T1和E1基础知识.doc

1 T线路基础要理解T线路，就不得不对TDM（Time-Division Multiplexing，时分复用）技术有所了解。在没有TDM技术之前，用户一旦需要从网络服务商那里得到某种端到端的服务就需要专门申请一条线路来部署网络。很明显，这是不合算的。因为这种端到端的服务通常是按传输距离计费的，而不是按实际使用的网络带宽来收费的。但采用了TDM技术之后，就没有这么麻烦了。只要用户在以前与对应网络服务商建立了端到端的专用线路，下次在需要其他服务时，就不必另外配置端到端的网络链路了，因为它可以直接复用在原来的专用线路中，如图6-1所示。这其实就是共享线路，即“复用”的意义，也就是T线路的技术所在。而TDM则可以把复用在一条线路的多条业务链路以时间段为单位轮流分配给不同的业务使用，通常在业务不是很繁忙，或者业务流量不是很大的情况下，对各业务的影响是非常小的，特别是对非实时的业务，如数据查询、文件浏览、数据传输等。它节省了用户大笔的网络接入费用，因此受到了用户的青睐。T线路是专用线路，用户使用前必须向网络服务提供商（NSP，一般是电信公司）申请。用户首先从电信局在每个地点之间租用一条专用线路，然后安装管理这些地点间的分组通信流动的交换设备。它之所以被称为专用网，是因为用户的设备直接控制着每个租用线路地点的通信情况。与此相反，分组交换技术，例如，帧中继、交换式多兆位数据服务（SMDS）和异步传输模式（ATM），在散列技术的支持下，提供任何地点对任何地点的连接。这时，一个分组是一个完整的、被编址的数据包，它被转发通过分组交换散列网络上的中继器，直到抵达它的目的地。1T线路级别划分在T线路中，根据数据速率和信道的多少，可划分为T1、T2、T3这3级，也就是TDM复用级别。不过在正式介绍以上3种复用级别前，还要对一种被称为“标准数字服务速率”的术语有所了解。因为以上3种复用级别就是根据这个标准数字服务速率来划分的。标准数字服务速率称为“DS0”，它的速率为64Kbps，相当于ISDN中的一个B信道速率。随后的速率名称分为DS1、DS2、DS3、DS4等，它们将分别与两种标准下的TDM复用级别有着一定的对应关系。表6-1标出了欧洲标准和国际标准中的TDM复用级别划分。注意两种标准划分的标准和级别标注都不一样。表6-1 两种T级别速率比较 欧洲标准国际标准速率名称对应T级别信道数（DS0）速率（Mbps）对应T级别信道数（DS0）速率（Mbps）DS1T1241.544E1302.048DS1CT1C483.152E21208.448DS2T2966.312E348034.368DS3T367244.736E41920139.264DS4T44032274.176E57680565.148以上列出的各级别线路所包含的DS0标准信道数仅指可用于数据传输的那部分，在实际的线路中，往往除了用于数据传输的信道外，还会有一些用于控制、同步之类的信道。如T1中除了24个DS0信道外，还有一个8Kbps同步道。而在E1中，除了可用于数据传输的30个DS0信道外，还有两个64Kbps的信道分别用于信令控制和同步。其他的线路也类似。在以上T级别中，最通用的T1数字租用电路服务，它提供的带宽为1.544Mbps。部分T1是一种允许用户不用全部租用T1线路的服务。它提供24个64Kbps带宽的信道，其中，用户可以根据自己的需要选择租用线路的数目。它可产生1.536Mbps的带宽。另外，需要8Kbps用作同步开销，所以总共是1.544Mbps。T2不对公众提供服务。它是一种内部载波描述，等价于4条T1线路（6.3Mbps）。T3等价于28条T1线路，可以提供44.736Mbps的总带宽。这种服务最早是用于微波站点间进行传输的。部分T3是一种允许用户不用全部租用T3线路的服务。他们可以根据自己的需要选择具体租用线路的数目。T4也不常用，它等于6倍T3线路速率，等于274.176Mbps。以上几个T级别的关系为：T2=4T1，T3=14T2，T4=6T3。