• 前言
• 光纤
  • 传输简介
  • 传输的特点
  • 光纤种类
    • 材质
    • 模式
    • 接口类型
  • 传输速率
  • 光衰
• 应用场景及技术
  • 场景分类
  • 技术分类
    • P2MP（PON无源光网络）
    • P2P
  • 部件组成
    • OLT（光线路终端）
    • ODN（光分配网络）
    • ONT（光网络终端，也称ONU）
  • 分光器相关
    • 种类
    • 部署方式
• 业务流程
  • 数据流传输
  • 相关技术
    • 下行AES加密
    • 测距
    • 上行动态带宽分配（DBA）
  • 业务发放
    • ONU终端认证
    • ONU终端管理
  • 组网保护

前言

• 最初了解的光纤相关知识其实是因为学习到了广域网交换机技术，需要了解因特网接入的几种方式，所以接触了传统的ADSL以及光纤接入，但也仅仅是知道了有这项技术，并且传输的速率提高了不少
• 并且在生活中以及工作中经常会遇到光纤网络，接触到类似光衰/多模光纤/尾纤这些名词，但由于没有一个完整的学习结构，这些东西并不能完完全全的串接起来
• 一直想学习完整的光纤通信技术，也不能说是通信技术，至少说能够完整的了解生活中能够接触的这些知识，融会贯通。但苦于这些东西过于宽泛，就算是网上知识也是零零碎碎，因此想狠下心来啃下这块骨头
• 我认为我需求了解的就是几块内容，一是光纤种类以及相关名词，二是光纤应用场景以及部署形式，三是业务下发流程，主要解决前两者

光纤

传输简介

• 通过光导纤维作为传输介质利用光的折射原理来进行数据的传输，不管是模拟信号还是数字信号都能满足传输需求，而传输速率能够轻松达到几Gbps，无中继情况下能够传输距离能够达几十公里，这时传统的铜质网线无法达到的

传输的特点

• 频带宽，通信容量大，传输距离远
• 损耗小，中继距离长
• 重量轻，体积小
• 抗电磁干扰能力好，传输质量更佳
• 节约金属材料，极大程度的利用了石英石资源
• 抗腐蚀性好，抗辐射性能好

光纤种类

材质

• 石英光纤 参杂了石英芯组成的光纤，具有损耗小和中等程度的色散，所以是目前室外传输最常用的光纤介质
• 全塑光纤 这是一种新型光纤，具有损耗大，线芯粗，不过制造成本比较低，适合较短长度的应用，比如室内联网

模式

• 单模光纤 只有一种传输模式，光在光纤中直线传输，无反射，它以激光器为光源，单一波长的光（波长长）使它比多模有更高的传输带宽以及更远的传输距离，因此它更适合用于远距离（大于五公里），通信网常用
• 多模光纤 可以承载多路光纤信号，因此可以传输多种模式的光，它以LED为光源多个角度射入光源，一般用于短距离传输（小于2公里）
• 不管是单模还是多模，它只能单路单方向传输，使用波分多路复用就能够在单纤双向传输并且能够连接多个用户，充分利用光纤资源。而光收发器两边要形成正常的收发光波长

接口类型

• SC 连接GBIC光模块的连接器，它的外壳呈矩形，紧固方式是采用插拔销闩式，不须旋转。(路由器交换机上用的最多)
• FC 外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。 一般在ODF侧采用(配线架上用的最多)
• ST 常用于光纤配线架，外壳呈圆形，紧固方式为螺丝扣。（对于10Base-F连接来说，连接器通常是ST类型。常用于光纤配线架）
• LC 连接SFP光模块的连接器，它采用操作方便的模块化插孔(RJ)闩锁机理制成。（路由器常用）

传输速率

• 1Gbps，850nm
  • 普通50um多模，550m
  • 普通62.5um多模，275m
  • 新型50um多模，1100m
• 10Gbps，850nm
  • 普通50um多模，250m
  • 普通62.6um多模，100m
  • 新型50um多模，550m
• 2.5Gbps，1550nm
  • g.652单模，100km
  • g. 655单模，390km
• 10Gbps，1550nm
  • g.652单模，60km
  • g. 655单模，240km
• 40Gbps，1550nm
  • g. 652单模，4km
  • g. 655单模，16km

