目录一、前奏二、SDH三、MSTP四、波分五、OTN六、以太网七、PTN八、裸纤一、前奏SDH、WDM、OTN、Ethernet等到底有啥区别接下来会按照自己的思路梳理一遍。在介绍之前我觉得有几个点是需要记在脑海里带着这些词条去阅读的列举如下严格复用与统计复用SDH报文定长64kbps载波时隙IP报文变长语音采样编码人声采样以太网计算机内生业务二进制复用一根介质传输多种信号语音、数据等频分复用FDM以频率划分如一根介质中上行用800M的频率下行用900M的频率同时进行互相不影响。时分复用TDM以时间划分如一根介质中只有800 M频段但同时需要收发信息就需要通过调度中心来调度收发因此收发过程不能同时进行而是按照预定的时间片轮流进行‌。波分复用WDM指的是光波复用光纤中只能传输光信号一根光纤两端会分别连接波分设备波分设备可将传输过来的多路光合波并有序划分波道到光纤中进行传输。带着这些我们接着往下讲同样以国内铁路为例国内的火车有K字头快车T字头特快Z字头直达D字头动车G字头高铁C字头城际等。但有没有想过一个问题为什么同样都是火车却划分这么多业务这跟当前的经济、生活、政治以及铁路网情况密切相关。首先交通的终极目标就是把A送到B也就是路程S平均速度V*时间t但铁路与公路不同为了兼顾地区的发展铁路不得不增加站点的数量导致V降低t增加。当S固定想提速有两种办法V不变t降低即减少中间站点所以便有了T字头特快和Z字头直达t不变增大V也就是后来的D字头动车和G字头高铁。那么D和G的区别又在哪里列车想要提速不仅要车头够快承载铁路的标准同样要高而大面积的更换铁路成本难以估量因此就有了在原有铁路上提速的动车和新建一张高铁网的高铁这也就是为什么大家在做快车时会出现给动车让路的情况。以上动车组 over 电气化线路和动车组 over 专用高架线路的区别非常类似于IP over SDH和IP over Ethernet之间的区别。二、SDH回归正题要讲SDH首先就要讲电话网络。众所周知1876年贝尔发明第一部电话当时的电话只能将电话1和电话2通过电话线直连通话所以当一座城市的电话数量不断增加就会看到整座城市布满了飞线。后来有人发明了电话交换机但是此时的交换机需要人工切换也就是当A想接通B的电话需要先把电话拨至中转站告诉工作人员我要接通B工作人员手动切换将AB之间物理连接再然后交换机的飞速发展一直到现在的程控交换机通过设备实现通话。而SDH的起源就是为了解决两路甚至N路电话同时要通过同一个链路进行通话而生。我们想象一个典型的场景如下图所示当两路甚至N路电话同时要通过同一个链路进行通话时该怎么办最简便的方法就是每两部电话之间直线连接显然这个做法简单而低效。那么有人就想了能不能排队通过让一路语音先过另一路语音等待通过问题是语音流不可分割的最小粒度是多大等待的语音流多久才能保持通话畅通在解决上述问题前先来研究一下语音是如何传输的首先语音是源于对人声的采样然后通过编码成语音流传输电话刚发明时的采样频率是8000次每秒每次1字节这样的采样频率对于传输人声已经足够那么一路电话每秒采集8000字节也就是64k比特即一路电话需要的带宽64kbps这也就意味着只要每秒传输64k的语音流双方就能实现完整的通讯。接下来我们假设电话至交换机的带宽为64kbps即每秒发送8000字节也就是125微秒发送一个字节。如果交换机的最大传输速率也是64kbps那么当你像对方表白说出“我喜欢你”的时候对方收到的则是“我-停顿1秒-喜-停顿1秒-欢-停顿1秒-你”你说你能成功不而如果交换机的最大传输速率也是128kbps即每秒发送16000字节意味着125/2微秒发送一个字节那就丝毫不收影响了作为提供电话服务的运营商他当然希望是后者。这就是电话交换机的主要原理分属于不同语音流的传输时间段叫做时隙所以说这种技术也就叫做时分复用技术即TDMTDM是严格复用的一种。那么问题又来了交换机最快能以多快的速率发送一个字节如果能做到1微秒发送一个字节的话那么它就可以承载128个语音流同时传输带宽为128*64kbps。最高可以高达40Gbps的带宽。由上我们可以看出SDH这种技术基本上就是为电话语音传输量身定做的然而由于它本质上传输的是比特形成的字节。SDH有何缺陷呢1.时隙浪费SDH将底层链路划分成了固定的时隙每个时隙内的传输数据量是固定的然而IP报文的长度是变长的这就需要在传输前先将IP报文切割成固定大小的段然而每一个段放入一个时隙内进行传输。