nternet Technology 以太网、GP〇N与EPO N三种组网方式
在高校应用中的对比研究
□苏虎岭南师范学院
【摘要】随着光纤技术的发展，POL技术应用的已经逐渐往高校中迁移，现在高校的组网方式一般有三种，分别是以太网组网方式、GPON和EPON组网方式，那么这三种组网方式，各有何种优劣势，本文对其进行了详细的对比和阐述。
【关键词】GPON EPON以太网
无源光纤局域网简称POL,GPON ( Gigabit Passive Optical Network)和EPON是P o n技术中的一种，PO N组网架构，由 OLT、ONU、POS 和 ODN 组成〇OLT----Optical Line Terminal，光线路终端，ONU----Optical Network Unit,
光网络单兀，P〇S----Passive Optical Splitter，无源光分路器
/
稱合器，ODN----Optical Distribution Networks，光纤分布网[1]。PON工作原理概述：下行数据（采用广播方式）：主要特征：点对多点广播式传输。所有的ONU都能收到相同的数据，但是通过pmtID/LLID来区分不同的O N U的数据，ONU通过过滤来接收属于自己的数据。用户接收属于自己的数据包，丢弃不属于自己的数据包。上行数据（采用时分复用）：主要特征：时分复用（Time Division Multiple A ccess)。数据在属于自己的时隙里传输。光信号在分光器处进行耦合。通过测距实现冲突检测与避免。OLT在测距的过程需要开窗，暂停其他O N U的上行发送通道。 ―、G P O N和E P O N的发展由来
国际电信联盟，简称“国际电联”或“ITU”，提出GPON，国际电联是主管信息通信技术事务的联合国机构，负责分配和管理全球无线电频谱与卫星轨道资源，制定全球电信标准，向发展中国家提供电信援助，促进全球电信发展。作为世界范围内联系各国政府和私营部门的纽带，国际 电联通过其麾下的无线电通信、标准化和发展电信展览活动，而且是信息社会世界高峰会议的主办机构。国际电信联盟，ITU-T前身是多家运营商组成的机构，主要面向运营商等专用领域，协会成员主要为各国政府和厂商技术标准制定需要经过各国投票，要符合各国的实际利益。GPON网关产品OLT，只有O LT和上联卡，无企业网多业务能力，三层能力弱，需要搭配网关，无线需要单独管理者，无法融合无安全特性，GPON无法单独组网，采用以太网+PON组网。而EPON提出的机构是电气和电子工程师协会（IE E E)，它 是世界上最大的非营利性专业技术学会。IE E E致力于电气、电子、计算机工程和与科学有 关的领域的开发和研究，在航空航天、信息技术、电力及消费性电子产品等领域已制定了900多个行业标准，现已发展成为具有较大影响力的国际学术组织。国内已有北京、上海、西安、武汉、郑州等地的55 所高校成立ffiE E学生分会，是以太网、无线的标准制定者；P0N技术和以太网融合的方向；更多面向普适性领域而非专用领域；协会成员包含高校、科研机构、厂商、用户、光模块、芯片等各个领域，政治因素很弱，标准的制定更多考虑技术的本质；技术标准更加开放。
二、G P O N和以太网组网的对比
1、网络性能，GPON方案采用集中转发模式，各房间的ONU设备必须上行至核心端0L T集中处理，数据交换效率低。GPON方案非常适合用于家庭宽带上网场景。共享上下链路带宽，G PO N O LT单个P0N 口最大下行2.5G、上行1.25G，多台ONU并发传输时每教室或者办公室实际上/下 行带宽：1分16: 16间教室或者办公室共享一个PO N光口 的情况下，单个下行网速为：155Mbps，上行为:77.7Mbps,
远达不到千兆桌面接人要求；1分32: 32间教室或者办公室共享一个PO N光口的情况下，单个教室或者办公室下行网速为：77.7Mbps，上行为：38.8Mbps，网速不足百兆；10G XGPON O LT单个PON 口最大下行10G、上行2.5G，1分16：单个下行网速625Mbps，上行为156Mbps。1分32：单个下行网速312Mbps，上行为78Mbps。小结：GPON方案至少选用XGSPON上下对称10G方案，性能才能
