自从1876年贝尔发明电话以来，人类的通信方式经历了翻天覆地的变化，这些变革不仅重塑了人们的交流模式，也推动了数据传输技术的持续革新。
近百年以来，无论是有线相连的电话，还是无线发送的广播电视，很长的时间内都是用模拟信号来传递信号的。但这种模式有着信号衰减和串扰的固有问题，相信80/90后的朋友们基本上都有看到过电视图像雪花点闪烁的现象。
20世纪中期，数字技术的兴起彻底改变了这一局面，它将数据表示为一连串离散的值，具体来说，数字信号使用的是不连续的电脉冲序列来表示信息，就像是二进制世界里的“是”与“否”，“开”与“关”。数字电话通过数字化信号处理不仅大幅度提高了通话质量，还为电话网络的容量扩张和业务多样化铺设了道路。
为了应对这种扩张，TDM 时分多路复用技术应运而生。该技术通过将传输介质（如光纤或铜缆）的时间轴分割为多个时隙，每个时隙分配给不同的通信通道，实现了多个信号在同一条物理线路中的并发传输，且彼此不产生干扰。
在传统的电话系统中，一个标准的TDM帧可能包含30个时隙，每个时隙传输一个64 kbit/s的电话通话。国际电信联盟（ITU）为了标准化数字传输，制定了准同步数字体系（PDH）标准，包括了北美和日本使用的T1标准以及在欧洲推广的E1标准。
对于E1标准，帧结构包含32个时隙，实现2.048 Mbit/s的数据传输速率。而T1标准中，一帧则包含24个时隙，整个帧的速率为1.544 Mbit/s。通过将多个低速率的数字信号组合成高等级的传输速率，PDH标准实现了不同速率信号的有效传输。例如，4个2 Mbit/s的信号可以合成下一级数字群8 Mbit/s，然后通过这种方式，4个一组可以组成更高速率的数字群，如34 Mbit/s、155 Mbit/s、622 Mbit/s、2.5 Gbit/s，直至10 Gbit/s。这种将低级数字信号群组合成高级群的方法，不仅提升了网络的传输能力，也为后续的网络扩展和升级奠定了基础。
随着通信技术的不断进步，PDH标准逐渐展现出其局限性，如：
- 三种地区标准，难以国际互通
- 光接口不规范，无法横向兼容
为了解决这些问题，ITU进一步发展了同步数字体系（SDH），旨在提供一个更加统一和高效的全球性标准，以支持更高速率和更大容量的通信需求。
SDH不仅在帧结构上进行了优化，引入了更为灵活和高效的传输框架，而且在网络管理层面实现了质的飞跃。SDH帧由精确定义的段层构成，包括帧头、承载业务数据的容器单元以及帧尾，其中帧头携带了网络管理信息，容器则适应了不同速率和类型的数据传输需求。
如上图，SDH帧结构由纵向9行和横向270XN列字节组成，传输时由左到右、由上而下顺序排成串形码流依次传输，每秒共传8000帧。因此对上上图的STM-1而言，传输速率共为8X9X270X8000=155.520Mbit/s。
SDH的这一设计，不仅便于业务的灵活插入和提取，还提供了丰富的网络性能监控和维护功能，大大简化了网络管理，提高了系统的可靠性和灵活性。
但，随着随着局域网和城域网中大量以太网业务的出现，各类业务越来越IP化，而传统SDH已经不太适合。那么SDH如何就对这种IP化？这就促进SDH与以太网的结合，MSTP多业务传输平台技术就出现了，使同一网络能够同时承载语音、数据和视频等多种业务。
即，MSTP = SDH + 以太网（二层交换） + ATM（传信令） ，也就是在SDH的用户侧增加了以太网接口或ATM接口，实现了IP化接口。但MSTP的本质还是TDM交换，只是在SDH的基础上进行了改进。因此，SDH存在的不足它也有，特别是传统时分复用技术在光纤容量上依然面临极限。
在我的工作经历中，接触到的商用系统最高速率为 40 Gbit/s，这主要受限于集成电路硅材料和砷化镓材料的电子和空穴的迁移率，以及受限于传输媒质的色散和信振模色散，还受限于所开发系统的性能价格比是否有商用经济价值。
有人曾用车辆来比喻这个过程。E1如同自行车/摩托车，STM-1好比是小汽车，STM-4则是小客车，STM-16用中巴车比喻，STM-64为大巴车，那么STM-256就只能用火车来形象了。问题是，再造出更大容量的车真的划得来吗，且一根光纤只能传输一波。这不仅仅是技术问题。
为了解决这个问题，WDM波分复用技术的就出现，通过在单根光纤中同时传输多个不同波长的光信号。其核心组件包括波长分复用器、光放大器和光分插复用器。波长分复用器负责将不同波长的光信号组合进一根光纤，光放大器则解决了信号在长途传输中的衰减问题，为网络提供了前所未有的带宽扩展和传输距离。
根据波道之间间隔的大小，WDM分为了粗波分CWDM和密集波分DWDM。CWDM粗波分由于传输距离短，衰耗并非主要限制因素，所以CWDM系统中信号光跨越多个波段（1311~1611nm），而DWDM由于传输距离的要求，选择了传输衰耗最小的传统C波段和L波段这两个传输窗口。
传统C波段，指的是1529.16nm到1560.61nm的波段，从频率上看是195.9THz到191.6THz，大约可使用频谱范围是4THz。在50GHz间隔下，这个传统C波段可以支持80波。现在波分系统已经可以支持L波段1565nm到1625nm，可用频谱范围大约是4.8THz。C+L整个波段可以实现192个波长，频谱带宽接近9.6THz。
从20世纪70年代WDM基本概念的提出，到现在已经将近半个世纪，WDM技术持续进化。通过采用高阶调制格式如16QAM、64QAM，以及数字信号处理技术，不仅提高了信号质量和传输距离，还有效应对了光纤中的非线性效应和色散问题。
如今，随着更高性能器件的成熟，400G单波速率的已商用，未来不久将达到800G，1.2T/1.6T，可以说WDM基本上解决了传输在线路上的容量“瓶颈”。
这时回头来看SDH/MSTP，在系统容量上，简直一个天上一个地上。但是，在网络管理与保护机制上不如SDH成熟，尤其是在提供端到端的管理和快速故障恢复方面，需要更复杂的协议和机制来确保服务的可靠性和效率。
那么，如何解决这方面的短板呢？我们放在下一篇文章来讲解！