趙杰

（晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)中心 山西省晉中市 030600）

在園區(qū)網(wǎng)的建設(shè)中一般使用三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分為核心層、匯聚層、接入層。其中核心層到匯聚層、匯聚層到接入層都用光纖，接入層到各房間用雙絞線。雙絞線技術(shù)很成熟，可靠，但也有一些不足之處。例如：帶寬容量不如光纖大；長期使用接頭會氧化；接入層這里要使用樓層交換機作接入，會帶來很多維護工作。隨著光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，“光進銅退”成為發(fā)展的方向。對園區(qū)網(wǎng)進行升級或者新建時，如果資金不是非常緊張，網(wǎng)絡(luò)管理人員傾向于使用更多的光纖替代雙絞線。使用光接入技術(shù)，建設(shè)全光網(wǎng)絡(luò)。但使用什么樣的光接入技術(shù)更具性價比呢？這就是點對點光以太網(wǎng)。

1 園區(qū)網(wǎng)中光接入技術(shù)簡介

光纖到戶( FTTH) 技術(shù)采用光纖作為傳輸媒質(zhì), 具有傳輸容量大、傳輸質(zhì)量高、可靠性高、傳輸距離長、抗電磁干擾等優(yōu)點，是未來寬帶固定接入的發(fā)展方向。FTTH 的實現(xiàn)方式有兩大類：點到點( point to point, P2P) 有源光網(wǎng)絡(luò)和點到多點( point to multi-point, P2MP) 無源光網(wǎng)絡(luò)(Passive Optical Network, PON)[1]。

現(xiàn)在最熱門的接入網(wǎng)技術(shù)是第五代固定網(wǎng)絡(luò)(The 5th Generation Fixed Network, F5G)。F5G網(wǎng)絡(luò)涵蓋了以10G PON、Wi-Fi 6為基礎(chǔ)的千兆寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，和以200G/400G、NG OTN、OXC等為基礎(chǔ)的全光傳送網(wǎng)絡(luò)，具有大帶寬、低時延、高穩(wěn)定全光聯(lián)接特性[2]。

其中包含的10G PON就是無源光網(wǎng)絡(luò)PON的一種，是基于點對多點技術(shù)的。上行數(shù)據(jù)采用時分復(fù)用技術(shù)，下行數(shù)據(jù)是廣播方式。這種網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)是一種共享光纖帶寬的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使用復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)了節(jié)省主光纜的目的，但同時降低了網(wǎng)絡(luò)性能。這種技術(shù)對于運營商來說是非常合適的，可以用來管理如城域網(wǎng)等大范圍大量用戶的場景。但對于大部分園區(qū)如企業(yè)、學(xué)校來說，面積不大，用戶不多，不需要節(jié)省主光纜。有沒有可能多布一些大芯數(shù)光纜，讓用戶能使用獨享的光纖，并具備無源光網(wǎng)絡(luò)的“無源”優(yōu)點呢？這種設(shè)想使用點對點光以太網(wǎng)就可以實現(xiàn)。

圖1：兩種光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)比較

點對點光以太網(wǎng)系統(tǒng)是最直接的以太網(wǎng)光纖接人技術(shù)。每個用戶通過一根／對光纖直接連接到局端以太網(wǎng)交換機的一個用戶光接口[3]。點對點光以太網(wǎng)系統(tǒng)又有單纖雙向和雙纖雙向兩種類型。

YD/T 1807-2008中規(guī)定了基于單纖雙向的點對點(PointtoPoin, P2P)光以太網(wǎng)接入系統(tǒng)的參考模型、協(xié)議棧、光網(wǎng)絡(luò)要求業(yè)務(wù)接口、功能要求、操作維護管理、網(wǎng)管以及設(shè)備電氣安全等方面的要求[4]。單纖雙向的點對點光以太網(wǎng)比雙纖雙向的點對點光以太網(wǎng)節(jié)省了一半的光纖，但是需要用符合標(biāo)準(zhǔn)的單纖雙向設(shè)備，價格較高、生產(chǎn)廠家推出的設(shè)備少。單纖雙向的點對點光以太網(wǎng)的特點介于PON無源光網(wǎng)絡(luò)與雙纖雙向的點對點光以太網(wǎng)之間，可根據(jù)具體需要來選用。在園區(qū)網(wǎng)中如果有條件布設(shè)更多的光纜，使用雙纖雙向的點對點光以太網(wǎng)更具性價比。下面重點介紹雙纖雙向的點對點光以太網(wǎng)。

