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TDM、PDH与SDH、MSTP的区别分析


1、Time Division Multiplexing -- 时分复用

TDM就是时分复用模式。时分复用是指一种通过不同信道或时隙中的交叉位脉冲,同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音和视频信号等的技术。电信中基本采用的信道带宽为DS0,其信道宽为64kbps。

每一个时隙的速率为一个标准的PCM(Pulse-Code-Modulation)话路64Kbps。每通道时隙的重复频率为Ts=8KHz,即帧周期为125us。

电话网络(PSTN)基于TDM技术,通常又称为TDM访问网络。电话交换通过一些格式支持TDM:DS0、T1/E1TDM以及BRITDM。E1TDM支持2.048Mbps通信链路,将它划分为32个时隙,每间隔为64kbps。T1TDM支持1.544Mbps通信链路,将它划分为24个时隙,每间隔为64kbps,其中8kbps信道用于同步操作和维护过程。E1和T1TDM最初应用于电话公司的数字化语音传输,与后来出现的其它类型数据没有什么不同。E1和T1TDM目前也应用于广域网链路。BRITDM是通过交换机基本速率接口(BRI,支持基本速率ISDN,并可用作一个或多个静态PPP链路的数据信道)提供。基本速率接口具有2个64kbps时隙。TDMA也应用于移动无线通信的信元网络。

时分复用器是一种利用TDM技术的设备,主要用于将多个低速率数据流结合为单个高速率数据流。来自多个不同源的数据被分解为各个部分(位或位组),并且这些部分以规定的次序进行传输。这样每个输入数据流即成为输出数据流中的一个“时间片段”。必须维持好传输顺序,从而输入数据流才可以在目的端进行重组。特别值得注意的是,相同设备通过相同TDM技术原理却可以执行相反过程,即:将高速率数据流分解为多个低速率数据流,该过程称为解除复用技术。因此,在同一个箱子中同时存在时分复用器和解复用器(Demultiplexer)是常见的。

2、在数字通信系统中,传送的信号都是数字化的脉冲序列。这些数字信号流在数字交换设备之间传输时,其速率必须完全保持一致,才能保证信息传送的准确无误,这就叫做“同步”。

   在数字传输系统中,有两种数字传输系列,一种叫“准同步数字系列”(Plesiochronous Digital Hierarchy),简称PDH;另一种叫“同步数字系列”(Synchronous Digital

3、随着不断增长的IP数据、话音、图像等多种业务传送需求使得用户接入及驻地网的宽带化技术迅速普及起来,同时也促进了传输骨干网的大规模建设。由于业务的传送环境发生了巨大变化,原先以承载话音为主要目的的城域网在容量以及接口能力上都已经无法满足业务传输与汇聚的要求。于是,MSTP(多业务传送平台)技术应运而生。



MPLS是1997年由思科公司提出,并由IETF制定的一种多协议标签交换标准协议,它利用2.5层交换技术将第三层技术(如IP路由等)与第二层技术(如ATM、帧中继等)有机地结合起来,从而使得在同一个网络上既能提供点到点传送,也可以提供多点传送;既能提供原来以太网尽力而为的服务,又能提供具有很高QoS要求的实时交换服务。


1 MSTP概念

MSTP(基于SDH 的多业务传送平台)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。基于SDH的多业务传送节点除应具有标准SDH传送节点所具有的功能外,还具有以下主要功能特征。

1)具有TDM业务、ATM业务或以太网业务的接入功能;

2)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;

3)具有ATM业务或以太网业务的带宽统计复用功能;

4)具有ATM业务或以太网业务映射到SDH虚容器的指配功能。

基于SDH 的多业务传送节点可根据网络需求应用在传送网的接入层、汇聚层,应用在骨干层的情况有待研究。

城域网是当前电信运营商争夺的焦点,目前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DWDM结构的城域网。其实,SDHATM、 Ethernet 、WDM等各种技术也都在不断吸取其他技术的长处,互相取长补短,即要实现快速传输,又要满足多业务承载,另外还要提供电信级的QoS,各种城域网技术之间表现出一种融合的趋势。