光衰

• 光信号从发光到收光需要经过一段长距离的传输，如果进行跳接还需要经过法兰盘，而一些光信号还需要经过多级分光器，最后才能被收光端接收，这些都是造成光路损耗的原因，有些还会因为光纤弯折或者破损以及自身材质质量问题导致损耗，而光衰就是发光时的强度减去这些光禄=路损耗的数值
• 常见的收发光设备对这个光衰有一个计算数值来确保光传输误帧门限，也称为灵敏度，常见的epon光猫灵敏度（-24dbm）会比gpon光猫（-28dbm）大一些，光衰在灵敏度之上在最大收光功率之下，就不会影响数据的传输速率
• 光衰过大还会引起光路los，因为光衰多大的话，会导致信号延迟大，误帧率高，导致同步失败，相当于光路断了，光猫上会有一个los灯来提示这一故障现象

应用场景及技术

场景分类

• 光纤在日常接入场景中一般根据光纤到达用户侧的地理位置不同，分为多种，但统称为FTTx
  • FTTN（node） 光纤到节点
  • FTTCab（cabinet） 光纤到交接箱
  • FTTZ（zone） 光纤到小区
  • FTTC（curb） 光纤到路边
  • FTTB（building） 光纤到楼
  • FTTH（home） 光纤到户
  • FTTO（office） 光纤到办公室
• 这些比较常见比如FTTH/FTTB/FTTCab，所以后面也是针对这些场景做主要讨论

技术分类

P2MP（PON无源光网络）

• 点到多点，也就是时分/波分多路复用，占用的光纤少，不过是多用户共享带宽，这也是目前主流的家庭住户接入技术
• 双向传输采用两个不同的波长段来进行区分，上行1290nm-1330nm，下行1480nm-1500nm
• 为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向信号，上下行采用不同的复用技术，下行采用广播技术，每个ONT设备根据下行数据的标识信息接收数据自己的数据，丢弃其他用户的数据；而上行采用时分多路复用，每个ONT分时发送自己的数据，避免上行数据冲突，发送的时间和时间片长度由对端的OLT集中控制
• 这里需要用到分光器，根据业务需求，可能会用到多级分光，典型的pon网络一般会以1:64为主，覆盖距离在5-10km
  • EPON 分光比在1:32，epon为ieee标准，不需要使用复杂的协议（传统的以太网协议封装），这是目前互联网接入的主流方式，更加的经济高效，最高提供上下行均为1250Mbps的传输速率
  • GPON 分光比在1:64（1:128），采用了新的帧封装协议，拥有更高的传输速率，相应成本也更高，最高提供下行2500Mbps上行1250Mbps的传输速率
  • 随着发展10Gpon/100Gpon技术已经十分成熟了，分为对称与非对称（1:4/1:8），常见的是gpon/10gpon混合组网，实现ODN共享，组网过渡方案

P2P

• 点到点，也就是提供专线服务，安全性好，带宽充足，适合商业用户

部件组成

OLT（光线路终端）

• 充当传统以太网线路中的交换机路由器角色，一般放置在运营商一侧，提供面向用户的无源光纤网络的接口
• 机架式OLT 功能较为复杂，容量大，实现难度高
• 盒式OLT 1U一体化小设备，2到4个pon口，1到2个上联GE口，功能简单，容量小，实现容易

ODN（光分配网络）

• 提供OLT与OTN之间的光传输通道，这是FTTx成本最大的一部分
• 通常呈树型分支结构，包含以下设备
  • 局端配线设施：光配线架
  • 光分配点设施：光配线架/光交接箱/光分线盒/光分路器/光分歧接头盒
  • 光用户接入点设施：光分路器/光分线盒/光分歧接头盒
  • 用户端接设施：用户智能终端盒/光纤信息面板
  • 其他基本器材：光缆/光纤连接器/尾纤

ONT（光网络终端，也称ONU）

• 属于光网络中的用户设备，放置在用户一侧，为用户提供多种数据业务
• 常见的家庭ONT设备就是光猫了，上联口为PON口，下联口有以太网口/CATV口/POST口（RJ11）
• 按照不同的部署环境有分为以下几种
  • SFU（单住户单元） 主要用于单独的家庭用户，仅支持宽带接入，具有一个或4个以太网接口，支持VoIP或者CATV业务
  • HGU（家庭网关单元） 也是用于单户家庭用户，具有家庭网关的功能，目前常见的家庭光猫属于这种，具有1个wan口/4个lan口和一个usb接口，除了基本业务之外还支持TR-069远程管理
  • SBU（单商户单元） 用于单独企业商户用户，具有以太网接口和E1接口，提供以太网/IP业务和TDM业务