雙纖雙向的點對點光以太網(wǎng)實際是最早就使用的光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，技術(shù)更簡單、成熟，使用也更廣泛。在園區(qū)網(wǎng)中一些終端多、要求高的地方使用雙纖雙向的點對點光以太網(wǎng)，如計算機機房、報告廳等。以前由于成本高，無法大規(guī)模使用?，F(xiàn)在光纜、施工、光設(shè)備的價格都降下來了，為雙纖雙向的點對點光以太網(wǎng)大規(guī)模使用創(chuàng)造了有利條件。

2 無源光網(wǎng)絡(luò)與點對點光以太網(wǎng)架構(gòu)比較

2.1 無源光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)原理及優(yōu)缺點

基于點對多點的PON被廣泛使用于家庭寬帶接入當(dāng)中。PON無源光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。光網(wǎng)絡(luò)單元ONU(Optical Network Unit) 就是人們常說的光纖寬帶貓有1/2/4個以太網(wǎng)口，企業(yè)用還有8/16/24個以太網(wǎng)口的,可根據(jù)需要選用。ONU通過皮線光纜或室內(nèi)光纜與分光器（Optical splitter）相連。分光器是無源設(shè)備，可放在樓宇弱電間，分光器的分光比為1:2～1:64可根據(jù)帶寬需求選擇。分光器通過單模光纜連接核心機房的光線路終端OLT（optical line terminal），OLT再連接核心交換機。從這個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以看到，從ONU到分光器是多條光纖線路，但從分光器到OLT則是共享一條光纖線路。一個OLT接口對應(yīng)多個ONU接口，是點對多點的架構(gòu)。

圖2：PON無源光網(wǎng)絡(luò)核心機房光纖布線示意圖

PON技術(shù)的上傳與下載分別使用不同波長的光，互相之間不會沖突。上傳使用時分復(fù)用的方式，輪流使用ONU到OLT的線路，一般上傳數(shù)據(jù)不會很多，不影響使用。OLT是以廣播的方式下發(fā)數(shù)據(jù)到ONU，ONU必然會發(fā)生等待自己數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，隨著網(wǎng)絡(luò)越繁忙，等待的時間會越長。這就是PON這種點對多點架構(gòu)的特點，有節(jié)省主光纜的優(yōu)點，同時當(dāng)終端數(shù)據(jù)流量大時，會在主光纜這里產(chǎn)生瓶頸。

對于運營商來說，面對的往往是一個城域網(wǎng)，是很大的一個范圍，大量的長距離點對點光纜在成本上是不可行的。通訊管道很多都是老管道，使用了很長時間，能容納新光纜的空間也有限。所以PON技術(shù)的這種點對多點架構(gòu)，對運營商來說是很適用的。但是對于一個園區(qū)來說情況不同。一般的企業(yè)園區(qū)不會很大，布主光纜的距離不會很長，現(xiàn)在光纜價格不斷降低，為大量使用大芯數(shù)光纜創(chuàng)造了有利條件。即使是舊園區(qū)改造也方便得多，如在自己管理的園區(qū)內(nèi)部擴容通訊管道就容易的多，如原來的48芯光纜直徑有1.5厘米左右，現(xiàn)在換成288芯光纜直徑有2厘米左右，288芯的并沒有粗多少，多占用的主通訊管道空間不會很大。如果我們能布設(shè)足夠多的大芯數(shù)主光纜，就可以把網(wǎng)絡(luò)建設(shè)或改造成點對點光以太網(wǎng)。

2.2 點對點光以太網(wǎng)架構(gòu)原理及優(yōu)缺點

點對點光以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在每個房間設(shè)一個有上聯(lián)光口的交換機，通過光纜連接到弱電間ODF。每個樓宇根據(jù)規(guī)模選一兩處設(shè)置弱電間，弱電間設(shè)光纖配線架ODF，通過大芯數(shù)光纜連到核心機房的匯聚交換機，從匯聚交換機再連到核心交換機。每一個房間的交換機上聯(lián)光端口都對應(yīng)一個核心機房匯聚交換機的端口，是點對點的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

這樣的結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的三層架構(gòu)。把樓層交換機由樓層改放到了每個房間，房間內(nèi)可以走網(wǎng)線，連接大量的終端設(shè)備?，F(xiàn)在無線設(shè)備愈來愈多，這里的交換機也可以是無線訪問接入點AP(WirelessAccessPoint)。把匯聚交換機由各樓宇改放到了核心機房，各房間交換機通過光纖、ODF和匯聚交換機相連，這樣各房間交換機就有直達(dá)核心機房匯聚交換機的一對獨享光纖。發(fā)送與接受分走不同的光纖，不互相干擾，能使用便宜的光設(shè)備，發(fā)揮出光纖帶寬容量大的優(yōu)勢。光路中起連接作用的ODF是無源的。一旦完成物理連接，基本上不動，不會有很多故障，需要的維護很少。中間沒有有源設(shè)備，就能發(fā)揮出光纖傳輸遠(yuǎn)的優(yōu)點。這就是點對點光以太網(wǎng)這種架構(gòu)的特點，獨享光纖帶寬，不會在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生產(chǎn)生瓶頸，同時又具有“無源”的優(yōu)點，代價是要布設(shè)很多大芯數(shù)主光纜，如何建設(shè)與維護大量光纖是新的挑戰(zhàn)。

