Chapter 2
Metro Technologies
都會網路技術



Ethernet over SONET/SDH（EOS）
Resillent Packet Ring（RPR）
Ethernet Transport
Ethernet over SONET/SDH

虛擬連結的角色



鏈結容量調整方案（Link Capacity Adjustment Scheme）
EOS用來做為傳送服務
EOS在存取時使用封包多工
集中式交換
 區域交換


在資料設備裡的EOS介面
Ethernet over SONET/SDH
SONET（同步光纖網路）簡介

這是一種以同步傳輸模式為架構的網路，由美國訂定的傳
輸標準，之後為了適用於美國以外地區，又訂出同步數位
階層 (SDH ) ，除了用於光纖網路之外，其實也適用於其
他以同步傳輸為標準的傳輸方式，目前許多國家的骨幹
(Backbone) 網路都採用SONET/SDH的光纖網路。

不過由於SONET/SDH受限於技術及先天上限制，無法如
非同步傳輸模式 (ATM ) 那般，可以具有較大的設備擴充
性以及網路建構彈性，所以這些骨幹網路上的光纖，將會
改採用ATM網路方式傳輸。
SONET與SDH之比較
基本訊號
傳輸速率（Mbps）
SONET
STS-1
51
SDH
STM-1
155
SONET
SDH
傳輸速率
STS-1
STM-0
51.84
STS-3
STS-9
STS-12
STS-18
STM-1
STM-3
STM-4
STM-6
155.52
466.56
622.18
933.12
STS-24
STS-36
STS-48
STM-8
STM-12
STM-16
1244.16
1866.24
2488.32
訊號


訊號是由連續的FRAMES組成
Frame的組成

TOH（Transport Overhead，標頭），網路傳送
訊號時管理用 。
SOH（section overhead），再生器間的管理位元組 。
 LOH（line overhead），線路終端設備間的管理位元
組


payload（資料內容）
SONET/SDH架構



The regenerator section, or section layer
The multiplex section, or line layer
The path layer
Helpful SONET/SDH Equivalency
SONET
STS-1
STS-3c
VT-6
VT-3
VT-2
VT-1.5
STS-12c
STS-48c
STS-192c
STS-768c
VC-3
VC-4
VC-2
SDH
STM-0
STM-1
VC-12
VC-11
VC-4-4c
VC-4-16c
VC-4-64c
VC-4-256c
STM-4
STM-16
STM-64
STM-256
EOS的好處：



它不但引進了乙太網路的服務也保留了所
有SONET架構的屬性。
例如SONET的快速復原、鏈結品質的監控，
和使用現有的SONET OAM&P的網路管理。
在EOS上，完整的乙太網路框架仍然被保留，
並且在網路入口處被封裝在SONET payload
裡，而在出口處被移除封裝。
乙太網路框架在SONET/SDH上傳送情況
SONET Payload
EOS Frame
Ethernet Frame




Ethernet Frame
Ethernet Frame
經由入口處終端系統的EOS 功能來將整個乙太網路
框架封裝在一個EOS 標頭裡。
乙太網路框架然後被映射到SONET/SDH的SPE上，
在SONET/SDH 環上被傳送。
然後乙太網路框架在出口處的EOS功能被解開封裝。
Ethernet over SONET/SDH
兩種標準化傳送乙太網路 框架的方法︰


LAPS：使用一種類似於HDLC的訊框結構，用來
承載IP或Ethernet 訊框，它可以提供點對點全雙工
運作。
GFP：基於突破現有技術的限制，GFP是為了適
應各種不同高階層用戶端協定而發展出的映射技
術。GFP除了適應乙太網路框架格式外，還可以
適應其他格式例如PPP、光纖通道、光纖連結
(FICON)，以及企業系統連結(ESCON) 。
Ethernet over SONET/SDH

EOS的功能可以存在於SONET/SDH的設備裡
或是封包交換器裡。
EOS功能是在ADM裡面 （圖2-2）
 EOS功能安置在交換器裡面 （圖2-3）
 結合封包交換、ADM與EOS功能在相同設備上
（圖2-4）


