光纖具有高帶寬、傳輸距離遠等優點，已成爲寬帶綜合數字業務網的主要物理連接媒介，不過，如果僅憑單純的光纜連接，並不能構成擔負各種複雜應用的傳輸網。骨幹傳輸需要由複雜的傳輸協議來支撐，並藉助光纖作爲物理媒介。
SDH傳送網的概念最初於1985年由美國貝爾通信研究所提出，稱之爲同步光網絡（Synchronous Optical NETwork,SONET）。它是由一整套分等級的標準傳送結構組成的，適用於各種經適配處理的淨負荷（即網絡節點接口比特流中可用於電信業務的部分）在物理媒質如光纖、微波、衛星等上進行傳送。該標準於1986年成爲美國數字體系的新標準。國際電信聯盟標準部（ITU—T）的前身國際電報電話資詢委員會（CCITT）於1988年接受SONET概念，並與美國標準協會（ANSI）達成協議，將SONET修改後重新命名爲同步數字系列（Synchronous Digital Hierarchy,SDH）,使之成爲同時適應於光纖、微波、衛星傳送的通用技術體制。
SDH網是對原有PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy準同步系列）網的一次革命。PDH是異步復接，在任一網絡節點上接入接出低速支路信號都要在該節點上進行復接、碼變換、碼速調整、定時、擾碼、解擾碼等過程，並且PDH只規定了電接口，對線路系統和光接口沒有統一規定，無法實現全球信息網的建立。隨着SDH技術引入，傳輸系統不僅具有提供信號傳播的物理過程的功能，而且提供對信號的處理、監控等過程的功能。SDH 通過多種容器C和虛容器VC以及級聯的復幀結構的定義，使其可支持多種電路層的業務，如各種速率的異步數字系列、DQDB、FDDI、ATM等，以及將來可能出現的各種新業務。段開銷中大量的備用通道增強了SDH網的可擴展性。通過軟件控制使原來PDH中人工更改配線的方法實現了交叉連接和分插複用連接，提供了靈活的上/下電路的能力，並使網絡拓撲動態可變，增強了網絡適應業務發展的靈活性和安全性，可在更大幾何範圍內實現電路的保護、高度和通信能力的優化利用，從而爲增強組網能力奠定基礎，只需幾秒就可以重新組網。特別是SDH自愈環，可以在電路出現故障後，幾十毫秒內迅速恢復。SDH的這些優勢使它成爲寬帶業務數字網的基礎傳輸網。
原廣播電影電視部在1995年研究制定全國有線電視聯網規劃時已明確規定，國家部級和省級幹線全部採用SDH傳輸技術，數據流的傳輸碼率爲2.5Gb/s，即STM-16。現在我國的有線電視網絡在省內和省外均採用了SDH傳輸體制，有線電視網絡的SDH網起着公共物理傳輸平臺的作用，在此平臺上，一部分帶寬用來傳輸廣播電視節目，另一部分用來直接傳輸用戶數據或從ATM、IP交換機匯聚來的數據流等。本文僅討論利用有線電視網絡的SDH網傳輸IP數據流。
一、SDH傳輸網的基本構成
SDH傳輸網是由一些SDH網絡單元組成的，在光纖、微波或衛星上進行同步信息傳送，融復接、傳輸、交換功能於一體，由統一網絡管理操作的綜合信息網。可實現網絡有效管理、動態網絡維護、對業務性能監視等功能，能有效地提高網絡資源的利用率。
SDH有全世界統一的網絡節點(NNI)，從而簡化了信號的互通以及信號的傳送、複用、交叉連接和交換過程，它有一套標準化的信息結構等級，稱爲同步傳送模塊(Synchronous Transport Module)，STM-N。當n=1、4、16時，其最基本的模塊爲 STM-1、STM-4和STM-16，並具有一種塊狀幀結構，允許安排豐富的開銷比特(即在網絡節點接口比特流中扣除淨負荷後的剩餘部分)用於網絡的運行、管理和維護(OAM)。它的基本網絡單元有同步光纖線路系統或SDH微波傳送系統、同步複用器(SM)、分插複用器(ADM)和同步數字交叉連接設備(SDXC)等等。
