CH23_物理层
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ITU-T建议书I.432定义了两个基于光纤同步数字系列(SDH) 的物理接口，分别为：
速率为155.52 Mb/s的STM-1；速率为622.08 Mb/s的STM-4。
（STM：Synchronous Transfer Mode，同步转移模式）
ITU-T还定义了电气和物理接口速率标准。
版 权 所 有，3 请 勿 复 制
版 权 所 有1，6 请 勿 复 制
（3）基于信元的 155.520Mb/s和622.080Mb/s接口
1. 无帧结构 在基于信元的方式中，没有帧结构，各个信元连续地发送。
2. 物理层插入信元 由于基于SDH的接口真正传输信元的带宽与总带宽之比为 26/27，为了保证不同接口具备相同的传递能力，所以每隔 26个信元，物理层都要插入一个信元。 这个信元是由物理层产生的，所以称为物理层信元。 此外，当ATM层没有信元提供时，物理层也要插入物理层信 元。因此，物理层信元出现的间隔小于或等于26个信元。 信息吞吐率同SDH。
• 在每一帧的第12个信元后加入填充位以保证帧的长度。由于 信元在每一帧中从固定位置开始放置信元，所以很容易通过 DS-3帧定界和物理层汇聚协议来给信元定界。
版 权 所 有，9 请 勿 复 制
（1）基于SDH的155.520Mb/s接口
2. HEC （Header Error Control） 在ATM信元的头部5个字节中，最后一个是用以保护其余4 个字节的CRC校验位。 生成多项式：x8＋x2＋x＋1 纠检错能力：纠一位错，检多位错。 在发送端，物理层根据信元头中前4个字节和生成多项式计 算出HEC码。 在接收端检查并校正信头中1 Bit 的错误，丢弃多Bit错误 的信元。
• 在预同步状态下，若检测到不正确的HEC码，则返回捕捉状态；若连续δ 次检测到正确的HEC码，则转移到同步状态。
• 在同步状态下，若连续α次检测到不正确的HEC码，则进入捕捉状态。
• 在捕捉状态，可以按比特逐个检测。在预同步和同步状态下是按信元逐个 检测的，即每隔53B进行检测。
版 权 所 有1，3 请 勿 复 制
版 权 所 有1，8 请 勿 复 制
（3）基于信元的 155.520Mb/s和622.080Mb/s接口
4. 空闲信元 空闲信元插入只是在ATM层无信元提供时才发生，在接收 端，该空闲信元不会传递给ATM层，在物理层就要丢弃。
两种空信元（后） * 空闲信元：某段物理层使用，不能到达ATM层 * 未分配信元：ATM层使用，使ATM信元流具有某种速率，可用流量控制方式处理
版 权 所 有，4 请 勿 复 制
1、PM子层
（3） ANSI制定的接口标准
接口名称 STS-1 STS-3C
STS-12C DS3
速率 51.84 Mb/s 155.52 Mb/s 622.08 Mb/s 44.736 Mb/s
美国国家标准学会（American National Standards Institute: ANSI）
7. 扰码器 对除HEC外的信元中所有的位进行扰码。（信头＋信息域） 扰码是将信息与一个伪随机序列进行模2加。 伪随机序列生成多项式：x31+x28+1
版 权 所 有2，0 请 勿 复 制
（4）51.840Mb/s SONET接口
ATM论坛 利用同步光纤网（Synchronous Optical Network,SONET） 在51.840Mbit/s（也称SDH STM-0）定义的接口，不仅可充 分利用用户已敷设的电缆，降低费用，还可以将ATM技术推 广到卫星通信、移动通信领域。 采用的帧结构、信元定界、HEC等方法与基于SDH的接口是完 全类似的。
……
26个信元
版 权 所 有1，7 请 勿 复 制
（3）基于信元的 155.520Mb/s和622.080Mb/s接口
3. 物理层信元： 物理层OAM信元（物理层运行、管理和维护的信元） 空闲信元