第三種雖然最具有設備上的效率，但也面
臨了封包與傳送之間嚴格的作業輪廓挑戰。
Ethernet over SONET/SDH

所謂ADM
一個安裝在傳輸線路中間的裝置。
 它可以讓新的訊號進來也可以讓舊的信號離開。
 ADM可以用光纖或電子信號來做。
 它可能只能處理波長，或做波長與電子TDM訊號
間的轉換。

動態頻寬配置技術
Virtual Concatenation (VCat) ：VCat可被使用在當訊
務無法有效率地填充入標準的虛擬容器(Virtual
Container-n; VC-n)時，串聯多個VC-n成為VC-n-xv
以提供大小適當的傳輸頻寬。

Link Capacity Adjustment Scheme (LCAS) ：LCAS
是利用內嵌於SONET/SDH訊框的信令機制在傳送、
接收兩端點間交換訊息，以達到即時調整傳輸頻
寬的目的。
虛擬連結的角色



目的：降低TDM在SONET/SDH環上頻寬的
低效率 。
有了VCAT，很多小水管被連結在一起並組
裝成一個較大的水管，使每秒鐘可以攜帶
更多的資料。
虛擬連結在SONET/SDH（L1）完成，也就
是說不同的個別線路被綁起來，對於較高
的網路層來說就像一條實體管線一般。
TDM

所謂分時多工（ Time-Division
Multiplexing , TDM ）主要用於通訊系統
頻寬高過數據傳送速度時。TDM用同一條通
訊線路輪流傳送數個數位信號，讓每個信
號各得一小段傳訊時間。當數個慢速設備
須與一個遠程設備通訊時，使用此法可讓
用戶分享用同一條通訊線路，而提高經濟
效益。
虛擬連結與標準連結之頻寬效率比較


假設頻寬需求為300Mbps（如圖2-5所示）
標準連結

採用多個DS3（45Mbps）介面


採用OC-12（12STS-1）


增加成本，且因封包頻寬共享的技術並不保證能有
完整的頻寬。
因為無法與其他用戶共享，會損失6-STS-1的效率
虛擬連結

連結6-STS-1以提供300Mbps，因此沒有頻寬的
浪費
可經由SONET/SDH架構傳送的多種服務




如果SONET/SDH設備支援VCAT服務，一個
Gigabit 乙太介面可以經由21STS-1連結的水管傳
送資料 。
快速乙太網路（FE）100Mbps可以經由兩個STS-1
傳送 。
傳統的DS-3介面可以使用單一STS-1 傳送 。
如圖2-6所示。
在SONET上傳送乙太網路



目前大部分的環都支援將傳輸通道降到STS-1
(DS3)層級，並且可以在那個層級交錯連接（XC）
線路 。
EOS和VCAT的功能被實施在SONET/SDH架構的進、
出點上，而且不需要沿路的每個SONET/SDH站都使
用。
在環上的SONET/SDH設備必須能交錯連結VCAT所支
援的支流，否則將不容易達成環上的頻寬節省。
Link Capacity Adjustment Scheme




顧客的頻寬需求會隨著時間改變，而這就需要
SONET/SDH輸送管路重新調整大小。
如果有很多SONET/SDH通道被新增或移除時，就
可能造成網路的瓦解。
此通訊協定允許通道在任何時間重新調整大小，
也會執行連線檢查，動態地讓失效的鏈結可以被
移除而新的鏈結可以新增。
EOS、VCAT、與LCAS的組合提供了在SONET上
使用乙太網路服務時最大的效率。
EOS Used as a Transport Service




EOS是一種封包映射技術，而不是封包交換技術，並且不
提供封包多工服務。
大規模點對點連線造成服務整合上的問題。
圖2-7 ，每個乙太網路介面被延伸到位於CO的XC，因為XC
是在TDM層次作業，而且每個線路必須個別地結束。每個
乙太網路介面都連結到一個乙太網路交換器，用這個交換
器整合流量到ISP的路由器。這種模式非常沒有效率而且
很難管理。
邏輯解決方式是在乙太網路VLAN的交錯連線(XC)裡引進整
合技術，並且經由一個單一Gigabit或10 Gigabit的乙太
網路介面整合多個乙太網路線路，而且每個線路都可以個
別被確認。
EOS整合到傳輸設備裡



