SDH传输网的重要三个网络单元 TM 终端复用器ADM 分插复用器REG 再生中继器 2 2 2SDH技术原理 TM 主要任务是将低速支路电信号和低等级的SDH点信号纳入同步传递模块STM N帧结构 并经电 光转换为STM N光线路信号 其逆过程正好相反 ADM 是一种新型的网络单元 它将同步复用和数字交叉连接功能综合于一体 具有灵活地分插任意支路信号的能力 REG 完成恢复时钟 对信号进行再生 收端终结再生段开销 RSOH 发端重新起始RSOH的任务 组成SDH传输网的重要三个网络单元 TM 终端复用器ADM 分插复用器REG 再生中继器 2 2 2SDH技术原理 典型网络应用形式 点到点 线形 星行和环形网等多种形式 SDH帧结构SDH传输技术的基础是帧结构 SDH的帧结构与PDH不同 是以字节为单位的块状帧结构 PDH是一维线性结构 SDH是二维的 2 2 2SDH技术原理 SDH的帧结构 SDH基群STM 1的帧结构 线路码流 1 2 270bytes 9 行 列块状帧结构 RSOH再生段开销 AUPTR管理单元指针 MSOH复用段开销 1 3 5 9 261 125us 净负荷 Payload VC 4 POH 261 9 TUPointer 1 2 63 POH POH POH 3 1 5 RSOH再生段开销 MSOH 9 N 261 N 125us STM 1的帧结构 AUPTR管理单元指针 MSOH复用段开销 图 STM 1帧结构中开销字节的安排 复用段开销 再生段开销 VC 通道 段 复接结构 帧结构 2 2 2SDH技术原理 虚容器是不是SDH系统准备好的一个个的大小不等的盒子呢 可以这么说 但这种 盒子 只是一个逻辑上的概念 并不是物理实体 虚容器实际上是ITU T定义的一些标准格式 原始信息首先被装载进这些虚容器 也就是变成这些标准格式 这个过程称为 映射 SDH的几个新概念 虚容器 通道 段 虚容器 一 VC 通道 段 2 2 2SDH技术原理 VC 通道 段 TUG TributaryUnitGroup支路单元组 虚容器 Virtualcontainer VC不同的PDH原始信息对应于不同的VC 低阶虚容器 单个结构 LowerorderVC1 5Mb s VC 112Mb s VC 126 3Mb s VC 2高阶虚容器 可由多个TU或TUG组成 HigherorderVC34Mb s或45Mb s VC 3140Mb s VC 4 虚容器 二 VC 通道 段 虚容器 三 那么 虚容器里除了原始信息以外还有什么呢 即 通道开销 PathOverhead可见VC是与通道这个概念是紧密相连的 VC 通道 段 复接结构 STM N AUG TUG 3 TUG 2 C 4 C 3 C 2 C 12 C 11 N 1 7 3 7 1 3 1 3 4 139264kb s 44736kb s34368kb s 6312kb s 2048kb s 1544kb s TU 3 TU 2 TU 12 TU 11 AU 4 AU 3 VC 3 VC 2 VC 12 VC 11 VC 4 VC 3 指针调整下的同步复接 管理单元 虚容器 支路单元组 支路单元 虚容器 标准容器 管理单元组 同步传输模块 我国的SDH基本复用结构 指针调整下的同步复接 STM N AUG TUG 3 TUG 2 C 4 C 3 C 12 N 1 7 3 1 3 139264kb s 44736kb s34368kb s 2048kb s TU 3 TU 12 AU 4 VC 3 VC 12 VC 4 指针处理 映射 定位 校准 复用 AUG STM 1 复接结构 我国的SDH基本复用映射结构 G 709复用映射结构 SDH的几个新概念 虚容器 通道 段 通道和段 一 REG NE NE NE path 1 path 2 section 1 section 2 section 4 NE 1 NE 2 NE 3 NE 4 PDH端口 PDH端口 