T电信线路通常是以按月付费的原则进行租用的，并且包括初装费用。这些线路的距离决定了它们的费用，特别是它们跨越了LATA间的边界，并且包含了两家或多家电信局的情况。T1通常是每公里的价格加上每月的服务收费。用户可以利用分组交换服务建造虚拟网络，并可避免使用昂贵的长途T1线路。在多数连接到分组交换服务的情况仍然需要T1或其数字服务，但是这时干线的距离很短，并且用户可以从交换网络中受益。然而，一些用户仍将需要T1、T3服务提供的专用和专用线路服务，特别是在两个点之间需要传送较大通信量的时候。2T1线路一般的电话线路是模拟线路，传送的是模拟信号，模拟信号在传送到电话局后，编码设备会用脉冲编码调制（PCM）技术对模拟语音信号进行数字化处理，编码器每秒钟数据采样8 000次，之后数字信号在电话局之间传输。我们知道声波传输是波的形式，所谓数字采样就是将一个波形分成若干个块，每个块有一个函数数值，就是坐标系中的点，把这些点连起来就是函数曲线了。每一个语音信道采用8位插值采样，24个语音信道加上一个数据分帧位（用于标识帧的结束和下一帧的开始），总共824+1=193bit，构成一个帧。因为每秒钟采样8000次，也就是说每秒钟产生8 000个帧，那么每秒钟速率就是1938 000/1 000 000=1.544Mbps。这就是T1线路速率，24个信道中的23个信道用于数据传输，1个信道用于信令控制。标准T1（即DS1）帧如图6-2所示。其中包括24个时隙，即24个语音信道，另加一个分帧位，共193bit。T1线路是一种可调节的电话线路，这意味着为减少噪声，在用户和电信局的线路中，每隔很近的间隔就需要安装一个信号再生器。T1连接在用户的地点是由双绞线开始的。这些双绞线连接到由电信公司建立的调节线路上。为将一个局域网（LAN）连接到一条T1线路，将需要下列设备。信道服务部件（CSU）lCSU是T1线路的第一个连接点设备，能够把局域网（LAN）通信系统的数据帧转化成适合广域网使用的数据帧，或反向转化。CSU向广域网线路发送或从该线路接收信号，并从该单元的两边都提供一个电干扰屏蔽，还能够返回电话公司用于检测的回送信号。数据服务部件（DSU）l数据服务单元（DSU）也是一种设备，能够对电信线路进行保护与故障诊断。DSU和CSU连接。它将LAN信号转换成T1信号的格式。DSU管理着线路控制功能，并介于局域网上的 RS-232C、RS-449或V.35数据帧和T1线路上的时分复用 （TDM）数据帧之间转换输入与输出。DSU 控制着定时误差和信号的刷新，在作为数据终端设备（DTE）的计算机与CSU之间提供类似于调制解调器的连接。这两种设备典型的应用就是组合成一个独立的单元，实际上就是组合成一个既复杂又昂贵的调制解调器。就以信道服务单元（CSU）/数据服务单元（DSU）的使用为例。首先需要从电话公司或 ISP 为企业租赁一条数据线路（可能为 T1、T3 或部分T1/T3 线），然后在用户终端安装 CSU/DSU，而同时在电话公司或 ISP 的终端安装 CSU/DSU。通常，CSU和DSU是集成在一个设备中，如图6-3所示。一般来说，CSU/DSU的数据接口符合V.35、RS-530、V.36/RS-422和X.21规范；E1接口符合ITU的G.703、G.704、G.706、G.732和G.823规范。多路选择器l为将多个音频或数据信道装入一条单一数字线路提供了一条途径。网桥或路由器l为局域网和T1线路之间提供了连接点。在以上设备中，CSU/DSU是T1线路的关键，但通常集成在一个设备中。它产生可以在T1干线上传输的数字信号。如果是在一个LATA内连接，就只包括本地电信局（LEC），但是在LATA间的连接将使情况复杂化。需要与本地和远程LEC相联系，以及和长途电信局（IXC）相联系。而且，长途连接的两端，每个LATA的本地回路，都需要单独付费。音频和数据都可以多路复用到T1线路的24个信道上。在这种配置中，一个公司可以租用一条T1线路，在其公司的多个地点之间传输数据并为频繁的音频呼叫提供信道。