OAM信元的头部值是特定的。 空闲信元的头部也是固定的。 其余48B的信息域每字节为“01101010”（6AH）
化。扰码多项式为x43+1。 扰码器只对信息域扰码，在发送信元头期间，扰码器不
工作并维持其原有状态。 解扰器在捕捉状态下不工作，在预同步和同步状态下，
只在48B信息域内工作。
版 权 所 有1，4 请 勿 复 制
（2）基于SDH的622.080Mb/s接口
1. 帧结构：STM-4
用于 UNI S/T参考点
版 权 所 有2，1 请 勿 复 制
（5） 44.736Mbit/s （DS3）接口
• ANSI定义 • 帧周期为125us，每一帧中可以传输12个ATM信元，所以用
于传输ATM信元流的宽带为 40.704Mbit/s（8×12×53/（125×10-6））
• 在每个信元之前，加上4B的附加开销，这些开销包括2B的 帧定位信号、1B的通道开销指针以及1B的通道开销（OAM功 能）。
未检测到错 （不动作）
检测到多位错（丢弃信元）
纠错 模式
未检测到错 检错 （不动作） 模式
检测到错 （丢弃信元）
检测到一位错（纠正）
版 权 所 有1，1 请 勿 复 制
（1）基于SDH的155.520Mb/s接口
3. 信元定界 由于信元在SDH帧结构中的位置没有明显的规律，故要连 续地检测信元的边界。 定界方法：用HEC码进行定界。 连续不断地检测连续5个字节，若发现该5个字节的多项式 除以x8＋x2＋x＋1（HEC的生成多项式）后余0，则表明这5 个字节就是信元头。
（1）基于SDH的155.520Mb/s接口
ITU-T规定对SDH接口方式 ： α=6、δ=7
α（不正确次数）、δ（正确次数） 取决于物理层接口类型。
扰码器：（基于SDH的155.520Mb/s接口） 有时，在信元的信息域中也会出现满足生成多项式的比
特流，此时这种信元定界法会失效。 为此，要对信元流进行自同步扰码，使信息比特流随机
第二章 ATM 物理层
南京邮电大学 2008-07
物理层
TC
两个子层 物理媒介子层 PM (Physical Media)
PM
传输汇聚子层 TC (Transmission Covergence)
PM 子层是与传输媒介密切相关的，在B-ISDN中以光纤为 主要传输媒介，也可用同轴电缆和双绞线对。
针对不同的传输媒介，PM子层的实现不尽相同。但都必 须提供如下功能：产生和接收波形、插入和提供定时信息。如 果以光纤为物理媒介，则要提供光/电、电/光变换的功能。
版 权 所 有1，2 请 勿 复 制
（1）基于SDH的155.520Mb/s接口
信元定界流程
正确 HEC
按比特 逐个检测
捕捉
不正确 HEC
按信元 预同步 逐个检测
连续α次不 正确HEC
同步
连续δ次 正确HEC
按信元 逐个检测
• 一开始处于捕捉状态，当检测到正确的HEC码（即5个连续的字节满足生 成多项式x8+x2+x+1），进入预同步状态。
TC 实现比特流和信元流之间的转换。
版 权 所 有，2 请 勿 复 制
1、PM子层
1．物理媒介子层提供的物理接口 ITU-T和“ATM论坛”将物理接口分为三类，即基于SDH
（Synchronous Digital Hierarchy,同步数字序列） 、基于信元和基于PDH （Plesiochronous Digital Hierarchy，准同步数字系列）的接口。 （1） ITU-T制定的接口标准
5. 信元速率解耦 空闲信元的插入和丢弃，实际上是为了使信元流和物理层 的传输速率相适应。所以，这个过程称为信元速率的解耦。
6. 基于信元的接口的HEC、信元定界方法与基于SDH的接口 所采用的方法是相同的。但是在信元定界时，α=7，δ=8。
版 权 所 有1，9 请 勿 复 制
（3）基于信元的 155.520Mb/s和622.080Mb/s接口
9×4
1×4
260×4
3 SOH
1
指针 P O 填充区
9
H
5 SOH
270×4
单模光纤（SM），用于广域网（WAN）
版 权 所 有1，5 请 勿 复 制
（2）基于SDH的622.080Mb/s接口
