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第70题

知识点： SDH SD 传输速率封装广域网数据传输速率信道

关键词：封装广域网数据传输信道传输数据章/节：网络技术

利用SDH实现广域网互联，如果用户需要的数据传输速率较小，可以用准同步数字系列（PDH)兼容的传输方式在每个STM-1帧中封装（70)个E1信道。

A. 4

B. 63

C. 255

D. 1023

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第15题 2010年上半年

24%

同步数字系列（SDH)是光纤信道的复用标准，其中最常用的STM-1(OC-3)的数据速率是（15) ， STM-4(OC-12)的数据速率是（16)。


知识点讲解
· SDH · SD · 传输速率 · 封装 · 广域网 · 数据传输速率 · 信道

SDH

SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字系列）是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，是美国贝尔通信技术研究所提出的同步光网络（SONET）。它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护。

SDH是主要的广域网互联技术，利用运营商的SDH网络实现互联，可以采用两种方式，即IP over SDH和PDH兼容方式。

1）IP over SDH

IP over SDH是以SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络，使用链路适配及成帧协议（PPP）对IP数据包进行封装，然后按字节同步的方式把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净负荷封装中进行连续传输。IP over SDH为IP网络设备提供的接口主要是POS，该接口可以提供STM-1及其以上的传输速率。

2）PDH（准同步数字系列）兼容方式

SDH提供了对传统PDH的兼容方式。这种方式在SDH中的最低速率同步传输模块STM-1中封装了63个E1信道，可以最多同时向63个用户提供2Mb/s的接入速率。

PDH兼容方式可以提供两种方式的接口：传统E1接口和封装了多个E1信道的CPOS，路由器通过一个CPOS接口接入SDH网络，并通过封装的E1信道连接多个远程站点。

3）MSTP

基于SDH的多业务传送平台（Multi-Service Transport Platform， MSTP）是指基于SDH平台实现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。

.具有TDM业务、ATM业务或以太网业务的接入功能。

.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。

.具有ATM业务或以太网业务的带宽统计复用功能。

.具有ATM业务或以太网业务映射到SDH虚容器的指配功能。

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2层、3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，构成业务层和传输层一体化的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。

SD卡（Secure Digital Memory Card）是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备。SD卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。大小犹如一张邮票的SD记忆卡，重量只有2g，但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。

SD卡在24mm×32mm×2.1mm的体积内结合了SanDisk快闪记忆卡控制与MLC（Multilevel Cell）技术和Toshiba（东芝）0.16μ及0.13μ的NAND技术，通过9针的接口界面与专门的驱动器相连接，不需要额外的电源来保持其上记忆的信息。而且它是一体化固体介质，没有任何移动部分，所以不用担心机械运动的损坏。

传输速率

传输速率是指数据在信道中传输的速度。可以用码元传输速率和信息传输速率两种方式来描述。

码元是在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制数字。这样的时间间隔内的信号称为二进制码元，而这个间隔被称为码元长度。码元传输速率又称为码元速率或传码率。码元速率又称为波特率，每秒中传送的码元数。若数字传输系统所传输的数字序列恰为二进制序列，则等于每秒钟传送码元的数目，而在多电平中则不等同。单位为“波特／秒”，常用符号Baud/s表示。

信息传输速率即位率，位／秒（b/s），表示每秒中传送的信息量。

设定码元传输速率为RB，信息速率Rb，则两者的关系如下：

Rb=RB×log₂M

其中，M为采用的进制。例如，对于采用十六进制进行传输信号，则其信息速率就是码元速率的4倍；如果数字信号采用四级电平即四进制，则一个四进制码元对应两个二进制码元（4=2²）。

封装

面向对象系统中的封装单位是对象，对象之间只能通过接口进行信息交流，外部不能对对象中的数据随意地进行访问，这就造成了对象内部数据结构的不可访问性，也使得数据被隐藏在对象中。封装的优点体现在以下三个方面。

