乙太網路為基礎之電信傳輸網路架構及其效能研究

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研究生：	許勝倉 Sheng-Chang Hsu
論文名稱：	乙太網路為基礎之電信傳輸網路架構及其效能研究 Ethernet-based Carrier Transmission Network Architecture and Its Performance Study
指導教授：	陳彥文 Yen-Wen Chen
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	資訊電機學院 - 通訊工程學系在職專班 Executive Master of Communication Engineering
畢業學年度：	97
語文別：	中文
論文頁數：	300
中文關鍵詞：	乙太網路、電信等級、傳輸架構、分時多工、封包交換、核心網路、都會網路、城域網路、電信網路、光網路、光纖到府
外文關鍵詞：	PSTN, PWE3, OAM, Circuit Emulation, PTP, FTTH, Jumbo Frame, PSN, Metro Network, TDM, Telecommunication, Metro Ethernet, Carrier-Grade Transport, Core Network, Ethernet
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乙太網路可以非常高的速度傳輸資料、可簡單並快速安裝、維護簡單、以及價格低廉的短距離傳輸網路環境，並可選用光纖作為傳輸介質，增加了網路應用的範圍及距離，使得乙太網路非常成功的從區域網路，跨入到城域網路，乃至於廣域網路。以10Gbps或100Gbps為主要核心的光纖乙太網路架構，將會構成下一代網路的骨幹。原本的城域網路及廣域網路都是使用電信網路作為基礎傳輸架構，但基於乙太網路的傳輸速度一直以十倍提昇，但價格卻是一直下降，又因網路傳輸協定的改進，使得利用乙太網路傳輸電信網路資料成為可行。
對於乙太網路一直使用1500Byte的資料長度，也因傳輸的品質、速度越來越高，以傳輸效率來看，加大資料長度換用Jumbo Frame以降低CPU處理能力需求的必要性。
本文主要討論使用光纖乙太網路架構為核心網路，並以其作為分時多工的電信網路基礎傳輸架構，轉換傳統電信語音網路的資料至封包交換式網路，以期望可以架構出便宜、有效率及穩定的乙太網路為基礎的電信傳輸網路，作一分析及探討。

Ethernet is a hierarchical local area data network for high data rate, simplicity relatively short-distance transport, quick installation, easily maintenable, and low cost. Alghough with optical fiber for extened the transport distance to Metro even International connection as transport networks. Ethernet is a permanent success story, extending its reach from LAN and MAN into WAN. 10 Gbps and 100Gbps Ethernet will be the key enabler for a new generation of true end-to-end carrier grade Ethernet networks for carrier the TDM circuits.
When the Ethernet frame size is still use 1500Byte since 10Mbps to 10Gbps, but it must rasie up because the transport performance is be lmited with small chunk and required higher performance of network processor.
This paper first focuses on functionality and standards required to enable carrier-grade Ethernet-based core networks and possible Ethernet backbone network architechtures will be discussed. The second part then evaluates the TDM circuits over the Ethernet core networks and competitive network architectures. The results propose that Ethernet will not only soon be mature enough for deployment in carrier prvider''s backbone networks but also provide huge cost advantages to carrier providers than the original TDM network architectures.

