同步光纤网SONET与同步数字系列SDH
SDH概述
SDH概述SDH是同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy)的缩写，根据ITU-T的建议定义，它为不同速度的数字信号的传输提供相应等级的信息结构，包括覆用方法和映射方法，以及相关的同步方法组成的一个技术体制。
SDH是一种新的数字传输体制，它将称为电信传输体制的一次革命。
是当今世界通信领域在传输技术方面的一个发展热点，SDH技术的出现完全改变了光通信的方式。
SDH是一个将复接、线路传输及交换功能结合在一起并由统一网络管理系统进行管理操作的综合宽带信息网。
SDH是实现高效、智能化、维护功能齐全、操作管理灵活的现代电信网的基础，是未来信息高速公路的重要组成部分。
——我们可将信息高速公路同目前交通上用的高速公路做一个类比：公路将是SDH传输系统(主要采用光纤作为传输媒介，还可采用微波及卫星来传输SDH)信号，立交桥将是大型ATM交换机SDH系列中的上下话量复用器(ADM)就是一些小的立交桥或叉路口，而在“SDH高速公路”上跑的“车”，就将是各种电信业务(语音、图像、数据等)。
——SDH技术同传统的PDH技术相比，有下面几个明显的优点：——1、统一的比特率：——在PDH中，世界上存在着欧洲、北美及日本三种体系的速率等级。
而SDH中实现了统一的比特率。
此外还规定了统一的光接口标准，因此为不同厂家设备间互联提供了可能。
——2、极强的网管能力：——在SDH帧结构中规定了丰富的网管字节，可提供满足各种要求的能力。
——3、自愈保护环：——在SDH设备还可组成带有自愈保护能力的环网形式，这样可有效地防止传输媒介被切断，通信业务全部终止的情况。
——4、SDH技术中采用的字节复接技术：——若把SDH技术与PDH技术的主要区别用铁路运输类比一下的话，PDH 技术如同散装列车，各种货物(业务)堆在车厢内，若想把某一包特定货物(某一项传输业务)在某一站取下，即需把车上的所有货物先全部卸下，找到你所需要的货物，然后再把剩下的货物及该站新装货物一一堆到车上，运走。
链路复用
2.4.2 波分复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing) 波分复用就是光的频分复用。
光调制器
0 1 2 3 4 5 6 7 1550 nm 1551 nm 1552 nm 1553 nm 复 1554 nm 用 1555 nm 器 1556 nm 1557 nm 8 × 2.5 Gb/s 1310 nm
2.5 Gb/s
OC-192/STS-192 STM-64
39813.120 OC-768/STS-768 STM-256
SONET 的体系结构
SDH 终端 复用器 或 分用器 复用器 或 分用器 SDH 终端
转发器 段 (section)
转发器
段 段 (section) (section) 线路 ( 路径 (path) 路径层 线路层 段层 光子层
光解调器
1550 nm 1551 nm 1552 nm 分 1553 nm 用 1554 nm 器 1555 nm 1556 nm 1557 nm 0 1 2 3 4 5 6 7
20 Gb/s
EDFA
120 km
2.5 数字传输系统
1. 脉码调制 PCM 体制
脉码调制 PCM 体制最初是为了在电话局之间的中 继线上传送多路的电话。 由于历史上的原因，PCM 有两个互不兼容的国际 标准，即北美的 24 路 PCM（简称为 T1）和欧洲 的 30 路 PCM（简称为 E1）。我国采用的是欧洲 的 E1 标准。 E1 的速率是 2.048 Mb/s，而 T1 的速率是 1.544 Mb/s。 当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。
2.4.3 码分复用 CDM
(Code Division Multiplexing)
SDH光同步数字传输网络
SDH网节点与节点之间具有世界统一的NNI， 如图5-1所示。
图5-1 NNI的位置示意图