圖2-8說明了XC整合了不同的EOS線路，經由一個
單一的乙太網路介面連接到乙太網路交換器。
這樣，XC需要能夠在連接到乙太網路交換器時能
邏輯地分開個別的EOS線路。
解決方式：


一種方式是讓XC在傳送到乙太網路交換器之前使用
VLAN ID作為個別線路的標籤。
另一個目前的實作上是將整個乙太網路橋接功能放到
XC本身，使多個EOS串流能整合在一起經由單一的介
面離開傳送設備。
EOS在存取時使用封包多工


在存取Switch時引進封包多工，服務提供者可以經由多個
顧客分享相同的TDM線路來獲得成本節省。
圖2.9顯示相同的50棟建築物之都會網路，每一個建築物有
一個STS-1（DS3）鏈結，由20個顧客分享。這樣大大降
低所需TDM 線路的數量。這使TDM線路從1000降低到50。
封包交換傳送方式

集中式交換


從每個建築物到CO提供一條TDM線路。所有
線路都在CO端結束，這也是封包交換發生的位
置。
區域交換

封包交換發生在環中的每一個點。在建築物與
CO之間，TDM線路不再被提供。相反地是延
著環來提供。
在資料設備上的EOS 介面


在這個模型裡，傳送設備並不須處理在SONET /
SDH payload運載的乙太網路框架的對應；相反
地是由資料交換設備來處理。
優點在它的交換功能、EOS功能，以及VCAT功能都
在相同的盒子裡，並且與可能早已安裝到網路上
的TDM 盒子分開。
Resilient Packet Ring (RPR)

一種新的媒體存取控制(MAC)的標準協定，
對於以環為拓樸的封包網路而言，增加了
彈性與保護。

圖2-14說明了CMTS整合了來自銅纜線的訊
務，再交手給RPR路由器。多個RPR路由器
經由OC-48封包環連接在一起，而且訊務被
整合到核心HUB內，以連接到網際網路。
Resilient Packet Ring (RPR)
RPR Packet Add, Drop, and Forward



RPR的優點是乙太網路802.3 MAC 的運作，負責在環上
的每個節點處理封包不管封包的目的地是否在節點後
面。相反的，RPR 802.17 MAC在環上遞移訊務，假如
該訊務並不屬於該節點的話就沒有做任何即時的交換
或緩衝。如此降低了節點的工作量。
RPR的運作如圖2-15所示，不屬於某節點的訊務由
802.17 MAC 在環上遞移。在乙太網路802.3MAC運作裡，
訊務在每個節點因為交換的功能被處理與緩衝以決定
離開的介面。
在SONET/SDH環上RPR的優點是所有封包進入環上分享
整個環的頻寬，而且RPR的機制管理了頻寬配置以避免
壅塞與hot spots。在SONET/SDH環上，TDM 時槽被配
置給每個線路，不管線路上有沒有訊務，頻寬被從環
上扣掉（頻寬都會被佔用）。
RPR Resiliency

RPR在50微秒內提供環的保護

RPR保護的二種模式：



環的繞接－環在錯誤的地方被插接(patched)
環的操縱－如果發生錯誤的話，訊務在來源處被重新導向到環上的
工作區。
一般而言，實體層偵測錯誤並且通知MAC層該訊號的資訊。
假如是嚴重錯誤的話，每個受影響的RPR節點就開始錯誤回
復行動。錯誤回復行動是一個簡單的重新導向，將訊務從
錯誤的路徑導向保護路徑。這個警示與重新導向訊務的過
程會在50微秒內完成。



圖2-16比較與對照RPR與SONET/SDH。例如在SONET/SDH單
向路徑切換環路上，50微秒的保護經由一個作用中的光纖
以及一個備用保護光纖來完成。傳送節點會同時在兩條光
纖上傳輸，接收節點只會在一端收到訊務。假如一條光纖
斷掉的話，會在50微秒之內回復完成。
在單向路徑切換環路（UPSR）上，只有50%的光纖處理容
量被使用到，因為另外一半被處在錯誤模式上。
在RPR上，兩條光纖－外環路與內環路，被用來使用100%
環路處理容量。如果錯誤發生的話，這個環路會繞線，孤
立發生錯誤的部分。所以RPR環路的有效頻寬是SONET/SDH
的兩倍。

