IPRAN PTN技术及应用教程860

第1章IPRAN/PTN技术概述

通信技术介绍PDH系统

SDH/MSTP系统ATM系统交换路由系统IPRAN/PTN系统PTN和IPRAN的对比第1章IPRAN/PTN技术概述通信技术介绍PDH系统

SDH/MSTP系统ATM系统交换路由系统IPRAN/PTN系统PTN和IPRAN的对比第1章IPRAN/PTN技术概述通信发展史通信的概念通信（Communication），指人与人之间，或者人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递，从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下采用一定方法，通过一定媒质，将信息从某一处准确安全地传送到另一处。利用自然界的基本规律和人的基础感官（视觉，听觉等）的可达性建立通信系统，是人类基于需求的最原始通信方式。通信发展史通信发展的历程形体时代，通过身体、眼神、手势及山石树木等自然媒质相结合的方式传递信息；口语时代，直立行走使得人类对信息传递方式的需求提高，从而催生了语言；文字书写时代，随着生产力的发展人类对信息的记录有了需求，文字随之产生；印刷时代，中国北宋时期的毕昇发明活字印刷术。1450年，日耳曼人古腾堡发明金属活字印刷术。电磁技术是电磁通信和数字时代的开始。通信发展史电磁时代19世纪中叶以后，随着电报、电话的发明，电磁波的发现，人类通信领域产生了根本性的巨大变革。利用电和磁的技术，来实现通信的目的，是近代通信起始的标志。1835年，美国的塞缪乐.莫尔斯（SamuelMorse）成功地研制出世界上第一台电磁式（有线）电报机。1844年5月24日，莫尔斯在国会大厦联邦最高法院会议厅用莫尔斯电码发出了人类历史上的第一份电报，从而实现了长途电报通信。1857年，横跨大西洋海底电报电缆完成。通信发展史1875年，苏格兰青年亚历山大.贝尔（A.G.Bell）发明了世界上第一台电话机。并于1876年申请了发明专利。1878年在相距300公里的波士顿和纽约之间进行了首次长途电话实验，并获得成功。1895年，俄国人波波夫和意大利人马可尼同时成功研制了无线电接收机。1906年，美国物理学家费森登成功地研究出无线电广播。1912年，泰坦尼克号沉船事件中，无线电救了700多条人命。1920年代，收音机问世。通信发展史1920年代，英国人贝尔德成功进行了电视画面的传送，被誉为电视的发明人。二次大战爆发，电视事业中断，战火突显广播发送成本低、接收容易的特性，听众再次增加。20世纪30年代，信息论、调制论、预测论、统计论等都获得一系列的突破。1930年，超短波通信被发明；1931年利用超短波跨越英吉利海峡通话得到成功。1934年在英国和意大利开始利用超短波频段进行多路（6～7路）通信。1940年德国首先应用超短波中继通信。中国于1946年开始用超短波中继电路，开通4路电话。通信发展史1947年，大容量微波接力通信被应用；20世纪50年代以后，光纤、收音机、电视机、计算机、广播电视、数字通信业都有极大发展。1956年，欧美长途海底电话电缆传输系统建设并投入使用；1959年，美国的基尔比和诺伊斯发明了集成电路，从此微电子技术诞生了。通信发展史网络传播时代1955年，美国为了大战的需要，研制了第一部军用电子计算机。1962年，美国发射第一颗通信人造卫星，开启电视卫星传送的时代。1964年，美国Tand公司提出无连接操作寻址技术，目的是在战争残存的通信网中，不考虑实验限制，尽可能可靠的传递数据报。1969年，美军建立阿帕网（ARPANET），目的是预防遭受攻击时的通信中断。通信发展史1970年，美国康宁公司成功拉制出了损耗低于20dB/km的光纤，这是光纤作为通信的传输媒质迈向实用化的最重要一步。1972年，光纤和CCTIT通过G.711建议书和G.712建议书，电信网络开始进入数字化发展历程。1972年-1980年，国际电信界集中研究电信设备数字化，这一进程提高了电信设备性能，降低了电信设备成本，并改善了电信业务质量。最终在PSTN网基础上，形成IDN网。这个过程中取得一系列成就：统一了语音信号数字编码标准；用数字传输系统代替模拟传输系统；通信发展史用数字复用器代替载波机；用数字电子交换设备代替模拟机电交换设备；发明了分组交换设备。1977年美国和日本科学家制成超大规模集成电路，30平方毫米的硅晶片上集成了13万个晶体管。1979年，局域网技术开始应用。我国开始改革开放，也让我国开始追赶世界通信发展的脚步，并逐渐拉近差距。1983年，美国国防部将阿帕网分为军网和民网，渐渐扩大为今天的互联网。1993年，美国宣布兴建信息高速通路计划，整合电脑、电话、电视媒体。通信系统架构通信系统的组成实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质合称为通信系统。包含信源、发送设备、信道、噪声源、接收设备和信宿。各个部分的作用如下：信源：消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为消息信号或基带信号。电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换为适合在信道中搬移的形式，调制是最常见的变换方式。对数字通信系统来说，发送设备常又包含信源编码与信道编码的功能。通信系统架构通信系统的组成信道：传输信号的物理媒质。噪声源：是通信系统中各种设备以及信道中所固有的噪声。为了分析方便，把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。接收设备：完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号。信宿：传输信息的归宿点，其作用是将复原的原始信号转换成相应的信息。通信系统架构信息的传递离不开信息的传送通道——承载网。承载网是指在不同地点之间传输用户信息的网络，就好比我们出门旅行时离不开遍布全国的交通网一样。承载网是各运营商构建的一张专网，用于承载各种语音和数据业务（如软交换、视讯、重点客户VPN（VirtualPrivateNetwork，虚拟专用网）等），通常以光纤作为传输媒质。通信系统架构传输媒质特性传输媒质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路，分为有线和无线两大类。其中双绞线、同轴电缆和光纤是常用的三种有线传输媒质。卫星通信、无线通信、红外通信、激光通信以及微波通信的信息载体都属于无线传输媒质。传输媒质的特性包括：物理特性：说明传输媒体的特征。传输特性：包括是使用模拟信号发送还是使用数字信号发送，调制技术、传输量及传输的频率范围。连通性：点到点或多点连接。通信系统架构传输媒质特性地理范围：网上各点间的最大距离，能用在建筑物内、建筑物之间或扩展到整个城市。抗干扰性：防止噪音、干扰对数据传输影响的能力。相对价格：以元件、安装和维护的价格为基础。通信系统架构承载网的层次结构承载网在逻辑上可以分为4个层次：接入层、汇聚层、核心层和骨干层，如图1-1所示。接入层是承载网中离用户最近的一层，它下连基站和其他接入设备。速率比较低，通常在155Mb/s~1Gb/s之间。汇聚层在接入层的上面，速率比接入层要高，通常在622Mb/s~10Gb/s之间。核心层的速率通常在1Gb/s~10Gb/s之间。骨干层包括省干和国干。只有跨省的电话才需要进入骨干层传输，速率在10Gb/s到Tb/s数量级。通信系统架构图1-1承载网的分层通信系统架构常见的承载网技术承载网技术经历模拟到数字、电缆到光缆、几十Kb/s的低速到几Gb/s甚至几万Gb/s的高速、刚性通道到弹性通道的变化。在PTN和IPRAN出现以前，典型的承载技术包括PDH、SDH/MSTP、路由交换、ATM技术和DWDM/OTN技术。SDH技术的特点是具有块状帧结构、丰富的OAM开销、灵活的业务调度、完善的保护功能。