SDH网节点统一就意味着有一套标准 化的信息结构速率等级，称为“同步传输 模块”（STM-N，N为1, 4, 16, 64, …）。 如果SDH信号是STM-1，其网络节点接口 的 速 率 为 155.520 Mbit/s ， 更 高 等 级 的 STM-N速率是155.520 Mbit/s的N倍。目前 SDH能支持的等级N为1, 4, 16和64。
5.1 SDH传输体制的基本概念
5.1.1 基本概念与帧结构
数字传输体制有两种，即PDH和SDH。PDH早在 1976年实现了标准化，在1990年以前，光纤通信一 直沿用准同步数字体系（PDH）。随着电信发展和 用户需求不断提高，PDH系统在运用中暴露出一些 明显的弱点，SDH解决了PDH存在的问题。SDH数 字传输体系是1988年由ITU-T参照SONET（同步光 纤网）概念提出的规范建议，并批准了一系列SDH 的有关标准，ITU-T已通过15个建议，使之成为不仅 适用于光纤传输，而且也适用于微波和卫星传输的 全世界统一的技术体制，形成了一套高度标准化的 技术规范。
如果考虑到今后要支持诸如付费电视、可视电 话、数字图像（DVD）、高清晰度电视（HDTV） 等更宽带宽的业务以及按指数规律逐年增长的 Internet业务，网络宽带化将是人们不可避免的迫切 需求。由于光纤通信技术的成熟，特别是密集波分 复用（DWDM）技术的发展，使得网络的传输带 宽大大增加。如果双绞铜线的传输带宽按2 Mbit/s 估计，一根光纤采用DWDM技术，传输容量可达 到20~200 Gbit/s，也就是说，光纤的传输容量是铜 线的一万至十万倍，因此宽带化意味着光纤将成为 主要的传输媒质。
光SDH
STS-1 STS-1 STS-1
第一代SDH/SONET网络
第二代SDH/SONET网络
OC-n/DS-n
Ethernet 子环网
DXC
OC-48/192
通过对SDH/SONET电路后，使以太网业务映射变得简单 和透明 o
通信手段 小同轴电缆 中同轴电缆 光 缆
传输容量(话路 条 传输容量 话路)/条 话路 960 1800 14000
频带（或频率） 频带（或频率） 4kHz 30MHz 10～100GHz
光纤通信与电缆通信传输能力的比较
优点二：线路损耗低、 优点二：线路损耗低、传输距离远
由于信号在传输时要受到损耗，因此每隔一段距离， 由于信号在传输时要受到损耗，因此每隔一段距离， 就要设置一个“再生中继器” 就要设置一个“再生中继器”。 通信手段 小同轴 大同轴 微波 光缆 容量（ 容量（电话 路数） 路数） 960 1800 960 14000 中继距离 （km） ） 4 6 50 134 1000km中继 中继 器数 250 166 20 7
光学信道
9.1.2光纤通信系统优点
传输频带宽、通信容量大，短距离时达几个Gb/S 传输频带宽、通信容量大，短距离时达几个Gb/S 的传输速率 线路损耗低、传输距离远 线路损耗低、 抗干扰能力强， 抗干扰能力强，应用范围广 线径细、 线径细、质量小 抗化学腐蚀能力强 光纤制造资源丰富
优点一：频带宽， 优点一：频带宽，通信容量大
9.23 SDH/SONET帧结构
传输开销 路径开销 负载
9行
90列
STS-1是SONET帧的最为基本的组装块。STS-1有910 是 帧的最为基本的组装块。 帧的最为基本的组装块 有 字节长，分成9行 每秒传送8000帧， 字节长，分成 行，90列，SONET每秒传送 列 每秒传送 帧 每帧为8*810=6480bit,因此 因此STS-1的传送速率是 每帧为 因此 的传送速率是 6480*8000=51.84Mb/s. 帧的发送方式是从第一行 第一列到第九行第九十列，以行的方式依次发送。 第一列到第九行第九十列，以行的方式依次发送。
SDH技术介绍
SDH技术介绍一、SDH的概念SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，是美国贝尔通信技术研究所提出来的同步光网络（SONET）。
国际电话电报咨询委员会（CCITT）（现ITU-T）于1988年接受了SONET 概念并重新命名为SDH，使其成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。
