说一说光网络

一 我理解的光网络
顾名思义,光网络(optical network)是这样一类通信网络系统-它使用光信号而不是电子信号在两点或多点之间发送信息。
无论是现在的以太光网络和无源光网络,都不是很标准的分类,更不是用户“非此即彼”的选择。从广义上说,他们都属于是光纤通信大概念里的细分场景。既不完全是技术表达,也不完全是商业概念,不存在一些人认为的“商业炒作”,更谈不上“真光网”“假光网”了。以太光网和无源光网,其实理解为是针对不同场景产生的解决方案的名称更合适一些。主要由来还是多年以来运营商营造的“光进铜退”和最近几年开始兴起的“双碳”政策。
二 pon
说到光网络,不得不提pon((passive optical network:无源光纤网络))。pon 系统为点到多点应用,主要由光线路终端 olt(局端)、光网络单元 onu(用户端)和光分配网络 odn 组成,其本质特征就是 odn 全部由成本较低的无源光器件组成,不包含任何高成本的有源电子器件,无源的特性还使得网络布放更加灵活,无需机房和电源等,从而极大的提高了网络建设与部署的便利性,而且光纤本身的特性也比铜线系统更加可靠性,从而节省了维护成本;并且其局端设备和光纤由用户共享,线路成本较其他点到点方式要低,更利于光纤网络资源的利用,土建成本也明显降低。
pon 技术根据数据链路层协议的不同,经历了从 apon、bpon 到 epon、gpon 和下一代 pon(ng-pon)的不断发展和完善。而从复用方式上看,apon、bpon、epon 和 gpon 技术都属于tdmpon,随后的 ng-pon 技术中则考虑了其他复用以及调制方式的 pon 技术,例如 wdmpon、ocdmapon、ofdmpon 等。但是无论怎么分类,pon的核心是passive,即分配网络无源化。odn支持多级分光。
任何技术,有优势必然就有劣势,pon的劣势也来自于它的架构。也即因为它odn的无源化,使得它在园区网中的应用始终有两个困扰,与架构有关,是无法通过技术协议的提升而完美解决的。
其一就是在odn的范围内(这个范围在园区内可能半径在1km以上),无法以“内插”式级联做到灵活组网。虽然光分配器很灵活,但再灵活也是在末端,并非在上端、中端。只要olt跟onu之间的路由确定了,那么中间就不允许再接别的有源设备了,其实也是丧失了一些灵活性。
其二,就是无论如何pon在园区网都是接入以太网设备的,共享式的架构让其节约了光缆,降低了汇聚间能耗,可同时也损失了每用户在并发状态下的真实获得带宽。举例有个2000人的园区,无论olt下面怎么分光,olt到核心交换机的带宽,多是通过端口捆绑进行的。而园区网资源基本上都与核心交换机直通,所以此时能获得多少到核心交换机的带宽(特别是并发条件下),就是用户在高峰使用下的可获得带宽。
人数2000人和20000人常用的平均带宽情况,(可类比中小学和高校两类场景)。
所以未来高校若有高峰平均带宽超过8mbps的应用,要部署pon网络的话需要尤其谨慎,通常来说,平安校园(高清视频监控)的应用不适合以pon传输。pon网络更适合在使用互联网带宽的场景下-因此时互联网带宽才是人均带宽的最大瓶颈。
另外pon的架构导致排错和维护时,操作性有些门槛的。举一个并不鲜见的简单例子,校园网内根据地址段分析,有栋楼某一层的某台主机中毒了,不停的攻击校园网,此时更多网管可能会考虑直接断掉本层的物理通信,比如拔掉汇聚交换机上负责本楼层的光纤跳线,很稀松平常的操作。但在pon中就很难,如果在末端操作,这一楼层会有若干个分光器,如在olt上操作,则会涉及多个pon口,无法快速中断或拉起网络。
pon不是什么新鲜技术,更不是高深技术,千门万户的家庭宽带,几乎都是pon网络构成的。
三 以太光
至于以太光网,就更不是革命性技术了。pon的帧格式还做了变化(虽然我个人认为,从网卡以太帧到odn的pon帧再到核心交换机的以太帧,纯属“内卷”),以太光网二层帧始终是一样的,当然这也带来他的优势。比如组网的灵活性,带宽的充裕性,转发的高效性。
基本上可以这么说,将传统的接入交换机改造为可以入户安装、光纤上行(最好能单芯,支持bidi)、小巧静音,能够做到ftth,传统以太网也就可以说改变成了以太光网了。论光程,它不比pon网络短,论性能,比pon只强不弱。真的不是所谓“假光网”的。再说这方面也没有什么权威认证不是?