SDH最早出现是为承载2M业务，随着以太网业务兴起，需在SDH网络上传送IP数据帧，由此MSTP应运而生。MSTP是在SDH的块状帧中为IP留几个专座，属临时改造，通信系统架构常见的承载网技术无法满足IP的需求，之后MSTP被一种全新的传输技术—PTN所取代。目前SDH/MSTP处于萎缩状态，主要承载2G基站回传业务及少量数据业务。PTN技术以分组作为传送单元，帧结构不再是标准的块状结构，而是可变化长短。传送过程中采用贴标签的方式（标签交换技术）将信息准确地送到目的地。目前移动网络由2G、3G向LTE、5G演进，PTN技术能较好地承载电信级以太网业务，满足业务标准化、高可靠性、灵活扩展性、严格QoS和完善的OAM等基本属性。通信系统架构常见的承载网技术IPRAN技术是为迎合LTE阶段的X2接口和S1-FLEX业务的需求而产生的。IPRAN在PTN纯二层技术的基础上增加了三层路由的功能。IPRAN组网比PTN和路由器联合组网的方案，节省路由器投资，实现网络资源的全局优化。还可以借助IP化分组传送优势，提供比PTN方式更灵活更可靠的组网。承载网主要以光纤作为传输媒质，让几路甚至上百路（如160路）光信号在同一根光纤中传输，这就是WDM技术。特点是传输容量大，通常用在骨干网，大中城市的通信系统架构常见的承载网技术城域网。与SDH相比，存在不足，如：OAM缺乏，调度不够灵活，保护不够完善。为弥补这些缺陷，OTN诞生。OTN可以说是WDM+SDH的产物。它在WDM的基础上，融合了SDH的一些特点，如块状帧结构、丰富的OAM开销、灵活的业务调度、完善的保护功能。ASON是一种融交换、传送为一体的自动交换承载网。在SDH/MSTP的基础上产生，使网络具有智能特性，能够自动寻找路由。而WSON是基于WDM/OTN的自动交换光网络，特指面向WDM/OTN光网络的ASON技术。通信系统架构常见的承载网技术随着移动互联网的迅猛发展，全IP已成为运营商确定的网络和业务转型方向。承载网正向着下一代的高可靠、有QoS保证、可运营、可管理的融合多业务IP网络演进。PTN+OTN将是其主要技术保证。通信技术介绍PDH系统

SDH/MSTP系统ATM系统交换路由系统IPRAN/PTN系统PTN和IPRAN的对比第1章IPRAN/PTN技术概述PDH系统PDH技术概述PDH技术，即准同步数字体系，其基础是PCM，即将若干个语音话路按照TDM的方法组合为一个基群，并在此基础上，进一步按照TDM方式组合成更高等级的数字信号等级。ITU-T标准G.702中建议PDH的基群速率有两种，即PCM30/32路系统和PCM24路系统。我国和欧洲各国采用的是PCM30/32路系统，其每一帧的帧长是125μs，共32个时隙。其中30个时隙用来承载语音话路，其余两个用来做帧同步，即复帧同步。PDH系统PDH技术概述PDH将语音信号变成高速信号的过程叫做复用，其反变换叫做解复用。PDH信号的基群信号，包含30路语音信号和2路信令信号，对应速率为64Kb/s*32=2048Kb/s，也就是我们现在还在使用的E1信号。再往上，每4路低次群信号复用成1路高次群信号。可以用下表表示PDH各次群的对应关系：对应PDH群次速率（Mb/s）包含话路数基群2.04830二次群8.448120三次群34.368480四次群139.2641920PDH系统PDH技术概述看一下表中的“速率”一列，会发现二次群的速率并不是基群速率的4倍，而是比基群速率的4倍略大一点。这是因为在复用过程中为了适配和容纳各级支路信号的速率差异插入了一些填充字节。同样，三次群和四次群的速率也有这种情况。正因为这种复用不是完全同步的，所以被称为“准同步复用”PDH系统PDH技术的缺憾PDH主要是为语音业务设计，而现代通信的趋势是宽带化、智能化和个人化。PDH传输线路主要是点对点连接，网络拓扑缺乏灵活性。存在相互独立的两大类、三种地区性标准（日本、北美、欧洲），难以实现国际互通。异步复用，需逐级码速调整来实现复用/解复用。缺少统一的标准光接口，无法实现横向兼容。网络管理的通道明显不足，建立集中式传输网络管理困难。网络的调度性差，很难实现良好的自愈功能。通信技术介绍PDH系统SDH/MSTP系统ATM系统交换路由系统IPRAN/PTN系统PTN和IPRAN的对比第1章IPRAN/PTN技术概述SDH/MSTP系统SDH的概念同步数字体系简称SDH，ITU-T定义：为不同速度的数字信号的传输提供相应等级的信息结构，包括复用方法和映射方法，以及相关的同步方法组成的一个技术体制。SDH的核心理念是要组建统一的国家电信网和国际互通的数字通信网，是构成ISDN、B-ISDN的重要组成部分。与传统的PDH体制不同，基于SDH组建的网是高度统一、标准化、智能化的网络。SDH网络采用全球统一的接口实现设备多厂家环境兼容，在全程全网范围实现高效的协调一致的管理和操作，灵活的组网与业务调度，网络自愈功能，提高网络资源利用率，降低设备的运行维护费用。SDH/MSTP系统SDH技术的优越性1）接口方面（1）电接口方面接口的规范化与否是决定不同厂家的设备能否互连的关键。SDH体制对NNI作了统一的规范。规范的内容有数字信号速率等级、帧结构、复用方法、线路接口、监控管理等，即在同一传输线路上可以安装不同厂家的设备，体现了横向兼容性。SDH体制有一套标准的信息结构等级，即有一套标准的速率等级。SDH/MSTP系统SDH技术的优越性（2）光接口方面线路接口（光接口）采用世界性统一标准规范，SDH信号的线路编码仅对信号进行扰码，不再进行冗余码的插入。扰码的标准是世界统一的，这样终端设备仅需通过标准的解扰码器就可与不同厂家SDH设备进行光口互连。扰码的目的是抑制线路码中的长连“0”和长连“1”，便于从线路信号中提取时钟信号。由于线路信号仅通过扰码，所以SDH的线路光信号速率与SDH电口标准信号速率相同，不会增加光通道的传输带宽。ITU-T推荐的SDH光接口的统一码型为加扰的NRZ码。SDH/MSTP系统SDH技术的优越性2）复用方式低速SDH信号是以字节间插方式复用进高速SDH信号的帧结构中，使低速SDH信号在高速SDH信号的帧中位置有规律、可预见。简化了信号的复用和解复用，使SDH体制特别适合于高速大容量的光纤通信系统。另外，SDH采用同步复用方式和灵活的映射结构，可将PDH低速支路信号复用进SDH信号的STM-N帧结构中，使低速支路信号在STM-N帧中的位置是可预见的，可以从STM-N信号中直接分离/插入低速支路信号。这样，节省了大量的复SDH/MSTP系统SDH技术的优越性用/解复用设备（背靠背设备），增加了可靠性，减少了信号损伤、降低了设备成本和功耗等，使业务的上、下更加简便。SDH综合了软件和硬件的优势，实现了从低速PDH支路信号至STM-N信号的“一步到位”复用，使维护人员仅靠软件操作就能便捷地实现灵活的实时业务调配。SDH的这种复用方式使DXC功能更易于实现，使网络具有很强的自愈功能，便于网络运营者按需动态组网。SDH/MSTP系统SDH技术的优越性3）运行维护方面SDH的帧结构中有丰富的用于运行维护管理功能的开销字节，加强网络监控功能，提高维护的自动化程度。PDH的信号中开销字节不多，在对线路进行性能监控时，要通过在线路编码时加入冗余比特来完成。例如PCM30/32信号，其帧结构中仅有TS0和TS16时隙中的比特用于开销功能。SDH具有丰富的开销字节，占整个帧结构所有带宽容量的1/20，增强了系统的OAM功能，降低了系统维护费用。据统计，SDH系统的综合成本仅相当于PDH系统的65.8%，维护费用的降低起到非常重要的作用。SDH/MSTP系统SDH技术的优越性4）兼容性SDH有很强的兼容性，当组建SDH传输网时，原有的PDH设备或系统仍可使用，这两种传输网可以共存。也就是说可以用SDH网传送PDH业务。另外，ATM、FDDI等其它制式的信号所传送的新业务也可用SDH网来传输。SDH容纳各种制式信号的方式为：把各种制式的信号（支路）从网络界面处（起点）映射复用进STM-N信号的帧结构中，在SDH承载网络边界处（终点）再将它们解复用/分离出来，从而实现在SDH传输网上传输各种制式的数字信号。