分光器相关

种类

• 盒式分光器 采用小盒子封装，根据需求引出SC/FC/LC的尾纤，光交箱中一般使用这种分光器来节省空间
• 机架式分光器 一般用于机房，有专门的机柜可供固定位置

部署方式

• 光纤布线通过机房中OLT侧光纤引出到分纤箱（光交箱），引出的束状尾纤可能还会通过分线箱进行理线处理，然后用户家中的皮线光纤（光纤跳线）通过法兰盘（一般是放在分纤箱里的，因为尾纤需要保护起来，所以是放在箱子里，而跳线就无所谓了）与束状尾纤连接
  • 在用户分布较为集中如农村商铺，可以使用体积很大的光交箱，因此可能存放大型的分光器，所以只需要用一级分光，就能满足多户的需求
  • 在用户比较分散或者无法使用大型的光交箱如小区楼道，一般会使用二级分光的模式，1:2+1:32/1:4+1:16/1:8+1:8来进行组合，不过这种方式光衰较大

业务流程

数据流传输

• 讲这个之前先熟悉下GPON（这个比较有前途吧）相关的一些原理
• 上行方向
  新的封装形式GEM帧（上行数据帧）配合ONU的GEM口（端口）在T-CONT（控制通道）上传输，可以理解为上行带宽的控制及分配都是由T-CONT提供的，而GEM口的id则是GEM口的唯一标识，而每个ONU设备可以有一个或多个GEM口用来承载多种上行业务数据，实现PON网络的虚拟连接复用
• 下行方向 不用多说了

相关技术

下行AES加密

• 因为PON网络的下行流量采用的是广播方式，所以ONU会收到其他ONU的广播流量，因此加密在这个环节就显得尤为重要
• GPON通常采用AES128方式进行加密，一般只加密payload部分（用户数据），并且会对加密的密钥定期更新，提高链路安全性，密钥的更换通过OLT进行

测距

• 为什么需要测距？因为每个OLT和ONU的距离并不相同，光信号在光纤上传输的时间就不一样，因此需要OLT设备控制不同的传输间隙来避免数据帧的冲突
• 怎么测距？OLT通过获取与ONU的RTD值（往返延迟）来计算与ONU设备的物理距离，测距过程其他ONU不允许有上行流量

上行动态带宽分配（DBA）

• 首先它能够再极短的时间内完成带宽的分配，并且能够提高上行带宽的利用率，使该pon网络能容纳更多的用户，带来更好的带宽体验
• 主要就是通过T-CONT来控制，具体不介绍，这里说明一点一般对ONU的带宽类型做业务qos，语音业务高于视频业务高于数据业务；对于企业用户来说，语音业务数据一般会独立分配一个T-CONT，独立分配一个带宽给它

业务发放

ONU终端认证

• 为确保接入终端的合法性，通过SN码以及password来对设备进行认证

ONU终端管理

• 这是为了开放业务自动发放的通道以及集中管理配置
• 通过控制OLT设备基于OMCI通道进行ONU的业务发放与远程控制
• OMCI模式分为全OMCI模式和部分OMCI模式以及网管配置模式，全OMCI下上网业务/语音业务/组播业务均在OMCI通道里进行下发；部分OMCI只下发上网业务和组播业务，语音业务通过FTP从OLT下载配置文件再进行下发；网管配置模式则是在网管上进行配置，而只下发管理vlan以及ip的内容，免去现场调试的步骤
• 这里着重讲解TR-069远程管理方式（因为我家就是用这种的），也就是PON链路层相关的配置以及性能故障管理还是通过OMCI进行，而基于IP的业务（如上网/VoIP）有一台ACS通过TR-069的方式进行下发

组网保护

• typeB单归属保护，OLT连接分光器部分启用主备用光纤，做线路故障切换冗余
• typeB双归属保护，OLT设备做物理备份，做设备故障切换冗余，企业常见类型
• typeC单归属保护，OLT-分光器-ONT之间的线路均作冗余
• typeC双归属保护，双OLT-双分光器-ONT