它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点，受到人们的广泛重视。
本文对SDH的产生背景，技术特点，基本原理，网络生存性及应用作了介绍，并展望了SDH将来的发展趋势。
二、SDH技术发展背景介绍当今社会是信息社会，高度发达的信息社会要求通信网能提供多种多样的电信业务，通过通信网传输、交换处理的信息量将不断增大，这就要求现代化的通信网向数字化、综合化智能化和个人化方向发展。
目前传统的由PDH传输体制组建的传输网，由于其复用的方式很明显的不能满足信号大容量传输的要求，另外PDH体制的地区性规范也使网络互连增加了难度，由此看出在通信网向大容量标准化发展的今天，PDH的传输体制已经愈来愈成为现代通信网的瓶颈，制约了传输网向更高的速率发展。
传统的PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：1. 接口方面（1）只有地区性的电接口规范，不存在世界性标准。
（2）没有世界性标准的光接口规范。
2. 复用方式现在的PDH体制中只有1.5Mbit/s和2Mbit/s速率的信号，（包括日本系列6.3Mbit/s速率的信号）是同步的，其他速率的信号都是异步的，需要通过码速的调整来匹配和容纳时钟的差异。
这就会引起两个问题：（1）从高速信号中分/插出低速信号要一级一级的进行。
数字传输系统为了将模拟电话信号转变为数字信号必教学文案
符号
T1
T2
T3
T4
北美体制
话路数
24
96
672
4032
数据率（Mbit/s） 1.544
6.312 44.736 274.176
3.5 信道复用技术
3.5.1 频分复用、时分复用 和统计时分复用
频分复用和时分复用的特点分别如图 3-21(a)和(b)所示。
频分复用的所有用户在同样的时间占 用不同的带宽资源(请注意，这里的“带宽” 是频率带宽而不是数据的发送速率)。时分 复用的所有用户是在不同的时间占用同样 的频带宽度。
统计复用又称为异步时分复用，而普 通的时分复用称为同步时分复用。从平均 的角度来看，这两者是平衡的。
用户
A
a
a
B
b
b
C
c
c
D
d
统计时分复用
t
①
t②
③ t
④
t
a bb c c d a
t
#1
#2
#3
3 个 STDM 帧
图3-23 统计时分复用的工作原理
3.5.2 波分复用
图 3-24 表 示 8 路 传 输 速 率 均 为 2.5 Gbit/s的光载波(其波长均为1310 nm)，经 光 的 调 制 后 ， 分 别 将 波 长 变 换 到 1550 ~ 1557 nm，每个光载波相隔1 nm (这里只是 为了说明问题的方便，实际上光载波的间 隔一般是0.8或1.6 nm)。
8 2 .5 G b it/s 1310 nm
光调制器
0
1550 nm
1
1551 nm
2
1552 nm
3
1553 nm 复
计算机网络吴功宜第三版课后习题解答第章
计算机网络-清华版_吴功宜(第三版)课后习题解答(第1-4章)第一章计算机网络概论P421.请参考本章对现代Internet结构的描述，解释“三网融合”发展的技术背景。
答：基于Web的电子商务、电子政务、远程医疗、远程教育，以及基于对等结构的P2P网络、3G/4G与移动Internet的应用，使得Internet以超常规的速度发展。
“三网融合”实质上是计算机网络、电信通信网与电视传输网技术的融合、业务的融合。
2.请参考本章对Internet应用技术发展的描述，解释“物联网”发展技术背景。
答：物联网是在Internet技术的基础上，利用射频标签、无线传感与光学传感等感知技术自动获取物理世界的各种信息，构建覆盖世界上人与人、人与物、物与物的智能信息系统，促进了物理世界与信息世界的融合。
3.请参考本章对于城域网技术特点的描述，解释“宽带城域网”发展技术背景。
答：宽带城域网是以IP为基础，通过计算机网络、广播电视网、电信网的三网融合，形成覆盖城市区域的网络通信平台，以语音、数据、图像、视频传输与大规模的用户接入提供高速与保证质量的服务。