SDH/MSTP系统SDH的帧结构STM-N信号帧结构的安排应尽可能使支路低速信号在一帧内均匀、有规律的分布。以便于实现支路信号的同步复用、交叉连接、分/插和交换，说到底就是为了方便地从高速信号中直接上/下低速支路信号。因此，ITU-T规定了STM-N的帧是以字节为单位的矩形块状帧结构，如图1-3所示STM-N的帧结构由3部分组成：段开销，包括RSOH和MSOH、AU-PTR、Payload。SDH/MSTP系统SDH的帧结构图1-3STM-N帧结构图SDH/MSTP系统SDH的帧结构STM-N的信号是9行×（270×N）列的帧结构。N取值范围：1，4，16，64，表示此信号由N个STM-1信号通过字节间插复用而成。则STM-1信号的帧结构是9行×270列的块状帧。并且，当N个STM-1信号通过字节间插复用成STM-N信号时，将STM-1信号的列按字节间插复用，行数恒定为9行不变。STM-N信号的传输遵循按比特的传输方式，SDH信号帧传输的原则是：按帧结构的顺序从左到右，从上到下逐个字节，逐个比特地传输，传完一行再传下一行，传完一帧再传下一帧。SDH/MSTP系统SDH的帧结构STM-1的传送速率为：270（每帧270列）×9（共9行）×8bit（每个字节8bit）×8000（每秒8000帧）=155520Kb/s=155.520Mb/s。由于帧周期的恒定使STM-N信号的速率有其规律性。例如STM-4的传输数速恒定的等于STM-1信号传输数速的4倍，STM-16恒定等于STM-1的16倍。SDH信号的这种规律性可以便捷地从高速STM-N码流中直接分/插出低速支路信号，这就是SDH按字节同步复用的优越性。SDH速率等级如表1-2所示。SDH/MSTP系统SDH的帧结构1）信息净负荷信息净负荷是STM-N帧结构中存放由STM-N传送的各种用户信息码块的地方。为了实时监测打包的低速信号在传输过程中是否有损坏，在将低速信号打包的过程中加入了监控开销字节—POH字节。POH作为净负荷的一部分与信息码块一起装载在STM-N上在SDH网中传送，它负责通道性能监视、管理和控制。端口STM-1STM-4STM-16STM-64速率155.520Mb/s622.080Mb/s2488.320Mb/s9953.280Mb/s表1-2SDH速率等级SDH/MSTP系统SDH的帧结构2）SOH（段开销，SectionOverhead）段开销是为保证信息净负荷正常传送所必须附加的网络运行、管理和维护字节。SOH完成对整体传输通道的监控，POH是完成对特定通道进行监控。段开销又分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH），区别在于监管的范围不同。例如对光纤上传输的2.5G信号，RSOH监控的是STM-16整体的传输性能，而MSOH则是监控STM-16信号中每一个STM-1的性能情况。SDH/MSTP系统SDH的帧结构再生段开销在STM-N帧中的位置是第一到第三行的第一到第9×N列，共3×9×N个字节；复用段开销在STM-N帧中的位置是第5到第9行的第一到第9×N列，共5×9×N个字节。3）管理单元指针管理单元指针AU-PTR位于STM-N帧中第4行的第1列到9×N列，共9×N个字节。低速支路信号在高速SDH信号帧中的位置可预见性的实现就在于SDH帧结构中指针字节功能。AU-PTR是用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置的指示符，以便接收端能根据这个位置指示符的值（指针值）准确分离信息净负荷。SDH/MSTP系统SDH的帧结构其实指针有高、低阶之分，高阶指针是AU-PTR，低阶指针是TU-PTR（支路单元指针），TU-PTR的作用类似于AU-PTR，只不过所指示的信息负荷更小一些而已。SDH/MSTP系统MSTP技术产生背景MSTP是SDH多业务传送平台的简称，是城域网中采用的技术之一，在SDH基础上发展起来。MSTP技术是指基于SDH平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。在业务趋于IP化之前，各运营商的城域网大都采用SDH体制。但在SDH发展中面临时分复用、固定带宽分配带来的效率低下、成本高、技术相对复杂等问题。基于SDH体制的城域光网络向以IP为基础的光网络演进、在同一平台上提供TDM、二层和三层业务的光通信设备备受关注背景下，MSTP由于能把许多分立的网络元素整合在单一的多业务平台而受到青睐，它的最大好处是可SDH/MSTP系统MSTP技术产生背景以代替功能各不相同的大量传输设备和接入设备。SDH多业务平台最适合作为网络边缘的融合节点，支持混合型业务量，特别是以TDM业务量为主的混合型业务量。不仅适合缺乏网络基础设施的新运营商应用于局间，还适合大企业用户驻地。那些已敷设大量SDH网的运营公司，以SDH为基础的多业务平台也可以更有效地支持分组数据业务，有助于实现从电路交换网向分组网的过渡。SDH/MSTP系统MSTP技术应用优势基于SDH的多业务传送节点除具有标准SDH传送节点所具有的功能外，还具有以下主要功能特征：具有TDM业务、ATM业务或以太网业务的接入功能；具有TDM业务、ATM业务或以太网业务的传送功能包括点到点的透明传送功能；具有ATM业务或以太网业务的带宽统计复用功能；具有ATM业务或以太网业务映射到SDH虚容器的指配功能。SDH/MSTP系统MSTP技术应用优势MSTP基于SDH的多业务传送节点可根据网络需求应用在承载网的接入层、汇聚层等。城域网组网技术种类繁多，大致包括基于SDH结构的城域网、基于以太网结构的城域网、基于ATM结构的城域网和基于WDM结构的城域网。SDH、ATM、Ethernet、WDM等各种技术也在不断吸取其他技术的长处，既要实现快速传输，又要满足多业务承载，还要提供电信级的QoS，各种城域网技术之间表现出一种融合的趋势。MSTP可以将传统的SDH复用器、数字交叉链接器、WDM终端、网络二层交换机和IP边缘路由器等多个独立的设备集成为一个网络设备，即基于SDH技术的多业务传送平台，进行统一控制和管理。SDH/MSTP系统MSTP技术应用优势MSTP的实现基础是充分利用SDH技术对传输业务数据流提供保护恢复能力和较小的延时性能，并对网络业务支撑层加以改造，以适应多业务应用，实现对二层、三层的数据智能支持。即将传送节点与各种业务节点融合在一起，构成业务层和传送层一体化的SDH业务节点，称为融合的网络节点或多业务节点，主要定位于网络边缘。SDH/MSTP系统MSTP方案特点对于运营商网络而言，MSTP具有下面的一些特点：网络性能方面：由于MSTP支持CAR功能，可以实现网络中重要而有效的带宽管理方式，通常在网络的边沿接口处，通过CAR的配置，对报文进行分类，控制IP流量以特定的速率进出网络，从而提供有保障的网络服务质量。维护成本方面：客户为了实现数据网络的功能，需要投入设备，更要投入大量人力和物力去维护多条接入线路，增加成本投入。MSTP技术支持基本的数据网络组网，可以完成基本的汇聚甚至是二层交换功能。简化网络的层次，为客户的维护提供了方便。SDH/MSTP系统MSTP方案特点灵活性方面：由于MSTP具有对数据网络技术的支持，网络的变更将会在传统的SDH层面和MSTP的数据技术层面完成，这个操作仅仅是通过配置即可完成，具有很高的灵活性。网络安全性：MSTP技术与传统的传输技术完美结合下，对网络层有高保护性。对于接入层的板卡，也可以实现保护。MSTP对LPT和LCAS技术支持。可以为客户网络提供更完善的保护。网络拓展性：基于MSTP技术的传输组网，具有很高的拓展性。在客户网络的接入端，提供的是至少155M的光纤接入，汇聚点一般可达到2.5G的接入容量。由于应用了LCAS技术，基本可以SDH/MSTP系统MSTP方案特点实现无损的平滑升级。升级容量也是非常灵活的，支持2M～155M，甚至GE接口的升级。