音频数字化，每秒采样8 000次，每个采样用8位数值来表示，这样每个音频呼叫需要64Kbps的带宽。使用T1，本地电信局在一个特定的地理区域，就像每个网络的集线器（HUB）那样提供服务。在由这家电信局提供服务的这个区域（通常是一个城市区域）内的不同公司地点的网络，被连接到由这个电信局提供的集线器上。本地电信局在局部访问和传输区域内进行操作，LATA（本地访问传输区域）等价于一个电话区域代码覆盖的地理区域。如果T1线路需要与位于另外LATA的地点进行连接，就必须包括这个本地电信局、远方的另一地点的电信局及能够提供长途连接的长途电信局（Interexchange Carrier）。T1线路可以满足超过X.25分组交换网络，或56Kbps数字数据服务（DDS）的带宽需求。另外，它有能力在同一条线路上对音频进行多路复用，并降低电话呼叫费用，这一能力也促使这种线路的使用得到迅速普及。然而，租用专用线路是有限制的。第一个限制是它们是租用的，并且需要较高的初装费。其次，带宽是固定的，这就不适用于局域网瞬间增大的通信量。用户可能会发现，除了在高峰传输时间，他们所付的带宽费用通常没有被利用，而到高峰期却没有足够的带宽。但建造专用网又是一条过于昂贵的途径，特别是和帧中继服务相比较时情况更是如此。控制器类型 有两种ISDN PRI 控制器类型可以供用户使用：T1和E1。为您提供ISDN PRI 服务的本地电话公司将规定您购买何种控制器。首要之处在于，T1 控制器应用于北美和日本，而欧洲和中国则更多地采用 E1。使用下面的命令，以选择控制器的接口进行配置： .Router(config)#controller controller-type slot-number Controller-type T1 Configure T1 controller E1 Configure E1 controller slot-number x Controller unit number 组帧与线路编码 组帧和线路编码是由 ISP 提供的属性。在一正常的 T1 帧中，192 位用于数据，1 个位用于组帧。但是在T1中这个单独的位不能简单自如地来传送保持T1线路同步的信令信息。因此，人们创建了超帧格式（superframe format，SF）来处理这个问题。SF也就是 D4，由12 个T1帧组成，这12个组帧位要经历下面的 12 位模式：100011011100。也就是说，第 1 个帧中的组帧位为 1，下面 3 个帧的组帧位为 0，再下两个帧的组帧位为1，直到12位模式结束。一旦到达了最后，就再重新开始。接收器通过在 12 个帧的每193个位中寻找这种特定的模式，就可以建立帧的同步。 另一种组帧方法，称为 T1 扩展超帧格式（extendedsuperframeformat，ESF）。在 ESF 中，24 个帧组成一组，产生了24个组帧位。这些组帧位可分解为以下3种功能： FAS在其6位中使用了一种重复的模式（001011），以确保帧进行了正确的同步。如果接收器失去了同步（滑动， slip），它将在下面的5个帧中查找到相应的位的模式（24个T1帧每ESF帧*5个ESF 帧=120个帧）。FCS用了一个6位的循环冗余码校验（cyclicredundancycheck，CRC）来确定在前一个帧中是否存在位错误。FCS只用于错误检测，而不能进行错误校正。 维护信道，也称为设备数据链接（FacilitiesDataLink，FDL），是一个 4Kbps 的附带信道，用于网络维护和操作。然而，PRI并不对该信道有何具体操作。 最后一种组帧方法是CRC4 和NO-CRC4。这些方法只在E1时可用。CRC4和NO-CRC4 根据E1是欧洲的还是澳大利亚的，而具有不同的算法。 T1电路的要求之一就是要维持一定的密度水准，这样转发器就可以维持计时了。如果发送的长字符串都是二进制0，那么转发器的计时很容易出现延误。