如果放不满就意味着其它的时隙被浪费了如果超过了可以承载的最多时隙那就要等到下一波传输。这种固定的时隙划分非常不适合变长的IP数据报的传输。2.能源浪费即便是被浪费的时隙也是需要电路回路来用载波驱动的也就是说它们必须存在这就好比一个可以载物300件的固定速率的传送带即便上面没有货物或者只有一件货物这个传送带依然要保持速率持续传送。另一个类比就是火车或者固定发车间隔的地铁就算空车空跑也还是要跑。这增加了调度设计的复杂度。3.不必要的开销由于SDH是针对固定采样编码的语音设计的当面对变长数据的时候就需要复杂的成帧机制这相当于多了一层适配的开销越来越不适合高速IP业务。高速IP业务所依托的技术越直接越高效能扁平就不垂直这也是为什么高速公路上的收费站饱受诟病的原因。成帧意味着多了一层工作需要把一个IP报文切割成适合时隙传输的固定大小的段加上开销段之后形成帧。在讲解SDH之前有必要提一句PDH。PDH时代各厂家没有统一的标准因此不同厂家之间的设备很难互通带宽一般在155M下放E12M接口数最多有63个。SDH的出现解决了上述所有的问题而且可以组成链形或环形网极大的丰富了组网方式业务接口封装标准传输带宽从155M一直扩展到40G目前最大。SDH同步时分复用光纤技术组成的传送网如上图SDH设备下挂三个业务终端比如给业务终端1分配的时间1即时间1只允许业务终端1通信业务终端1分配的时间2业务终端3分配的时间3。SDH比较固执从不与人分享公共资源比如时间1批给我跑时间1就不许有其它车辆经过上面就我一辆车。如果有个时间段没有业务需要运送那么我就空跑这时的效率就是0其它道路就是堵死了也和我没关。由于比较固执也会有很多的无奈比如你的车能装64位客人但现在有65位客人对不起我也只能运64人我们把这种低效率运作方式叫刚性管道。那么如此低效率的传输方式依然在金融、政府等保密领域使用SDH又有什么优点呢稳定性强网管能力强对时间的管理达到了变态的程度任何人都不能改动我既定的时间编排。注SDH拉人要求极高三、MSTP基于SDH 的多业务传送平台Multi-Service Transfer Platform诞生。MSTPSDH以太网ATMSDH是针对语音业务设计的每条语音的带宽是固定的。后来数据业务开始兴起SDH要承载更多类型的接入业务例如以太网、ATM等。说白了MSTP就是在SDH车辆上给IP和ATM留了几个专座而已IP还是不能很好的运输。但是MSTP中核心还是SDH内核还是TDMTDM的一切劣势都依旧保留如刚性管道。随着互联网的大力普及电脑、手机、电视等终端都能上网了带宽需求增长和现网资源出现激烈的矛盾。四、波分面对上述的缺陷为了提高带宽基于SDH技术本质的传输链路逐步发展起用DWDM技术来优化的传输技术即密集型光波复用试图通过光波波长的复用叠加更多的传输带宽这可以突破纯粹SDH技术面对的物理极限的限制即发送一个比特的最快速率会有物理上限波分将多个波道的信号放到同一条光纤中进行传送随着人们需求的不断增加车道数也由刚开始的16或32一下子扩充到40、80、160目前已经突破200个车道数波道。随着市场应用的深入WDM波分遇到了问题WDM虽然解决了带宽不足的问题但是没有考虑到带宽提高后管理也要跟上。WDM在设计之初就有几个严重缺陷1、调度不够灵活比如一个货物要从西安运到北京预先分配的车道是10车道第10波那么从西安到北京全程都是第10车道不能更改除非你经过了好几个高速段(光再生段)如西安-郑州、郑州-北京那么在郑州可以有一次更换车道的机会而且这种更换车道的代价是为你这次的行为专门修一条小路布放光纤。以前SDH遇到类似的情况时就在郑州修一个大的调度中心所有问题都解决了。2、容易堵死在城市主干道或省际快速道路上为了提高效率在公路设计时就考虑到与普通道路的区别只设置几个很少的出口其它全是封闭的。这样带来的后果是一旦发生拥堵或交通事故乘客就会闹得不可开交业务中断。3、线路状态信息传递不畅OSC无法做到对每一辆车的状态做到了如指掌。但是以上的问题正是SDH的强项五、OTN于是他们握手言欢优势互补一个全新的制度诞生了—OTN。所以简单的说OTNWDMSDH。OTN光传送网Optical Transport Network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单波10G群路可达400G-1600G最新的技术可达单波40G。