第六章 光网络
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“线路”是指连接两个SONET复用器设备之间的连接，如
STS复用器与添加/丢弃复用器之间的连接；
而“通道”则是指两个STS复用器之间的端到端的连接，
如图7.1所示。
对于只由两个STS复用器直接连接构成的SONET系统，
段、线路和通道是相同的。
SONET系统
SONET的物理配置
SONET系统主要包括三种设备：再生器(Regenerator)、
物理层（媒介）
功能
有线：光纤网、铜线网 无线：无线网、卫星网
传输网，骨干网核心网 接入网 支线网 广播网 公网、专网 SDH、ATM、IP等 电信网、广播电视网、计算机网
运营方式
协议体制
业务种类
光网络的定义和功能
1、定义：以光为传输媒质的通信网络，传输的物理媒介有： 光纤、自由空间等。 2、功能：在光层上完成通信数据的传输、交换、汇聚和接入 等网络的功能。
表 波长范围和光纤损耗
传输距 离 ≤15 km ≤40 km 1310 nm窗口 1260 ~ 1360 nm 1260 ~ 1360 nm 1280 ~ 1335 nm 1550 nm窗口 1430 ~ 1580 nm 1430 ~ 1580 nm 1480 ~ 1580 nm 1310 nm处损耗 3.5 dB/km 0.8 dB/km 1550 nm处损耗 未规定 0.5 dB/km
码以减少长连0和长连1，便于在接收机中进行时钟恢复。
经过电光变换后的物理层光信号称为光载波(Optical Carry, OC-N)。
实际上采用OC-N链路表示SONET链路更为普遍。N值在1 ~
255之间变化的生成算法都已提出，但ANSI T1.105标准认 可的N仅为1, 3, 12, 24, 48和192。
革命。
SDH多用于中国和欧洲，而SONET多用于北美和日本。
SONET的物理配置
在SONET标准中，按照设备的功能和它们之间连接的关系，
把连接分为了段(Section)、线路(Line)和通道(Path)。
“段”指的是直接连接相邻设备的连接关系，即点到点的
链路，如再生器与同步传输信号(Synchronous Transport Signal, STS)复用器、再生器与再生器、添加/丢弃复用 器与再生器之间的连接属于段连接；
传输格式和速率
在SDH中基本速率等于STS-3，即155.22 Mb/s，称为同步传输
模式(Synchronous Transport Mode, STM-1)，更高的速率表 示为STM-M。
ITU-T建议支持的M值为1, 4, 14和64，它们相当于SONET的
OC-N 信号。
类似于SONET，SDH也先对逻辑信号进行扰码，但不同的是，
≤80 km
0.5 dB/km
0.3 dB/km
光接口
表给出了传输速率从基群到OC-48或STM-16（传输速率为2.5Gb/s）的光
功率。
系统的误码率指标在速率低于1 Gb/s时不超过10-10，而当速率更高或系
统性能要求更高时不超过10-12，该性能的链路功率损伤不大于1dB。
具体表7.4见书中134页给出的数值。
6.1 网络概念
6.2 传输格式和速率
6.3 光接口
6.4 SONET / SDH
6.5 光交换技术
6.4 SONET / SDH
1985年，Bellcore提出了同步光纤网(Synchronous Optical
Network, SONET)标准，美国国家标准协会(ANSI)通过了一 系列有关SONET的标准。
第二代光网络
部分交换和路由功能从电层进入光层 ；
发展了基于该优点的OTDM和WDM网络 ； 为高层提供三种不同类型的服务 ：
光通路服务，应用于WDM网 虚电路服务 ，数据包服务（IP）
一个主要优点是，一旦光通路建立，电路交换光通 路服务对发送到上面的实际数据是透明的 ； 在光域执行更多功能，比如路由和交换波长，最终 以光形式交换包