1. 帧结构：STM-4 • 帧周期为125us，共有9行270×4列的字节。
– 9×270×4×8/（125×10-6）＝622.080Mbit/s – 其中前36列是段开销和管理单元指针，第37列是通道开
STS：Synchronous Transport signal，同步传输信号
版 权 所 有，5 请 勿 复 制
1、PM子层
2．比特定时和线路编码 正常工作模式下，发送端时钟锁定在接口处收到的基准时 钟上。在基于信元的传输系统或网络供给时钟出错时，可以采 用独立时钟工作模式，即时钟由用户本地设备供给，此时时钟 允许偏差为2×10-6。 对线路码，G.703建议规定155 Mb/s电接口采用CMI(Coded Mark Inversion,传号反转码)码。光接口采用不归零码，光纤线 路编码采用4B/5B(100 Mb/s)、8B/10B(155 Mb/s)码。
1、PM子层
（2） “ATM论坛”制定的接口标准 “ATM论坛”定义了4个物理层接口速率，其中两个适用于
公用网。下面是用于专用网的3个接口速率和介质： 基于FDDI的100 Mb/s速率； 基于光纤信道的155.52 Mb/s速率； 基于屏蔽双绞线的155.52 Mb/s速率。
FDDI：Fiber Distributed-Data Interface，光纤分布式数据接口
版 权 所 有1，0 请 勿 复 制
（1）基于SDH的155.520Mb/s接口
HEC的接收操作过程： • 一开始处于纠错模式
– 未检测出错误，不进行差错处理，停留在纠错模式 – 查出1位错误，纠正后，转入检错模式 – 查出多位错误，丢弃后，转入检错模式
• 检错模式下：
– 发现错误，丢弃该信元，停留在检错模式 – 未发现错误，转回纠错模式
1. 帧结构
3行
用于 UNI S/T参考点、NNI 接口（唯一）
9列 1列
SOH P
260 列
… 以字节为单位
1 行 AU指针 O
净荷
H
5行
SOH
wenku.baidu.com
单模光纤（SM），用于广域网（WAN）
版 权 所 有，8 请 勿 复 制
（1）基于SDH的155.520Mb/s接口
1. 帧结构 帧的周期为125us，共有9行270列的字节 （9×270×8/（125×10-6）＝155.520Mb/s） 前9列是段开销（Section Overhead,SOH）和管理单元指针 （Administration Unit,AU指针），第10列是通道开销 （Path Overhead,POH），这些开销中包含了功能强大的 管理信息。 剩余的9行260列可装载信元流。 因此，实际上真正用于传输信元流的带宽只有 149.760Mb/s（26×155.520/27）。 另外，由于9×260并不是53的整数倍，所以，ATM信元会 跨越帧的边界，即信元的一部分在某一帧中，而另一部分可 能会在后一帧中，即信元的起始在每一帧中是没有明显的规 律。
销，第38、39、40列是填充列。其余9行1040列可装载 ATM信元。由于9×1040不是53的整数倍，所以，信元 仍然是跨帧边界的。 • 信息吞吐率为599.04Mbit/s
– 622.080Mbit/s×26/27＝ 599.04Mbit/s
2. HEC、信元定界的方法和155.520Mbit/s的SDH接口一样。
8bit组1 8bit组2 8bit组3 8bit组4 8bit组5
F1 00000000 00000000 00000000 00000011 01011100
F3 00000000 00000000 00000000 00001001 01101010 空闲信元 00000000 00000000 00000000 00000001 01010010
版 权 所 有，6 请 勿 复 制
2、TC子层
TC（传输汇聚）层与物理媒介无关，主要作用是以一定的帧 格式传输比特流。 五大功能： –传输帧的生成/恢复 –传输帧的适配 –信元定界 –HEC（Header Error Control）的生成和认证 –信元速率解耦
