全光網絡的對比、分析、探討及應用分享
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1、園區網現狀 由于上一代園區網建成迄今已近20年，原有橋架老化嚴重、線路混亂、故障頻發、信息點不足等問題日益凸顯，不僅使得網絡工程師們疲于奔命，也嚴重制約了信息化發展，下一代園區網的建設迫在眉睫。 2、園區網設想 鑒于下一代園區網的重要作用，其應具有以下特點：結構簡單、帶寬高（可升級）、成本低廉、支持多業務、擴展性強、壽命長、運維方便。 圖1 帶寬與介質的對照關系 上圖所示，采用銅纜建設園區網，在帶寬升級時需要更換線纜，而采用光纜則不需要，在“光進銅退”的大趨勢面前，下一代園區網最好建設為全光網絡。 1、全光網絡實現方式 （1）點對點方式（圖2中的①）：從網絡設備到用戶終端之間采用點到點的光通信方式，該方式需要光纖資源多、光模塊多，成本高，用戶分布密集時，對走線空間要求高，布線工作量大。 （2）有源光網絡方式（圖2中的②）：接入設備拉近到用戶側，但接入設備為有源設備，該方式較點到點網絡所需要光纖資源少、工程部署難度低，但有源設備的部署涉及機房空間和供電問題且維護成本高。 （3）無源光網絡方式（圖2中的③）：規避了方式二接入設備機房空間、供電及維護等問題，部署與維護綜合成本最低。 圖2 全光網絡實現方式 2、拓撲對比 圖3 網絡拓撲示意圖 如上圖示，左一為傳統以太網，中間為點到多點有源光網絡，右一為點到多點無源光網絡。通過對比三者可以發現，有源光網絡是在傳統以太網的基礎上，通過光纖入室/到桌面，將接入交換機盡量部署到用戶附近，減少銅纜的大量使用；而無源光網絡使用OLT作為匯聚層，ONU作為接入層，就近部署在用戶側同樣減少了銅纜的使用量。 3、無源光網絡制式 PON技術的概念于上世紀90年代初提出，可分為用非同步傳輸模式（ATM）進行分組通信的APON技術、用于寬帶接入的BPON技術、基于以太網（Ethernet）分組傳送的EPON技術以及兼顧ATM/Ethernet/TDM綜合化的GPON技術等。 下表列舉了在POL中常用的PON技術，目前GPON技術應用最為廣泛，10G GPON對稱技術也逐漸成為主流。 表1 POL中主要使用的PON技術
1、建設階段優勢分析（優勢項標紅）
項目 傳統以太網絡+視頻監控網絡+有線電視+電話 有源光網絡 無源光網絡 業務承載能力 多種業務需要多個并行子網（數據,視頻監控,有線電視、電話等) 多種業務需要多個并行子網（數據,視頻監控,有線電視、電話等) 一張光纖網絡支撐所有業務（含傳統電話、有線電視、RS232等） 建設 成本 中（設備成本低，綜合布線成本高） 高（設備成本高，綜合布線成本中） 中（設備成本高/中、綜合布線成本低） 綜合 布線 大量的線纜及空間占用 中等的線纜及空間占用，較易部署 少量的線纜及空間占用，易部署 布線 周期 長 中 短 空間 占用 占用較大設備機房和布線空間 占用中等設備機房和中等布線空間（需要在弱電間放置樓宇匯聚交換機） 占用較小設備機房和布線空間，分光器通?？杀趻欤ㄈ蹼婇g主要放置分光器） 距離 限制 弱電間到房間小于85m 樓宇匯聚到房間可達10km（使用普通單模光模塊） OLT到ONU距離可達40km 部署 方式 單一（光纖到弱電間） 豐富（光纖到弱電間、光纖到房間以及光纖到桌面） 豐富（光纖到弱電間、光纖到房間以及光纖到桌面） 設備 類型 終端設備單一（機架式接入交換機） 較豐富（機架式接入交換機、桌面設備、86盒式設備） 豐富（機架式ONU、桌面ONU、86盒式ONU、光模塊式ONU） 設備 帶寬 由收斂比和設備規格決定，弱電間接入交換機上/下行帶寬1G~20G 【1G為千兆上/下行；20G為萬兆雙鏈路聚合情況】 由收斂比和設備規格決定，用戶側接入交換機上/下行帶寬1G~20G 【1G為千兆上/下行；20G為萬兆雙鏈路聚合情況】 