SONET/SDH环网络
如图 所示，在双纤单向自愈环配置中包括两个通道，
即主用通道（简称主通道，实线表示）和保护通道 （也称为副通道或备用通道，虚线表示）。
双纤单向通道与 逆向保护通道
SONET/SDH环网络
为了实现保护，从发送结点发出的光信号同时输入主
通道光纤和副通道光纤，这样就建立了一个指定的保 护通道，数据流在保护通道中逆时针传输，如图 所示， 称为通过链路 5和链路 6的1, 3结点之间通道保护。
SDH不区分逻辑电信号（如SONET中的STS-N）和物理光信号
（如OC-N），这些信号都标记为STM-M。
传输格式和速率
帧结构中的前3列传输的开销字节承载了网管信息，剩
下的87列承载了用户数据，称为同步有效载荷封装 (Synchronous Payload Envelope, SPE)和9个字节的通 道开销(Path OverHead, POH)。POH支持性能监视、统 计、信号标记、寻迹功能和一个用户通道。
这9个通道开销字节总是排成1列，它们可以出现在SPE
中的任何位置。
值得注意的是，SONET/SDH的同步字节间插复用特性，
可以实现光网络中信息通道的分插复用。
传输格式和速率
表给出了常用的OC-N与STM-M值和对应关系。
常用的SONET和SDH传输速率表
SONET等级 OC-1 OC-3 OC-12 OC-24 OC-48 OC-96 OC-192
第六章 光网络
1
6.1 网络概念
6.2 传输格式和速率
6.3 光接口
6.4 SONET / SDH
6.5 光交换技术
通信网络分类
分类参数 区域（服务范围） 网络 局域网（LAN）、城域网（MAN）、 广域网（WAN）、国家与国际网、 全球网 数字网、模拟网 宽带网、窄带网
传输信号格式 带宽
节点
拓扑结构 选路
单跳网络 多跳网络
总线、星型、网状、环形、 树形 广播与选择 波长选路网
6.1 网络概念
6.2 传输格式和速率
6.3 光接口
பைடு நூலகம்
6.4 SONET / SDH
6.5 光交换技术
6.2 传输格式和速率
图给出了SONET的基本帧结构。这是一个由9行、90列字
节构成的二维结构。基本SONET帧的周期为125 s，因
1989年，国际电报电话咨询委员会CCITT接受了SONET概念并
制定了同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy,
SDH)标准，使之成为不仅适合于光纤也适合于微波和卫星传 输的通用技术体制。
SONET / SDH
与SONET有细微差别，SDH/SONET定义了一组在光纤上
结点1到结点3主副通道数据流
SONET/SDH环网络
图为四纤双向自愈环原理图。
两个主用光纤环（标注为1 p 到 8 p）用于常规双向通
信，而另外两个辅助光纤环用于保护的备用环路（标注为1 s 到 8 s）。
与二纤单向自愈环不同，四纤双向自愈
环在容量上占有优势，因为它使用了两 倍于前者的光纤，而且两个结点之间的 业务仅在环的一部分中传输。
传输格式和速率
当N值大于1时，帧结构的列数是原来的N倍，
而行数仍然为9行，如图所示。
SONET的STS-N帧的基本结构
6.1 网络概念
6.2 传输格式和速率
6.3 光接口
6.4 SONET / SDH
6.5 光交换技术
光接口
为了保证不同制造商的设备能够互联，SONET和SDH规
电 等 级 STS-1 STS-3 STS-12 STS-24 STS-48 STS-96 STS-192
线路速率 (Mb/s) 54.84 155.52 622.08 1244.16 2488.32 4976.64 9953.28 —
相应的SDH STM-1 STM-4 STM-8 STM-16 STM-32 STM-64
3、特点：
• 充分利用了光纤的巨大带宽资源。 • 对数据的传输速率、协议、业务的透明性。 • 可提供动态可重构网络，灵活升级。 • 波长的在利用
• 可靠的保护恢复机制。