目錄
緒論、前言及研究動機 1
1 前言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 研究動機. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
3 章節安排. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
4 緒論-為何需要 Carrier Grade Ethernet? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
4.1 基本定義. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
4.2 TDM電信網路的難題. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
4.2.1 需要同步信號. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
4.2.2 規格不統一. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4.2.3 傳輸架構混亂. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
4.2.4 管理困難度高. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
4.2.5 維護難度高. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
4.2.6 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
4.3 使用乙太網路作為 TDM網路傳輸基礎[14, 116, 112] . . . . . . . . . . 8
4.4 Frame Size的改變. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
4.5 TDM-over-PSN和 VoIP之比較. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
乙太網路構成技術介紹 10
1 IEEEStandards 802 Ethernet for Metropolian Area and Local Area Network . . . . . . 10
1.1 乙太網路的歷史演進[5] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2 基本工作方式[25] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2.1 最小 Frame Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect)[25] . . . . . . . . 15
1.3.1 Main prodedure: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3.2 Collision detected procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3.3 Ethernet Slot Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3.4 Random backoff time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2 10/100/1000/10000Mbps and Nextstep . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1 Fast Ethernet IEEE802.3u. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2 Gigabit Ethernet IEEE802.3z/802.3ab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3 10GBEthernet IEEE802.3ae/IEEE802.3an . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.4 100Gb Ethernet IEEE802.3ba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3 WLANEthernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4 傳輸媒介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.1 Network Topology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.2 Cable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.2.1 10BASE-2 Thin Coaxial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.2.2 10BASE-5 Thick Coaxial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2.3 10/100/1000BASE-TTwisted Pair Telephone Wire[67] . . . . . . . 24
4.2.4 10BASE-F/100BASE-FX/1000LXOptical Fiber [68] . . . . . . . . . 26
4.2.5 MultiMode Fiber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.2.6 Singal Mode Fiber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.3 Coding methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.3.1 Manchester code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
5 IEEE802.3af[36] PoE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
5.1 802.3af PoE規格. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.2 線路連接方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
6 IEEE802 Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
IEEE802.1 Bridging and Management 36
1 Ethernet 的 Layer 2 - Link Layer[5, 53, 106] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.1 Media Access Control - MAC[25, 70, 29] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.1.1 MAC-48 至 EUI-64 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.1.2 EUI-48 至 EUI-64 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.1.3 MACAddress 分類 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.2 Logical Link Control[16] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.2.1 LLC的主要工作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.2.2 SAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.2.3 SNAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2 IEEE802.1DBridge[26, 70] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.1 Bridge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2 STP[26] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.1 Spannng Tree port 狀態. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.2 BPDU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.2.2.1 Path Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2.2.2 BPDU格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.3 RSTP[35] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3 IEEE802.1QVirtual LAN[27] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.1 VLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2 GARP及GVRP及GMRP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.3 MSTP[34] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4 IEEE802.1ad Provider Bridge - Q-in-Q[30, 27, 72, 73] . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5 IEEE802.1ah Provider Backbone Bridge - MAC-in-MAC[31, 30, 27] . . . . . . . . . . 53
6 各種Ethernet Frame比較. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
7 Ethernet Jumbo Frame[123] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
故障及錯誤管理 60
1 IEEE802.1ab Link Discovery. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
1.1 LLDPframe 格式：. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2 IEEE802.3ad Link Aggregation[33] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.1 Link Aggregation Control Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3 IEEE802.3ah OAM[37, 4, 59] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.1 Slow Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.2 OAMsublayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.3 Remote Loopback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.4 OAMPDU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.4.1 OAMPDUFormat: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.4.2 Information TLV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.4.3 Event Notification TLV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.4.4 Variable Request and Variable Response TLV . . . . . . . . . . . 74
3.4.5 Remote Loopback TLV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.4.6 Organization Specific TLV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.5 IEEE802.3ah Ethernet in the First Mile OAMSummary . . . . . . . . . . . . 75
4 IEEE802.1ag[32, 59, 60] OAM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5 ITU-TY.1731[60, 59] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.1 ITU-TY.1731 OAMPDU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.1.1 Common OAMPDUFormat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.1.2 Generic TLVFormat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.1.3 CCMTLV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.1.3.1 CCM時間單位定義如下：. . . . . . . . . . . . . . 81
