互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)
nternet Technology 以太網(wǎng)、GP〇N與EPO N三種組網(wǎng)方式
在高校應(yīng)用中的對(duì)比研究
□蘇虎嶺南師范學(xué)院
【摘要】隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，POL技術(shù)應(yīng)用的已經(jīng)逐漸往高校中遷移，現(xiàn)在高校的組網(wǎng)方式一般有三種，分別是以太網(wǎng)組網(wǎng)方式、GPON和EPON組網(wǎng)方式，那么這三種組網(wǎng)方式，各有何種優(yōu)劣勢，本文對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比和闡述。
【關(guān)鍵詞】GPON EPON以太網(wǎng)
無源光纖局域網(wǎng)簡稱POL,GPON ( Gigabit Passive Optical Network)和EPON是P o n技術(shù)中的一種，PO N組網(wǎng)架構(gòu)，由 OLT、ONU、POS 和 ODN 組成〇OLT----Optical Line Terminal，光線路終端，ONU----Optical Network Unit,
光網(wǎng)絡(luò)單兀，P〇S----Passive Optical Splitter，無源光分路器
/
稱合器，ODN----Optical Distribution Networks，光纖分布網(wǎng)[1]。PON工作原理概述：下行數(shù)據(jù)（采用廣播方式）：主要特征：點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)廣播式傳輸。所有的ONU都能收到相同的數(shù)據(jù)，但是通過pmtID/LLID來區(qū)分不同的O N U的數(shù)據(jù)，ONU通過過濾來接收屬于自己的數(shù)據(jù)。用戶接收屬于自己的數(shù)據(jù)包，丟棄不屬于自己的數(shù)據(jù)包。上行數(shù)據(jù)（采用時(shí)分復(fù)用）：主要特征：時(shí)分復(fù)用（Time Division Multiple A ccess)。數(shù)據(jù)在屬于自己的時(shí)隙里傳輸。光信號(hào)在分光器處進(jìn)行耦合。通過測距實(shí)現(xiàn)沖突檢測與避免。OLT在測距的過程需要開窗，暫停其他O N U的上行發(fā)送通道。
―、G P O N和E P O N的發(fā)展由來
國際電信聯(lián)盟，簡稱“國際電聯(lián)”或“ITU”，提出GPON，國際電聯(lián)是主管信息通信技術(shù)事務(wù)的聯(lián)合國機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)分配和管理全球無線電頻譜與衛(wèi)星軌道資源，制定全球電信標(biāo)準(zhǔn)，向發(fā)展中國家提供電信援助，促進(jìn)全球電信發(fā)展。作為世界范圍內(nèi)聯(lián)系各國政府和私營部門的紐帶，國際 電聯(lián)通過其麾下的無線電通信、標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展電信展覽活動(dòng)，而且是信息社會(huì)世界高峰會(huì)議的主辦機(jī)構(gòu)。國際電信聯(lián)盟，ITU-T前身是多家運(yùn)營商組成的機(jī)構(gòu)，主要面向運(yùn)營商等專用領(lǐng)域，協(xié)會(huì)成員主要為各國政府和廠商技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定需要經(jīng)過各國投票，要符合各國的實(shí)際利益。GPON網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品OLT，只有O LT和上聯(lián)卡，無企業(yè)網(wǎng)多業(yè)務(wù)能力，三層能力弱，需要搭配網(wǎng)關(guān)，無線需要單獨(dú)管理者，無法融合無安全特性，GPON無法單獨(dú)組網(wǎng)，采用以太網(wǎng)+PON組網(wǎng)。而EPON提出的機(jī)構(gòu)是電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IE E E)，它 是世界上最大的非營利性專業(yè)技術(shù)學(xué)會(huì)。IE E E致力于電氣、電子、計(jì)算機(jī)工程和與科學(xué)有關(guān)