我个人并不是“高带宽”迷信者,可以说目前90%以上的应用,平均带宽需求在4mbps以内。2018年江苏省发布的《智慧校园》中,要求接入internet网络速率不低于人均1mpbs。按照20/80原则(20%流向校外,80%流量本地化完成),到数据中心4mbps,刚刚好。除了ar/vr、4k以上格式的点播视频、高清直播、无损画质会议或需要较大带宽渲染的游戏,多数应用不需要那么多的带宽。可这并不代表其他用户不希望高带宽傍身,高清电影爱好者、系统开发人员可能需要较短的时间下载影音资源、os资源。并且在与运营商的校企合作中,现在单用户套餐也从100m向300m甚至500m演进了,多家运营商落地带宽可能有n10g,而olt到核交的带宽也便是n10g,搞不好未来出现倒挂。
所以,有一些图看起来有理,实际上是误导性的。比如来自知乎的一篇文章,这么说的,且配了下图。因为为斜体内容:
以上图为例,楼宇弱电间的全光汇聚交换机40ge上行,用户侧288个10ge端口,存在40ge/2880ge的收敛,即1/72的收敛,拥塞点为上行口,本质上以太全光方案也有一个隐形的“1/72分光比”。并且由于全光汇聚交换机没有保证带宽和最大带宽的动态带宽机制,2880ge的上行数据在上行口40ge拥塞的时候,无差别进行丢包,对业务体验是极坏的影响,可能会导致小带宽的办公业务都体验不佳,因为小带宽流量被其它用户的大带宽流量挤占。而f5g全光方案,网络拥塞是可控的,通过dba动态带宽分配机制,可以给每个onu或onu端口分配保证带宽和最大带宽,既保障了用户业务,又提高了端口的带宽利用率。采用1:16分光比也远远优于全光汇聚交换机隐形的“1:72分光比”。
我读书少,你不要骗我,这个图里olt到核心交换机互联带宽是多少,没有带宽收敛?我见到的网络可也不少了。olt到核交带宽,通常是40g,高的有80g的,olt的10g口很精贵啊。在大网络里,olt平均也有5块板子约80个10g的pon口,按上行80g算,这不就又是1:10的收敛吗?实际上应该是下图这样的,不是吗。
四 新以太光
不掰扯带宽了,反正大部分场景用不了那么多。
再简单说一说目前采用波分技术的新一代以太光网络,据说锐捷和信锐都有了。传统以太光网需要有个楼宇汇聚,不然主干光缆就太多了,关键是核心交换机的端口密度也不够。拿千兆入室来说,比如啊,某个校园,教室、办公室、会议室都是ftth,房间内安装交换机,假定房间总数有500个。就需要500个核心交换机上的千兆口。而目前主流产品1u的线路卡最高密度是48个,需要11块业务板,往往超出了主流产品的槽位设计范围,关键此时核心交换机一侧的光纤跳线密度……不可想象。此时用楼宇汇聚交换机来做一下收敛是最好方案,这属于传统方案。但是有楼宇汇聚就得在楼宇内设置专用设备间,提供电源,做不到“核心至接入”间全程无源。
而使用波分技术,可以有效降低主干光缆芯数,降低核心交换机端口占用。cwdm用波长进行分光,所以需要配备相应不同的波长彩光模块呈对数部署。优点在于中间的主干光缆不需要采用大对数,只需要少量的小对数光缆即可传输,节省光芯数量。比如1:8的波分,就可以减少7/8的主干光纤芯数和核心交换机光口、光模块。而实现的效果,与直连核心是一样的。使用光纤直通和波分收敛的架构如下方式一和方式二(图源信锐):
另外,锐捷采用了另外一种架构,不直接到核心交换机,他们专门设置了一种100g上行交换机(下行口按需可以有千兆、万兆)。形成了别具一格的架构,真的有点类似pon网络了,算是架构上的创新。(图源锐捷,有改动)
核心交换机还是原来的核心。使用了超聚合交换机上与核心交换机百g互联,下与接入交换机通过“透明汇聚”实现波分下的全千兆、全万兆速率互联。这样在网络的位置,与pon相比,超聚合交换相当于olt,部署在核心机房,大带宽上联,“共享式”下联,“透明汇聚”相当于分光器,实现1:8分光。是不是就比较清楚了?
基本上传统以太光网较之新以太光网,主要就差别在于是否存在有源汇聚间,有还是没有,会导致整个架构发生较大变化。
五 怎样选择?
大概说一下几个场景吧,不一定完全准确。
1、小区宽带、公建园区(各租户属不同单位),及其他东西流量无需求、甚至各租户(单位)之间最好能隔离流量的场景,可选pon网络。至于选epon/gpon,不在本文分析。
2、高校、中小学校园及其他单一法人园区(如农业科学院等)办公场景,有较大横向流量要求(特别是有自建数据中心),可选以太光网、新以太光网。选哪个,主要看还有无细分区别。
如果想照顾灵活性,不在乎楼宇设备间有源无源,可选择传统以太光网。
如果只想末端获得较大带宽,无所谓组网灵活,且不想在楼宇设备间放电源,可选新以太光。
3、不属于上述的其他场景,对带宽、维护、组网灵活性没有啥特别的要求(典型如高校宿舍,没有那么多要求,按小区宽带组网和按校园网方式组网,都不影响学生体验)。选哪个都行,稳定、可靠,不影响用户体验就好,此时不妨选一个单位决策人认为技术含量高、架构先进的。

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