因此，必须考虑一种方法以确保每隔一段时间就出现一个二进制1或者标志脉冲。目前存在3种方法，通常，应用何种方法取决于采用的线路编码的类型。组帧和线路编码配置是在控制器上执行的，不同的控制器上的组帧和线路编码是不同的。 3 T1线路编码在T1线路上传输的DS-1信号采用以下两种格式之一进行编码。标记交换反转（Alternate Mark Inversion，AMI）。二进制数连续8个0替代（Bipolar 8 Zero Substitution，B8ZS）。1AMI编码AMI码即传号交替反转码，属于1B1T码（即将1位二进制码（Binary）变换为1位三进码（Ternary）。其编码规则是：二进制信码1交替用+1或-1电平交替表示，二进制信码0则用0电平表示。如消息代码为1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1，用AMI编码后，根据编码规则可以得出 +1 0 -1 0 +1 0 0 0 -1 0 +1 -1 +1的AMI码。由此可见，AMI码为双极性码，而恰好T1信号也为双极性信号。也就是说T1信号电流波形是由正（+）、负（-）和零电平构成的。正电平和负电平表示1，而且要求所有1的极性必须与前一个1的极性相反，否则会导致BPV（Bipolar Violation，极性混乱）。一旦在两台网络服务提供商的多路复用器（MUX）之间的链路上检测到BPV，则该BPV无法沿任何一个方向通过多路复用器。零电平表示0。根据编码规则可知：AMI码由于采用1:1的编码方式，在改进信码传输速率方面没有任何改进。在T1线路上，对于AMI编码还有一个特殊的要求，那就是不能输出多于15个的连续0，否则会由于没有用于同步的交替电压而失去同步。如果有16个连续0，就相当于2个时隙中的代码完全一样，将导致设备丢失参考点，进一步导致分帧和同步错误。通常把这种现象称为零密度规则（Zero Density Rule）。为了避免出现以上现象，在任何时隙的第7位（最低位，因为位是从0开始编号的）都必须修改。这对语音流没什么影响，毕竟只是1/8，但对数据传输还是有一定影响的，因为这将失去了1/8的有效数据传输带宽。由于T1帧的第7位都被改为1（如果原来已为1就不用改了），因此这一位无法用来传输用户数据，所以使用AMI编码的T1线路只支持N56Kbps（7/864Kbps），而不是N64Kbps，最终得到T1的有效带宽为1.344Mbps。2B8ZS编码B8ZS（二进制8零替换）码是T1、E1线路上的另一种编码技术，是基于信号交替反转技术（AMI）的一种编码技术。这一技术保证1的密度不受数据流的约束。也称为双极性8零替换。AMI编码应用于电脑通信数字服务，它是最早使用64Kbps信道的数据服务，目前仍有应用。但由于AMI编码技术要求64Kbps信道中有8Kbps用于保持设备间的同步。在T1网路中，共有24个信道。这意味着总共失去了192Kbps，每个信道只有56Kbps真正用于数据的传输。B8ZS码的编码规则是当出现8个连续的0信号时，插入两个连续的同等电压，即双极置换。接收设备将双极置换编译为时间标记，保证传送设备与接收设备之间的同步。它的编码原理如下。（1）检测每个8位组的第4位和第7位，如果第4位与前一个8位组的最后一个1的极性相同，并且第7位与第5位的极性相同，则出现两个BPV。随后的数据被解释为8个连续的0，并输出到DTE2端口。（2）当接收端CSU发现两个BPV时，将BPV解释为连续的0。与AMI编码方式相比，B8ZS码利用双极置换保证设备间的同步，且不需要额外的带宽，也就是说B8ZS编码技术可以使每个信道以全64Kbps带宽进行数据传输。但需要注意的是，B8ZS编码与旧式的AMI编码设备不兼容。为支持ISDN、B-ISDN、ATM或任何基于全信道的服务，B8ZS编码是必不可少的。4 E1编码E1线路信号是我国和欧洲国家电信传输网一次群使用的传输系统。E1线路信号由32个64Kbps的PCM语音信道经过时分复用形成。