圖3：點對點光以太網(wǎng)接入機房光纖布線示意圖

圖4：點對點光以太網(wǎng)光纖備份示意圖

在園區(qū)中如教室、會議室、運動場等需要高密度接入、高帶寬的地方，就非常適合用點對點光以太網(wǎng)。如在教室中上課的學(xué)生都有手機，計算機系的同學(xué)一般都有電腦。以50人的班來算的話就有100臺終端設(shè)備了。如果每個班都在使用網(wǎng)絡(luò)，對于PON這樣的共享帶寬的網(wǎng)絡(luò)來說就會出現(xiàn)擁塞。而且網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃就要有一定的超前性，幾年后不是學(xué)計算機的同學(xué)也會有電腦或各種移動終端，還有比如VR、高清影視、云主機等應(yīng)用對帶寬的要求會更大。如果使用點對點光以太網(wǎng)，每一個房間都能與核心機房直接連接，都有獨享的光纖線路，這樣比PON技術(shù)的共享帶寬要帶寬大且速度快很多。

圖5：點對點光以太網(wǎng)光纜管道、主光纜及備份光纜示意圖

用點對點光以太網(wǎng)比用PON建設(shè)園區(qū)網(wǎng)要性價比高。網(wǎng)絡(luò)初始建設(shè)時，點對點光以太網(wǎng)布的光纜比PON多，但現(xiàn)在光纜價格已經(jīng)很低了，而且光纜的使用壽命是很長的，相對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來說是很保值的了。在光纜這里多投入一些，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備哪里少投入一些是很劃算的。點對點光以太網(wǎng)的房間千兆交換機比千兆無源光網(wǎng)絡(luò)GPON(Gigabit-Capable PON) 的ONU價格稍便宜，點對點光以太網(wǎng)的千兆匯聚交換機比GPON的OLT要便宜，但用得數(shù)量多。這樣綜合算下來的話兩個方案成本差不多，但是千兆點對點光以太網(wǎng)帶寬可與10GPON媲美，而10GPON的建設(shè)成本明顯更高。

GPON一般是1:32的分光比，為了能滿足教室、會議室、運動場等需要高密度接入、高帶寬的需要，按1:8的分光比來算。每個GPON口最大下行速率2.5Gbit/s。平均下行速度為2.5/8=0.3125Gb/s。而千兆點對點光以太網(wǎng)的每個端口都是獨享1Gb/s的?？梢娫诮ㄔO(shè)費用差不多的情況下，千兆點對點光以太網(wǎng)是GPON的帶寬寬的3倍。并且這樣的光纖網(wǎng)絡(luò)，線路以后基本不需要升級，可以在20到30年的時間里持續(xù)發(fā)揮作用。

如果要升級時，點對點光以太網(wǎng)可以針對個別房間的點位進行升級，如把1G設(shè)備換成2G～10G設(shè)備。升級PON可采用降低分光比方案和升級10 GPON方案，但是降低分光比方案需重新施工、建設(shè)復(fù)雜，升級10 GPON方案成本高[5]。點對點光以太網(wǎng)與PON價格差不多的情況下，可以提供高PON一代產(chǎn)品的帶寬。作為高科技產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的貶值速度是很快的，點對點光以太網(wǎng)有更多的設(shè)備可選，能平滑的升級，所以用點對點光以太網(wǎng)比用PON建設(shè)園區(qū)網(wǎng)要性價比高。而且如果需要的話主光纜部分光纖可以略過匯聚交換機直接接入核心交換機，實現(xiàn)真正的物理二層網(wǎng)絡(luò)。簡化結(jié)構(gòu)，減少轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)更大的帶寬，更快的速度。滿足園區(qū)內(nèi)的面向未來的應(yīng)用需求。

3 點對點光以太網(wǎng)的大量光纖在核心機房的建設(shè)、管理問題

從圖1結(jié)構(gòu)對比可以看出點對點光以太網(wǎng)比PON的主光纜光纖數(shù)要明顯增多。尤其是園區(qū)各建筑的主光纜進入核心機房后，光纖聚集起來，數(shù)量會變得非常多，面臨前所未有的管理難度。要解決這個問題需要我們調(diào)整機房的布局，讓光纜由聚集變成分散，進行分區(qū)管理。