的領(lǐng)域的開發(fā)和研究，在航空航天、信息技術(shù)、電力及消費(fèi)性電子產(chǎn)品等領(lǐng)域已制定了900多個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已發(fā)展成為具有較大影響力的國際學(xué)術(shù)組織。國內(nèi)已有北京、上海、西安、武漢、鄭州等地的55 所高校成立ffiE E學(xué)生分會(huì)，是以太網(wǎng)、無線的標(biāo)準(zhǔn)制定者；P0N技術(shù)和以太網(wǎng)融合的方向；更多面向普適性領(lǐng)域而非專用領(lǐng)域；協(xié)會(huì)成員包含高校、科研機(jī)構(gòu)、廠商、用戶、光模塊、芯片等各個(gè)領(lǐng)域，政治因素很弱，標(biāo)準(zhǔn)的制定更多考慮技術(shù)的本質(zhì)；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更加開放。
二、G P O N和以太網(wǎng)組網(wǎng)的對(duì)比
1、網(wǎng)絡(luò)性能，GPON方案采用集中轉(zhuǎn)發(fā)模式，各房間的ONU設(shè)備必須上行至核心端0L T集中處理，數(shù)據(jù)交換效率低。GPON方案非常適合用于家庭寬帶上網(wǎng)場景。共享上下鏈路帶寬，G PO N O LT單個(gè)P0N 口最大下行2.5G、上行1.25G，多臺(tái)ONU并發(fā)傳輸時(shí)每教室或者辦公室實(shí)際上/下 行帶寬：1分16: 16間教室或者辦公室共享一個(gè)PO N光口 的情況下，單個(gè)下行網(wǎng)速為：155Mbps，上行為:77.7Mbps,
遠(yuǎn)達(dá)不到千兆桌面接人要求；1分32: 32間教室或者辦公室共享一個(gè)PO N光口的情況下，單個(gè)教室或者辦公室下行網(wǎng)速為：77.7Mbps，上行為：38.8Mbps，網(wǎng)速不足百兆；10G XGPON O LT單個(gè)PON 口最大下行10G、上行2.5G，1分16：單個(gè)下行網(wǎng)速625Mbps，上行為156Mbps。1分32：單個(gè)下行網(wǎng)速312Mbps，上行為78Mbps。小結(jié)：GPON方案至少選用XGSPON上下對(duì)稱10G方案，性能才能
做到上/下行對(duì)等10G轉(zhuǎn)發(fā)速度，TDMA (時(shí)分復(fù)用）傳輸模式，單位時(shí)間位只允許一臺(tái)0N U向O LT發(fā)送報(bào)文，存在性能瓶頸；而 以太網(wǎng)各終端可以通過樓棟匯聚交換機(jī)分布式轉(zhuǎn)發(fā)，節(jié)省核心交換機(jī)性能，數(shù)據(jù)交換效率高。樓棟匯聚交換機(jī)至核心交換機(jī)可以做上/下行對(duì)等10G轉(zhuǎn)發(fā)速度，無性能瓶頸。以太網(wǎng)交換機(jī)采取存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式，單位時(shí)間內(nèi)多個(gè)終端同時(shí)向交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，無性能瓶頸。2、業(yè)務(wù)應(yīng)用，存在資源共享受限問題，跨ON U打印機(jī)無法共享使用，跨辦公室打印文件需要使用U盤復(fù)制文件到隔壁辦公室打印，或者為每間辦公室配備專用打印機(jī)。無任何限制，適應(yīng)高并發(fā)業(yè)高質(zhì)量開展。高并發(fā)應(yīng)用（如電子書包/同步課堂業(yè)務(wù)/翻轉(zhuǎn)課堂）業(yè)務(wù)卡頓嚴(yán)重不支持DHCP snooping功能，無法防止老師辦公室私接小路由器。私接小路由會(huì)下發(fā)錯(cuò)誤的I P地址給其它老師電腦，導(dǎo)致其它老師上不了網(wǎng)，增加學(xué)校信息老師維護(hù)工作量。而以太網(wǎng)無任何限制，適應(yīng)高并發(fā)業(yè)高質(zhì)量開展；以太網(wǎng)交換機(jī)支持DHCP snooping功能，可以防私接。3、Gpcm擴(kuò)展性，無法靈活擴(kuò)展以太網(wǎng)接人端口，新增智慧校園業(yè)務(wù)，需要重新規(guī)劃和熔纖布線，技術(shù)難度大、實(shí)施周期長、擴(kuò)容成本高。而以太網(wǎng)即插即用，接入端口靈活擴(kuò)展。新增智慧校園業(yè)務(wù)可以直接并入樓棟匯聚交換機(jī)。4、方案成熟度，GPON組網(wǎng)定位于解決運(yùn)營商最后一公里接入時(shí)主干光纖資源有限的問題，主要應(yīng)用于小區(qū)住宅用戶寬帶業(yè)務(wù)，一根主干光纖到小區(qū)，采用分光器分成多根光纖入戶，主要作用是