版 权 所 有，7 请 勿 复 制
（1）基于SDH的155.520Mb/s接口 ITU-T
速率为155.52 Mb/s的STM-1；速率为622.08 Mb/s的STM-4。
（STM：Synchronous Transfer Mode，同步转移模式）
ITU-T还定义了电气和物理接口速率标准。
版 权 所 有，3 请 勿 复 制
版 权 所 有1，6 请 勿 复 制
（3）基于信元的 155.520Mb/s和622.080Mb/s接口
1. 无帧结构 在基于信元的方式中，没有帧结构，各个信元连续地发送。
2. 物理层插入信元 由于基于SDH的接口真正传输信元的带宽与总带宽之比为 26/27，为了保证不同接口具备相同的传递能力，所以每隔 26个信元，物理层都要插入一个信元。 这个信元是由物理层产生的，所以称为物理层信元。 此外，当ATM层没有信元提供时，物理层也要插入物理层信 元。因此，物理层信元出现的间隔小于或等于26个信元。 信息吞吐率同SDH。
• 在每一帧的第12个信元后加入填充位以保证帧的长度。由于 信元在每一帧中从固定位置开始放置信元，所以很容易通过 DS-3帧定界和物理层汇聚协议来给信元定界。
版 权 所 有，9 请 勿 复 制
（1）基于SDH的155.520Mb/s接口
2. HEC （Header Error Control） 在ATM信元的头部5个字节中，最后一个是用以保护其余4 个字节的CRC校验位。 生成多项式：x8＋x2＋x＋1 纠检错能力：纠一位错，检多位错。 在发送端，物理层根据信元头中前4个字节和生成多项式计 算出HEC码。 在接收端检查并校正信头中1 Bit 的错误，丢弃多Bit错误 的信元。
• 在预同步状态下，若检测到不正确的HEC码，则返回捕捉状态；若连续δ 次检测到正确的HEC码，则转移到同步状态。
• 在同步状态下，若连续α次检测到不正确的HEC码，则进入捕捉状态。
• 在捕捉状态，可以按比特逐个检测。在预同步和同步状态下是按信元逐个 检测的，即每隔53B进行检测。
版 权 所 有1，3 请 勿 复 制
版 权 所 有1，8 请 勿 复 制
（3）基于信元的 155.520Mb/s和622.080Mb/s接口
4. 空闲信元 空闲信元插入只是在ATM层无信元提供时才发生，在接收 端，该空闲信元不会传递给ATM层，在物理层就要丢弃。
两种空信元（后） * 空闲信元：某段物理层使用，不能到达ATM层 * 未分配信元：ATM层使用，使ATM信元流具有某种速率，可用流量控制方式处理
版 权 所 有，4 请 勿 复 制
1、PM子层
（3） ANSI制定的接口标准
接口名称 STS-1 STS-3C
STS-12C DS3
速率 51.84 Mb/s 155.52 Mb/s 622.08 Mb/s 44.736 Mb/s
美国国家标准学会（American National Standards Institute: ANSI）
7. 扰码器 对除HEC外的信元中所有的位进行扰码。（信头＋信息域） 扰码是将信息与一个伪随机序列进行模2加。 伪随机序列生成多项式：x31+x28+1
版 权 所 有2，0 请 勿 复 制
（4）51.840Mb/s SONET接口
ATM论坛 利用同步光纤网（Synchronous Optical Network,SONET） 在51.840Mbit/s（也称SDH STM-0）定义的接口，不仅可充 分利用用户已敷设的电缆，降低费用，还可以将ATM技术推 广到卫星通信、移动通信领域。 采用的帧结构、信元定界、HEC等方法与基于SDH的接口是完 全类似的。
……
26个信元
版 权 所 有1，7 请 勿 复 制
（3）基于信元的 155.520Mb/s和622.080Mb/s接口
3. 物理层信元： 物理层OAM信元（物理层运行、管理和维护的信元） 空闲信元
OAM信元的头部值是特定的。 空闲信元的头部也是固定的。 其余48B的信息域每字节为“01101010”（6AH）