SDH傳送網最重要的兩個網絡單元是終端複用器和分插複用器。以STM-1爲例，終端複用器的主要任務是將低速支路信號和155Mb/s電信號納入STM-1幀結構，再經CMI(符號反轉碼)變換後進入微波傳送系統，其逆程正好相反。分插複用器，將同步複用與數字交叉連接功能綜合於一體，具有靈活的分插任意支路信號的能力，在網絡設計上有很大的靈活性。由這兩種基本網絡單元組成的典型網絡應用有多種形式，有點到點應用、線型應用、構成樞紐網、構成環形網、構成雙環形網和網孔形應用。
二、SDH技術的傳輸原理
SDH用來承載信息的是一種塊狀幀結構，塊狀幀由縱向9行和橫向270×N列字節組成，每個字節含8b(bit)。整個幀結構由段開銷區、淨負荷區和管理單元指針區三部分組成。其中段開銷區主要用於網絡的運行、管理、維護及指配，以保證信息能夠正常靈活地傳送，管理單元指針用來指示淨負荷區域內的信息首字節在STM-N幀內的準確位置，以便接收時能正確分離淨負荷。淨負荷區域用來存放用於信息業務的比特和少量的用於通道維護管理的通道開銷字節。
SDH的幀傳輸時，按由左向右，由小到大的順序排成串型碼流依次進行。每幀傳輸時間爲125μS，每秒傳輸1/125×106 =8000幀。對STM-1而言，每幀能傳輸的比特數爲8×(270×9×1)=19940b，STM-1的傳輸速率爲19440×8000=155.52Mb/s，而STM-4爲622.080Mb/s、STM-16爲2488.320Mb/s。
各種業務信號進入SDH的幀結構都要經過三個步驟，即映射、定位和複用。映射就是將各種進來的速率不等的信號先經過碼速調整，再裝入相應的標準容器C中，同時加入通道開銷POH形成虛容器VC。定位就是將幀相位發生偏差的(稱幀偏移)的信息收進支路單元或管理單元，它通過支路單元指針或管理單元指針的功能來實現。複用就是將多個低階通道層信號通過碼速調整進入高階通道或將多個高階通道層信號通過碼速調整進入複用層的過程。以139.264Mb/s信號到STM-1的形成爲例來說明這三個步驟。139.264Mb/s信號首先進入標準容器，速率調整後輸出149.76Mb/s數字信號，進入虛擬容器，加入通道開銷576kb/s後輸出150.336Mb/s的信號，在管理單元內加入管理單元指針576kb/s，輸出150.336Mb/s的信號，因N=1，故由一個單元組加人段開銷4.608Mb/s後，輸出155.520Mb/s的STM-1信號。
三、SDH網絡的特點
SDH網絡具有如下特點：
1．使1.5Mbit/s和2Mbit/s兩大數字體系在STM－1等級上獲得統一。數字信號在跨越國界通信時，不再需要轉換成爲另一種標準，第一次真正實現了數字傳輸體制上的世界性標準。
2．採用了同步複用方式和靈活的複用映射結構。各種不同等級的碼流在幀結構淨負荷內的排列是有規律的，而淨負荷與網絡是同步的，因而只需要利用軟件即可使高速信號一次直接分插出低速支路信號即所謂的一步複用特徵。這樣既不影響別的支路信號，又避免了需要對全部高速複用信號進行分用的做法，省去了全套背靠背複用設備，使網絡結構得以簡化，上下業務十分容易，也使DXC的實現大大簡化。利用同步分插能力還可以實現自愈環形網，改進網絡的可靠性和安全性。此外，背靠背接口的減少還可以改善網絡的業務透明性，便於端到端的業務管理，使網絡易於容納和加速各種新的貸款業務的引入。