5.1.3.2 CCM的偵測值：. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.1.4 LBM和LBRTLV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.1.5 LTM和LTRTLV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.1.6 AISTLV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.1.7 RDI TLV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.1.8 LCKTLV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.1.9 TSTTLV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.1.10 APSTLV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.1.11 MCCTLV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.1.12 LMM和LMRTLV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.1.13 DMM和DMRTLV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.1.14 EXM和EXRTLV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.1.15 VSM和VSRTLV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.2 Frame Counter 計算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.2.1 No wrapping around for both transmit and receive counters . . . . 84
5.2.2 Only transmit counter wraps around. . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.2.3 Only receive counter wraps around . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5.2.4 Both transmit and recevie counters wrap around. . . . . . . . . . 86
5.2.5 Frame loss calculation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.2.6 Frame counter wrapping periodicity . . . . . . . . . . . . . . . . 87
6 Metro Ethernet Forum MEF-16[74] E-LMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.1 E-LMI Message . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.1.1 STATUSMessage : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.1.2 STATUSENQUERYMessage : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.2 E-LMI Frame Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.3 Information Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6.3.1 Report Type Information Element . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6.3.2 Sequence Number Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6.3.3 CE-VLANIDto EVCMap Information . . . . . . . . . . . . . . . 91
6.3.4 UNI Status Information Element . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
6.3.5 EVCStatus Information Element . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
6.3.6 Data Instance Information Element . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
7 MPLSOAM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
8 Internet Protocol[7] Fault Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
8.1 IPPing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
8.2 Traceroute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
9 End-to-End OAMSummary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
10 Spanning-Tree Ring[26, 70] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
10.1 Protected with STP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
10.2 Protected with Multiple STP[35, 34, 26, 27] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
11 IEEE802.17[38, 105] RPR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
11.1 Dual Ringlet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
11.2 RPRMACStructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
11.3 RPRMACArchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
11.3.1 單一節點的MAC架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
11.3.2 資料在多點連接的處理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
11.4 RPRFrame Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
11.4.1 Basic Frame. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
11.4.2 Extended Frame. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
11.5 RPRData Transmittion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
11.5.1 Protection Method. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
11.5.2 SAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
11.5.3 50ms的切換時間. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
12 ITU-TG.8032/Y.1344 Ethernet Ring Protected Switching . . . . . . . . . . . . . . . . 109
12.1 ERPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
12.2 R-APSPDU. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
13 Ring Protection Switching Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
以乙太網路傳輸同步信號 113
1 時鐘的精準度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
2 IEEEStandards 1588[24, 108] Precision Time Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
2.1 IEEE1588 Clock Network Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
2.2 階層式主從架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
2.3 時鐘的階層. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
2.4 時鐘信號來源. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
2.5 同步方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
2.5.1 同步訊號. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
2.5.2 時間差計算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
2.5.3 以硬體加注時間標記. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
2.6 傳輸方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
2.6.1 以 Ethernet 為傳輸方式 (IEEEStandards 1588 Annex D) . . . . . 120
2.6.2 以 UDP/IP為傳輸方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
2.7 PTP封包格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
2.7.1 PTPProtocol Header . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
2.7.2 Sync Message and DelayReq Message . . . . . . . . . . . . . . 122
2.7.3 Follow-Up. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
2.7.4 DelayResp Message . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
2.8 影響精確度的原因. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
2.9 PTP測試. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
3 IEEE802.1AS[125] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4 其他的校時方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.1 PTP和其他的網路校時方式比較. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Pseudo Wire Edge-to-Edge Emulation － PWE3 130
1 RFC-3985[78]/RFC-5462 PWE3 Reference Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
1.1 PWE3 Protocol Stack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
1.2 PWE3 Services Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
1.3 PWE3 Control plane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
2 RFC-4553[84] SAToP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
3 RFC-5087[94] TDMover IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
4 Pseudo Wire and MPLS[80] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Multi-Protocol Lable Switching - MPLS 143
1 MPLS的發展. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
2 MPLS工作方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
2.1 MPLSHeader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
2.2 LDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
2.3 FEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
2.4 NHLFE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
2.5 CR-LDP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
2.6 RSVP-TE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
3 MPLS的服務. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