做到上/下行对等10G转发速度，TDMA (时分复用）传输模式，单位时间位只允许一台0N U向O LT发送报文，存在性能瓶颈；而 以太网各终端可以通过楼栋汇聚交换机分布式转发，节省核心交换机性能，数据交换效率高。楼栋汇聚交换机至核心交换机可以做上/下行对等10G转发速度，无性能瓶颈。以太网交换机采取存储转发模式，单位时间内多个终端同时向交换机转发报文，无性能瓶颈。2、业务应用，存在资源共享受限问题，跨ON U打印机无法共享使用，跨办公室打印文件需要使用U盘复制文件到隔壁办公室打印，或者为每间办公室配备专用打印机。无任何限制，适应高并发业高质量开展。高并发应用（如电子书包/同步课堂业务/翻转课堂）业务卡顿严重不支持DHCP snooping功能，无法防止老师办公室私接小路由器。私接小路由会下发错误的I P地址给其它老师电脑，导致其它老师上不了网，增加学校信息老师维护工作量。而以太网无任何限制，适应高并发业高质量开展；以太网交换机支持DHCP snooping功能，可以防私接。3、Gpcm扩展性，无法灵活扩展以太网接人端口，新增智慧校园业务，需要重新规划和熔纤布线，技术难度大、实施周期长、扩容成本高。而以太网即插即用，接入端口灵活扩展。新增智慧校园业务可以直接并入楼栋汇聚交换机。4、方案成熟度，GPON组网定位于解决运营商最后一公里接入时主干光纤资源有限的问题，主要应用于小区住宅用户宽带业务，一根主干光纤到小区，采用分光器分成多根光纤入户，主要作用是
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可以大量，节省运营商的主干光纤资源。GPON设备品牌兼容性差、网络开放性差、智慧校园业务承载能力弱、共享传输带宽低、施工复杂、维护复杂等诸多因素，其不适用于校园网高密度用户数、多元化应用需求、分布式大流量访问的场景。GPON技术在校园、企业、政府等园区网均非主流技术方案，应用案例少，适用性差，不能适应智慧校园业务不断升级、创新的需求。对用户来讲，建设投入风险较大。而 以太网即插即用，接入端口灵活扩展。新增智慧校园业务可以直接并入楼栋汇聚交换机。校园网主流解决方案，成熟度高，能承载所有智慧校园业务，能适应智慧校园业务不断升级、创新的需求。5、兼容性，各品牌的GPON均采用私有协议，不兼容其它厂商产品，用户被厂商方案绑定，进而导致采购设备性价比低、售后服务不及时、厂家停产无法售后、无法升级等隐患。而以太网国际标准协议，全面兼容各厂商产品。后期采购各品牌交换机均可以正常性价比竞争，升级/扩容便易。6、可靠性，Gpcm数据交换依赖核心OLT，单点故障影响大。无源器件可靠性较低，主备模式，系统整体可靠性低。以太网核心故障，汇聚、接入层转发不受影响，系统整体可靠性高。7、运维管理效率低、成本高，Gpon部 署配置复杂，无源光网络（分光器）不支持统一网管，链路及设备故障定位和处理复杂，学校信息老师无法运维，只能是GPO N厂商的认证工程师或运营商的专业丁程师运维，还 需要借助专业的运维工具（打光笔、光衰减仪、熔纤机等），对技术人员要求高、运维管理压力大，维修工程师协调困难，单次维修成本高。而以太网标准协议，全区设备支持统一网管，运维管理简单，学校信息老师可以排査及处理部分故障。 三、G P O N和以太网组网后期维护的对比
1.无法灵活扩展以太网接入端口，新增智慧校园业务，需要重新规划和熔纤布线，技术难度大、实施周期长、扩容成本高。
2.GPON组网定位于解决运营商最后一公里接入时主干光纤资源有限的问题，主要应用于小区住宅用户宽带业务，一根主干光纤到小区，采用分光器分成多根光纤入户，主要作用是可以大量节省运营商的主干光纤资源。GPON设备品牌兼容性差、网络开放性差、智慧校园业务承载能力弱、共享传输带宽低、施工复杂、维护复杂等诸多因素，其不适用于校园网高密度用户数、多元化应用需求、分布式大流量访问的场景。GPON技术在校园、企业、政府等园区网均非主流技术方案，应用案例少，适用性差，不能适应智慧校园业务不断升级、创新的需求。对用户来讲，建设投入风险较大。
3.各品牌的GPON均采用私有协议，不兼容其它厂商产品，用户被厂商方案绑定，进而导致采购设备性价比低、售后服务不及时、厂家停产无法售后、无法升级等隐患。