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可以大量，節(jié)省運(yùn)營商的主干光纖資源。GPON設(shè)備品牌兼容性差、網(wǎng)絡(luò)開放性差、智慧校園業(yè)務(wù)承載能力弱、共享傳輸帶寬低、施工復(fù)雜、維護(hù)復(fù)雜等諸多因素，其不適用于校園網(wǎng)高密度用戶數(shù)、多元化應(yīng)用需求、分布式大流量訪問的場景。GPON技術(shù)在校園、企業(yè)、政府等園區(qū)網(wǎng)均非主流技術(shù)方案，應(yīng)用案例少，適用性差，不能適應(yīng)智慧校園業(yè)務(wù)不斷升級(jí)、創(chuàng)新的需求。對(duì)用戶來講，建設(shè)投入風(fēng)險(xiǎn)較大。而 以太網(wǎng)即插即用，接入端口靈活擴(kuò)展。新增智慧校園業(yè)務(wù)可以直接并入樓棟匯聚交換機(jī)。校園網(wǎng)主流解決方案，成熟度高，能承載所有智慧校園業(yè)務(wù)，能適應(yīng)智慧校園業(yè)務(wù)不斷升級(jí)、創(chuàng)新的需求。5、兼容性，各品牌的GPON均采用私有協(xié)議，不兼容其它廠商產(chǎn)品，用戶被廠商方案綁定，進(jìn)而導(dǎo)致采購設(shè)備性價(jià)比低、售后服務(wù)不及時(shí)、廠家停產(chǎn)無法售后、無法升級(jí)等隱患。而以太網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，全面兼容各廠商產(chǎn)品。后期采購各品牌交換機(jī)均可以正常性價(jià)比競爭，升級(jí)/擴(kuò)容便易。6、可靠性，Gpcm數(shù)據(jù)交換依賴核心OLT，單點(diǎn)故障影響大。無源器件可靠性較低，主備模式，系統(tǒng)整體可靠性低。以太網(wǎng)核心故障，匯聚、接入層轉(zhuǎn)發(fā)不受影響，系統(tǒng)整體可靠性高。7、運(yùn)維管理效率低、成本高，Gpon部 署配置復(fù)雜，無源光網(wǎng)絡(luò)（分光器）不支持統(tǒng)一網(wǎng)管，鏈路及設(shè)備故障定位和處理復(fù)雜，學(xué)校信息老師無法運(yùn)維，只能是GPO N廠商的認(rèn)證工程師或運(yùn)營商的專業(yè)丁程師運(yùn)維，還 需要借助專業(yè)的運(yùn)維工具（打光筆、光衰減儀、熔纖機(jī)等），對(duì)技術(shù)人員要求高、運(yùn)維管理壓力大，維修工程師協(xié)調(diào)困難，單次維修成本高。而以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，全區(qū)設(shè)備支持統(tǒng)一網(wǎng)管，運(yùn)維管理簡單，學(xué)校信息老師可以排査及處理部分故障。
三、G P O N和以太網(wǎng)組網(wǎng)后期維護(hù)的對(duì)比
1.無法靈活擴(kuò)展以太網(wǎng)接入端口，新增智慧校園業(yè)務(wù)，需要重新規(guī)劃和熔纖布線，技術(shù)難度大、實(shí)施周期長、擴(kuò)容成本高。
2.GPON組網(wǎng)定位于解決運(yùn)營商最后一公里接入時(shí)主干光纖資源有限的問題，主要應(yīng)用于小區(qū)住宅用戶寬帶業(yè)務(wù)，一根主干光纖到小區(qū)，采用分光器分成多根光纖入戶，主要作用是可以大量節(jié)省運(yùn)營商的主干光纖資源。GPON設(shè)備品牌兼容性差、網(wǎng)絡(luò)開放性差、智慧校園業(yè)務(wù)承載能力弱、共享傳輸帶寬低、施工復(fù)雜、維護(hù)復(fù)雜等諸多因素，其不適用于校園網(wǎng)高密度用戶數(shù)、多元化應(yīng)用需求、分布式大流量訪問的場景。GPON技術(shù)在校園、企業(yè)、政府等園區(qū)網(wǎng)均非主流技術(shù)方案，應(yīng)用案例少，適用性差，不能適應(yīng)智慧校園業(yè)務(wù)不斷升級(jí)、創(chuàng)新的需求。對(duì)用戶來講，建設(shè)投入風(fēng)險(xiǎn)較大。
3.各品牌的GPON均采用私有協(xié)議，不兼容其它廠商產(chǎn)品，用戶被廠商方案綁定，進(jìn)而導(dǎo)致采購設(shè)備性價(jià)比低、售后服務(wù)不及時(shí)、廠家停產(chǎn)無法售后、無法升級(jí)等隱患。
4.數(shù)據(jù)交換依賴核心OLT，單點(diǎn)故障影響大。核心故障，匯聚、接入層轉(zhuǎn)發(fā)不受影響，系統(tǒng)整體可靠性高。無源器件可靠性較低，主備模式，系統(tǒng)整體可靠性低。
5.運(yùn)維管理效率低、成本高，部署配置復(fù)雜，無源光網(wǎng)絡(luò)（分光器）不支持統(tǒng)一網(wǎng)管，鏈路及設(shè)備故
障定位和處理復(fù)雜，學(xué)校信息老師無法運(yùn)維，只 能是GPON廠商的認(rèn)證工程師或運(yùn)營商的專業(yè)工程師運(yùn)維，還需要借助專業(yè)的運(yùn)維工具（打光筆、光衰減儀、熔纖機(jī)等），對(duì)技術(shù)人員要求高、運(yùn)維管理壓力大，維修工程師協(xié)調(diào)困難，單次維修成本高。
四、G P O N和E P O N的對(duì)比