4.请参考本章对WPAN技术的描述，举出5个应用无线个人区域网络技术的例子。
答：家庭网络、安全监控、汽车自动化、消费类家用电器、儿童玩具、医用设备控制、工业控制、无线定位。
5..请参考本章对于Internet核心交换、边缘部分划分方法的描述，举出身边5种端系统设备。
答：PDA、智能手机、智能家电、无线传感器节点、RFID节点、视频监控设备。
7.长度8B与536B的应用层数据通过传输层时加上了20B的TCP报头,通过网络层时加上60B的IP分组头，通过数据链路层时加上了18B的Ethernet帧头和帧尾。
分别计算两种情况下的数据传输效率。
（知识点在：P33）解：长度为8B的应用层数据的数据传输效率：8/(8+20+60+18)×100%=8/106×100%=7.55%长度为536B的应用层数据的数据传输效率：536/(536+20+60+18)×100%=536/634×100%=84.54%8.计算发送延时与传播延时。
SDH的介绍
SDH 的介绍SDH 是一种传输体制！按照这种传输原理制作的设备被称为SDH ，各种不同速率等级的SDH 设备可以称为155 ，622 ，2.5G ，10G ，40G。
随着全球互联网( Internet )的迅猛发展，上网人数正以几何级数快速增长，以因特网技术为主导的数据通信在通信业务总量中的比列迅速上升，因特网业务已成为多媒体通信业中发展最为迅速、竞争最为激烈的领域。
同时，无论是从数据传输的用户数量还是从单个用户需要的带宽来讲，都比过去大很多。
特别是后者，它的增长将直接需要系统的带宽以数量级形式增长。
因此如何提高通信系统的性能，增加系统带宽，以满足不断增长的业务需求成为大家关心的焦点。
光纤具有高带宽、传输距离远等优点，已成为宽带综合数字业务网的主要物理连接媒介，不过，如果仅凭单纯的光缆连接，并不能构成担负各种复杂应用的传输网。
骨干传输需要由复杂的传输协议来支撑，并借助光纤作为物理媒介。
SDH 传送网的概念最初于1985 年由美国贝尔通信研究所提出，称之为同步光网络（Synchronous OpticalNETwork,SONET ）。
它是由一整套分等级的标准传送结构组成的，适用于各种经适配处理的净负荷（即网络节点接口比特流中可用于电信业务的部分）在物理媒质如光纤、微波、卫星等上进行传送。
该标准于1986 年成为美国数字体系的新标准。
国际电信联盟标准部（ITU —T）的前身国际电报电话资询委员会（CCITT ）于1988年接受SONET概念，并与美国标准协会（ANSI ）达成协议，将SONET 修改后重新命名为同步数字系列（Synchronous Digital Hierarchy,SDH ）,使之成为同时适应于光纤、微波、卫星传送的通用技术体制。
SDH 网是对原有PDH （Plesiochronous Digital Hierarchy 准同步系列）网的一次革命。
PDH 是异步复接，在任一网络节点上接入接出低速支路信号都要在该节点上进行复接、码变换、码速调整、定时、扰码、解扰码等过程，并且PDH 只规定了电接口，对线路系统和光接口没有统一规定，无法实现全球信息网的建立。
数字传输系统帧结构
数字传输系统帧结构数字传输系统的帧结构可以根据不同的协议和应用而有所不同。
以下是一般数字传输系统的常见帧结构：1. SDH（同步数字系列层次结构）帧结构：SDH是一种同步光纤传输技术，它的帧结构包括多个层次。
其中，最常见的SDH帧结构是STM-1（Synchronous Transport Module level-1），它的帧周期是125微秒。
STM-1帧结构如下：```- 9行270 列的容器（Container）- 3行90 列的终端传输容器（Tributary Unit）```2. SONET（同步光网络）帧结构：SONET是SDH的北美版本，其帧结构也有多个层次。
最常见的SONET帧结构是STS-1（Synchronous Transport Signal level-1），它的帧周期是125微秒。