化。扰码多项式为x43+1。 扰码器只对信息域扰码，在发送信元头期间，扰码器不
工作并维持其原有状态。 解扰器在捕捉状态下不工作，在预同步和同步状态下，
只在48B信息域内工作。
版 权 所 有1，4 请 勿 复 制
（2）基于SDH的622.080Mb/s接口
1. 帧结构：STM-4
用于 UNI S/T参考点
版 权 所 有2，1 请 勿 复 制
（5） 44.736Mbit/s （DS3）接口
• ANSI定义 • 帧周期为125us，每一帧中可以传输12个ATM信元，所以用
于传输ATM信元流的宽带为 40.704Mbit/s（8×12×53/（125×10-6））
• 在每个信元之前，加上4B的附加开销，这些开销包括2B的 帧定位信号、1B的通道开销指针以及1B的通道开销（OAM功 能）。
未检测到错 （不动作）
检测到多位错（丢弃信元）
纠错 模式
未检测到错 检错 （不动作） 模式
检测到错 （丢弃信元）
检测到一位错（纠正）
版 权 所 有1，1 请 勿 复 制
（1）基于SDH的155.520Mb/s接口
3. 信元定界 由于信元在SDH帧结构中的位置没有明显的规律，故要连 续地检测信元的边界。 定界方法：用HEC码进行定界。 连续不断地检测连续5个字节，若发现该5个字节的多项式 除以x8＋x2＋x＋1（HEC的生成多项式）后余0，则表明这5 个字节就是信元头。
（1）基于SDH的155.520Mb/s接口
ITU-T规定对SDH接口方式 ： α=6、δ=7
α（不正确次数）、δ（正确次数） 取决于物理层接口类型。
扰码器：（基于SDH的155.520Mb/s接口） 有时，在信元的信息域中也会出现满足生成多项式的比
特流，此时这种信元定界法会失效。 为此，要对信元流进行自同步扰码，使信息比特流随机
第二章 ATM 物理层
南京邮电大学 2008-07
物理层
TC
两个子层 物理媒介子层 PM (Physical Media)
PM
传输汇聚子层 TC (Transmission Covergence)
PM 子层是与传输媒介密切相关的，在B-ISDN中以光纤为 主要传输媒介，也可用同轴电缆和双绞线对。
针对不同的传输媒介，PM子层的实现不尽相同。但都必 须提供如下功能：产生和接收波形、插入和提供定时信息。如 果以光纤为物理媒介，则要提供光/电、电/光变换的功能。
版 权 所 有1，2 请 勿 复 制
（1）基于SDH的155.520Mb/s接口
信元定界流程
正确 HEC
按比特 逐个检测
捕捉
不正确 HEC
按信元 预同步 逐个检测
连续α次不 正确HEC
同步
连续δ次 正确HEC
按信元 逐个检测
• 一开始处于捕捉状态，当检测到正确的HEC码（即5个连续的字节满足生 成多项式x8+x2+x+1），进入预同步状态。
TC 实现比特流和信元流之间的转换。
版 权 所 有，2 请 勿 复 制
1、PM子层
1．物理媒介子层提供的物理接口 ITU-T和“ATM论坛”将物理接口分为三类，即基于SDH
（Synchronous Digital Hierarchy,同步数字序列） 、基于信元和基于PDH （Plesiochronous Digital Hierarchy，准同步数字系列）的接口。 （1） ITU-T制定的接口标准
5. 信元速率解耦 空闲信元的插入和丢弃，实际上是为了使信元流和物理层 的传输速率相适应。所以，这个过程称为信元速率的解耦。
6. 基于信元的接口的HEC、信元定界方法与基于SDH的接口 所采用的方法是相同的。但是在信元定界时，α=7，δ=8。
版 权 所 有1，9 请 勿 复 制
（3）基于信元的 155.520Mb/s和622.080Mb/s接口
9×4
1×4
260×4
3 SOH
1
指针 P O 填充区
9
H
5 SOH
270×4
单模光纤（SM），用于广域网（WAN）
版 权 所 有1，5 请 勿 复 制
（2）基于SDH的622.080Mb/s接口
1. 帧结构：STM-4 • 帧周期为125us，共有9行270×4列的字节。