圖2-16：比較SONET/SDH和RPR間的差異

RPR有效的頻寬是SONET/SDH的「二倍」
RPR Fairness

Global access control-控制存取使每個節點
可以獲得這個環路上整體頻寬的一個公平
分配。

Local access control-給節點額外的環路存
取－也就在整體分配頻寬之外－以善用較
少使用的部分。 。


圖2-7顯示三個不同的情況包括SONET/SDH UPSR、
RPR、以及L2 乙太網路環。
在SONET/SDH的情況下，假如分配了一個STS-1，
這個環損失了STS-1的頻寬，與真正的訊務無關。
在乙太網路的情況下，訊務從A到C以及從B到C可
能會超額認購SW2與SW3交換器之間點對點鏈結處
理容量。在RPR的情況下，在每個節點上的MAC個
體會監視即時鏈結的使用情形並且讓這個資訊在
環路上的所有節點都可以獲得。然後，每個節點
就可以傳送更多資料或節流閥(throttle)回來。

圖2-17：顯示3個SONET/SDH UPSR, RPR和L2
Ethernet 環狀的不同腳本
乙太網路的傳送


乙太網路並不侷限於當作存取的技術。已
經有很多的努力致力於擴充乙太網路本身
到都會網路裡當成一個傳輸技術。
當乙太網路被當成傳輸技術時，存取網路
可以被建構在環狀或hub-and-spoke（幅狀）
拓樸上。
Gigabit乙太網路Hub-and-Spoke組態


在一個Gigabit乙太網路Hub-and-Spoke組態裡，被配置在
建築物的地下室的乙太網路交換器與最靠近的出現點
(point of presence;POP)或CO是雙重歸屬。
使用鏈結整合，兩個光纖被整合到一個較大的管道內以連
接到CO。訊務在兩個光纖之間是負載平衡的，假如一個光
纖受損，另一個就吸收所有的負載。當然這是假設兩個光
纖是在兩個不同的導管連到CO以達成更好的保護。這個情
況顯示在圖2-18建築物1與CO之間了連結。

另一個方法是將光纖雙重歸屬到CO的不同
交換器內，如圖2-18建築物2與3。雖然這
避免了在交換器端單點的錯誤，它卻造成
了更高的複雜度，因為STP必須在建築物與
CO之間執行，造成雙重歸屬的連結中其中
之一的訊務被凍結(blocked)。
Gigabit乙太網路Hub-and-spoke結構

圖2-18：傳輸在2Fiber間負荷平衡，如果一條Fiber
損壞，另一條吸收滿負荷。



環的配置對一家電信公司而言可能相當具有成本
效益，但對其他人來說並不盡然。
對於目前環狀拓樸的光纖配置來說，Gigabit乙太
網路環是一系列在建築物地下室與CO之間交換器
的點對點連結，如圖2-19所示。
Gigabit 乙太網路只有1GB的處理容量讓所有建築
物分享，而且一些處理容量並不存在因為擴張樹
限制了部分的環以避免迴路。
環狀Gigabit乙太網路




對於乙太網路L2交換作業來說，環本身變成一個點對點鏈
結的集合體。縱然光纖沒有斷掉，擴張樹阻擋了環的一部
份以避免因迴路造成的廣播風暴【如圖2-20 PART A】。
例如，當一個沒有目的地的封包到達一個節點時廣播風暴
就會發生。這個節點會根據802.3d定義的標準橋接運作，
將封包散佈到環路上的。假如網路有一個迴路(例如一個
環)，這個封包會在相同節點上不斷地接收與傳送。
擴張樹演算法使用一些控制封包稱為bridge protocol data
units(BPDUs) 去發現迴路並終止它們。擴張樹正常來說會
花30到60秒整合(converge)。
當一條光纖斷掉的時候，擴張樹重新調整，並且不同節點
之間新的路徑被建立起來，如圖2-20PART B所示。
環狀Gigabit乙太網路