（1）好的封装能减少耦合。

（2）类内部的实现可以自由改变。

（3）一个类有更清楚的接口。

广域网

广域网（Wide Area Network，WAN）是在传输距离较长的前提下所发展的相关技术的集合，用于将大区域范围内的各种计算机设备和通信设备互联在一起组成一个资源共享的通信网络。其主要特点如下。

（1）长距离。跨越城市，甚至联通全球进行远距离连接。

（2）低速率。一般情况下，广域网的传输速率是以Kb/s为单位的。随着应用的需要，以及技术的不断创新，现在也出现了许多像ISDN和ADSL这样的高速广域网，其传输速率也能达到Mb/s，当然费用也大大地提高了。

（3）高成本。相对于城域网和局域网来说，广域网的架设成本是很昂贵的，当然它所带来的经济效益也是极大的。像现在的Internet就给世界带来了前所未有的大发展。

WAN一般用电话线路，当然也可以用其他的媒介如光纤、卫星来建立。目前，经常采用的几种电话线路技术如下。

（1）公用交换电话网（PSTN）。在大多数家庭中使用。

（2）综合业务数字网（ISDN）。最常用的是基带ISDN，被分为三条信道，两条用于数据传输，一条用于控制，称为2B+D，每条B信道速率为64Kb/s，而D信道则为16Kb/s。

（3）T1线路。主要用于商业应用，其传输速率达到了1.544Mb/s。

WAN由通信子网与资源子网两个部分组成，通信子网通常由通信节点和通信链路组成。通信节点往往就是一台计算机，它一方面提供通信子网与资源子网的接口，另一方面对其他节点而言又是一个存储转发节点。作为网络接口节点，它能提供信息的接口，并对传输及网络信息进行控制。通信子网中，软件必须遵循网络协议，实现对链路及节点存储器的管理，还必须提供与主处理器、终端集中器进信息交换的接口。资源子系统是指连在网上的各种计算机、终端和数据库等。这不仅指硬件，也包括软件和数据资源。通信子网主要使用分组交换技术，根据网络通信原理，局域网与广域网的互联一般是通过第三层设备路由器实现的。

数据传输速率

数据传输速率主要涉及比特率、信道带宽、波特率、奈奎斯特定理、香农定理、误码率等。

1）比特率

比特率指单位时间内所传送的二进制码元（码元是对于网络中传送的二进制数字中每一位的通称，也常称作"位"或比特（bit））的有效位数，以每秒多少比特数计，即b/s（或bps）。计算公式为

S=（log₂N）/T

式中：T为一个数字脉冲信号的宽度或重复周期，单位为秒（s）；N为一个码元所取的离散值个数。

通常N=2^K,K为二进制信息的位数，K=log₂N。N=2时，S=1/T，表示数据传输速率等于码元脉冲的重复频率。

2）信道带宽

信道带宽W=f₂-f₁，其中f₁是信道能通过的最低频率，f₂是信道能通过的最高频率，两者都是由信道的物理特性决定的。为了使信号传输中的失真小些，信道要有足够的带宽。

3）波特率

波特率是指单位时间内传输的码元位数，以波特为单位，即Baud，通常用于表示调制解调器之间传输信号的速率。这里码元可以是二进制的，也可以是多进制的。计算公式为

B=1/T

式中：T为信号码元的宽度，单位为秒（s）。

比特率和波特率的关系用下面公式所示，即

S=Blog₂N或B=S/log₂N

4）奈奎斯特定理

1924年，哈里.奈奎斯特（Harry Nyquist）就推导出了有限带宽无噪声信道的极限波特率，称为奈奎斯特（Nyquist）定理。若信道带宽为W，则最大码元速率为