STS-1帧结构如下：```- 3个12行90 列的VT（Virtual Tributary）容器- 1个9行90 列的STU（Synchronous Transport Unit）容器```3. Ethernet 帧结构：在以太网中，数据帧的结构是最为常见的。
一个标准的以太网帧结构如下：```-前导码：标志着数据帧的开始-目的MAC地址：接收数据的设备MAC地址-源MAC地址：发送数据的设备MAC地址-长度/类型字段：指示数据字段长度或指明上层协议类型-数据字段：携带传输的数据-帧校验序列：用于检测数据传输过程中的错误```需要注意的是，不同的数字传输系统和网络协议会有不同的帧结构，而且不同的帧结构适用于不同的数据传输需求。
上述提到的帧结构仅仅是其中的一部分，具体的帧结构会根据传输系统的要求和协议规范来设计。
SDH SONET标准
SDH SONET标准SDH（同步数字层次结构）和SONET（同步光网络）是一种用于光纤传输的数字通信标准，它们在全球范围内被广泛应用于各种通信网络中。
SDH SONET标准的出现，标志着数字通信技术的飞速发展和成熟，为现代通信网络的建设和运营提供了强大的支持。
SDH SONET标准的核心思想是将数字信号分割成不同的容量等级，以适应不同的传输需求。
通过灵活的交叉连接和复用技术，SDH SONET可以实现高效的带宽利用和灵活的网络配置，从而满足不同用户和应用的需求。
SDH SONET标准的优点之一是其高可靠性和稳定性。
采用了先进的保护和恢复机制，可以在网络故障时快速切换到备用路径，保证通信的连续性和可靠性。
这使得SDH SONET在关键应用领域如金融、电力、交通等具有重要的地位。
另一个重要特点是SDH SONET的灵活性和可扩展性。
它可以根据需求灵活配置不同的传输速率和容量，适应不同的应用场景。
同时，SDH SONET还支持多种数据和语音业务的集成传输，为网络的统一管理和运营提供了便利。
SDH SONET标准的发展也推动了光纤通信技术的进步。
它要求光纤网络具有高质量的传输性能和稳定的时钟同步能力，促进了光纤通信设备和技术的不断创新和提升。
同时，SDH SONET的应用也为光纤通信网络的建设提供了重要的技术支持和标准化参考。
总的来说，SDH SONET标准作为一种先进的数字通信标准，在现代通信网络中发挥着重要的作用。
它的出现和发展，推动了通信技术的进步和应用，为人们的生活和工作提供了更加便捷和高效的通信服务。
随着数字化和网络化的不断深入，SDH SONET标准将继续发挥重要作用，推动通信技术的不断创新和发展。
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SONET OC/STS 与 ITU STM 比较
线路速率 (Mb/s) 51.840 155.520* 466.560 622.080* 933.120 1244.160 1866.240 2488.320* 4876.640 9953.280 SONET 符号 OC-1/STS-1 OC-3/STS-3 OC-9/STS-9 OC-12/STS-12 OC-18/STS-18 OC-24/STS-24 OC-36/STS-36 OC-48/STS-48 OC-96/STS-96 OC-192/STS-192 ITU-T 符号 STM-1 STM-3 STM-4 STM-6 STM-8 STM-12 STM-16 STM-32 STM-64 10 Gb/s 2.5 Gb/s 622 Mb/s 155 Mb/s 表示线路速率 的常用近似值
同步数字系列 SDH
国际电信联盟 ITU-T 以美国标准 SONET 为基 础,制订出国际标准 ---- 同步数字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy). 一般认为 , . SDH 与 SONET 基本相同.我国采用的是 基本相同.我国采用的是SDH 标准. 标准. SDH 的基本速率为 155.52 Mb/s,称为第 1 级同 , 步传递模块 (Synchronous Transfer Module),即 , STM-1,相当于 SONET 体系中的 OC-3 速率. 速率. ,
