01 EPON基础原理

固网产品支持部EPON基础知识2WhatisEPON?啥是PON？啥又是EPON?3WhatisEPON?什么是PON？•PON是一种点到多点(P2MP)结构的无源光网络•PON是无源光网络的简称•PassiveOpticalNetwork•与之相对的是有源光网络AON，ActiveOpticalNetwork什么是EPON?•以太网无源光网络•EthernetPassiveOpticalNetwork4Pon’shistoryQuestion:PON是咋来的？PON它用来干啥的呀?5Pon`shistoryPON的发展历史APON(2001年改名为BPON):20世界90年代中期出现,二层采用ATM封装和传送技术,最高速率为622MbpsEPON(GEPON):2001年提出,二层用以太网代替ATM.支持1.25Gbps对称速率.对于Gbps速率的EPON系统也常被称为GEPONGPON:与EPON几乎同时提出，二层采用ITU-T定义的GFP（通用成帧规程）对Ethernet、TDM、ATM等多种业务进行封装映射，能提供1.25Gbps和2.5Gbps下行速率，和155M、622M、1.25Gbps、2.5Gbps几种上行速率，并具有较强的OAM功能。AsynchronousTransferMode（ATM）异步传输模式操作(Operation)、管理(Administration)、维护(Maintenance),简称OAM。PON的出现,是用来解决接入网带宽瓶颈6WhyPON?Questions:为啥接入网要使用PON呢?它和现有的DSL接入和无线接入比较有啥优势呢?在PON的众多技术中,为啥我们要选用EPON来作为接入网FTTH方案?7WhyPON?Questions:为什么接入网要使用PON呢?它和现有的DSL接入和无线接入比较有什么优势?物美:光纤是一种纯介质网络,能避免外部干扰,提高系统可靠性。与Dsl（铜双绞线）和无线相比，质量很好很强大。价廉：消除了局端与客户端之间的有源设备。不用再在用户小区架设机房方便：接入距离远远超过无线和DSL。增加用户的模式支持“热拔插”。8WhyEPON?Questions:在PON的众多技术中,为什么我们要选用EPON来作为接入网FTTH（光纤到户）方案?APON:由于二层采用的是ATM封装和传送技术，所以存在带宽不足，技术复杂，承载IP业务效率在协议上就先天不足（48/53）。垃圾，format，永不录用。GPON：二层采用GFP（通用成帧规程）对ethernet、TDM、ATM等进行封装映射，速率高（上下行能达到2.5G），协议比EPON成熟。牛，牛的不行。就是太贵（技术复杂、成本太高），咱老百姓用不起。EPON：二层采用ethernet封装，对现在的IP业务支持的最好，产品成熟度高，成本最低。就是它了。我选择，我喜欢。9EPONfantasy！EPON的优点总结相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。提供非常高的带宽。服务范围大。带宽分配灵活，服务有保证。10HowdoesEPONwork?Questions:EPON这么好，那么它是怎么在接入网工作的呢？它的结构是怎么样的？11HowdoesEPONwork?接入路由器L2/L3交换机HOUSEENTERPRISEBUILDINGNETWOKManagementPSTNInternetBASVoiceGatewayPOSPOS城域网IPTVE-PhonePCE-Phone接入路由器CDNPC视频电话PCIPTVPCL2/L3交换机视频电话接入路由器ROUTEROLTOLTONU汇聚层接入汇聚层接入层典型的EPON系统CATV12HowdoesEPONwork?几个名词的解释：OLTOpticalLineTerminal光线路终端ONTOpticalNetworkTerminator光网络终端POSPassiveopticalsplitter无源分光器他们的作用和位置：POS：是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据，并集中上行数据。OLT：既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，它提供面向无源光纤网络的光纤接口（PON接口）。放在电信的CO（中心机房）中。OUN：放在用户终端设备附近或者与其合为一体，EPON系统中的用户节点。13HowdoesEPONwork?上行波长为1310nm每个ONU在OLT允许的时间段内向OLT发送数据；无需冲突检测报文不需要分片下行波长为1490nmOLT发送的混合数据通过Splitter到达每个用户的ONU；每个ONU只接收发给自己的数据，丢弃其它数据；上行采用TDMA方式TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)下行采用TDM方式TDM(TimeDivisionMultiplexing)上行波长为1310nm每个ONU在OLT允许的时间段内向OLT发送数据；无需冲突检测报文不需要分片下行波长为1490nmOLT发送的混合数据通过Splitter到达每个用户的ONU；每个ONU只接收发给自己的数据，丢弃其它数据；上行采用TDMA方式TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)下行采用TDM方式TDM(TimeDivisionMultiplexing)下行波长中还有一个1550nm的波长，用来模拟电视信号14EPON原理：单纤双向传输机制EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输。为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术：下行数据流采用广播技术；上行数据流采用TDMA技术。