4.数据交换依赖核心OLT，单点故障影响大。核心故障，汇聚、接入层转发不受影响，系统整体可靠性高。无源器件可靠性较低，主备模式，系统整体可靠性低。
5.运维管理效率低、成本高，部署配置复杂，无源光网络（分光器）不支持统一网管，链路及设备故
障定位和处理复杂，学校信息老师无法运维，只 能是GPON厂商的认证工程师或运营商的专业工程师运维，还需要借助专业的运维工具（打光笔、光衰减仪、熔纤机等），对技术人员要求高、运维管理压力大，维修工程师协调困难，单次维修成本高。
四、G P O N和E P O N的对比
EPO N在以太网核心交换机上直接扩展O LT板卡，多 样化接入、内置网关、内置AC、支持S D N自动化、支持虚拟化、安全性高，具备完整的以太网交换特性。GPON 是非交换机产品，只有O LT和上联卡，无企业网多业务能力，三层能力弱，需要搭配网关，无线需要单独管理者，无法融合，无安全特性。10G P O N技术对比，万兆EPO N比 万兆GPON编码效率更高，带宽使用率更高，万兆EPON 比万兆G PO N向下兼容性更好，可以保护用户投资升级，万兆EPO N基于IE E E标准，跟以太网标准同宿同源，相 比于万兆GPON，现网兼容性更好。带宽利用率对比，10G EPON 采用 64B/66B 编码，效率为 64/66=96.97%，故 10G EPON单端口有效带宽为 10.3125Gbit/s * (223/255) * (64/66)= 8.745Gbit/s，XGPON/XGSPON采用RS(255,223)编码，编码效率为87.45%，故10G GPON单端口有效带宽为：9.95328 Gbit/s*87.097%*96.296% = 8.35 Gbit/s兼容性对比，EPON ----千万兆兼容，10G EPON O LT端口下既支持1G ONU，又支持10G O N U下挂，无需任何额外设备，零成本实现带宽平滑演进，保护客户投资。GPON—千万兆不兼容，千万兆混合组网方案一：外置合波器，劣势：新增合波网络节点，两块OLT板卡，成本极高。千万兆混合组网方案二：Combo合一板，劣势：端口doubl
e,GPON 和 XGPO Nirl，尾纤定制化，成本高。EPO N和GPON整体对比，EPON是 802.3协议在光接人网上的延续，它综合了PON技术和以太网技术的，优点：低成本、高带宽、扩展性强、与现有以太网兼容、方便管理等，支持融合业务架构，单一设备添加板卡；保护客户投资同时简化网络架构，减少故障点，降低运维成本；10G EPON后向兼容性好。千兆EPON和万兆10G EPON 都已经规模商用，上行可以10G、40G、100G以太网接口，无转发瓶颈。未来：25G标准已经推出，50G标准今年推出，100G标准还在草案阶段。融合AC、安全板卡、X86板卡，支持SDN、telemetry、VXLAN等丰富企业网，特性；支持：IRF2.0、MACSec。兼容以太网优势，可以融合FW、无线、SD N等以太网新业务。GPON技术脱胎以前的ATM P0N，侧 重运营商市场需求，具备QoS保证的多业务接入（语音、视频）的需求。单一业务架构，弱三层功能，上行仍需对接交换机；适合家宽场景，每M带宽成本最优，但无法满足企业用户复杂的业务需求，需上联核心交换机；向后兼容差。千兆GPON和万兆XGP0N，在千兆档次上带宽相较EPO N占优，在万兆档次上与10G EPON带宽持平，目前XGPON有规模商用，XGSP0N实际商用少。未来：50G标准18年刚提出，还在草案阶段。弱三层转发，企业网特性支持弱；支持TDM 业务，支持音视频处理；完善的(Jos。在语音、CATV上有优势，但在ALL in I P的企业网优势不明显。结论：EPON标 准更适合企业级网络，GPON标准更适合运营商。
参考文献
[1] 强云鹏_GP0N技术原理与设计[J].科技资讯，2009，(18):30.
[2] 陈雪.无源光网络技术[M].北京邮电大学出版社,2006.118- 119. 62
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