(有星号的三种是现在最常用的)
小 结
通过本节学习了解 SONET 和 SDH 的基本概念 了解SONET的OC-n/STS-n级与 的 级与SDH的STM-n级 了解 级与 的 级 的对应关系
�
同步光纤网 SONET
SONET 第 1 级同步传送信号 STS-1 ( Synchronous Transport Signal) 的传输速率为 51.84 Mb/s,第 3 级同 , 步传送信号 STS-3 传输速率是 STS-1 的3倍,为155.52 倍 Mb/s, …,等等,依此类推. , ,等等,依此类推. STS帧为时分复用帧,8000帧/秒 每帧125 STS帧为时分复用帧,8000帧/秒,每帧125 S 帧为时分复用帧
2.8 同步光纤网SONET与同步数字系列SDH 同步光纤网SONET与同步数字系列 与同步数字系列SDH
旧的数字传输系统存在着许多缺点,主要有: 旧的数字传输系统存在着许多缺点,主要有: 缺点 ■ 各国速率标准不统一 ■ 不是同步传输,各终端使用自己时钟,使系统 不是同步传输,各终端使用自己时钟, 传输设备非常复杂 美国为此制订了同步光纤网标准 SONET (Synchronous Optical Network) ,其各级时钟都来自一个非常精确的 主时钟;并且, 标准中制订的速率兼容了北美, 主时钟;并且,SONET标准中制订的速率兼容了北美, 标准中制订的速率兼容了北美 欧洲,日本等各国的数字传输网的多种不同速率. 欧洲,日本等各国的数字传输网的多种不同速率.
SONET 的体系结构
SDH 终端 复用器 或 分用器 复用器 或 分用器 段 SDH 终端
转发器 段 段 线路 路径
转发器
处理路径端 接设备间的 业务的传输
同步和 复用
传送 STS/OC-n 帧
同步和 复用
处理路径端 接设备间的 业务的传输
SONET 结构图
STS : Synchronous Transport Signal,同步传输信号 , MUX, Multiplexer: 多路复用器
STS 帧 STS 帧 STS 帧 STS 帧
125 S
125 S
125 S
125 S
… …
其对应的光信号则称为第 1 级光载波 OC-1 (OC表示 表示 Optical Carrier),第 3 级光载波 OC-3, …,等 , , ,
SONET STS-1 帧 STS-
STS-1帧速率: 帧速率: 9 x 90 字节 帧 x 8位/字节 x 8000帧/秒 字节/帧 位 字节 帧速率 帧秒 = 51,840,000 位/秒 = 51.840 Mb/s ≈ 52 Mb/s 秒 请注意:这里的STS帧是物理层时分多路复用的帧,不是数据链路层中使用 的帧.净荷中每个字节可以是一路话音(64kb/s),或53个字节为一个ATM信 信元等,净荷中可以承载多路数据.
STS 复用图
3个STS-1帧多路复用成1个STS-3帧
SONET STS-n 帧 STS-
STS-n 帧有 n x 810 字节长, STS-n 帧由n个 STS-1 模块 中的字节多路复用时交错形成.
SONET OC-n / STS-n OC- STS-
SONET 速率图
STS STSSTS-1 STSSTS-3 STSSTS-9 STSSTS-12 STSSTS-18 STSSTS-24 STSSTS-36 STSSTS-48 STSSTS-192 OC OC-1 OC-3 OC-9 OC-12 OC-18 OC-24 OC-36 OC-48 OC-192 Rate (Mbps) 51.84 155.52 466.56 622.08 933.12 1244.16 1866.23 2488.32 9953.28 SPE (Mbps) 50.12 150.336 451.008 601.344 902.016 1202.688 1804.032 2405.376 9621.604 User (Mbps) 49.536 148.608 445.824 594.432 1188.864 1783.296 2377.728 9510.912