可以满足客户长远的需求，无须为带宽升级带来的麻烦而担心。MSTP技术的功能框图如图1-4所示SDH/MSTP系统图1-4MSTP功能框图SDH/MSTP系统MSTP技术特点业务的带宽灵活配置，MSTP上提供的10/100/1000Mb/s系列接口，通过VC的捆绑可以满足各种用户的需求；可根据业务的需要，工作在端口组方式和VLAN方式，其中VLAN方式可以分为接入模式和干线模式；可工作在全双工、半双工和自适应模式下，具备MAC地址自学习功能；QoS设置：QoS实际上限制端口的发送，原理是发送端口根据业务优先级有许多发送队列，根据QoS的配置和一定的算法完成各类优先级业务的发送。因此，当一个端口可能发送来自多个来SDH/MSTP系统MSTP技术特点源的业务，而且总的流量可能超过发送端口的发送带宽时，可以设置端口的QoS能力，并相应地设置各种业务的优先级配置。当QoS不作配置时，带宽平均分配，多个来源的业务尽力传输。QoS的配置就是规定各端口在共享同一带宽时的优先级及所占用带宽的额度。对每个客户独立运行生成树协议。SDH/MSTP系统MSTP优势在MSTP技术发展初期，大量用户的需求还是固定带宽专线，主要是2Mb/s、10Mb/s、100Mb/s、34Mb/s、155Mb/s。对于这些专线业务，大致可以划分为固定带宽业务和可变带宽业务。对于固定带宽业务，MSTP设备从SDH那里集成了优秀的承载、调度能力；对于可变带宽业务，可以直接在MSTP设备上提供端到端透明传输通道，充分保证服务质量，可以充分利用MSTP的二层交换和统计复用功能共享带宽，节约成本，同时使用其中的VLAN划分功能隔离数据，用不同的业务质量等级来保障重点用户的服务质量。SDH/MSTP系统MSTP优势在城域汇聚层，实现企业网络边缘节点到中心节点的业务汇聚，具有节点多、端口种类多、用户连接分散和较多端口数量等特点。采用MSTP组网，可以实现IP路由设备10M/100M/1000MPOS（PacketoverSDH，基于SDH的包交换）和2MFR（FrameRelay，帧中继）业务的汇聚或直接接入，支持业务汇聚调度，综合承载，具有良好的生存性。根据不同的网络容量需求，可以选择不同速率等级的MSTP设备。SDH/MSTP系统MSTP应用在上个世纪90年代中期到本世纪初，MSTP技术在城域承载网络中备受关注，得到了规模应用。它的技术优势与其他技术相比在于：解决了SDH技术对于数据业务承载效率不高的问题；解决了ATM/IP对于TDM业务承载效率低、成本高的问题；解决了IPQoS不高的问题；解决了RPR技术组网限制问题，实现双重保护，提高业务安全系数；增强数据业务的网络概念，提高网络监测、维护能力；降低业务选型风险；实现降低投资、统一建网、按需建设的组网优势；适应全业务竞争需求，快速提供业务。SDH/MSTP系统MSTP应用MSTP使承载网络由配套网络发展为具有独立运营价值的宽带运营网络，利用自身成熟的技术优势提供质高价廉的带宽资源，满足城域带宽需求。由于自身多业务的特性，利用B-ADM设备构建的城域传输网可以根据用户的要求提供种类丰富的带宽服务内容，MSTP技术体制下的B-ADM设备在网络调度、设备等一些方面融入运营理念、智能特性，实现业务的方便、快捷的建立，从而进一步保证带宽运营的可实施性，满足市场对于城域承载网络的需求。SDH/MSTP系统MSTP网络实现MSTP专线业务的组网模型是MSTP设备放在接入端接入业务，下行和客户端设备相连，上行和本地网SDH设备相连。中间采用已有的承载网作为该业务的承载网，两端的MSTP设备根据各本地网实际情况，采用（或升级）现网MSTP设备，也可新购MSTP设备。当开通点到多点以太网专线业务时，若分支节点客户设备需要为业务设置VLANID，则需告知运营商并协商VLANID，以保证各分支节点具有不同的VLANID供汇聚节点识别。开通点到点以太网专线业务时，对客户设备配置不作要求。MSTP虽然尝试提高SDH承载数据业务的效率，提供多业务平台，但没脱离TDM，在组网上有一些不可逾越的问题，应用有局限性。通信技术介绍PDH系统SDH/MSTP系统ATM系统交换路由系统IPRAN/PTN系统PTN和IPRAN的对比第1章IPRAN/PTN技术概述ATM系统异步传输模式简称ATM，是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术。同步STM方式在由N路信号复合而成的TDM信号中，各路原始信号都按一定时间间隔出现，接收端只需根据时间即可确定现在接收的信号原来所属是哪一路信号。在异步传递方式中，各路原始信号不是按照固定的时间间隔出现，因而需要另外附加一个标志来表明接收端接收的某段信息是属于哪一段原始信号的。ATM系统图1-5为STM同步传递方式和ATM异步传递方式的示意图。（a）STM各路原始信号周期性地出现（b）ATM每个信元的信头表示其所属的信号路数图1-5同步和异步传递方式的差异ATM系统ATM是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。适用于局域网和广域网，是一种具有高速数据传输率和支持多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信技术。ATM采用面向连接的传输方式，将数据分割成固定长度的信元，通过虚连接进行交换。ATM集交换、复用、传输为一体，在复用上采用的是异步时分复用方式，通过信息首部或标头来区分不同信道。ATM是一项信元中继技术，数据分组大小固定。能把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小，不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法，预计和保证应用所需要的带宽。ATM系统ATM的“异步”指ATM的统计复用性质，即来自某一用户的信元的重复出现不是周期性的；“传输”则是指ATM网络中所采用的复用、交换、传输技术，即信息从一地传输到另一地所用的传递方式。ATM以其独有的固定长度的ATM信元（Cell）为单位进行数据传输，是一种在网络中以信元为单位进行统计复用和交换、传输的技术。ATM是一种面向连接的技术，根据VPI和VCI进行寻址，实现OSI物理层和链路层功能。ATM交换以快速分组交换为前提，在简化控制、降低延迟的基础上，还使用了一些电路交换的方法，满足实时业务的要求。ATM交换可以看作是电路交换和分组交换的结合。ATM系统ATM的连接ATM技术面向连接，它需要在通信双方向建立连接，通信结束后再由信令拆除连接。但它摈弃了电路交换中采用的同步时分复用，改用异步时分复用，收发双方的时钟可以不同，可以更有效地利用带宽。ATM系统ATM的传送单元ATM采用固定长度为53个字节的信元进行信息的传输、复用和交换，其中5个字节是信头，包含表示信元去向的逻辑地址、优先等级等控制信息；后48个字节装载来自不同用户、不同业务的信息，任何业务信息都必须经过切割封装成统一格式信元。信头部分包含了选择路由用的VPI/VCI信息，因而它具有分组交换的特点。ATM是一种高速分组交换，在协议上它将OSI第二层的纠错、流控功能转移到智能终端上完成，降低了网络时延，提高了交换速度。ATM系统ATM的传送单元ATM使用这种短小且固定长度的信元主要是基于下述两个原因：1）减少高优先级信元的队列时延。如果高优先级别的信元只比优先级较低但却已被批准访问某资源的信元晚到一点点，它仍然还是必须等待，不过等待的时间却很短。2）固定长度的信元在交换时效率更高。对于数据传输速率非常高的ATM来说，这是很重要的一个因素。此外，该固定长度还使得交换机制的硬件实现更为容易。ATM系统ATM的交换设备交换设备是ATM的重要组成部分，它能用作组织内的Hub，快速将数据分组从一个节点传送到另一个节点；或用作广域通信设备，在远程LAN之间快速传送ATM信元。以太网、光纤分布式数据接口、令牌环网等传统LAN采用共享介质，任一时刻只有一个节点能够进行传送，而ATM提供任意节点间的连接，节点能够同时进行传送。