EPO N在以太網(wǎng)核心交換機(jī)上直接擴(kuò)展O LT板卡，多 樣化接入、內(nèi)置網(wǎng)關(guān)、內(nèi)置AC、支持S D N自動(dòng)化、支持虛擬化、安全性高，具備完整的以太網(wǎng)交換特性。GPON 是非交換機(jī)產(chǎn)品，只有O LT和上聯(lián)卡，無企業(yè)網(wǎng)多業(yè)務(wù)能力，三層能力弱，需要搭配網(wǎng)關(guān)，無線需要單獨(dú)管理者，無法融合，無安全特性。10G P O N技術(shù)對(duì)比，萬兆EPO N比 萬兆GPON編碼效率更高，帶寬使用率更高，萬兆EPON 比萬兆G PO N向下兼容性更好，可以保護(hù)用戶投資升級(jí)，萬兆EPO N基于IE E E標(biāo)準(zhǔn)，跟以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)同宿同源，相 比于萬兆GPON，現(xiàn)網(wǎng)兼容性更好。帶寬利用率對(duì)比，10G EPON 采用 64B/66B 編碼，效率為 64/66=96.97%，故 10G EPON單端口有效帶寬為 10.3125Gbit/s * (223/255) * (64/66)= 8.745Gbit/s，XGPON/XGSPON采用RS(255,223)編碼，編碼效率為87.45%，故10G GPON單端口有效帶寬為：9.95328 Gbit/s*87.097%*96.296% = 8.35 Gbit/s兼容性對(duì)比，EPON ----千萬兆兼容，10G EPON O LT端口下既支持1G ONU，又支持10G O N U下掛，無需任何額外設(shè)備，零成本實(shí)現(xiàn)帶寬平滑演進(jìn)，保護(hù)客戶投資。GPON—千萬兆不兼容，千萬兆混合組網(wǎng)方案一：外置合波器，劣勢：新增合波網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，兩塊OLT板卡，成本極高。千萬兆混合組網(wǎng)方案二：Combo合一板，劣勢：端口doubl
e,GPON 和 XGPO Nirl，尾纖定制化，成本高。EPO N和GPON整體對(duì)比，EPON是 802.3協(xié)議在光接人網(wǎng)上的延續(xù)，它綜合了PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的，優(yōu)點(diǎn)：低成本、高帶寬、擴(kuò)展性強(qiáng)、與現(xiàn)有以太網(wǎng)兼容、方便管理等，支持融合業(yè)務(wù)架構(gòu)，單一設(shè)備添加板卡；保護(hù)客戶投資同時(shí)簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，減少故障點(diǎn)，降低運(yùn)維成本；10G EPON后向兼容性好。千兆EPON和萬兆10G EPON 都已經(jīng)規(guī)模商用，上行可以10G、40G、100G以太網(wǎng)接口，無轉(zhuǎn)發(fā)瓶頸。未來：25G標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)推出，50G標(biāo)準(zhǔn)今年推出，100G標(biāo)準(zhǔn)還在草案階段。融合AC、安全板卡、X86板卡，支持SDN、telemetry、VXLAN等豐富企業(yè)網(wǎng)，特性；支持：IRF2.0、MACSec。兼容以太網(wǎng)優(yōu)勢，可以融合FW、無線、SD N等以太網(wǎng)新業(yè)務(wù)。GPON技術(shù)脫胎以前的ATM P0N，側(cè) 重運(yùn)營商市場需求，具備QoS保證的多業(yè)務(wù)接入（語音、視頻）的需求。單一業(yè)務(wù)架構(gòu)，弱三層功能，上行仍需對(duì)接交換機(jī)；適合家寬場景，每M帶寬成本最優(yōu)，但無法滿足企業(yè)用戶復(fù)雜的業(yè)務(wù)需求，需上聯(lián)核心交換機(jī)；向后兼容差。千兆GPON和萬兆XGP0N，在千兆檔次上帶寬相較EPO N占優(yōu)，在萬兆檔次上與10G EPON帶寬持平，目前XGPON有規(guī)模商用，XGSP0N實(shí)際商用少。未來：50G標(biāo)準(zhǔn)18年剛提出，還在草案階段。弱三層轉(zhuǎn)發(fā)，企業(yè)網(wǎng)特性支持弱；支持TDM 業(yè)務(wù)，支持音視頻處理；完善的(Jos。在語音、CATV上有優(yōu)勢，但在ALL in I P的企業(yè)網(wǎng)優(yōu)勢不明顯。結(jié)論：EPON標(biāo) 準(zhǔn)更適合企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)，GPON標(biāo)準(zhǔn)更適合運(yùn)營商。
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