Section TS Section TS Path regeneratorsection 再生段 两个NE之间的物理连接multiplexsection 复用段 相邻LT间对业务的逻辑功能path 通道 两个PDH接口之间 端到端 的逻辑连接 由此可见 section 3 RS RS MS MS SDH的几个新概念 虚容器 通道 段 通道和段 二 为了便于SDH网络的优化设计 有助于网管功能的实现以及保持技术规范的相对稳定性 SDH将传输网划分成上述若干层次 每一层次上都有相应开销比特与之对应 段开销 SDH为什么要提出这些概念呢 SDH的几个新概念 虚容器 通道 段 指针 开销 SDH基本原理 指针的基本功能 SDH指针可分为两大类 AUPTR和TUPTRAU 4PTR 为VC 4定位TU 12PTR 为VC 12定位 指针的字节安排 AU 4指针的字节安排 一 NNNNSSID H1 IDIDIDID H2 Y Y 1 1 净负荷区 H3 H3 H3 H4 H4 H4 塞入码 信息 10比特指针值I 增加指示比特D 减少指示比特表示指针值将进行加1或减1操作 10比特的取值范围是0 1023 当AU PTR的值不在此0 782范围内时 为无效指针 当连续8帧收到无效指针值或NDF时 产生AU LOP 新数据标识 NDF 0110指针正常操作1001指针将有一个全新的值指示新数据若帧净负荷不再变化 下一帧NDF又回到正常值0110 且3帧内不再作指针值增减操作 指针的作用 指针的作用非常重要 是SDH最具有特色的技术 其基本功能是指示VC的首位置 同时指针在协调SDH网的同步性能方面起着非常重要的作用 具体体现在 1 校准相位差 指针更新 2 校准频率差 指针正调整或负调整 SDH网元设备类型及环拓扑 2 2 3SDH网络结构 环 几种常见的网络拓朴结构 点对点 TE 多点 线型 TE TE ADM ADM TE 环形 具有高度的自愈性 可靠性 REG ADM ADM ADM ADM 复杂网络拓朴结构 树型拓扑 TE TE ADM ADM TE 网孔拓扑 REG ADM ADM ADM ADM TE 环 两纤单向通道倒换环 A B C D E F 1 1并发优收 环 两纤单向通道倒换环 A B C D E F 1 1并发优收 1 1SNC P的倒换只与接收端收到的信号质量有关 借助于2 1选择器 无需APS协议即可实施快速倒换 倒换时间可少于30ms 环 4纤双向线路倒换环 A B C D E F 1 1 环 4纤双向线路倒换环 A B C D E F 光缆故障 发生环回倒换 Loopbackswitch 1 1 环 4纤双向线路倒换环 A B C D E F 工作光纤故障 发生区段倒换 Spanswitch 1 1 环 4纤双向线路倒换环 A B C D E F 节点失效 在相邻节点作环回倒换 1 1 环 2纤双向线路倒换环 A B C D E F 工作信道 空闲保护信道 1 1 环 2纤双向线路倒换环 A B C D E F 光缆故障 发生环回倒换 Loopbackswitch 1 1 时钟定时 什么是SSM SynchronizationStatusMessage同步状态信息 背景 Varioustrafficssuchasvoice data videoMultipleservicessuchasIP ATM SDH Differentsynchronizationqualitylevelwouldberealizedoversamenetwork MoreQoSrequiredSupplyingmoresuitablesynchronizationsourcetoeachNEismuchmoreimportant什么是SSM DefinedinITU TG 781SSMoffersthequalitylevelandprioritylevelofsynchronizationsourcetoeachNEinordertoassureclockquality