来自不同节点的信息经多路复用成为一条信元流。在ATM系统中，ATM交换器可以由公共服务的提供者所拥有，也可以是企业内部网的一部分。ATM系统ATM技术特点网络详细由于ATM网络由相互连接的ATM交换机构成，存在交换机与终端、交换机与交换机之间的两种连接。因此交换机支持两类接口：用户与网络的接口UNI（通用网络接口）和网络节点间的接口NNI。对应两类接口，ATM信元有两种不同的信元头。ATM网络中两个重要概念：VP和VC，用来描述ATM信元单向传输的路由。一条物理链路复用多条虚通路，每条虚通路复用多条虚通道，用相同的标识符来标识，即虚通道标识符VPI和虚通路标识符VCI。VPI和VCI独立编号，VPI和VCI一起唯一地标识一条虚通路。ATM系统网络详细相邻两个交换节点间信元的VPI/VCI值不变，两节点之间形成一个VP链和VC链。当信元经过交换节点时，VPI和VCI作相应的改变。一个单独的VPI和VCI是没有意义的，只有进行链接后，形成一个VP链和VC链，才形成一个有意义的链接。在ATM交换机中，有一个虚连接表，每一部分都包含物理端口、VPI、VCI值，该表是在建立虚电路的过程中生成的。ATM用作公司主干网时，能够简化网络的管理，消除许多由于不同的编址方案和路由选择机制的网络互连引起的复杂问题。ATM集线器能提供集线器上任意两端口的连接，与所连接的设备类型无关。ATM系统网络详细由于ATM采用统计复用技术，且接入带宽突破原有的2M，达到2M～155M，因此适合高带宽、低延时或高数据突发等应用。ATM是作为下一代多媒体通信的主要高速网络技术出现的，从其开发的一开始，ATM就被设计成能提供声音、视频和数据传输，而计算机电话集成（CTI）技术是额外的优点，它使IT管理人员能将通常是分开的、陈旧的电话网络（电话和传真）与计算机结合起来。ATM系统发展优势ATM的主要优点是高带宽、有保证的服务质量和可扩展的、能提供所有速度与应用的拓扑结构，服务质量标准确保了一个应用所要求的带宽在该应用的信息请求期间都可供使用。由于ATM技术提供了处理声音、视频和数据的通用网络来降低整个网络成本，世界范围内的很多电信公司都采用过ATM技术。ATM技术是建立在小的、规模不变的单元上的，它使快速交换成为可能，从而使多种等时的数据能在计算机网络传输中统计复用。统计复用规定了“根据需要定带宽”，电信频道不再被时分复用协议限制在固定的数据率上。ATM系统发展优势ATM协议能为所有的传输类型提供同构网络，不论是支持传统的电话、娱乐电视，还是支持LAN、MAN和WAN上的计算机网络传输，应用都使用同一协议。在设计上，ATM协议能处理等时数据，如视频、音频及计算机之间的其他数据通信。ATM协议在带宽上被设计成可扩展的，并能支持实时的多媒体应用。ATM技术一个明显缺点就是信元首部的开销太大，即5字节的信元首部在整个53字节的信元中所占的比例相当大。而且ATM的技术复杂且价格较高，能够直接支持的应用不多。后来千兆以太网的问世，进一步削弱了ATM在因特网高速主干网领域的竞争能力。渐渐地，ATM技术的应用也趋于萎缩。通信技术介绍PDH系统SDH/MSTP系统ATM系统交换路由系统IPRAN/PTN系统PTN和IPRAN的对比第1章IPRAN/PTN技术概述交换路由系统交换路由，在交换路由技术发展初期，它们不被当成一种承载网技术，一般都是下挂在承载网下面，通过承载网设备互联互通进行组网的。后来，随着交换路由产品的光接口技术的发展，在实际应用中，也会不通过承载网，直接用交换机路由器进行组网，考虑到后面的IPRAN/PTN技术，在这里也把交换路由技术和其它承载技术一起进行介绍。交换路由系统数据通信协议数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。要在两地间传输信息必须有传输信道，根据传输媒体的不同，有有线数据通信与无线数据通信之分。它们都是通过传输信道将数据终端与计算机联结起来，而使不同地点的数据终端实现软、硬件和信息资源的共享。数据通信协议，亦称数据通信控制协议，是为保证数据通信网中通信双方能有效、可靠通信而规定的一系列约定。这些约定包括数据的格式、顺序和速率、数据传输的确认或拒收、差错检测、重传控制和询问等操作。数据通信协议分两类：一类称为基本型交换路由系统数据通信协议通信控制协议，用于以字符为基本单位的数据传输，如BSC协议；另一类称为高级键路控制协议，用于以比特为基本单位的数据传输，如HDLC和SDLC。数据通信协议是指在数据通信系统中，通信对象之间能准确有效地进行通信所必须遵循的规则和各种约定事项。数据通信是继电报通信和电话通信之后的一种新型通信方式，数据通信主要是人-机或机-机之间的通信，其通信控制功能只能严格按照预先在计算机内设置的诸如“使用什么样的规程，交换什么格式的信息”等规则和各种约定事项进行。交换路由系统数据通信协议基本型协议应用于简单的低速通信系统，传输速度一般不超过9600b/s，通信为异步/同步半双工方式。差错控制为方针码校验。高级键路控制协议采用统一的帧格式，可靠性高、效率高、透明性高，广泛用于公用数据网和计算机网，传输速率一般在2.4Kb/s到64Kb/s，通信为同步全双工方式连续发送，差错控制为循环冗余码校验。通信协议一般分成互相独立的若干层次。按国际标准化组织的OSI七层参考模型，公用数据网的数据通信协议主要涉及低三层，即物理层、数据键路层和网络层。数据通信协议随着数据通信技术的进步而不断发展。早期的数据交换路由系统数据通信协议通信协议就是联机系统中用于实现无差错数据传输的数据通信基本型控制规程。为满足计算机之间通信的需要，随后又产生了高级数据链路控制规程。在公用数据网迅速发展的推动下，CCITT于1976年制定了X.25建议，这是使用分层结构的分组交换网协议。X.25建议把数据网的通信功能划分为物理层、数据链路层和分组层三个层次，为实现日益发展的异机种网络互连提供了通信子网互连的基础。ISO于1979年提出了“异种机联网标准”的框架结构，即开放系统互连参考模型OSI。该参考模型把开放系统的通信功能划分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层交换路由系统数据通信协议和应用层七个层次，其后又相继开发了相应的协议。数据通信协议有两个显著特点。一是都采用分层结构。网络体系结构实际上就是通信功能层次和协议的集合。在开放系统中，各端系统必须执行开放系统互连参考模型中的七层协议，中继系统则执行其下三层协议。二是数据通信协议都是以标准的形式出现。标准包括国际标准和各国各公司的标准，国际标准主要有相关的CCITT建议和ISO标准。CCITT建议是从数据通信网的角度出发的，ISO标准则是从网络终端系统的角度出发的，二者的相应协议标准互相兼容。交换路由系统交换机简介交换机是一种用于电（光）信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。交换技术是一种具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的技术，体现了桥接技术的复杂交换技术工作在OSI参考模型的第二层。与桥接器一样，交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发。而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。交换路由系统交换机简介与桥接器不同的是，交换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网网络之间的转发性能。下图为常见的一些电信设备制造商的交换机实物图。交换路由系统交换机简介交换机工作于OSI参考模型的第二层，即数据链路层。交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时，通过将MAC地址和端口对应，形成一张MAC表。