PON無源光網(wǎng)絡(luò)在核心機房內(nèi)的光纖如何布線，從圖2示意圖可以看出，當(dāng)主光纜進入核心機房后，先接入ODF，再從ODF接出單模光纖跳線走橋架接入OLT。OLT匯聚光纖后通過上聯(lián)光纖接入核心交換機。由于光纖數(shù)量不是很多，在核心機房內(nèi)布線、管理的難度不大。如果采用了點對點光以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，進入核心機房的光纜數(shù)并不會多很多，但是光纜如采用288大芯數(shù)光纜，其中包含的總光纖芯數(shù)會很巨大。如果匯聚在光纖配線區(qū)，通過橋架進入各設(shè)備，橋架上的光纖數(shù)量巨大會導(dǎo)致無法正常管理、維護。為解決這個問題可采用圖3的結(jié)構(gòu)。

點對點光以太網(wǎng)在核心機房內(nèi)的光纖如何布線呢？從圖3示意圖中可看出，主光纜進入核心機房后不聚集在配線區(qū)，而是分散開接入單獨的機柜下面的ODF，再通過單模光纖跳線接入機柜上方的匯聚交換機。如288芯的光纜進入一個42U機柜，接入約6臺24口匯聚交換機，還有一些空間安裝其它設(shè)備。光纖在機柜內(nèi)部走線，不需通過核心機房的橋架，這樣大量的光纖管理就被局限在機柜內(nèi)部，288芯光纖尾纖的短距離管理也不會太難。從匯聚交換機的上聯(lián)口接出單模或多模光纖跳線，再通過橋架匯聚并接入核心交換機，這里涉及的光纖數(shù)量就少很多了，管理與維護的難度與以前的機房一樣了。

點對點光以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)中使用了很多匯聚交換機，當(dāng)停電時會對核心機房的UPS及電池供電提出更高的要求。這時可以只使用穩(wěn)壓電源對圖3中左面的機柜供電，不使用UPS及電池。只對右面的核心交換機、服務(wù)器和路由器等設(shè)備提供UPS及電池。這樣當(dāng)停電時左面匯聚交換機會斷電，不會消耗UPS電池的電力。就意味著建設(shè)UPS及電池時省了很大一部分。如果確實有一些房間需要斷電時也用網(wǎng)絡(luò)，可以把相應(yīng)的光纖通過光纖跳線轉(zhuǎn)接到右面機柜。

4 點對點光以太網(wǎng)的安全、維護

點對點光以太網(wǎng)使用了大芯數(shù)主干光纜，為安全和維護帶來了挑戰(zhàn)。但經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)是可以有安全保障的。如普通的48芯光纜有故障需熔接48次。288芯以上的光纜一般都使用帶狀光纖，帶狀光纖是提高光纜中的纖芯數(shù)量、光纖密度和減小光纜直徑的有效方法[6]。對于288芯帶狀光纜，如每個光纖帶12芯，只需熔接24次就可以了。除了需使用帶狀光纖熔接機外，沒有更多缺點。

為提高安全保障，在PON網(wǎng)絡(luò)中，支持ONU雙光纖鏈路到兩臺OLT。而點對點光以太網(wǎng)中，也支持接入交換機雙光纖鏈路到兩臺匯聚交換機。對于一般單位來說，不需要整體上采取這樣的熱備安全方案，成本太高了，只需在特定的點位上，根據(jù)需要使用就可以了。通常在PON網(wǎng)絡(luò)中，可以建設(shè)雙鏈路光纜，作為冷備份。如果使用中的光纜發(fā)生故障，可以人工切換到備份光纜。點對點光以太網(wǎng)使用的光纖數(shù)太多，使用對等芯數(shù)的冷備份光纜不太可行。這樣就只能布設(shè)少量芯數(shù)的光纜作為備份了。

如圖4中所示，樓宇ODF到核心機房的匯聚交換機使用的光纖數(shù)非常多，不可能做1:1的備份線路。這時只好為每個樓宇做2-4芯的光纖備份線路。當(dāng)主光纜有嚴(yán)重故障，不能及時修復(fù)時，可以使用備份光纖保持1-2個特殊房間的網(wǎng)絡(luò)通暢?；蛘咴跇怯頞DF處臨時裝一個匯聚交換機，通過備份光纖線路直連核心交換機，這樣就能保持很多房間的正常網(wǎng)絡(luò)使用了。備份光纖可使用可分歧光纜如骨架式光纖帶光纜，不需要開斷光纜即可達(dá)到分支的目的[7]。