IndicatedonSan n 4 8 bitsonexternal2Mbit ssignalorS1byte b5 b8bit onSTM Nlinesignal MSB MostSignificantBitLSB LeastSignificantBitSSU SynchronizationSupplyUnit SynchronizationArchitecture 同步与定时 Q qualitylevel质量等级 QS1含义 0 0000 质量未知 3 0100 G 812转接局 QL SSU A 5 1011 SETS SDH设备时钟 不用作定时 DNU 2 4 8 11 15 SDH将通过S1字节 5 8 或外接的2Mbit ssignalSan n 4 8 比特携带时钟的Q值的技术称为SSM技术 即同步状态信息技术 它指出的是定时链起点时钟的长期精度 据它可选择和确认最佳质量的同步路径 有利于时钟源的倒换及防止时钟形成环路 时钟的Q值与S1字节的取值关系对应如下 网元的时钟源 1 外同步定时 2 STM N线路信号中提取 3 2MPDH支路提取 4 内部定时 保持模式 holdover 自由振荡模式 free run Externalin fromBITS 1 2 Externalout toBITS 1 2 Line1 line2 Tributary1 2 STM N STM N STM N line3 holdover freerun 同步与定时 同步方式一 CLK1 CLK2 NE NE Data 准同步方式各节点都设立高精度的独立时钟 这些时钟具有统一的标称频率和频率容差 虽然各时钟频率不可能绝对相等 会产生滑动 但由于精度足够高 产生的滑动可以满足指标 对时钟性能要求高 常用于国际数字网中 即一个国家和另一个国家的数字网之间采用此种同步 铯原子钟 铯原子钟 同步与定时 同步方式二 CLK1 NEMaster NESlave Data Clock 主从同步方式定时信号从基准时钟向下级从钟逐级传送 各从钟直接从上级钟获取同步信号 不断根据过来的同步信号来调整本身的时钟 同步信号可以从传送业务的数字信号中提取 也可以使用专用链路传送定时信号 从钟使用锁相环技术将输出信号的相位锁定到输入信号的相位上 正常锁定时 其输出相位具有与基准信号相同的精度 对从钟性能要求低 但传输链路的不可靠会影响时钟传输 同时存在定时环路的可能 常用于一个国家 一个地区的数字网内部采用此种同步 NE网络单元 同步与定时 同步方式三 CLK1 NE NE Data Clock 互同步方式 网内没有主基准时钟 各时钟将自身频率锁定在所有接收到的定时信号的加权平均值上 各时钟相互作用 实现网内时钟同步 输入缓存吸收时钟间的差别 没有slips 具有较高的可靠性 对时钟性能要求不高 但网络参数的变化容易引起系统性能变化甚至进入不稳定状态 CLK2 同步与定时 同步方式四 AtomicCLK Network Network Data 混合同步方式当定时传输距离很长时 将全网划分为若干个同步区 区内为主从同步网 区间为准同步方式 可以减少时钟级数 缩短定时信号传输距离 时钟频率基本一致 1slip 72days 能被任何业务所接受 AtomicCLK 同步与定时 2 2 4IPOverSDH 1 IP与SDH 现代互联网骨干网特点 高速 可扩展性 安全性 适应多类型业务 早期期骨干网结构 早期主干网采用租用专线的方法 1995年 当时的路由器端口已经达45Mbps 即使T3 44 736Mbps也不能满足互联骨干网的速度要求 当时的ATM 155或622Mbps提出IP ATM SDH Optical结构平台 成为互联网骨干网的主流 世界上绝大多数骨干网都采用这种组网方式 我国的169网即使采用这种结构的 即在光网上建立SDH网 在SDH网上建ATM网 在ATM网上运行IP业务 早期期骨干网结构 问题 IPOverATM没有发挥ATM的优点 