第一代光网络
光纤纯粹作为传输媒介，作为铜缆替代品; 点到点的传输； 所有交换和比特处理用电的方法完成 ：
第一代光网络的例子是SONET（同步光网络） 和SDH（同步数字体系）网络，分别构成北美、 欧洲和亚洲通信基础设施的核心。也有变化的企 业网络，如FDDI（光纤分布式数据接口）。
40 km（1310 nm） 长距离
光接口
SONET和SDH规范提出了光源特性、接收灵敏度以及不
同类型光纤传输距离的特征。标准定义的6种传输距离， 它们在SONET和SDH中所用的称谓各不相同。
SONET和SDH规范和称谓
传输距离 80 km（1550 nm） 120 km（1550 nm） 160 km（1550 nm） SONET称谓 长距离 长距离 长距离 SDH称谓 长途 甚长途 超长途 光纤种类 色散位移光纤 色散位移光纤 色散位移光纤
光接口
针对于表中不同等级的损耗和色散特性，可以采用的光源包括
发光二极管(LED)、多横纵模(Multiple Longitudinal Mode,
MLM)激光器和单纵模(Single Longitudinal Mode, SLM)激光器。 在ANSI T1.105.06和ITU-T G.957中给出了光源的各种谱参数。
SONET/SDH网络
光网络分类
分类参数 网络
功能
区域
光信号的传输媒介 光承载的信号
信号承载方式
核心交换网 光传输网 光接入网 光局域网和光局域互连 光广域网 光城域网 光局域网 光纤网、空间通信网 数字、模拟 PDH、SDH、WDM、IP等
光网络分类
分类参数 业务 波长变换 网络 静态业务网络 动态业务网络 无波长转换 有波长转换
SONET/SDH环网络
SONET和SDH通常配置成环状拓扑。当设备或链路发生故障
时，可以采用环回分集实现不中断业务保护。SONET/SDH环 也称为自愈环(Self Healing Ring)。 SONET/SDH环可以分为8种可能的类型，而每一种类型均有 两种可以互换的结构。它们具有三个主要特征： （1）环上连接结点的光纤可以是二纤，也可以是四纤； （2）数据流可以沿顺时针单方向传输，也可以沿两个方 向传输； （3）保护切换既可以采用线路切换，也可以采用通道切 换方案。 在8种可能的环类型组合中，SONET和SDH网络中最普遍的两 种结构是： 二纤单向线路切换环(UPSR)和二纤/四纤双向 线路切换环(BLSR)
此基本SONET信号的传输速率为：STS-1 = (90字节/ 行)×(9行/帧)×(8比特/字节)×(125 s/帧) =
51.84 Mb/s。
该信号称为STS-1信号，所有的SONET信号都是STS-1信号
速率的整数倍，STS-N 信号的比特速率是51.84 Mb/s的N 倍。
当采用STS-N信号调制光源时，先对逻辑STS-N信号进行扰
传输光信号的速率和格式，通常统称为光同步数字传输
网，是宽带综合数字网B-ISDN的基础之一。
SDH/SONET都采用了时分复用(Time Division
Multiplexing, TDM)技术，是同步系统，由主时钟控制。 两者都用于骨干网传输，是对沿袭应用的准同步数字系
列(Pseudo-synchronous Digital Hierarchy, PDH)的一次
添加/丢弃复用器(Add-Drop Multilexer, ADM)和STS复
用器。
再生器就是转发器，接收光信号，整形后转发出去。 添加/丢弃复用器也称分插复用器，其主要功能是向通
道中添加信号，并可以从通道中提取出需要的信号。
STS复用器在SONET系统中的位置处于边缘，有两个功
能：实现电信号与光信号的相互转换和信号的复用/解 复用。
范提出了光源特性、接收灵敏度以及不同类型光纤传 输距离的特征。下表给出了标准定义的6种传输距离，
它们在SONET和SDH中所用的称谓各不相同。
SONET和SDH规范和称谓