– 9×270×4×8/（125×10-6）＝622.080Mbit/s – 其中前36列是段开销和管理单元指针，第37列是通道开
STS：Synchronous Transport signal，同步传输信号
版 权 所 有，5 请 勿 复 制
1、PM子层
2．比特定时和线路编码 正常工作模式下，发送端时钟锁定在接口处收到的基准时 钟上。在基于信元的传输系统或网络供给时钟出错时，可以采 用独立时钟工作模式，即时钟由用户本地设备供给，此时时钟 允许偏差为2×10-6。 对线路码，G.703建议规定155 Mb/s电接口采用CMI(Coded Mark Inversion,传号反转码)码。光接口采用不归零码，光纤线 路编码采用4B/5B(100 Mb/s)、8B/10B(155 Mb/s)码。
1、PM子层
（2） “ATM论坛”制定的接口标准 “ATM论坛”定义了4个物理层接口速率，其中两个适用于
公用网。下面是用于专用网的3个接口速率和介质： 基于FDDI的100 Mb/s速率； 基于光纤信道的155.52 Mb/s速率； 基于屏蔽双绞线的155.52 Mb/s速率。
FDDI：Fiber Distributed-Data Interface，光纤分布式数据接口
版 权 所 有1，0 请 勿 复 制
（1）基于SDH的155.520Mb/s接口
HEC的接收操作过程： • 一开始处于纠错模式
– 未检测出错误，不进行差错处理，停留在纠错模式 – 查出1位错误，纠正后，转入检错模式 – 查出多位错误，丢弃后，转入检错模式
• 检错模式下：
– 发现错误，丢弃该信元，停留在检错模式 – 未发现错误，转回纠错模式
1. 帧结构
3行
用于 UNI S/T参考点、NNI 接口（唯一）
9列 1列
SOH P
260 列
… 以字节为单位
1 行 AU指针 O
净荷
H
5行
SOH
wenku.baidu.com
单模光纤（SM），用于广域网（WAN）
版 权 所 有，8 请 勿 复 制
（1）基于SDH的155.520Mb/s接口
1. 帧结构 帧的周期为125us，共有9行270列的字节 （9×270×8/（125×10-6）＝155.520Mb/s） 前9列是段开销（Section Overhead,SOH）和管理单元指针 （Administration Unit,AU指针），第10列是通道开销 （Path Overhead,POH），这些开销中包含了功能强大的 管理信息。 剩余的9行260列可装载信元流。 因此，实际上真正用于传输信元流的带宽只有 149.760Mb/s（26×155.520/27）。 另外，由于9×260并不是53的整数倍，所以，ATM信元会 跨越帧的边界，即信元的一部分在某一帧中，而另一部分可 能会在后一帧中，即信元的起始在每一帧中是没有明显的规 律。
销，第38、39、40列是填充列。其余9行1040列可装载 ATM信元。由于9×1040不是53的整数倍，所以，信元 仍然是跨帧边界的。 • 信息吞吐率为599.04Mbit/s
– 622.080Mbit/s×26/27＝ 599.04Mbit/s
2. HEC、信元定界的方法和155.520Mbit/s的SDH接口一样。
8bit组1 8bit组2 8bit组3 8bit组4 8bit组5
F1 00000000 00000000 00000000 00000011 01011100
F3 00000000 00000000 00000000 00001001 01101010 空闲信元 00000000 00000000 00000000 00000001 01010010
版 权 所 有，6 请 勿 复 制
2、TC子层
TC（传输汇聚）层与物理媒介无关，主要作用是以一定的帧 格式传输比特流。 五大功能： –传输帧的生成/恢复 –传输帧的适配 –信元定界 –HEC（Header Error Control）的生成和认证 –信元速率解耦
版 权 所 有，7 请 勿 复 制
（1）基于SDH的155.520Mb/s接口 ITU-T