在今后的通信中，发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。因此，交换机可用于划分数据链路层广播，即冲突域；但它不能划分网络层广播，即广播域。1)冲突域冲突域是连接在同一导线上的所有工作站的集合，或者说是同一物理网段上所有节点的集合，或以太网上竞争同一带宽的节点集交换路由系统交换机简介合。不同主机或设备同时发出的帧可能会互相冲突的网络区域即冲突域。当冲突发生时，传送的帧可能遭到破坏或干扰，发生冲突的主机将根据802.3以太网的CSMA/CD规则在一段随机的时间内停止发送后续帧。其缺点是每台主机得到的可用带宽很低，当冲突域内主机设备数量增加时，网络冲突将成倍增加，信息传输安全得不到保证。集线器连接的各设备就是一个典型冲突域。2)广播域广播域是网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备集合。所有需要接收其他广播的节点被划分为同一广播域或逻辑网段。交换路由系统交换机简介连接在集线器和传统交换机端口上的所有节点构成一个广播域。当交换机收到广播帧时，它将该帧转发到自己除接收该帧的端口外的每一个端口，每个连接设备都会接收并处理该帧。交换机工作原理交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口；目的MAC若不存在，则广播到所有的端交换路由系统交换机工作原理口，接收端口回应后交换机学习并添加入内部MAC地址表中。使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照IP地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效的减少冲突域。交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的物理网段（非IP网段），连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。交换路由系统交换机工作原理交换机的传输模式有全双工，半双工，全双工/半双工自适应这三种。交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。已有以太网、快速以太网、FDDI和ATM技术的交换产品。交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。除此之外，还具备了一些新的功能，如对VLAN（虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能，具体如下：交换路由系统交换机工作原理1）学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址与相应的端口映射存放在交换机缓存中的MAC地址表中。2）转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口）。当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。交换机除了能够连接同种类型的网络之外，还可以在不同类型的网络（如以太网和快速以太网）之间起到互连作用。交换路由系统交换机工作原理概括交换机的基本功能：像集线器，交换机提供了大量供线缆连接的端口，可采用星型拓扑布线。像中继器、集线器和网桥，当它转发帧时，交换机会重新产生一个不失真的电信号。像网桥，交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤逻辑。像网桥，交换机将局域网分为多个冲突域，每个冲突域都是有独立的宽带，因此大大提高了局域网的带宽。除此交换机还提供更先进的功能，如虚拟局域网和更高的性能。交换路由系统交换机存在的问题回路：根据交换机地址学习和站表建立算法，交换机之间不允许存在回路。一旦存在回路，必须启动生成树算法，阻塞掉产生回路的端口。而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条通路来平衡负载，提高可靠性。负载集中：交换机之间只能有一条通路，使得信息集中在一条通信链路上，不能进行动态分配，以平衡负载。而路由器的路由协议算法可以避免这一点，OSPF路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同的网络应用选择各自不同的最佳路由。

交换路由系统交换机存在的问题广播控制：交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。整个交换式网络就是一个广播域，广播报文散到整个交换式网络。而路由器可以隔离广播域，广播报文不能通过路由器进行广播。

子网划分：交换机只能识别MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址结构，因此不能根据MAC地址来划分子网。而路由器识别IP地址，IP地址由网络管理员分配，是逻辑地址且IP地址具有层次结构，被划分成网络号和主机号，可以非常方便地用于划分子网，路由器的主要功能就是用于连接不同的网络。

保密问题：虽说交换机也可以根据帧的源MAC地址、目的MAC地交换路由系统交换机存在的问题址和其他帧中内容对帧实施过滤，但路由器根据报文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等内容对报文实施过滤，更加直观方便。交换路由系统路由器所谓“路由”，是指把数据从一个地方传送到另一个地方的行为和动作，而路由器，正是执行这种行为动作的机器，它是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。

路由器是互联网络的枢纽。路由和交换机之间的主要区别就是交换机工作在OSI参考模型第二交换路由系统路由器层（数据链路层），而路由工作在第三层，即网络层。这一区别决定了路由和交换机在工作的过程中需使用不同的控制信息，所以说两者实现各自功能的方式是不同的。下图为常见路由器的示意图。交换路由系统路由器路由器是互联网的主要节点设备。路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择。作为不同网络之间互相连接的枢纽，路由器系统构成了基于TCP/IP的国际互联网络Internet

的主体脉络。它的处理速度是网络通信的主要瓶颈之一，它的可靠性则直接影响着网络互连的质量。路由器的一个重要作用是连通不同的网络。从过滤网络流量的角度来看，路由器的作用与交换机和网桥非常相似。但是与交换机不同，路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分。使用路由器转发和过滤数据的速度往往要比只查看数据包物理地交换路由系统路由器址的交换机慢。但对于结构复杂的网络，使用路由器可以提高网络的整体效率。路由器的另一个明显优势是可以自动过滤网络广播。总体看，在网络中添加路由器的整个安装过程比即插即用的交换机复杂很多。路由器另一个重要作用是选择信息传输的线路。有的路由器仅支持单一协议，大多路由器支持多种协议的传输，即多协议路由器。每一种协议都有自己的规则，要在一个路由器中完成多种协议的算法，会降低路由器的性能。路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，传到目的地址。选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。交换路由系统路由器为完成“路由”的工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据－路由表（RoutingTable）。路由表中保存子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。