传输距离 ≤2 km 15 km SONET称谓 短距离 中距离 SDH称谓 局间 短途 长途 光纤种类 渐变折射率光纤 常规非色散位移单模光纤 色散位移光纤
STS复用器与添加/丢弃复用器之间的连接；
而“通道”则是指两个STS复用器之间的端到端的连接，
如图7.1所示。
对于只由两个STS复用器直接连接构成的SONET系统，
段、线路和通道是相同的。
SONET系统
SONET的物理配置
SONET系统主要包括三种设备：再生器(Regenerator)、
物理层（媒介）
功能
有线：光纤网、铜线网 无线：无线网、卫星网
传输网，骨干网核心网 接入网 支线网 广播网 公网、专网 SDH、ATM、IP等 电信网、广播电视网、计算机网
运营方式
协议体制
业务种类
光网络的定义和功能
1、定义：以光为传输媒质的通信网络，传输的物理媒介有： 光纤、自由空间等。 2、功能：在光层上完成通信数据的传输、交换、汇聚和接入 等网络的功能。
表 波长范围和光纤损耗
传输距 离 ≤15 km ≤40 km 1310 nm窗口 1260 ~ 1360 nm 1260 ~ 1360 nm 1280 ~ 1335 nm 1550 nm窗口 1430 ~ 1580 nm 1430 ~ 1580 nm 1480 ~ 1580 nm 1310 nm处损耗 3.5 dB/km 0.8 dB/km 1550 nm处损耗 未规定 0.5 dB/km
码以减少长连0和长连1，便于在接收机中进行时钟恢复。
经过电光变换后的物理层光信号称为光载波(Optical Carry, OC-N)。
实际上采用OC-N链路表示SONET链路更为普遍。N值在1 ~
255之间变化的生成算法都已提出，但ANSI T1.105标准认 可的N仅为1, 3, 12, 24, 48和192。
革命。
SDH多用于中国和欧洲，而SONET多用于北美和日本。
SONET的物理配置
在SONET标准中，按照设备的功能和它们之间连接的关系，
把连接分为了段(Section)、线路(Line)和通道(Path)。
“段”指的是直接连接相邻设备的连接关系，即点到点的
链路，如再生器与同步传输信号(Synchronous Transport Signal, STS)复用器、再生器与再生器、添加/丢弃复用 器与再生器之间的连接属于段连接；
传输格式和速率
在SDH中基本速率等于STS-3，即155.22 Mb/s，称为同步传输
模式(Synchronous Transport Mode, STM-1)，更高的速率表 示为STM-M。
ITU-T建议支持的M值为1, 4, 14和64，它们相当于SONET的
OC-N 信号。
类似于SONET，SDH也先对逻辑信号进行扰码，但不同的是，
≤80 km
0.5 dB/km
0.3 dB/km
光接口
表给出了传输速率从基群到OC-48或STM-16（传输速率为2.5Gb/s）的光
功率。
系统的误码率指标在速率低于1 Gb/s时不超过10-10，而当速率更高或系
统性能要求更高时不超过10-12，该性能的链路功率损伤不大于1dB。
具体表7.4见书中134页给出的数值。
6.1 网络概念
6.2 传输格式和速率
6.3 光接口
6.4 SONET / SDH
6.5 光交换技术
6.4 SONET / SDH
1985年，Bellcore提出了同步光纤网(Synchronous Optical
Network, SONET)标准，美国国家标准协会(ANSI)通过了一 系列有关SONET的标准。
第二代光网络
部分交换和路由功能从电层进入光层 ；
发展了基于该优点的OTDM和WDM网络 ； 为高层提供三种不同类型的服务 ：
光通路服务，应用于WDM网 虚电路服务 ，数据包服务（IP）
一个主要优点是，一旦光通路建立，电路交换光通 路服务对发送到上面的实际数据是透明的 ； 在光域执行更多功能，比如路由和交换波长，最终 以光形式交换包
SONET/SDH环网络
如图 所示，在双纤单向自愈环配置中包括两个通道，