2 MSTP工作原理

MSTP可以将传统的SDH复用器、数字交叉链接器(DXC)、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(MSTP),进行统一控制和管理。基于SDHMSTP最适合作为网络边缘的融合节点支持混合型业务,特别是以TDM业务为主的混合业务。它不仅适合缺乏网络基础设施的新运营商,应用于局间或POP间,还适合于大企事业用户驻地。而且即便对于已敷设了大量SDH网的运营公司,以SDH为基础的多业务平台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。所以,它将成为城域网近期的主流技术之一。

这就要求SDH必须从传送网转变为传送网和业务网一体化的多业务平台,即融合的多业务节点。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。

3 MSTP的特点

1)业务的带宽灵活配置,MSTP上提供的10/100/1000Mbit/s系列接口,通过VC的捆绑可以满足各种用户的需求;

2)可以根据业务的需要,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:

· 端口组方式:单板上全部的系统和用户端口均在一个端口组内。这种方式只能应用于点对点对开的业务。换句话说,也就是任何一个用户端口和任何一个系统端口(因为只有一个方向,所以没有必要启动所有的系统端口,一个就足够了)被启用了,网线插在任何一个启用的用户端口上,那个用户口就享有了所有带宽,业务就可以开通。

· VLAN方式:分为接入模式和干线模式。

其中的接入模式,如果不设定VLAN ID,则端口处于端口组的工作方式下,单板上全部的系统和用户端口均在一个端口组内。

如果设定了VLAN ID,需要设定“端口VLAN标记”。这是因为交换芯片会为收到的数据包增加VLAN ID,然后通过系统端口走光纤发到对端同样VLAN ID的端口上。比如某个用户口VLAN ID为2,则对应站点的用户端口的VLAN ID也应该设定为2。这种模式可以应用于多个方向的MSTP业务,这时每个方向的端口都要设置不同的VLAN ID。然后把该方向的用户端口和系统端口放置到一个虚拟网桥中(该虚拟网桥的VLAN ID必须与“端口VLAN标记”一样)。

3)可以工作在全双工、半双工和自适应模式下,具备MAC地址自学习功能;

4)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上有许多发送队列,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。

5)对每个客户独立运行生成树协议。

4 MSTP的优势

1)现阶段大量用户的需求还是固定带宽专线,主要是2Mbit/s、10/100Mbit/s、34Mbit/s、155M bit/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(CoS)来保障重点用户的服务质量。

2)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/1000M POS和2M/FR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。

5 MSTP的应用

MSTP技术在现有城域传输网络中备受关注,得到了规模应用,并且即将作为业界的一项行业标准而发布。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IP QoS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。

MSTP使传输网络由配套网络发展为具有独立运营价值的带宽运营网络,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,满足市场对于城域传输网络的需求。