在路由器中两个有关地址的名字概念：静态路由和动态路由。静态路由：由系统管理员事先设置好固定的路由称之为静态路由，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。动态路由：是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路由。路由器根据路由选择协议提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。交换路由系统路由器路由器是一种多端口设备，它可以连接不同传输速率并运行于各种环境的局域网和广域网，也可采用不同的协议。路由器可以指导从一个网段到另一个网段的数据传输，也能指导从一种网络向另一种网络的数据传输。路由器的作用有下述三个方面：网络互连：路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信；数据处理：提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等功能；网络管理：路由器提供包括路由器配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等功能。交换路由系统路由器工作原理路由器利用网络寻址功能在网络中确定一条最佳的路径，通过IP地址的网络部分确定分组的目标网络，并通过IP地址的主机部分和设备的MAC地址确定到目标节点的连接。路由器的某一个接口接收到一个数据包时，会查看包中的目标网络地址以判断该包的目的地址在当前的路由表中是否存在。如果发现包的目标地址与本路由器的某个接口所连接的网络地址相同，将数据转发到相应接口；如果路由表中记录的网络地址与包的目标地址不匹配，则根据路由器配置转发到默认接口，在没有配置默认接口的情况下会给用户返回目标地址不可达的ICMP信息。交换路由系统路由器工作原理路由器工作在网络层，可根据数据包包头的IP地址，决定数据包的转发动作。路由工作过程可总结为下述三个步骤：1)路由发现：学习路由的过程，动态路由通常由路由器自己完成，静态路由需要手工配置。2)路由转发：路由学习之后会按学习更新的路由表进行数据转发。3)路由维护：路由器通过定期与网络中其他路由器进行通信来了解网络拓扑变化以便更新路由表。通信技术介绍PDH系统SDH/MSTP系统ATM系统交换路由系统IPRAN/PTN系统PTN和IPRAN的对比第1章IPRAN/PTN技术概述IPRAN/PTN系统IPRAN/PTN产生背景早期数据通信以承载传统语音交换和无线2G基站的TDM业务为主，SDH/MSTP设备取得极大的发展，随着语音业务的IP化，以及无线基站从2G发展到3G，再发展到4G，及5G技术的大规模应的可预见。随着有线业务向无线业务的发展导致业务的接入地点随着时间不断地变化，原有的承载网技术SDH/MSTP越来越无法满足业务的需求。IPRAN/PTN系统IPRAN/PTN产生背景早期数据通信以承载传统语音交换和无线2G基站的TDM业务为主，SDH/MSTP设备取得极大的发展，随着语音业务的IP化，以及无线基站从2G发展到3G，再发展到4G，及5G技术的大规模应的可预见。随着有线业务向无线业务的发展导致业务的接入地点随着时间不断地变化，原有的承载网技术SDH/MSTP越来越无法满足业务的需求。IPRAN/PTN系统IPRAN/PTN产生背景SDH/MSTP技术的目的，是为了承载原有的电话网络的TDM业务，这种业务的交换分配特点称为半固定连接。业务带宽的分配，是通过时隙交叉实现的。这部分带宽专门给该承载业务使用，这种通道称为刚性通道。路由交换技术特点与SDH/MSTP不同，路由交换的特点是根据需要实时交换。一般情况下，所有的业务都可以共享线路带宽。特殊场景，比如组网配置QoS技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力，用来解决网络延迟和阻塞等问题，是网络的一种安全机制。也可以为某一条业务指定保证带宽和限制突发带宽。路由交换承载业务的通道称为弹性通道。IPRAN/PTN系统IPRAN/PTN产生背景MSTP最初为解决IP业务在承载网的承载问题，但改进不彻底，存在如下缺点：1.在数据业务比重增大的情况下，MSTP在统计复用能力方面受限.。2.MSTP承载网面临3G时代低成本、高带宽需求的挑战。交换机路由器取代MPLS虽然解决带宽问题，但以太网设备的交换机路由器也有一些很大的缺点，如下：1.以太网设备缺失TDM、ATM等多业务能力，OAM能力相对较弱。2.以太网设备不具备分组时钟传送能力。3.以太网设备不具备端到端的电信级网络管理手段。IPRAN/PTN系统PTN的技术架构PTN在IP业务和底层光传输媒质之间设置一个层面，针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的TCO，同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。PTN支持多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道，具有适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网能力，提供了更加适合于IP业务特性的弹性传输管道；具备丰富的保护方式，遇到网络故障时能够实现50ms的电信级业务保护倒换，实现传输级别的业务保护和恢复；继承了SDH技术的操作、管理和维护机制（OAM），具有IPRAN/PTN系统PTN的技术架构点对点连接的完美OAM体系，保证网络具备保护切换、错误检测和通道监控能力；完成与IP/MPLS多种方式的互连互通，无缝承载核心IP业务；网管系统可以控制连接信道的建立和设置，实现业务QoS的区分和保证，灵活提供SLA等优点。另外，可利用各种底层传输通道（如SDH/Ethernet/OTN），具有完善的OAM机制，精确的故障定位和严格的业务隔离功能，最大限度地管理和利用光纤资源，保证了业务安全性，在结合GMPLS后，可实现资源的自动配置及网状网的高生存性。PTN主要面向3G/LTE以及后续综合的分组化业务承载需求，解决移动运营商数据业务对带宽需求增长和ARPU下降之间的矛盾IPRAN/PTN系统典型技术PTN可分为以太网增强技术和传输技术结合MPLS两大类，前者以PBB-TE为代表，后者以T-MPLS为代表。1)PBB技术是将用户的以太网数据帧再封装一个运营商的以太网帧头，形成两个MAC地址。仍然采用传统的MAC交换，交换的MAC地址是运营商定义的MAC地址，从某种角度看，也可看成是MAC标签交换。PBB的主要优点是：具有清晰的运营网和用户间的界限，可以屏蔽用户侧信息，实现二层信息的完全隔离，解决网络安全性问题；在体系架构上具有清晰的层次化结构，理论上可以支持1600万用IPRAN/PTN系统典型技术户，从根本上解决网络扩展性和业务扩展性问题；规避了广播风暴和潜在的转发环路问题：解决VLAN和MAC地址与用户网冲突，简化网络的规划与运营；采用二层封装技术，无需复杂的三层信令机制，设备功耗和成本较低；对下可以接入VLAN或SVLAN，对上可与VPN业务互通，具有很强的灵活性，非常适合接入汇聚层应用；无连接特性经济地支持无连接业务或功能，如多点对多点VPN业务、IPTV组播功能等。PBB的主要缺点是：依靠生成树协议进行保护，保护时间和性能都不符合电信级要求，不适用于大型网络；因为它是无连接技术，IPRAN/PTN系统典型技术OAM能力很弱；内部不支持流量工程。在PBB的基础上，关掉复杂的泛洪广播、生成树协议以及MAC地址学习功能，增强一些电信级OAM功能，即可将无连接的以太网改造为面向连接的隧道技术，提供具有类似SDH可靠性和管理能力的QoS和电信级性能的专用以太网链路，这就是PBT技术，又称PBB-TE。其核心是对PBB技术进行改进，通过网络管理和控制，使CE中的业务事实上具有连接性，以便实现保护倒换、OAM、QoS、流量工程等电信网络的功能。