1490nm1310nmEPON基本原理15EPON原理：下行在ONU注册成动后分配一个唯一的LLID；在每一个分组开始之前添加一个LLID，替代以太网前导符的最后两个字节；OLT接收数据时比较LLID注册列表，ONU接收数据时，仅接收符合自己的LLID的帧或者广播帧。广播方式EPON基本原理16EPON原理：上行OLT接收数据前比较LLID注册列表；每个ONU在由局方设备统一分配的时隙中发送数据帧；分配的时隙补偿了各个ONU距离的差距，避免了各个ONU之间的碰撞。TDMA方式EPON基本原理17EPON原理：系统工作过程ONU的操作•ONU通过下行控制帧的时间戳同步于OLT；•ONU等待发现帧（gate）•ONU进行发现处理，包括：测距，指定物理ID和带宽。•ONU等待授权，ONU只能在授权时间发送数据OLT的操作•产生时间戳消息，用于系统参考时间•通过MPCP帧指配带宽•进行测距操作•控制ONU注册EPON基本原理18采用802.3标准帧格式，分为上、下行帧下行帧是一个复合帧，包含多个变长数据包和同步标签。每一个变长数据包是对应每一个特定地址的ＯＮＵ的，数据格式遵从IEEE802.3标准，传输速率为１Gbps。每一个数据包都包含帧头，变长数据包以及校验码几部分。上行帧分为若干时隙，每个ＯＮＵ侦听时隙标志，在属于自己的时隙上将数据发送出去，时隙结束时关闭发送。前导码7Bytes帧定界符1BytesDA6BytesSA6Bytes长度/类型2Bytes数据46—1500Bytes填充不定FCS4Bytes以太网MAC帧前导码8BytesDA6BytesSA6Bytes长度/类型2Bytes数据46—1500Bytes填充不定FCS4Bytes5555SLD5555LLIDLLIDCRC8EPONMAC帧EPON帧结构介绍EPON基本原理19EPON帧结构-上行MPCPcontrolMPCPcontrolMACcontrolBurstOHBurstOHDownstreamUpstreamBurstONU2BurstONU3BurstONU1IPG/idlecode10bsymbolsEthernetFrame(withEth.preamble)EPONcontrolFrameBurstOH上行帧由突发的以太网帧＋MPCP上行控制帧＋物理层的突发开销组成EPON基本原理20HowdoesEPONwork?看图说话：小明说：下行的数据是广播，那各个OUN是怎么区分是不是自己的数据呢？小白说：我家要接光网络宽带了，新加入的OUN怎么获得自己上行数据的时间呢？Lucy说：下行广播？那别人不是就可以知道我上网在干什么了Lily说：OUN和OLT的距离肯定都是不一样的，那会不会由于“时差”造成上行数据撞车呢？21LLID小明的问题:下行的数据是广播，那各个OUN是怎么区分是不是自己的数据呢？答：下行的每一个数据帧的帧头包含前面注册时分配的、特定ONU的逻辑链路标识（LLID），该标识表明本数据帧是给ONU（ONU1、ONU2、ONU3......ONUn）中的唯一一个。当数据信号到达ONU时，ONU根据LLID，在物理层上做判断，接收给它自己的数据帧，摒弃那些给其它ONU的数据帧。注：这里引入了一个新的问题----OUN是怎么注册的？22带宽分配小白的问题:新加入的OUN怎么获得自己上行数据的时间呢？答：当ONU在注册时成功后，OLT会根据系统的配置，给ONU分配特定的带宽，（在采用动态带宽调整时，OLT会根据指定的带宽分配策略和各个ONU的状态报告，动态的给每一个ONU分配带宽，动态带宽调整的进一步说明后面讲）。带宽对于PON层面来说，就是多少可以传输数据的基本时隙，每一个基本时隙单位时间长度为16ns。注：这里又引入了一个新的问题----OLT是根据什么机制来通知OUN已分配的带宽23下行广播的安全问题Lucy的问题:下行广播，如何保证用户数据的安全性？答：硬件方面：所有的ONU接入的时候，系统可以对ONU进行认证，认证信息，可以是ONU的一个唯一标识（如MAC地址或者是预先写入ONU的一个序列号），只有通过认证的ONU，系统才允许其接入。协议方面（这个是最主要的方法）：对于给特定ONU的数据帧，其它的ONU也会收到数据，在收到数据帧后，首先会比较LLID（处于数据帧的头部）是不是自己的，如果不是，就直接丢弃，数据不会上二层，这是在芯片层实现的功能，对于ONU的上层用户，如果想窃听到其它ONU的信息，除非自己去修改芯片的实现。软件方面：加密，对于每一对ONU与OLT之间，可以启用128位的AES加密。各个ONU的密钥是不同的。策略方面：VLAN隔离，通过VLAN方式，将不同的用户群、或者不同的业务限制在不同的VLAN，保障相互之间的信息隔离。注：又有新问题了，EPON在二层承载的是以太网帧，以太网帧里是没有地方让给LLID这个字段的，那么LLID是怎么实现的呢？24测距、时隙补偿Lily的问题:OUN和OLT的距离肯定都是不一样的，那会不会由于“时差”造成上行数据撞车呢？答：传统以太网中使用以太网帧的前导码来同步数据，而EPON中的上行是采用分时发送的方式。EPON中采用测距和时隙补偿的方式来实现ONU和OLT的时间同步。注：又来了，OLT和ONU是用什么方式来测距？怎么实现时隙补偿的呢？25MPCP强大的MPCP26MPCPMPCP：Multipointcontrolprotocol（多点控制协议）EPON系统是一种典型的点到多点传输/接入设备,采用MPCP,可以实现一个可控制的网络配置,如光网络单元(ONU)的自动发现、终端站点的带宽分配及查询、监控等.MPCP在MAC控制层实现在EPON中MPCP和现有的以太网兼容传统的以太网帧格式仍然被保留27MPCPDUMPCP：Multipointcontrolprotocol（多点控制协议）MPCP有5种消息帧GateReportRegister-requestRegisterRegister-ACK下面我们来看一下MPCP是如何通过这5种MPCPDU来解决前面我们提出的问题的。28ONU的注册和自动发现第一步：OLT发送一条“Di