3.2、SDH帧结构

1、SDH 帧结构概述
SDH（Synchronous Digital Hierarchy）即同步数字体系，是一种用于光纤通信系统中的数字传输技术。它的帧结构是实现其高效数据传输和复用功能的关键。SDH 帧是一种块状帧结构，以字节为基础进行组织。
一个 SDH 帧的周期是固定的，为 125μs，这是和传统的 PCM（Pulse - Code Modulation）数字通信系统中的抽样周期一致的，方便实现不同信号之间的兼容和复用。
SDH（Synchronous Digital Hierarchy）即同步数字体系，其帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键因素。为了满足对各种支路信号进行同步的复用、交叉连接和交换等功能需求，ITU - T采纳了一种以字节结构为基础的矩形块状帧结构。例如STM - N信号的帧结构为9行×270×N列的形式（其中N取值为1、4、16、64……），这意味着信号可由N个STM - 1信号通过字节间插复用而成。在这种帧结构中，字节的传输顺序是从左到右、从上到下逐个字节进行，传完一行再传下一行，传完一帧再传下一帧，并且STM - N信号的帧频始终为8000帧/秒，对应的帧长或帧周期恒定为125μs，这样保证了信号传输的规律性。同时，像PDH中的E1信号也是8000帧/秒，但PDH不同等级信号的帧周期并非都恒定，而SDH信号速率规律性使得高速SDH信号能够直接进行低速信号的分/插操作，适用于大容量传输场景。例如我们可以根据这个规律得出，当STM - N的帧频为8000帧/秒时，对应信号帧中某一特定字节每秒被传送8000次，那么该字节的比特速率就是8000×8bit = 64kbit/s，此速率恰好是一路数字电话的传输速率

2、SDH 帧的组成部分
SDH帧大体由三部分组成：段开销（SOH）、管理单元指针（AU - PTR）以及信息净负荷（payload）

段开销（Section Overhead，SOH）
段开销是指 STM - N（N = 1,4,16,64 等）帧结构中为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必需的附加字节，主要用于网络的运行、管理和维护（OAM）。(STM-1有4.608Mbit/s 可用于网络运行，管理和维护)
段开销是为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必须附加的供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。在整个SDH帧体系中起着至关重要的作用，好比是对货物运输整体的监控系统（信息净负荷比作货物），当货物出现损坏时，就需要通过段开销这些监控措施来判定大体在哪些范围出现问题。SOH又可以进一步细分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）。二者的区别在于监管的范围不同，比如在光纤上传输2.5G信号的时候，RSOH是对STM - 16整体传输性能进行监控，而MSOH则是监控STM - 16信号中每一个STM - 1的性能情况。其中再生段开销在STM - N帧中的位置是第一到第三行的第一到第9×N列，共3×9×N个字节；复用段开销在STM - N帧中的位置是第5到第9行的第一到第9×N列，共5×9×N个字节。这两部分连同通道开销（POH），相互协作形成层层细化的监控功能体系，来确保SDH信号的传输质量

- 信息净负荷（Payload）
它是在STM - N帧结构中存放将由STM - N传送的各种信息码块的地方，类比于STM - N这辆运货车的车厢，里面装载的是经过打包的低速信号（待运输的货物）。尽管称为信息净负荷，但它并不纯粹是有效负荷，这是因为在将低速信号打包的过程中加入了监控开销字节（通道开销POH字节）。POH字节作为净负荷的一部分伴随着信息码块在SDH网络中传送，并负责对打包的货物（低速支路信号）进行通道性能监视、管理和控制。举例来说，如果将STM - 1信号看作一个可以复用进63×2Mbit/s信号的传输主干道，这63个2M通道复合在一起成为STM - 1信号这条大道。其中每条小路（代表每个2M通道）就相当于一个低速信号通道，通道开销的职能就是监控这些小路的传送状况，即监测相应低速支路信号在通过SDH网络传输时的性能情况

- 管理单元指针（Administrative Unit Pointer，AU - Ptr）
管理单元指针位于STM - N帧中第4行的9×N列，共9×N个字节。它的主要作用是为了指示信息净负荷的第一个字节在STM - N帧内的准确位置的指示符。这个指针机制使得SDH有一个非常重要的功能，就是能够从高速信号中直接分/插出低速支路信号（比如2Mbit/s）。因为低速支路信号在高速SDH信号帧中的位置具有规律性、可预见。SDH在处理各种信号时包括将各种信号装入SDH帧结构的净负荷区需要经历三个步骤：映射、定位、复用，在这个过程中管理单元指针对于整个过程的实现以及信号处理有着不可替代的作用，起到了一种定位信号位置，使得后续操作能够准确进行的作用

- SDH 帧结构的复用原理
SDH 采用了字节间插复用的方式。以将 4 个 STM - 1 复用成一个 STM - 4 为例，在复用过程中，4 个 STM - 1 的帧结构按照字节为单位依次排列，形成 STM - 4 的帧结构。
这种复用方式使得不同速率等级的信号可以方便地进行组合和分解，同时也便于网络的扩展和升级。例如，在构建一个大容量的光纤传输网络时，可以先将多个低速率的支路信号复用成 STM - 1 信号，然后再进一步复用成更高等级的 STM - N 信号，从而实现高效的信号传输。
SDH 帧结构通过其合理的组成部分和复用原理，在现代通信网络，特别是光纤通信网络中发挥了重要的作用，保证了信号的高效、稳定传输和网络的有效管理。

SDH帧结构比喻参考以多层建筑为举例：将SDH帧结构视为一座多层建筑。
1、信息净负荷是建筑内居住或存放的人和物品（也就是传输的业务数据）。
2、段开销可以比作建筑的框架结构和基础设施系统（如水电、消防、楼梯、走廊等），框架结构保证整个建筑（SDH帧结构）的稳定，各类设施保障人员物品（信息净负荷）能正常“利用”建筑进行居住存放，同时各个楼层、区域可能有不同的监控管理功能（如不同段开销字节管理不同层的性能监控等操作）。
3、而管理单元指针就像建筑内房间的编号或者指向特定区域的指示牌，这样人们（接收设备）就能准确找到对应的房间或者物品存放处（分离信息净负荷）进行操作。

一个 SDH 帧的周期是固定的，为 125μs

RSOH、MSOH二者区别
-监管范围：RSOH 监控的是 STM-N 整体的传输性能，比如从一个再生器到另一个再生器之间的传输链路；而 MSOH 则是监控 STM-N 信号中每一个 STM-1 的性能情况，即复用段内各个 STM-1 信号的传输状态。

-接入位置：RSOH 既可在再生器接入，又可在终端设备接入；而 MSOH 将透明地通过再生器，只能在终端设备处终结。