由分光比和設備規格決定，ONU上行帶寬9.8M~10G下行帶寬19.6M~10G 【9.8M/19.6M為GPON 128分光比情況；10G為10GPON 對稱模式不分光直連情況】 用戶 帶寬 由設備帶寬和設備規格決定，用戶帶寬40M~800M（24口交換機） 由設備帶寬和用戶側設備規格決定，用戶帶寬250M~2.5G（4口交換機） 由設備帶寬和ONU規格決定，用戶帶寬5M~2.5G（4口ONU） 帶寬 潛力 無 巨大的帶寬潛力 巨大的帶寬潛力 可靠性 雙核心、雙匯聚、接入交換機雙鏈路上聯 雙核心、雙匯聚、接入交換機雙鏈路上聯 雙OLT、雙分光器、ONU雙鏈路上聯 網絡 安全 SDN可以為復雜的環境提供更高級的網絡監控功能，網絡安全依賴于管理者能力 SDN可以為復雜的環境提供更高級的網絡監控功能，網絡安全依賴于管理者能力 內建的安全特性（OLT支持流氓ONU檢測，ONU支持MAC綁定，GPON下行支持AES加密，10G GPON上下行支持AES加密） 2、運維階段優勢分析（優勢項標紅） 項目 傳統以太網絡+視頻監控網絡+有線電視+電話 有源光網絡 無源光網絡 運營 維護 匯聚交換機、接入交換機需獨立配置，管理運維效率低，運維成本高，網線多，運維管理復雜 采用交換機入房間方案需要配套使用SDN技術，管理運維效率較高;線纜多，運維管理較復雜 所有前端ONU都通過OLT或網管系統集中進行配置、管理、監控，管理運維效率高；光纜少，運維管理簡單 【注意：核心交換機和OLT均需要配置】 能耗 能耗高，匯聚交換機、接入交換機要求供電和備電(UPS)、冷卻 能耗中，匯聚交換機要求供電和備電(UPS)、冷卻，接入交換機不需要 能耗低，ODN傳輸網絡、分光器不需要供電和備電(UPS)、冷卻 擴展性 差 較好 較好 使用 壽命 設計使用壽命15年 設計使用壽命30年 設計使用壽命30年 抗干擾 易受電磁干擾 抗電磁干擾 抗電磁干擾 升級 演進 無法平滑升級演進（網線本身帶寬有限制且使用壽命短，所以網線本身也需要不斷升級，同時匯聚、接入交換機都需要更換升級） 平滑升級，整個光布線網絡都無需做任何改變，只需要更換匯聚設備和對應的交換機即可 平滑升級，整個光布線網絡（光纖、分光器）都無需做任何改變，只需要更換OLT的用戶板和對應的ONU即可 【GPON在業務拓展時需重新計算分光比，故前期需對每一個用戶的距離和帶寬做好預測規劃；同時GPON存在橫向流量瓶頸】 從建設階段和運維階段進行對比分析，無源光網絡的稍顯優勢，需要注意的是有源光網絡在帶寬方面更具有一定優勢，如果能夠解決成本和設備供電問題，也不失為另一種選擇；當然，在看到無源光網絡諸多優勢的同時，也需要清醒地認識到它的劣勢，并進一步探討能否找到恰當的應對措施。 項目 劣勢 應對措施 方案 接受度 無源光網絡在企業特別是園區的應用不多，對業主來說是新技術，需要一個接受過程 深入學習無源光網絡技術，多了解其他單位的使用效果；組織專家論證方案可行性，打消業主顧慮 品牌 單一性 無源光網絡企業產品線，各品牌之間的OLT與ONU互不兼容，必須確保項目中OLT與ONU為同一品牌，后續采購時缺乏議價能力 同時引入2~3個品牌的設備，增強品牌選擇自主權；合同中約定后續采購設備的價格 設計 難度 多數設計院對無源光網絡技術不熟悉，設計經驗欠缺；無源光網絡設備種類繁多，部署方式靈活，導致設計難度增大 選擇有設計經驗的設計院；用戶積極參與設計，與設計院共同成長 技術 難度 光纖熔接比網線連接技術難度高；無源光網絡設備配置管理需要專業技能 大規模光纖熔接在施工時完成，對網絡技術人員進行培訓，掌握光纖熔接技術和設備配置管理技能；采購設備同時采購原廠服務 施工 難度 光纜施工難度比較高，不規范、暴力施工易損傷光纜 加強施工管理，加強驗收工作 物理 隔離 為充分發揮無源光網絡“一網萬聯”的優勢，可以考慮園區網的內外網使用同一套OLT，在這種情況下內外網無法做到物理隔離 