效率低 设备复杂成本高昂 管理困难等 用ATM传输IP 有10 的信头开销 AAL5开销与可变长的IP在分组封装成信元时 开销所占的百分比变得更糟 据统计 IP网络中 45 的分组长度为40或44字节 而这些均不能被封装到单个ATM信元中 开销非常大 而SONET SDH还额外引入了大约4 的固定开销 早期期骨干网结构 ISP极力想消除IP与SDH中间的ATM层 早期期骨干网结构 1997年9月Cisco推出具有交换功能的吉比特线速路由交换机 GSR 特点 分组速度达几十Mbps 拥有155和622Mbps的SDH端口 配合STM 1或STM 4租用专线 以PPP协议连接构成互联网骨干线 这就是IPoverSDH的结构 很快取代ATM成为主流 传输效率提高到95 以上 ATM不到80 设备简化 成本降低 目前 IPdirectlyoverSDH能够在40Gbps速率以上以很高的带宽利用率提供坚固的传输 通路保护 性能管理和保护倒换 如H3C的QuidwayNetEngine5000系列 具有40Gbps OC768 接口 T级别的减缓容量 强大灵活的业务支持能力 高性能网络处理器 大规模光背板互联技术 现代骨干网结构 IPoverSDH技术是通过SDH提供的高速传输通道直接传送IP分组 定位于电信运营级的数据骨干网 网络结构为 高端路由器和高速光纤传输通道 实际上是传统IP网络概念的延续 完全兼容传统的IP协议体系 只是在物理通道上借助SDH通过的点到点物理连接 速率提高到吉比特量级 现代骨干网结构 1 可以使IP分组通过多种高速率进行传送 传送时延小 同时也可以提供自动保护切换特性实现路径备份 提高传输系统的可靠性 具有高品质的QoS能力 2 在环路上的路由交换机可以使用光纤环两侧双向的通道来共享IP流量 可以使带宽利用率加倍 从而大大降低成本 尤其是 在光缆割断时 IP数据流可以选择光缆环的另一侧尚生存的的光纤路径到达终点 也可以选择其他路由 IPoverSDH优点 SDH协议是物理层协议 主要负责在物理介质上传送字节数据 IP协议是无连接的协议 是网络层的协议 介于上述2者之间的数据链路层负责SDH和IP协议之间的接口 当前的IPoverSDH结构主要是IETF 互联网工程任务组 TheInternetEngineeringTaskForce 定义的IP PPP HDLC SDH协议结构 另外还有2种结构 武汉邮电科学研究院提出的IP LAPS SDH协议结构 日本NTT公司的MAPOS结构 2 IPoverSDH的体系结构 标准封装方法是将IP分组映射到SDH的方法是使用PPP协议和HDLC协议 把IP映射到SDH分2步进行 把IP分组插入到PPP帧的信息段 再由SDH通道层的业务适配器把PPP帧映射到SDH的同步净荷中 将字节同步映射到虚容器 VC 分组封装中 然后向下 经过SDH段层 加上相应的开销 把净荷装进一个SDH帧中 到达光层 在光纤中传输 2 IPoverSDH的体系结构 1 IP PPP HDLC SDH的协议结构 协议结构与功能 2 IPoverSDH的体系结构 1 IP PPP HDLC SDH的协议结构 2 IPoverSDH的体系结构 1 IP PPP HDLC SDH的协议结构 IP PPP HDLC SDH Optical协议栈 PPP协议格式 2 IPoverSDH的体系结构 1 IP PPP HDLC SDH的协议结构 PPP协议的结构 1字节 1字节 1字节 1或2字节 可变长度 2或4字节 1字节 PPP完整的帧格式 PPP包括了3个基本组成部分 在串行链路上使用多个协议的封装方法用链路控制协议LCP来建立 配置和测试数据链路连接一组让PPP连接使用不同网络层协议的网络控制协议 NCP 协议类型 LCP NCP 网络层协议 LCP用于建立和拆断链路NCP用于选择和配置网络协议 协议类型 LCP NCP 网络层协议 LCP用于建立和拆断链路NCP用于选择和配置网络协议 IP LAPS