B=2W（Baud）

奈奎斯特定理指定的信道容量也叫作奈奎斯特极限，这是由信道的物理特性决定的。超过奈奎斯特极限传送脉冲信号是不可能的，所以要进一步提高波特率必须改善信道带宽。

码元携带的信息量由码元取的离散值个数决定。一个码元携带的信息量n（比特）与码元的种类数N有以下关系，即

n=log₂N

即若码元取两个离散值，则一个码元携带1比特信息；若码元取4种离散值，则一个码元携带2比特信息。

在一定的波特率下提高速率的途径是用一个码元表示更多的比特数。如果把2比特编码为一个码元，则数据速率可成倍提高，即

R=Blog₂N=2Wlog₂N

式中：R为数据速率，b/s。

5）香农定理

奈奎斯特定理是在无噪声的理想情况下的极限值。实际信道会受到各种噪声的干扰，因而远远达不到按奈奎斯特定理计算出的数据传送速率。香农的研究表明，有噪声信道的极限数据速率为

C=Wlog₂（1+S/N）

式中：W为信道带宽；S为信号的平均功率；N为噪声平均功率；S/N叫作信噪比。这个公式叫作香农（Shannon）定理。由于在实际使用中S与N的比值太大，故常取其分贝数（dB）。分贝与信噪比的关系为

dB=10 lg(S/N)

例如，当S/N=1000时，信噪比为30dB。这个公式与信号取的离散值个数无关，也就是说，无论用什么方式调制，只要给定了信噪比，则单位时间内最大的信息传输量就确定了。例如，信道带宽为3000Hz，信噪比为30dB，则最大数据速率为

C=3000log₂（1+1000）≈3000×9.97≈30 000b/s

这是极限值，只有理论上的意义。实际上，在3000Hz带宽的电话线上数据速率能达到9600b/s就很不错了。

6）误码率

误码率指信息传输的错误率，即已接收信息中错误比特数占总传输比特数的比例。它是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。在计算机网络中，一般要求误码率低于10^-6。若误码率达不到这个指标，可通过差错控制方法检错和纠错。

误码率公式为

P_e=N_e/N

式中：N_e为其中出错的位数；N为传输的数据总数。

信道

信道是数据传输的通路，在计算机网络中信道分为物理信道和逻辑信道。

（1）物理信道。物理信道指用于传输数据信号的物理通路，由传输介质与有关通信设备组成。物理信道还可根据传输介质的不同而分为有线信道和无线信道，也可按传输数据类型的不同分为数字信道和模拟信道。

（2）逻辑信道。逻辑信道指在物理信道的基础上，发送与接收数据信号的双方通过中间结点所实现的逻辑联系，由此为传输数据信号形成的逻辑通路。逻辑信道可以是有连接的，也可以是无连接的。

信道传输按信息传送的方向与时间可以分为单工、半双工、全双工三种传输方式。

（1）单工通信。单工通信就是单向传输，传统的电视、电台就是单工传输。单工传输能够节约传输的成本，但是没有了交互性。现在传统的电视向可以点播的电视方向发展，这使得必须对原来的单工传输的有线电视网络进行改造才能支持点播。

（2）半双工通信。半双工通信可以传输两个方向的数据，但是在一段时间内只能接受一个方向的数据传输，许多对讲机使用的就是半双工方式，当一方按下按钮说话时，不能听见对方的声音。这种方式也称为“双向交替”。对于数字通道，如果只有一条独立的传输通道，那么就只能进行半双工传输。对于模拟通道，如果接收和发送使用同样的载波频率，那么它也只能使用半双工的传输方式。

（3）全双工通信。全双工通信意味着两个方向的传输能够同时进行，电话是典型的全双工通信。要实现全双工通信，对于数字通道，必须有两个独立的传输路径。对于模拟通道，如果没有两条独立的路径，双方使用的载波频率不同，那么也能实现。另外还有一种“回声抵消”的方法，也能实现全双工通信。下图所示是单工、半双工和全双工示意图。

传输方式比较示意图

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