園區網的內網、外網通過不同的VLAN進行邏輯隔離，確保內外網數據分別上行到內外網的核心設備，避免數據交叉，同時強化對內網流量的安全防護；也可選擇內外網獨立組網 物理 攻擊 因采用無源分光器，OLT業務板卡的單個光口會覆蓋一定區域，若該區域中任一光信息點遭到物理攻擊，易引起該光口業務癱瘓，造成該區域整體網絡故障 合理確定分光比，避免設備單個光口覆蓋過大的范圍；方案設計時注意保護光信息點，僅在工作人員房間使用光信息點，而在其他區域使用帶鎖的弱電箱，避免外來人員接觸 物理 損壞 房間內使用的光纖跳線比網線脆弱，更容易損壞 房間內使用光信息點的，對用戶進行簡單培訓；信息網絡中心預留備用光纖跳線，遇損壞時隨時更換 橫向 流量 ONU層面可以實現橫向流量傳輸，但ONU之間不可以 醫院內橫向流量需求較少；考慮到網絡安全因素，所有流量都經過網關轉發反而是好事 經過前期的深入調研和專家論證，本項目決定采用無源光網絡對現有園區網進行整體改造，改造范圍包括東西兩個園區區的23棟樓宇，涉及建筑面積超過25萬平米。本項目同時使用了兩個品牌的6臺OLT設備，各型ONU近4500個，分光器400多個，新增信息點近23000個。 1、可靠性設計 本項目對園區網的可靠性進行了充分考慮，采用Type C雙歸屬方案保護門急診診室、藥房、醫技、收費處等重點區域，采用Type B雙歸屬方案保護病房、辦公等其他區域。 傳統以太網高可用方案 無源光網絡Type B雙歸屬高可用方案 上圖為無源光網絡Type B雙歸屬高可用方案，分光器雙鏈路上聯到不同數據中心的OLT設備，敷設光纜至房間內的ONU設備。這種方案的風險在于一旦分光器故障，則其下聯的ONU業務全部中斷；其次，分光器到ONU之間的光纜存在單點故障，需要預留備用光信息點或備用光纜芯數，否則一旦故障只能緊急搶修光纜；第三，單個ONU故障會影響其下聯的幾臺設備。由于分光器是無源光學器件，故障率極低，可以認為這種方案的可靠性與傳統以太網高可用方案相近。 無源光網絡Type C雙歸屬高可用方案 上圖為無源光網絡Type C雙歸屬高可用方案，ONU雙鏈路上聯到兩個不同的分光器，兩個分光器分別上聯到不同數據中心的OLT設備。這種方案避免了整個鏈路上的單點故障，殘余風險是ONU故障會影響其下聯的幾臺設備，可以說這種方案的可靠性遠遠高于傳統以太網高可用方案，更適合在重點區域使用。 2、帶寬設計 無源光網絡的帶寬設計，主要從兩個方面考慮：一是設備規格，OLT板卡和ONU選擇GPON還是10G GPON；二是OLT單個PON口下掛ONU的數量，也即分光比的選擇。 現有網絡大量使用千兆接入交換機，采用主備方式進行雙千兆上聯，平均每信息點帶寬僅為20M；經過抽樣測試，現有計算機千兆網卡僅有5%能運行在千兆模式，甚至有2%只能運行在十兆模式，其余均運行在百兆模式；對醫院醫生工作站、護士工作站、影像工作站等進行網絡流量回溯分析，發現醫生工作站、護士工作站的網絡帶寬需求在5M~10M之間，影像工作站的網絡帶寬需求在50M~75M之間。 綜合考慮現狀、需求、設備PON口數量、成本等因素（因園區范圍不大，光衰因素可以忽略），本項目最終選擇了以1:16分光為主（用于4/8口ONU），1:4分光為輔（用于24口機架式ONU），以GPON為主，10G GPON為輔（用于影像中心、放射科等）的方案。經過統計，本項目的實際分光比為1:12，據此計算，每個GPON制式ONU平均帶寬為下行213M，上行85M，每個10G GPON制式ONU平均帶寬為雙向853M?？紤]到無源光網絡采用了動態帶寬分配技術，且園區內入網設備數量有限，項目建成后用戶的入網體驗可以得到較大提升。 3、部署方式 無源光網絡有多種部署方式，主要包括光纖到樓宇（FTTB）、光纖到房間（FTTR）、光纖到桌面（FTTD）等，下表對幾種部署方式進行了比較。