3.1 VPLS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
3.2 T-MPLS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
3.3 GMPLS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
3.4 MPLS-TP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
3.5 L2 MPLSVPN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
4 IETFMPLSStandards Documents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
NS2網路模擬 150
1 模擬軟體的選用及模擬參數設定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
2 計算方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
2.1 End-to-End Delay. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
2.2 Jitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
2.3 Loss Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
2.4 Throughput Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
3 模擬結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
3.1 Delay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
3.2 Loss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
3.3 Jitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
3.4 Throughput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
4 模擬結果比較. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
結論-使用 Carrier-Grade Ethernet 的網路傳輸架構 188
1 使用電信網路架構的資料網路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
2 傳統網路的LAN至MAN到WAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
3 乙太網路從LAN至MAN到WAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
4 Carrier-Grade Ethernet帶來的改變. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
5 Protocol Stack 的改變. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
6 Ethernet Frame的改變. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
7 OAM管理、監視及控制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8 多重線路保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
9 Clock Sync and Recovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
10 Circuit Emulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
11 Carrier-Grade Ethernet的完整架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
12 總結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
A 網路模型 211
A.1 OSI 七層協定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
A.2 TCP/IP網路模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
A.3 OSI 7 Layer Model 和 TCP/IPModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
B Circuit Switched 電信網路從類比到數位 215
B.1 接線方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
B.1.1 E&M: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
B.1.2 Loop Start : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
B.1.3 Ground Start : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
B.2 類比聲音. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
B.3 數位化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
B.3.1 Nyquist Theorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
B.3.2 Pulse Code Modulation (PCM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
B.3.2.1 A
−Law及μ−Law編碼 . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
B.3.2.2 A
−Law和μ−Law編碼比較. . . . . . . . . . . . . . . 221
B.4 多工. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
B.4.1 TDM分時多工 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
B.4.2 FDM分頻多工 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
C 數位電信網路的基本架構 224
C.1 同步、非同步、近似同步. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
C.2 PDH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
C.2.1 北美規格 T-Carrier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
C.2.1.1 DS0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
C.2.1.2 DS1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
C.2.1.3 DS2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
C.2.1.4 DS3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
C.2.2 歐洲規格 E-Carrier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
C.2.2.1 E0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
C.2.2.2 E1[49, 43] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
C.2.2.3 E2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
C.2.2.4 E3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
C.2.2.5 E4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
C.2.3 編碼方式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
C.2.3.1 AMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
C.2.3.2 B8ZS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
C.2.3.3 HDB3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
C.2.4 Signaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
C.2.4.1 CAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
C.2.4.2 CCS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
C.2.4.3 SS7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
C.2.5 T-Carrier 和 E-Carrier 比較 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
C.3 SONET/SDH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
C.3.1 SONET/SDH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
C.4 SONET 的架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
C.4.1 SONET Overhead . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
C.4.1.1 Transport Overhead - TOH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
C.4.1.2 Section Overhead - SOH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
C.4.1.3 Line Overhead - LOH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
C.4.1.4 Synchronous Payload Envelope - SPE . . . . . . . . . . . . . . . 245
C.4.1.4.1 Path Overhead - POH . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
C.4.1.5 Multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
C.4.2 Data Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
C.5 SDH 的架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
C.5.1 Data size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
C.6 Virtual Tributaries Multiplexing Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
C.6.1 TU-11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
C.6.2 TU-12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
C.6.3 TU-2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
C.7 Multiplexing Mapping. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
C.7.1 Container Multiplexing Mapping Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
C.8 Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
C.8.1 同步. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
C.8.2 Stratum Clocking 的等級. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
C.8.3 ADMand Cross Connection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
C.8.4 Line fail recovery protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
C.8.5 Alarm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
C.8.6 OAM&P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
C.9 SONET/SDH的傳輸速率. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
C.10 PDH和 SDH比較. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
C.11 高速數位傳輸網路架構的要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

                                

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