六、以太网局域网的数据源与电话网的数据源不同不是人声不需要采样编码TCP/IP的数据源本身就是计算机里面的数据因此TCP/IP网络要解决的第一个问题不是如何采样与编码的问题而是如何尽可能保持数据原貌的问题。由于数据是由业务产生的业务的多样性造成数据长度是变长的最直接的传输策略就是有多长的数据就发多长的数据不切割不适配直接发。当以太网解决了如何构建数据帧之后下一个问题就是当两个或者多个数据帧汇集到同一条链路的时候如何解决复用问题。第一代的以太网是共享链路的以太网即所有的节点均接在同一条总线上任何两个数据帧不能同时传输必须先获得仲裁许可之后才可以传输这就是CSMA/CD机制接下来以太网的发展过程是站在这个良性的起点一步一步满足应对越来越大规模互通需求的过程。随着通信节点的增多CSMA/CD这种总线仲裁机制便成了发展的瓶颈因为冲突域越大冲突就越容易发生由于冲突消耗的带宽就越多必须隔离冲突域隔离的办法就是使用真正的存储/转发机制因此以太网交换机产生了以太网自然而然地从共享总线的仲裁时代进化到了交换式以太网时代这次进化意义非常重大是一次典型的蜕变以太网交换机和双绞线完全隔离了冲突域交换机成了唯一的一个仲裁设备仲裁的方式就是存储转发。交换机集中式地调度所有收到的数据帧然后有它来调度把哪个数据帧从哪个端口发送出去发送的方式是直接地发送不分割不适配。当数据帧被发出之后并不用担心帧在线缆上会和其它帧冲突这是由双绞线的两个线对保证的。这就是以太网的本质带有存储功能的交换结构以及双绞线两者彻底解放了以太网。这两者合力意味着全双工高速通信的可能性。以太网从此不再需要一个明确地仲裁者能否发数据何时发数据全部在于交换机自己的策略如果多个帧同时要发出去那么交换机一定有策略绝对谁先走一旦帧发了出去就不必担心任何事了因为对端只有一个功能为收的模块。以太网的本质就是存储转发核心只有两点1.如果从一个端口输入帧要发送到另一个端口如果输出端口没有其它帧要输出则立即输出该帧2.如果从一个端口输入帧要发送到另一个端口如果输出端口同时也要输出另外的帧则必须排队第一点很容易实现第二点则需要一个好的调度算法或者说排队算法。七、PTNMSTP和SDH都是以电路交换TDM为核心无法更好地承载数据业务IP。PTN最简单的方程式为PTNMPLSOAM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。曾几何时以太网和ATM进行过激烈的会战结果以太网以入门简单用户众多的优点赢下了天王山之战最后ATM虽不服气但是也握手言和。两人经过数月秘密商讨并在一年之后共同研制成了一本武功秘笈—MPLS多协议标签交换。以太网的声势越来越大又和ATM一起开发出了武林秘籍MPLS逐渐有了可以抗衡SDH的实力所以才有了SDH与以太网和ATM的初步融合诞生了MSTP。但MSTP中还是SDH主导以太网、ATM只能是配角。以太网为了对抗SDH阵营大力发展自己的势力范围先将末端IP化业务侧IP化。即IP可以作为SDH的货物通过SDH进行传输。但问题出来了SDH当初开发时就对货物有严格的外形要求必须是“块状结构”而且大小也是标准的每一个座位也是按照这个要求做的这样运输的效率最高。而IP这种长相奇特格式不同的货物越来越多很难在SDH里混了总算是后来开发出了MSTP。以太网的复用策略是统计复用这种复用方式和存储转发的分组交换网是分不开的可以说以太网是真正纯粹的分组交换网实现方式。如果问到底什么是分组交换的统计复用答案其实很简单那就是统计复用依托于运气它是激进的在一条汇集10条分支的10Gbps的链路上它相信不可能10条分支同时会发送10Gbps的流量它相信流量的突发性与随机性如果真的发生了同时10条链路汇集100G流量那么只能排队。然而如果同样的场景发生在电话网络中额外的流量只能丢弃没有排队的概念。比如一条链路能承载100条语音话路此时正好有100对通话者在打电话如果有第101对通话者试图打电话系统只能提示占线忙音而不是等待。与以太网的统计复用分组交换所对应SDH类网络则是时分复用电路交换。分组交换是激进的电路交换是保守的这意味着分组交换要么满足你的需求要么延迟你的需求而电路交换则是要么完全满足你的需求要么就拒绝你的需求。结论就是以太网的速率指的是它最大的传输速率而SDH的传输速率则是其恒定的载波速率。