雖然10-Gigabit乙太網路環可以緩和壅塞的狀態，
對於10GE交換器最初的解決方案是相當耗費成本
的。
最初有10-GE介面的設備被設計當核心網路而不
是建築物的存取。當10-GE解決方案成熟而且它
們的價格降低到建築物的存取時，10-GE的環將
變成可行的解決方案。
其他方法，諸如採用WDM，可以用來增加環上的
處理容量。這樣的方法在初期採用時是否具有成
本效益是具有爭異的，因為它們增加了佈置存取
環的作業成本。
補充資料
Section Overhead : SONET







STS-1框架前三列的標題空間總共有9 bytes,攜帶synchronization and
section overhead 資訊。
A1 、 A2為固定模式 : 0xF628或二進位 1111 0110 0010 1000.接收者用
來偵測框架的開端。
 A1, A2不是密碼形式。
C1 : STS-1 ID, 定義每個STS-1。
B1 : 作為錯誤監視。
E1 : 一個 64-Kbps 語音通訊通道。
 在一個STS-N訊號裡, E1只用在第一個STS-1，其他N-1 E1’s並未使
用。
F1 : 被section使用。
D1 to D3 : 在STEs之間的一個192-Kbps通訊管道。.
 用作警示、維護、控制、監視、管理，與其他通訊需求。
 在一個 STS-N訊號裡，這個訊號只定義在第一個STS-1。其它 N-1
E1’s 並未使用
STS-1 section overhead
Line Overhead : SONET





位於標頭列中的4-9列。
H1, H2 :紀錄該指標與第一個SPE位元之間的距離。
H3 : 一個用作頻率調整的行動位元。
 如果該調整位元是負值表示它傳送的是正確的Payload。
BIP-8 :用做錯誤定位。
 在STS-1上，前一個訊框在scrambling之後使用偶同位元
計算 ，並且在目前訊框被scrambling 之前被放入B2。
K1, K2 : 作為 automatic protection switching.
 In STS-N, this is defined for #1 only.
STS-1 line overhead
Line Overhead : SONET



D4 to D12 : 在LTE之間的一個 576-Kbps通訊通道，用作
 警示
 維護
 控制
 監視
 管理
 其他通訊需求
 在 STS-N只定義在 #1
Z1, Z2 : not defined except in STS-N for #3, in which Z2 is only defined as
line far-end block error ( FEBE ).
E2 : an express 64-Kbps communications channel between LTE
 In STS-N, this is defined for #1 only
Path Overhead









SPE的第一行 ( 9 bytes )
Path bytes是有方向性的。
J1 : the trace byte , is user programmable
 接收端的PTE收集 64個重複的 J1 bytes以驗證傳送中 PTE的連通性。
 Default : 0x00
BIP-8 or B3 :錯誤控制。
C2 :顯示SPE的結構、 非同步映射、ATM等
G1 : path status to the originating PTE from the destination PTE.
F2 :給終端使用者通訊使用。
H5 : multiframe, is used as an end-to-end generalized multiframe indicator
for payloads.
Z3, Z4, Z5 : 使用者位元組，保留作為未來使用，目前尚未定義。
SONET STS-1 : path overhead
SDH VC-3/4 : path overhead
Performance Monitoring


NE gathers PM from the values of :
 Section BIP ( B1 )
 Line BIP ( B2 )
 STS path BIP ( B3 )
 VT path BIP ( bits 1 and 2 of V5 : BIP – 2 )
PM 儲存一段時間來自一些暫存器上資訊。


Information related to
 The current period
 The previous period
 The recent period
 Threshold value
Two types of registers
 Current-second register ( CSR ) : 包含一秒之內發生的缺陷或異常。
 Current-period register ( CPR ) : 包含偵測到並儲存在CSR的累積性
的缺陷或異常。
SONET/SDH Performance Monitoring



Performance monitoring ( PM ) :一組針對服務中傳輸品質
的監視規則.
Difference between SONET and SDH PM philosophy :
 SDH : PM is based on counting erroneous blocks within a
period of a second.
 SONET : based on counting code violations within a period
of a second.
SONET PM functions :
 偵測傳輸的降級( degradation)
 偵測績效參數的變異
 作業系統間的溝通
PM at the Physical Layer