即主用通道（简称主通道，实线表示）和保护通道 （也称为副通道或备用通道，虚线表示）。
双纤单向通道与 逆向保护通道
SONET/SDH环网络
为了实现保护，从发送结点发出的光信号同时输入主
通道光纤和副通道光纤，这样就建立了一个指定的保 护通道，数据流在保护通道中逆时针传输，如图 所示， 称为通过链路 5和链路 6的1, 3结点之间通道保护。
SDH不区分逻辑电信号（如SONET中的STS-N）和物理光信号
（如OC-N），这些信号都标记为STM-M。
传输格式和速率
帧结构中的前3列传输的开销字节承载了网管信息，剩
下的87列承载了用户数据，称为同步有效载荷封装 (Synchronous Payload Envelope, SPE)和9个字节的通 道开销(Path OverHead, POH)。POH支持性能监视、统 计、信号标记、寻迹功能和一个用户通道。
这9个通道开销字节总是排成1列，它们可以出现在SPE
中的任何位置。
值得注意的是，SONET/SDH的同步字节间插复用特性，
可以实现光网络中信息通道的分插复用。
传输格式和速率
表给出了常用的OC-N与STM-M值和对应关系。
常用的SONET和SDH传输速率表
SONET等级 OC-1 OC-3 OC-12 OC-24 OC-48 OC-96 OC-192
第六章 光网络
1
6.1 网络概念
6.2 传输格式和速率
6.3 光接口
6.4 SONET / SDH
6.5 光交换技术
通信网络分类
分类参数 区域（服务范围） 网络 局域网（LAN）、城域网（MAN）、 广域网（WAN）、国家与国际网、 全球网 数字网、模拟网 宽带网、窄带网
传输信号格式 带宽
节点
拓扑结构 选路
单跳网络 多跳网络
总线、星型、网状、环形、 树形 广播与选择 波长选路网
6.1 网络概念
6.2 传输格式和速率
6.3 光接口
பைடு நூலகம்
6.4 SONET / SDH
6.5 光交换技术
6.2 传输格式和速率
图给出了SONET的基本帧结构。这是一个由9行、90列字
节构成的二维结构。基本SONET帧的周期为125 s，因
1989年，国际电报电话咨询委员会CCITT接受了SONET概念并
制定了同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy,
SDH)标准，使之成为不仅适合于光纤也适合于微波和卫星传 输的通用技术体制。
SONET / SDH
与SONET有细微差别，SDH/SONET定义了一组在光纤上
结点1到结点3主副通道数据流
SONET/SDH环网络
图为四纤双向自愈环原理图。
两个主用光纤环（标注为1 p 到 8 p）用于常规双向通
信，而另外两个辅助光纤环用于保护的备用环路（标注为1 s 到 8 s）。
与二纤单向自愈环不同，四纤双向自愈
环在容量上占有优势，因为它使用了两 倍于前者的光纤，而且两个结点之间的 业务仅在环的一部分中传输。
传输格式和速率
当N值大于1时，帧结构的列数是原来的N倍，
而行数仍然为9行，如图所示。
SONET的STS-N帧的基本结构
6.1 网络概念
6.2 传输格式和速率
6.3 光接口
6.4 SONET / SDH
6.5 光交换技术
光接口
为了保证不同制造商的设备能够互联，SONET和SDH规
电 等 级 STS-1 STS-3 STS-12 STS-24 STS-48 STS-96 STS-192
线路速率 (Mb/s) 54.84 155.52 622.08 1244.16 2488.32 4976.64 9953.28 —
相应的SDH STM-1 STM-4 STM-8 STM-16 STM-32 STM-64
3、特点：
• 充分利用了光纤的巨大带宽资源。 • 对数据的传输速率、协议、业务的透明性。 • 可提供动态可重构网络，灵活升级。 • 波长的在利用
• 可靠的保护恢复机制。
第一代光网络
光纤纯粹作为传输媒介，作为铜缆替代品; 点到点的传输； 所有交换和比特处理用电的方法完成 ：