3．SDH幀結構中安排了豐富的開銷比特，因而使得網絡的OAM能力大大加強。此外，由於SDH中的DXC和ADM等一類網元是智能化的，通過嵌入的控制通路可以使部分網絡管理能力分配到網元，實現分佈式管理，使新特性和新功能的開發變得比較容易。
4．由於將標準光接口綜合進各種不同的網元，減少了將傳輸和複用分開的需要，從而簡化了硬件，緩解了佈線擁擠。此外，有了標準光接口和通信協議後，使光接口成爲開放型接口，還可以在基本光纜段上實現橫向兼容，滿足多廠家環境要求，降低了聯網成本。
5．由於用一個光接口代替了大量電接口，因而SDH網所傳輸的業務信息可以不必經由常規同步系統所具有的一些中間背靠背電接口而直接經光接口通過中間節點，省去了大量的相關電路單元和跳線光纜，使網絡的可用性和誤碼性能都獲得改善。而且，由於電接口數量銳減導致運行操作任務的簡化以及設備種類和數量的減少，使運營成本減少20％～30％。
6．SDH網與現有網絡能完全兼容，即可以兼容現有準同步數字體系的各種速率。同時，SDH網還能容納各種新的業務信號，使之具有完全的向後兼容性和向前兼容性。
四、IP over SDH及其在有線電視網絡寬帶IP傳輸中的應用
目前，Internet通過電信撥號的接入速度極其緩慢，一般電話的Modem只能提供幾十Kbit/S的傳輸速率，其速率和帶寬不可能很好地支持多媒體信息等寬帶業務。
隨着多媒體通信的發展，因特網接入寬帶化的需求日益迫切。而有線電視網擁有豐富的帶寬資源，同時，目前我國有線電視用戶已經達到了8000萬戶，有線電視網絡的里程超過了240萬公里，中國已經成爲世界第一大有線電視用戶國。有線電視網絡具有巨大的產業開發價值，構築基於有線電視網的Internet寬帶信息網，不僅僅是廣大用戶的企盼，更是有線電視網實現第二次騰飛的關鍵所在。
在有線電視網絡中用何種技術傳輸IP，取決於有線電視網絡所採用的傳輸技術。在有線電視網絡中的IP傳輸技術有IP over ATM、IP over SDH、 IP over WDM三種形式。
經研究和實踐發現：當IP業務繁忙時或出現大量不均衡、突發性業務時，會發生ATM降載，主幹網路由器不堪負荷也會引起整個系統停機。再加上IP over ATM的網絡體系結構比較複雜、傳輸效率低、開銷損失大(達25%～30%)的缺點，使人們把眼光轉向了IP over SDH。加之現在我國的有線電視網絡國家部級和省級幹線均採用了SDH傳輸體制，因此在有線電視網絡中的IP傳輸技術較多采用IP over SDH。
1．IP over SDH的概念
IP over SDH以SDH網絡作爲IP數據網絡的物理傳輸網絡。它使用鏈路及點到點協議（PPP：Point To Point Protocol）對數據包進行封裝，根據RFC1662規範把IP分組簡單地插入到PPP幀中的信息段。然後再由SDH通道層的業務適配器把封裝後的IP數據包映射到SDH同步淨荷中，然後經過SDH傳輸層和段層，加上相應的開銷，把淨荷裝入一個SDH幀中，最後達到光網絡，在光纖中傳輸。IP over SDH，也稱爲PACKET over SDH （PoS），它保留了IP面向無連接的特徵。
2．IP over SDH與路由器的關係
IP over SDH技術的實現需要高速路由器和PPP協議，採用的仍然是傳統路由器的逐包轉發方式。其基本思路是將路由計算與包的轉發分開，採用緩衝技術、硬件芯片快速處理技術、以ATM信元交換矩陣作爲路由器內部體系構架的交換路由技術，將路由器包的逐包轉發速度控制到與第二層交換的速度相當。它無須利用廣域網上的ATM交換機來建立虛電路VC。
爲保證路由與SDH設備之間的互操作性，路由器卡應支持下述SDH開銷字節功能：