SDH的协议结构方案特点 设备硬件开销极小 该设备不仅适合SDH中低速应用 也适合SDH中2 5Gbps及以上高速率的应用首次提出在IP和SDH之间保留面向字节的SDH链路接入规程 用多服务访问点代替地址域 实现多协议封装 可以支持从低阶VC容器到高阶VC容器 包括级联 的全部频率范围 也特别适合用到光的包交换接口 没有任何协议的不确定性 在IPoverSDH SONET全程范围内支持QoS和优先级 同时支持IPv4和IPv6两个版本的IP协议 2 IPoverSDH的体系结构 2 IP LAPS SDH的协议结构 LAPS的协议分层结构 2 IPoverSDH的体系结构 3 IPoverSDH的关键技术 问题描述 在IPoverSDH组网技术中 SDH只是以链路方式在支持互联网网络 不参与互联网寻址 它的作用的是将路由器用高速同步传输链路以点对点的方式连接起来 仅仅提高链路数据传输速率 并没有从整体上提高互联网网络的高速率传输 高速率路由转发性能 高速链路与路由器节点低速处理之间的矛盾 形成网络带宽化的一个 瓶颈 因此 这种互联网网络整体性能的提高将在很大程度上取决于路由器技术是否有突破性进展 2 IPoverSDH的体系结构 4 IPoverSDH组网方案 路由器 SDHDXC 路由器 SDHADM LT 路由器 SDHNMS STM 1 STM 4 SDHADM LT STM 4 STM 16 STM 1 STM 4 STM 1 STM 4 SDH传送网 ADM分插复用器LT线路终端设备 网管系统 SDHDXC数字交叉连接设备 图 IPoverSDH的组网结构 2 IPoverSDH的体系结构 4 IPoverSDH组网方案 最具代表性的IPoverSDH的组网方案有三种 1 Cisco公司的DPT dynamicpackettransport 2 Lucent公司的SDL simplifieddatalink 3 Lucent公司的DTM dynamictransfermode DPT CISCO公司DPT的环形结构 2 IPoverSDH的体系结构 4 IPoverSDH组网方案 dynamicpackettransport 描述 DPT的结构为环形 由2个反向循环的光纤环路组成 每个环可同时传送数据和控制分组 工作机制 一根光纤发送数据分组 下行 另外一根反向发送控制分组 上行 特点 2根光纤环路为分组的传输提供了最大的可用带宽 确保了分组选择最短的路径到达目的地 并加速控制信号的传播以满足带宽利用和自愈的目的 为了提高网络带宽的利用效率 DPT引入了如下新技术 空间重用协议SRP SRP fa公平算法 双向光纤环路技术和统计复用技术 2 IPoverSDH的体系结构 4 IPoverSDH组网方案 DPT dynamicpackettransport 2 IPoverSDH的体系结构 4 IPoverSDH组网方案 DPT环和SONET SDH环的比较 DPT dynamicpackettransport 在实现POS PacketoverSDH 的具体结构IP PPP HDLC SDH中 使用基于HDLC的帧定界协议 但该协议在高速情况下存在一些问题 主要表现为 用户使用HDLC帧时 网管需要对每一个输出字节都进行监视 监视数据字节和标志字节 需要 比特填充 操作 复杂 费时 带宽浪费等 SDH帧头中携带有丰富的信令和网管信息 对长途WDM系统中的数据再生个故障定位相当重要 但是SDH帧头开销太大 2 IPoverSDH的体系结构 4 IPoverSDH组网方案 SDL Lucent simplifieddatalink 为此 Lucent提出了一个帧长可变的的新型成帧协议 即简化的数据链路 SDL 协议或Fast IP或ShimSDH 该技术简化了SDH的帧头 且改造了帧结构使之有利于IP分组的封装 它可以将IPoverSDH速率提高到2 5Gbps或者更高 2 IPoverSDH的体系结构 4 IPoverSDH组网方案 