PBT技术的显著特点是扩展性好。同时，PBT技术采用网管/控制平面替代传统以太网的“泛洪和学习”方式来配置无环路MAC地址，IPRAN/PTN系统典型技术此外，PBT技术还具有如下特点：转发信息由网管/控制平面直接提供，可以为网络提供预先确知的通道，容易实现带宽预留和50ms的保护倒换时间；作为二层隧道技术，具备多业务支持能力；屏蔽了用户的真实MAC，去掉了泛洪功能，安全性较好；用大量交换机替代路由器，消除了复杂的内部网关协议和信令协议，城域组网和运营成本大幅下降；将大量IEEE和ITU定义的电信级网管功能从物理层或重叠的网络层移植到数据链路层，使其能基本达到类似SDH的电信级网管功能。PBT存在问题：首先，它需要大量连接，管理难度加大；其次，IPRAN/PTN系统典型技术PBT只能环型组网，灵活性受限；再次，PBT不具备公平性算法，不太适合宽带上网等流量大、突发较强的业务，容易存在设备间带宽不公平占用问题；最后，PBT比PBB多了一层封装，在硬件成本上必然要付出相应的代价。IPRAN/PTN系统T-MPLS技术T-MPLS是分组传送网技术的另一个重要分支，它是一种面向连接的分组传送技术，是MPLS的一个功能子集。在承载网络中，将客户信号映射进MPLS帧并利用MPLS机制进行转发，同时增加传送层的基本功能。T-MPLS选择MPLS体系中有利于数据业务传送的一些特征，抛弃了IETF为MPLS定义的繁复的控制协议族，简化了数据平面，去掉了不必要的转发处理。T-MPLS继承了现有SDH承载网的特点和优势，同时又可以满足未来分组化业务传送的需求。T-MPLS采用与SDH类似的运营方式，可以继续使用现有的网络运营和管理系统。由于T-MPLS的目标是成为一种通用的分组传送网，而不涉及IP路由方面的功能，T-MPLS的实现要比IP/MPLS简单，IPRAN/PTN系统T-MPLS技术包括设备实现和网络运营方面。T-MPLS最初定位于支持以太网业务，但事实上它可以支持各种分组业务和电路业务，如IP/MPLS、SDH和OTH等。T-MPLS网络分为层次清楚的三个层面：传送平面（也称数据转发平面）、管理平面和控制平面。传送平面包括全光交换、TDM交换和T-MPLS分组交换，引入面向连接的OAM和保护恢复功能。控制面为GMPLS/ASON，进行标签的分发，建立标签转发通道，和全光交换、TDM交换的控制面融合，体现了分组和传送的完全融合。其三个平面的功能示意图如下图。IPRAN/PTN系统T-MPLS技术IPRAN/PTN系统T-MPLS技术T-MPLS的主要功能特征包括：（1）T-MPLS的转发方式采用MPLS的一个子集：T-MPLS的数据平面保留了MPLS的必要特征，以实现与MPLS的互联互通。（2）承载网的生存性：T-MPLS支持承载网所具有的保护恢复机制。（3）承载网的OAM机制：T-MPLS参考Y.1711定义的MPLSOAM机制，延用在其他承载网中广泛使用的OAM概念和机制。（4）T-MPLS控制平面：初期管理平面配置与现有的SDH网络配置方式相同。后续ITU-T采用了ASON/GMPLS作为T-MPLS的控制平面。（5）不使用保留标签：任何特定标签的分配都由IETF负责，遵循MPLS相关标准，从而确保与MPLS的互通性。IPRAN/PTN系统T-MPLS技术T-MPLS与MPLS的主要区别如下：（1）IP/MPLS路由器是用于IP网络的，因此所有的节点都同时支持在IP层和MPLS层转发数据。而T-MPLS只工作在数据链路层，因此不需要IP层的转发功能。（2）在IP/MPLS网络中存在大量的短生存周期业务流。而在T-MPLS网络中，业务流的数量相对较少，持续时间相对更长一些。IPRAN/PTN系统T-MPLS技术功能实现方面，两者区别主要在于T-MPLS有下述特点：（1）使用双向LSP。（2）不使用PHP选项。（3）不使用LSP聚合选项。（4）不使用ECMP选项。（5）T-MPLS支持端到端的OAM机制。（6）支持端到端的保护倒换机制，MPLS支持本地保护技术FRR。（7）根据RFC3443中定义的管道模型和短管道模型处理TTL。（8）支持管道模型和短管道模型中的EXP处理方式。（9）支持全局唯一和接口唯一两种标签空间。IPRAN/PTN系统典型技术比较PTN可以看作二层数据技术的机制简化版与OAM增强版的结合体。技术上，两大主流技术PBT和T-MPLS都是SDH的替代品而非IP/MPLS的竞争者，其网络原理相似，并提供中心管理、在50ms内实现保护倒换的能力；两者之一都可以用来实现SDH/SONET向分组交换的转变，在保护已有的传输资源方面，都可以类似SDH网络功能在已有网络上实现向分组交换网络转变。总体来看，T-MPLS着眼于解决IP/MPLS的复杂性，在电信级承载方面具备较大的优势；PBT着眼于解决以太网的缺点，在设备数据业务承载上成本相对较低。标准方面，T-MPLS走在前列。芯片支持IPRAN/PTN系统典型技术比较程度上，目前支持Martini格式MPLS的芯片可以用来支持T-MPLS，成熟度和可商用度更高，而PBT技术需要多层封装，对芯片等硬件配置要求较高，所以逐渐被运营商和厂商所抛弃。T-MPLS在其基础上更推出了更具备协议和成本优势的MPLS-TP标准，MPLS-TP标准可以在T-MPLS标准上上平滑升级，已经成为PTN的最佳技术体系。IPRAN/PTN系统技术理念PTN技术本质上是一种基于分组的路由架构，能够提供多业务技术支持。它是一种更适合IP业务传送的技术，同时继承了光传输的传统优势，包括良好的网络扩展性，丰富的操作维护（OAM），快速的保护倒换和时钟传送能力，高可靠性和安全性，完整的网管理念，端到端业务配置与精准的告警管理能力。可从以下四个方面理解PTN的技术理念。（1）管道化的承载理念，基于管道进行业务配置、网络管理与运维，实现承载层与业务层的分离；以“管道+仿真”的思路满足移动演进中的多业务需求。IPRAN/PTN系统技术理念（2）变刚性管道为弹性管道，提升网络承载效率，降低Capex（CapitalExpenditure，资本性支出）。（3）以集中式的网络控制/管理替代传统IP网络的动态协议控制，同时提高IP可视化运维能力，降低Opex（OperatingExpense，企业的管理支出、办公室支出、员工工资支出和广告支出等日常开支）。（4）植入新技术，补齐移动承载IP化过程中在电信级能力上的短板。IPRAN/PTN系统解决方案PTN产品为分组传送而设计，其主要特征如下：灵活的组网调度能力、多业务传送能力、全面的电信级安全性、电信级的OAM能力、具备业务感知和端到端业务开通管理能力、传送单位比特成本低。为了实现这些目标，同时结合应用中可能出现的需求，需要重点关注TDM业务的支持能力、分组时钟同步、互联互通问题。1）TDM业务的支持方式在对TDM业务的支持上，目前一般采用PWE3的方式，目前TDMPWE3支持非结构化和结构化两种模式，封装格式支持MPLS格式。2）分组时钟同步分组时钟同步需求是3G等分组业务对于组网的客观需求，时钟同IPRAN/PTN系统解决方案步包括时间同步、频率同步两类。3）互联互通问题PTN是从传送角度提出的分组承载解决方案。技术可以革命，网络只能演进。运营商现网是庞大的MSTP网络，PTN网络必须要考虑与现网MSTP的互通。包括业务互通、网管公务互通两个方面。5.策略分组化是光承载网发展的必然方向，本地网在相当长的时间内将面临多种业务共存、承载的业务颗粒多样化、骨干层光纤资源相对丰富等问题，PTN产品引入中，综合考虑了引入策略和网络承接性的问题，分组传送技术和设备引入旧有网络是逐步实施的。IPRAN/PTN系统IPRAN的技术架构IPRAN是针对IP化基站回传应用场景，进行优化定制的路由器/交换机整体解决方案。在城域汇聚/核心层采用IP/MPLS技术，接入层主要采用二层增强以太技术，或采用二层增强以太与三层IP/MPLS相结合的技术方案。设备形态一般为核心汇聚节点采用支持IP/MPLS的路由器设