CCITT建议G.703标准详细规定了HDB3码用于E1信号的标准。针对AMI码的以上不足，有专家推出了一种改进码HDB3（High Density Bipolar Three Zeros，三阶高密度双极性码）。 HDB3码的编码规则如下。（1）先把消息代码变成AMI码，然后检查AMI码的连“0”串情况，当无3个以上连“0”串码时，则这时的AMI码就是HDB3码。（2）当出现4个，或4个以上连“0”串码时，则将每4个连“0”小段的第4个“0”变换成非0码。这个由“0”码改变来的非0码称为破坏符号，用符号V来表示，而原来的二进制码元序列中所有的“l”码称为信码，用符号B来表示。当信码序列中加入破坏符号以后，信码B与破坏符号V的正负必须满足如下两个条件。B码和V码各自都应始终保持极性交替变化的规律，以便确保编好的码中没有直流成分。lV码必须与前一个码（信码B）同极性，以便和正常的AMI码区分开来。如果这个条件得不到满足，那么应该在4个连“0”码的第一个“0”码位置上加一个与V码同极性的补信码，用符号B表示，并作调整，使B码和B码合起来保持条件信码（含B及B）极性交替变换的规律。l+表示“+1”，-表示“-1”，+B表示“+1”，-B表示“-1”。（3）将V+、B+转化成+1，V-、B-转化成-1即可得到HDB3码。表6-2是一个消息代码转化成HDB3码的示例。表6-2 HDB3码转化示例（1）消息代码0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1（2）对应的AMI 码0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 0 -1 0 +1（3）加V码后的码0 +1 0 0 0 V+ -1 +1 0 0 0 V- 0 -1 0 +1（4）加B并调整B及B极性后的码0 +1 0 0 0 V+ -1 +1 B-0 0 V- 0 +10-1（5）HDB3码0 +1 00 0 +1 1 +1 -1 0 0 -10 +1 0 -1虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从上述原理可以看出，每一破坏符号总是与前一非0符号同极性。据此，从收到的符号序列中很容易找到破坏点V，于是断定V符号及其前面的3个符号必定是连“0”符号，从而恢复4个连“0” 码，再将所有的1、-1变成“1”后便得到原信息代码。HDB3码的特点是明显的，它除了保持AMI码的优点外，还增加了使连“0”串减少至不多于3 个的优点，而不管信息源的统计特性如何。这对于定时信号的恢复是极为有利的。HDB3码是CCITT推荐使用的码型之一。 5 E1线路我们通常所说的E线路其实与上面介绍的T线路是一样的，都是一种载波线路，只是在不同标准下的线路标识和复用方式划分不同而已。如前面介绍的T1的线路带宽为1.544Mbps，相当于24条DS0标准线路的带宽（实际上另外还有一条8Kbps的信道用于同步），而E1的带宽为2.048Mbps，它却相当于30个DS0标准信道，再加上2个64Kbps非标准DS0信道，用于信令控制和同步。这样一来，实际E1线路就具有32个基本信道，那它的速率就是8328 000/1 000 000=2.048Mbps。E1线路中没有单独的分帧位，而且32个信道中的30个用于数据传输，另外2个用于信令控制和同步。1E1帧结构在E1信道中，8bit组成一个时隙（TS，也就是前面所说的8位插值采样），32个时隙的编号就是TS0TS31。32个时隙组成了一个帧（F），16个帧组成一个复帧（MF）。在一个帧中，TS0主要用于传送帧定位信号（FAS）、CRC-4（循环冗余校验）和对端告警指示，TS16主要传送随路信令（CAS）、复帧定位信号和复帧对端告警指示，用户不可用来传输数据。TS1TS15和TS17TS31共30个时隙传送话音或数据等信息。我们称TS1TS15和TS17TS31为净荷，TS0和TS16为开销。如果