對於實體層來說只需要現值
 Laser bias current ( LBC ) ≡ LBCnormal =
LBC/LBCo, where LBCo is the initial/nominal
value provided by the NE supplier
 Optical power transmitted ( OPT ) ≡ OPTnormal =
OPT/OPTo, where OPTo is the initial/nominal
value provided by the NE supplier.
 Optical power received ( OPR ) ≡ OPRnormal =
OPR/OPRo, where OPRo is the initial/nominal
value provided by the NE supplier.
PM at the Section Layer




Severely erroneous framing seconds ( SEFS-Ss ) :SEF偵測出
現期間秒數的計算
Coding violations ( CV-Ss ) :在section層裡偵測的BIP錯誤個
數 (使用 B1 byte ).
Erroneous seconds ( ES-Ss ) :下列情況下秒數的計算
 至少一個section層的BIP錯誤被偵測到，或
 an SEF or
 LOS 偵測出現
Severely erroneous seconds ( SES-Ss ) :下列情況下秒數的計
算
 K 或更多section層 BIP錯誤被偵測到或
 an SEF or
 LOS偵測出現
PM at the Line Layer


Line層的績效參數可分為近端 (Near End; NE )與遠端 (Far
End; FE )
對於近端的績效參數如下 :
 NE line coding violations ( CV-Ls ) : 在line layer偵測到的
BIP錯誤數。.
 NE line erroneous seconds ( ES-Ls ) : 至少一個line layer
BIP錯誤被偵測到或一個 AIS-L偵測出現時的秒數計算。
 NE line severely erroneous seconds ( SES-Ls ) : K或更多
line layer BIP錯誤被偵測到或一個AIS-L偵測出現期間
的秒數計算
PM at the Line Layer

FE line erroneous seconds ( ES-LFEs ) :在至少
一個line BIP錯誤被使用REI-L的FE LTE
告知或RDI-L偵測出現期間的秒數計算
FE line unavailable seconds ( UAS-LFE ) :line在
FE被認為不可獲得時的秒數
 FE line failure counts ( FC-LFEs ) :FE line錯誤事
件發生的次數
 錯誤事件的開始是從RFI-L 錯誤被偵測到開
始到RFI-L 被清除截止。

PM at the Line Layer



NE line unavailable seconds ( UAS-Ls ) : line被認為不可被使用期間
的秒數
NE line failure counts ( FC-L ) : 近端錯誤事件發生的次數。
 錯誤事件從AIS-L被宣靠開始直到AIS-L被清除截止。
Protection switching count ( PSC ) : relates to systems that are
equipped with two switching fabrics, the working and the protection
 For working line : a count of the times that service switched from
the monitored line to the protection line + the times it switched
back to the working line.
 For protection line : a count of the times that service switched from
any working line to the protection line + the times it switched back
to the working line.
PM at the Line Layer
Protection switching duration ( PSD ) : 以秒數計算
 For working line : a count in seconds that indicates the duration of
time service was carried on the protection line.
 For protection line : a count in seconds that indicates the duration
of time the protection line was used to carry service.
 STS pointer justification ( STS-PJ ) : a count of the STS pointer
adjustments created or absorbed by an NE due to differences in the
frame rates of incoming and outgoing SONET signals.
 The STS-PJ parameter is accumulated for a non-terminated STS
path.
For the far-end line layer performance parameters are :
 FE line coding violations ( CV-LFEs ) : a count of BIP errors detected
by the FE LTE and reported back to the NE LTE using the REI-L in the
line OH.


PM STS Path Layer



STS路徑層的績效參數可分為STS與VT。
每個錯誤可分為近端與遠端
近端STS路徑層績效參數如下 :
 NE STS path coding violations ( CV-Ps ) : 在STS路徑曾被偵
測到BIP錯誤的次數。
 NE STS path erroneous seconds ( ES-Ps ) :至少一個STS path
BIP錯誤被偵測到或AIS-P出現期間的秒數。
 NE STS path severely erroneous seconds ( SES-Ps ) : K 或
更多STS路徑BIP錯誤被偵測到或AIS-P或 LOP-P 出現期間的秒數.
 NE STS path unavailable seconds ( UAS-P ) : STS路徑不可獲
得期間的秒數。
 NE STS path failure counts ( FC-Ps ) :近端STS路徑錯誤事件
發生的次數。

錯誤事件開始於AIS-P或LOP-P被宣告並於清除時結束。