（1）用於自動保護倒換(APS)的Ｋ1、Ｋ2字節，允許路由器與路由器之間、路由器與ADM之間進行倒換；
（2）通過蹤跡字節(Ｊ1)可由路由器卡來插入和監視;·差錯監視字節(Ｂ1、Ｂ2和Ｂ3)、複用段遠端差錯指示字節(Ｍ1)和通道狀態字節(Ｇ1)可由路由器)來插入和監視；
（3）路由器應對SDH的段、線路和通道進行告警和性能監視；
（4）路由器卡從SDH系統提取要定時。
IP over SDH中以鏈路方式來支付Internet網絡，不能參與Internet網絡的尋址。它的作用是將路由器以點到點的方式連接起來，提高點到點之間的傳輸速率。它並沒有從總體上提高Internet網絡的性能，這種Internet網絡本質上仍是一個路由器網。Internet網絡整體性能的提高將取決於路由器技術是否有突破性進展，因而這種技術的核心是千兆比線速路由交換機(千兆比特高速路由器)。
目前不少網絡設備公司已推出基於IP over SDH技術的交換路由器產品，如Cisco千兆位交換路由器GSR12000、Ascend千兆位路由轉發器GRF、Lucent於1998年推出的Packet star千兆位路由器等。這些設備在交換功能方面引入了ATM技術，與傳統路由器相比，在技術方向有了重大突破，表現在吞吐量大(達60G bps)和傳送時延小(14～40μs)，爲IP over SDH的實現奠定了基礎。但是，千兆比特高速路由器在實現第2層交換與第3層選路的綜合的同時，也帶來了設備的複雜性。此外，這種突破性技術尚不能廣泛應用於普通路由器。因而除非網絡上的全部路由器都能採用千兆比特速路由器技術，否則仍難以從整體上提高Internet網絡的水平。所以，IP over SDH主要用於在幹線上疏導高速率數據流。
3．IP over SDH的優點
IP over SDH的優點是：對IP路由的支持能力強，具有很高的IP傳輸效率；符合Internet業務的特點，如有利於實施多播方式；能利用SDH技術本身的環路和網絡自癒合能力達到鏈路糾錯的目的；同時又利用OSPF協議防止鏈路故障造成網絡停頓，提高網絡的穩定性；將IP網絡技術建立在SDH傳輸平臺上，可以很容易地跨越地區和國界，兼容不同技術標準實施全球聯網；聲略了ATM層，簡化了網絡結構，降低了運行成本。
4．IP over SDH的缺點
IP over SDH的缺點是：IP over SDH目前尚不支持虛擬專用網VPN和電路仿真；在所有包交換技術中，ATM的QoS是最好的，它可以做到電路仿真，而IP over SDH技術只能進行業務分級，不能提供較好的QoS；對大規模的網絡必須處理龐大、複雜的路由表，而且查找困難，路由信息佔用比較大的帶寬。
SDH傳輸技術，廣泛應用於傳輸領域，它的一系列優點非常適合於廣播信號的傳輸。而IP over SDH能使IP數據包通過PPP協議直接映射到SDH幀結構上，省去中間的ATM層，簡化了IP網絡體系結構，提高了數據傳輸效率，將IP網絡技術建立在SDH傳輸平臺上，可以很容易地跨越地區和國界，兼容各種不同的技術和標準，易於實現網絡互聯。IP over SDH技術是目前建設和改造Internet骨幹網的首選方案。在有線電視網絡平臺上IP over SDH適用於省際網絡和省內網絡上的IP傳輸。目前，國內外廣泛建設的SDH環境爲IP over SDH的實施創造了良好的條件。隨着千兆高速路由器的進一步成熟和IP業務的進一步增大，對IP over SDH的應用會越來越廣泛。但是，應注意到，在一段時期內，IP over ATM、IP over SDH將會共存互補，各有其最佳應用場合和領域，但最終會過渡到IP over DWDM 。