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。IP的特点就是无论发多少货一车装多少货只要每一个货标好地址就可以发送有序或无序均可货物扔出去前设置好目的地址由货车自行寻路不需要统一调度但是相对SDH来说稳定性和安全性会降低。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。sdh属于可靠传输ptn属于不可靠传输。假如开一条10m专线sdh会先占用10m的资源不管用不用都占着ptn会根据流量自动分配带宽。八、裸纤裸纤也叫裸光纤运营商提供一条纯净光纤线路中间不经过任何交换机或路由器只经过配线架或配线箱做光纤跳纤可以理解成运营商仅仅提供一条物理线路。裸光纤本身只是一根“空的玻璃波导”不能自己传业务业务传输流程如下A端电光转换→光在裸纤里靠全反射向前跑→中间按需放大/再生→B端光电转换还原出电信号。注中间放大再生会获取光信号数据有些用户基于安全需求不会允许此类操作。完整流程A→B1.A点电→光发射交换机/路由器/存储设备出电信号插入光模块SFP/SFP/QSFP或者光发射机把电信号调制为激光1310/1550nm等耦合进裸光纤的纤芯里。双向一般双纤一发一收也可以单纤双向同一根光纤用两个不同波长收发。2.光纤内部传输原理全反射纤芯折射率包层折射率激光在纤芯内壁不断全反射被束缚在玻璃芯里面向前传播沿途会发生两件坏事-衰减损耗光功率慢慢变弱G.652单模约0.2dB/km-色散光脉冲慢慢展宽高速信号容易码间干扰、误码3.中间链路距离不同方案不一样-✅短距离10km内城域网、园区互联裸纤直驱中间不加任何有源设备只经过ODF跳纤、熔接点直接传到B端用光模块功率预算扛住损耗。最常用、最简单。-✅中长距离几十~上百公里中途机房加光纤放大器直接放大光信号、不用转电光放色散大时加DCM色散补偿模块压脉冲展宽。-✅超长距离、高速100G/400G、几百公里光再生中继光→电→重新调制光彻底消除色散、噪声累积也可以上DWDM波分一根裸纤跑多波业务多组波长并行传。4.B点光→电接收光模块接收机把光脉冲变回电信号送给B端交换机、路由器等设备业务通。三种典型组网方案A-B裸光纤1.光纤直驱A交换机光模块→裸光纤→B交换机光模块优点最简单、时延最低、物理隔离缺点一对纤只能跑1路业务耗纤多。适合IDC直连、校区互联。2.CWDM/DWDM波分A端客户设备灰光→波分设备合波器多个波长合并进一根裸纤B端分波器把不同波长拆开分给各个业务设备中间跨段配放大。优点一根裸纤传多路业务节省光纤资源。3.相干传输长距高速用相干光模块比如100G/400G相干自带DSP数字色散补偿很多场景可以省去DCM长距离传输现在DCI数据中心互联主流。主备8芯裸光纤场景A-B点一句话A到B租用/敷设一共8根裸纤芯拆成【主用4芯备用4芯】做1:1物理冗余最常见是双路由裸纤主路由4芯备用路由另外一条光缆4芯不是一根光缆里的8芯重要业务尽量不同缆、不同管道。纤芯分配标准主备8芯-主用链路4芯2芯一发一收跑业务主通道另外2芯可做第二条业务/或预留扩容。基础点对点业务最小单元是2芯1Tx1Rx-备用链路4芯独立的4根纤作为主链路故障时的后备通道。同样可以2芯做备用业务通道剩下2芯预留。✅ 最简理解主2芯备2芯额外再多预留4芯合计8芯或者两套独立链路每套链路2发2收主备两套8芯。工程上有两种说法1.【推荐高可靠】主备8芯两条独立光缆每条4芯不同管道/不同路由。主路由断了挖断光缆备用路由物理隔离不受影响真正11保护。这是IDC、政务、电力常用方案。2.【低成本不推荐】单根8芯光缆里面4芯主用4芯同缆备用。缺点一旦这根光缆被挖断主备一起全断只是熔接点/单根纤芯坏的时候可以倒换。裸光纤A-B传输A端主业务光模块用主2芯备用业务光模块接备2芯-网络侧一般用静态切换/设备BFD接口备份/11光层保护平时流量走主纤主纤断OTDR检测丢光自动切到备用4芯里的业务纤业务恢复。剩下预留纤芯后期扩容、新增业务或者纤芯老化、故障时临时替换。举个典型组网交换机裸纤直驱场景-主链路4芯路由1A交换机↔B交换机占用2芯跑业务2芯预留-备链路4芯路由2A交换机↔B交换机占用2芯作为备份通道2芯预留-合计8芯裸纤资源A-B两点之间。容易踩坑的关键点主备8芯≠8芯同时跑流量除非是并行光模块如SR4常规点对点是主用承载备用空闲冷备或者双机同时收发热备。