主光纜與備份光纜應(yīng)該走不同的路由。在不同的建設(shè)項目中環(huán)境不同，主光纜與備份光纜如何建設(shè)可能有很多結(jié)構(gòu)，試著舉一個例子如圖5所示。首先看光纜管道，主體是一個環(huán)形的管道，核心機房通過這個管道連接各個樓宇。再看主光纜，通過光纜管道，從核心機房到每個樓宇都建設(shè)一條或多條大芯數(shù)光纜，作為日常工作的主要光纜。接下來是左備份光纜，從核心機房右面引出一條可分歧光纜如骨架式光纖帶光纜，繞了一個圈后連接園區(qū)左半部分的樓宇3、樓宇2、樓宇1，最后回到核心機房。最后是右備份光纜，從核心機房左面引出一條可分歧光纜如骨架式光纖帶光纜，繞了一個圈后連接園區(qū)右半部分的樓宇4、樓宇5、樓宇6，最后回到核心機房。這樣的結(jié)構(gòu)就可以很大程度上應(yīng)對光纜的意外事故。一旦光纜發(fā)生故障，首要的是抓緊時間搶修，平時要準(zhǔn)備好帶狀光纖熔接機等維護設(shè)備、耗材并進行人員培訓(xùn)。如果短時間修不好，就需要使用備份光纜了。當(dāng)故障發(fā)生在園區(qū)的左面時，如樓宇1與樓宇2之間，這時主光纜到樓宇1正常，到樓宇2和樓宇3不正常。這時使用左備份光纜就可接通樓宇2和樓宇3，提供服務(wù)了。當(dāng)故障發(fā)生在園區(qū)的右面時，如樓宇5與樓宇6之間，這時主光纜到樓宇6正常，到樓宇4和樓宇5不正常。這時使用右備份光纜就接通樓宇4和樓宇5，提供服務(wù)了。當(dāng)故障發(fā)生在正上面時，如樓宇3與樓宇4之間，這時主光纜不會發(fā)生故障，不會影響網(wǎng)絡(luò)正常運行，只有兩條備份光纜發(fā)生故障，這要求維護人員定期在核心對兩條光纜進行打光或使用專業(yè)儀器檢測，并及時處理故障。

5 結(jié)束語

隨著光纜及光設(shè)備的日漸成熟，價格日漸下降，建設(shè)全光網(wǎng)成為發(fā)展的方向。全光網(wǎng)有點對多點的無源光網(wǎng)絡(luò)PON與點對點的光以太網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。點對點架構(gòu)獨享光纖線路，點對多點架構(gòu)共享光纖線路，點對點架構(gòu)具有帶寬優(yōu)勢。點對點架構(gòu)使用較多的光纜與較便宜的光交換機，點對多點架構(gòu)使用較少的光纜與較貴的OLT。現(xiàn)在光纜的價格很低，在園區(qū)網(wǎng)的環(huán)境中布設(shè)光纜距離不遠(yuǎn)，在大多數(shù)時候點對點架構(gòu)造價更低。只有規(guī)模達(dá)到的城域網(wǎng)級別，點對多點架構(gòu)才體現(xiàn)出造價優(yōu)勢。所以在園區(qū)網(wǎng)中點對點的光以太網(wǎng)更具性價比。以前的園區(qū)網(wǎng)中，只有個別接入點使用點對點光以太網(wǎng)架構(gòu)，現(xiàn)在大規(guī)模使用的條件已經(jīng)具備。大芯數(shù)光纜有很高的光纖集成度，進一步降低了光纜總體成本，很適合用作各樓宇到核心機房的主干光纜。為管理核心機房中的大量光纖，調(diào)整光纖配線架的布局，讓光纜由聚集變成分散，進行分區(qū)管理。使用可分歧光纜建好備份光纖線路, 提前做好故障維護預(yù)案。這樣大規(guī)模使用點對點光以太網(wǎng)，就可以建設(shè)成具有大帶寬、高速度的園區(qū)網(wǎng)。這樣的光纖網(wǎng)絡(luò)，使用中的單模光纖很難被淘汰，只要更換光交換機就能很方便、平滑的升級網(wǎng)絡(luò)帶寬。并能很容易實現(xiàn)物理上的網(wǎng)絡(luò)扁平化，如略過匯聚交換機、房間交換機，減少轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，提升網(wǎng)絡(luò)速度。不論用戶有什么樣的需求，都能很大程度上滿足，能充分滿足園區(qū)內(nèi)的面向未來的應(yīng)用需求。