SDL SDL的帧格式 IPoverSDH相对于IPoverATM传输方式具有更高的传输效率 更适合于组建专门承载IP业务的数据网络 2 IPoverSDH的体系结构 5 IPoverSDH技术优缺点 主要优点 1 IP数据包通过PPP协议直接映射到SDH帧结构上 省去中间的ATM层 简化了IP网络体系结构 提高数据传输效率 2 将IP网络技术建立在SDH传输平台上 可以很容易地跨越地区和国界 兼容各种不同的技术和标准 实现网络互连 3 可以充分利用SDH技术的各种优点 如自动保护切换APS 保证网络的可靠性 4 有利于实施IP多点广播技术 IPMulticasting 5 适用于IP骨干网 2 IPoverSDH的体系结构 5 IPoverSDH技术优缺点 主要不足 1 不适于集数据 语音 图像等的多业务平台 2 目前IPoverSDH技术一般可进行业务分级 CoS 尚不能像IPoverATM技术那样提供较好的服务质量QoS 3 对大规模的网络 需处理庞大 复杂的路由表 而且路由表查找困难 路由信息占用较大的带宽 4 尚不支持虚拟专用网 VPN 和电路仿真 5 网络扩充性能较差 不如IPoverATM技术那样灵活 2 IPoverSDH的体系结构 5 IPoverSDH技术优缺点 小结 1 IPoverSDH技术是目前建设和改造Internet骨干网的首选方案 2 IPoverSDH能使IP数据包通过PPP协议直接映射到SDH帧结构上 省去中间的ATM层 简化了IP网络体系结构 提高了数据传输效率 3 将IP网络技术建立在SDH传输平台上 可以很容易地跨越地区和国界 兼容各种不同的技术和标准 易于实现网络互联 4 目前 国内外广泛建设的SDH环境为IPoverSDH的实施创造了良好的条件 随着千兆高速路由器的进一步成熟和IP业务的进一步增大 对IPoverSDH的应用会越来越广泛 但是 应注意到 在一段时期内 IPoverATM IPoverSDH将会共存互补 各有其最佳应用场合和领域 但最终会过渡到IPoverWDM 2 IPoverSDH的体系结构 2 3IPoverDWDM技术 密集波分复用DWDM DenseWavelengthDivisionMultiplexing 2 3IPoverDWDM技术 2 3 1IPoverDWDM的概念 IPoverWDM 也称光互联网 就是直接在光上运行的互联网 其基本原理和工作方式 在发送端 将不同波长的光组合 复用 送入一根光纤中传输 在接收端 又将组合光信号分开 解复用 并送入不同终端 2 3IPoverDWDM技术 2 3 1IPoverDWDM的概念 IPoverWDM是一个真正的链路层数据网 在其中 高性能路由器取代传统的基于电路交换概念的ATM和SDH电路交换和复用设备 成为关键的的统计复用设备 高性能路由器通过光ADM 分插复用器 或WDM耦合器直接连接至WDM光纤 由它控制波长接入 交换 选路和保护 IPoverWDM由于使用了指定的波长 在结构上将更加灵活 并且有向光交换和全光选路结构转移的可能 2 3IPoverDWDM技术 2 3 2DWDM技术 20世纪90年代后期 在网络扩容的新技术中 密集波分复用 DenseWavelengthDivisionMultiplexing DWDM 时分复用 TDM 以及空分复用技术 SDM 越来越引起人们重视 现有光纤扩容的重要性 波分复用和时分复用可以在不敷设光缆的情况下 对通信网络进行容量扩展 所以近年来发展非常迅速 时分复用发展到40Gbps以上已接近了硅和砷化镓的极限要求 并且传输成本也很高 光纤色散和极化模色散的影响也日益加重 波分复用技术以其大容量 支持多业务 可扩展性好等优点将成为未来传输网的主体 2 3IPoverDWDM技术 2 3 2DWDM技术 DWDM技术就是采用波分复用器 合波器 在发送端 将不同规定波长的信号光载波合并起来 并入一根光纤传输 在接收端 再由另一波分复用器 分波器 将这些不同信号的光载波分