6 小结

综上所述,由于MSTP广泛应用于城域传输网络,激发了城域传输网络的活力,带给运营商更大的利益空间。各大设备供应商也在不断地针对MSTP进行研究与开发,MSTP的内涵也在逐步得到丰富。相信MSTP的发展依然存在巨大的空间,本身技术的能量也同样具有巨大的潜力等待挖掘。MSTP将在城域建设中起到决定性的作用,成为网络建设的首选方案。
    另解:多生成树协议 MSTPMultiple Spanning Tree Protocol)
MST(Multiple Spanning Tree,多生成树)
多生成树(MST)是把IEEE802.1w 的快速生成树(RST)算法扩展而得到的。
采用多生成树(MST),能够通过干道(trunks)建立多个生成树,关联VLANs到相关的生成树进程,每个生成树进程具备单独于其他进程的拓扑结构;MST提供了多个数据转发路径和负载均衡,提高了网络容错能力,因为一个进程(转发路径)的故障不会影响其他进程(转发路径)。
一个生成树进程只能存在于具备一致的VLAN进程分配的桥中,必须用同样的MST配置信息来配置一组桥,这使得这些桥能参和到一组生成树进程中,具备同样的MST配置信息的互连的桥构成多生成树区(MST Region )
多生成树(MST)使用修正的快速生成树(RSTP)协议,叫做多生成树协议(MSTP
MSTPMultiple Spanning Tree Protocol,多生成树协议)
将环路网络修剪成为一个无环的树型网络,避免报文在环路网络中的增生和无限循环,同时还提供了数据转发的多个冗余路径,在数据转发过程中实现VLAN 数据的负载均衡。MSTP 兼容STP 和RSTP,并且可以弥补STP 和RSTP 的缺陷。它既可以快速收敛,也能使不同VLAN 的流量沿各自的路径分发,从而为冗余链路提供了更好的负载分担机制。
MSTP的特点如下:
 MSTP设置VLAN映射表(即VLAN和生成树的对应关系表),把VLAN和生成树联系起来;通过增加“实例”(将多个VLAN整合到一个集合中)这个概念,将多个VLAN捆绑到一个实例中,以节省通信开销和资源占用率。
 MSTP把一个交换网络划分成多个域,每个域内形成多棵生成树,生成树之间彼此独立。
 MSTP将环路网络修剪成为一个无环的树型网络,避免报文在环路网络中的增生和无限循环,同时还提供了数据转发的多个冗余路径,在数据转发过程中实现VLAN数据的负载分担。
 MSTP兼容STP和RSTP     

Hierarchy),简称SDH

采用准同步数字系列(PDH)的系统,是在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟,这些时钟的信号都具有统一的标准速率。尽管每个时钟的精度都很高,但总还是有一些微小的差别。为了保证通信的质量,要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。因此,这种同步方式严格来说不是真正的同步,所以叫做“准同步”。

在以往的电信网中,多使用PDH设备。这种系列对传统的点到点通信有较好的适应性。而随着数字通信的迅速发展,点到点的直接传输越来越少,而大部分数字传输都要经过转接,因而PDH系列便不能适合现代电信业务开发的需要,以及现代化电信网管理的需要。SDH就是适应这种新的需要而出现的传输体系。

最早提出SDH概念的是美国贝尔通信研究所,称为光同步网络(SONET)。它是高速、大容量光纤传输技术和高度灵活、又便于管理控制的智能网技术的有机结合。最初的目的是在光路上实现标准化,便于不同厂家的产品能在光路上互通,从而提高网络的灵活性。

1988年,国际电报电话咨询委员会(CCITT)接受了SONET的概念,重新命名为“同步数字系列(SDH)”,使它不仅适用于光纤,也适用于微波和卫星传输的技术体制,并且使其网络管理功能大大增强。

信息高速公路近来已成为人们的热门话题。到21世纪,人们借助与信息高速公路,可以在家中完成各种日常活动。而构成信息高速公路的最基本单元——公路——就将由SDH设备构成。
SDH(SynchronosDigitalHierarchy)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。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。因此,PDH技术在凡是需上下电路的地方都需要配备大量各次群的复接设备。而SDH技术就好比集装箱列车,各种货物(业务)贴上标签(各种开销:Overhead)后装入集装箱。然后小箱子装入大箱子,一级套一级,这样通过各级标签,就可以在高速行驶的列车上准确地将某一包货物取下,而不需将整个列车“翻箱倒柜”(通过标签可准确地知道某一包货物在第几车厢及第几级箱子内),因此,只有在SDH中,才可以实现简单地上下电路。
因此,可以肯定地说,即将实现的信息高速公路将基本上由SDH设备构成,只有同高速公路(SDH)相连的支路、叉路将仍保留部分PDH设备。据统计目前世界上共有17家电讯厂商掌握SDH技术。随着中国邮电工业总公司及所属四家工厂与邮电部第五研究所合作研制的ATM-1/STM-4级别的SDH设备的推出,该公司成为了世界上第18家能够提供SDH设备的企业。

 


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