第一代光网络的例子是SONET（同步光网络） 和SDH（同步数字体系）网络，分别构成北美、 欧洲和亚洲通信基础设施的核心。也有变化的企 业网络，如FDDI（光纤分布式数据接口）。
40 km（1310 nm） 长距离
光接口
SONET和SDH规范提出了光源特性、接收灵敏度以及不
同类型光纤传输距离的特征。标准定义的6种传输距离， 它们在SONET和SDH中所用的称谓各不相同。
SONET和SDH规范和称谓
传输距离 80 km（1550 nm） 120 km（1550 nm） 160 km（1550 nm） SONET称谓 长距离 长距离 长距离 SDH称谓 长途 甚长途 超长途 光纤种类 色散位移光纤 色散位移光纤 色散位移光纤
光接口
针对于表中不同等级的损耗和色散特性，可以采用的光源包括
发光二极管(LED)、多横纵模(Multiple Longitudinal Mode,
MLM)激光器和单纵模(Single Longitudinal Mode, SLM)激光器。 在ANSI T1.105.06和ITU-T G.957中给出了光源的各种谱参数。
SONET/SDH网络
光网络分类
分类参数 网络
功能
区域
光信号的传输媒介 光承载的信号
信号承载方式
核心交换网 光传输网 光接入网 光局域网和光局域互连 光广域网 光城域网 光局域网 光纤网、空间通信网 数字、模拟 PDH、SDH、WDM、IP等
光网络分类
分类参数 业务 波长变换 网络 静态业务网络 动态业务网络 无波长转换 有波长转换
SONET/SDH环网络
SONET和SDH通常配置成环状拓扑。当设备或链路发生故障
时，可以采用环回分集实现不中断业务保护。SONET/SDH环 也称为自愈环(Self Healing Ring)。 SONET/SDH环可以分为8种可能的类型，而每一种类型均有 两种可以互换的结构。它们具有三个主要特征： （1）环上连接结点的光纤可以是二纤，也可以是四纤； （2）数据流可以沿顺时针单方向传输，也可以沿两个方 向传输； （3）保护切换既可以采用线路切换，也可以采用通道切 换方案。 在8种可能的环类型组合中，SONET和SDH网络中最普遍的两 种结构是： 二纤单向线路切换环(UPSR)和二纤/四纤双向 线路切换环(BLSR)
此基本SONET信号的传输速率为：STS-1 = (90字节/ 行)×(9行/帧)×(8比特/字节)×(125 s/帧) =
51.84 Mb/s。
该信号称为STS-1信号，所有的SONET信号都是STS-1信号
速率的整数倍，STS-N 信号的比特速率是51.84 Mb/s的N 倍。
当采用STS-N信号调制光源时，先对逻辑STS-N信号进行扰
传输光信号的速率和格式，通常统称为光同步数字传输
网，是宽带综合数字网B-ISDN的基础之一。
SDH/SONET都采用了时分复用(Time Division
Multiplexing, TDM)技术，是同步系统，由主时钟控制。 两者都用于骨干网传输，是对沿袭应用的准同步数字系
列(Pseudo-synchronous Digital Hierarchy, PDH)的一次
添加/丢弃复用器(Add-Drop Multilexer, ADM)和STS复
用器。
再生器就是转发器，接收光信号，整形后转发出去。 添加/丢弃复用器也称分插复用器，其主要功能是向通
道中添加信号，并可以从通道中提取出需要的信号。
STS复用器在SONET系统中的位置处于边缘，有两个功
能：实现电信号与光信号的相互转换和信号的复用/解 复用。
范提出了光源特性、接收灵敏度以及不同类型光纤传 输距离的特征。下表给出了标准定义的6种传输距离，
它们在SONET和SDH中所用的称谓各不相同。
SONET和SDH规范和称谓
传输距离 ≤2 km 15 km SONET称谓 短距离 中距离 SDH称谓 局间 短途 长途 光纤种类 渐变折射率光纤 常规非色散位移单模光纤 色散位移光纤