关于光纤宽带技术网,看IT博客就够了

转载 小枣君 - 知乎  2019-06-15 15:59:20  阅读 94 次 评论 0 条
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摘要:

很抱歉地提醒大家:虽然感觉已经热了很久,但是实际上,昨天才是入伏的第一天。接下来,我们将进入一年当中最炎热的时期。在这种骄阳似火的天气,我相信很多人都会选择躲在空调房里续命。与此同时,肯定也不会忘记刷手机、上网。嗯,今天我要和大家聊的话题,就和上网有关。如***网成为我们每天生活必不可少的组成部分。而我们上网所采取的方式,其实主要就是两种:一种是通过手机的数据业务;还有一种,更为普遍,就是通过家里或单位里的宽带。从专业角度来说,通过无线的方式,就是无线接入。通过有线的方式,就是有线接入。显然,手

很抱歉地提醒大家:虽然感觉已经热了很久,但是实际上,昨天才是入伏的第一天。接下来,我们将进入一年当中最炎热的时期。


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在这种骄阳似火的天气,我相信很多人都会选择躲在空调房里续命。与此同时,肯定也不会忘记刷手机、上网。


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嗯,今天我要和大家聊的话题,就和上网有关。

如***网成为我们每天生活必不可少的组成部分。而我们上网所采取的方式,其实主要就是两种:一种是通过手机的数据业务;还有一种,更为普遍,就是通过家里或单位里的宽带


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从专业角度来说,通过无线的方式,就是无线接入。通过有线的方式,就是有线接入

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显然,手机数据业务,肯定属于无线。而家里或单位宽带,属于有线。

有线接入,也经常被称为“固网接入”(固网:固定电话网络。宽带接入、IPTV接入,都属于“有线”。

今天我要介绍的,就是宽带接入

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宽带上网的发展史


我们还是从头开始说起吧。

大家还记得自己最早开始上网的时候,是采用什么方式吗?

小枣君最早开始上网,是在大学的时候。宿舍有一根电话线,平时插在电话上,接打电话。要上网的时候,插在电脑的调制解调器卡(Modem,俗称“猫”)上,然后在电脑上设置拨号上网


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插在电脑PCI插槽的Modem

设置完毕之后,开始拨号。


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如果你熟悉这个界面,说明你真的“老”啦!

一阵“撕心裂肺”的咯咯吱吱声之后,显示拨号已成功,那就是连上了互联网。

拨号上网的网速有多少呢?56Kbps……


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是的,你没看错,就是这么慢。当初我们整个宿舍就靠这个电话拨号,连到学校系统上选课,当时的心情请大家自行体会。。。

而且,采用这种原始方式,一旦你拨号上网,电话就无法打通,处于“占线”状态。不仅如此,费用还特别贵,上网就和打电话一样,是按照分钟来计费的。速度本来就慢,眼看着钱哗哗流走,能把你急死。

后来,过了几年,开始有了ADSL。出现了下图这么一个小玩意,叫ADSL猫(Modem),电话线插在ADSL猫上,然后ADSL猫通过网线连到电脑上。


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ADSL Modem

采用ADSL之后,网络速率也得到了明显提升,从512Kbps到1Mbps,再到后面的2Mbps

虽然速率也还很低,但比56K快多了,访问网页什么的基本算是流畅,聊QQ就更快了,大家的互联网体验得到了大幅改善。

这个ADSL,就是Asymmetric Digital Subscriber Line(非对称数字用户线路),属于DSL技术的一种。DSL技术,是美国贝尔通信研究所于1989年发明的。

当时ADSL刚刚出现的时候,我就很好奇,同样是那么细细的一根电话线,又不是网线双绞线,怎么速度突然就上来了呢?

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电话线通常是2芯,采用RJ11接口
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网线(双绞线)是8芯(4对),采用RJ45接口

原来,原始方式的电话线,我们用于拨打电话,只占用了铜线的低频部分(4KHz以下的部分),并没有完全发挥它的全部潜力。

而ADSL技术,采用频分复用的方式,把普通电话线分为电话上行下行三个相对独立的通道,既避免了干扰,又提升了速率。

具体来说,ADSL采用DMT(离散多音频)技术,将原来电话线路4KHz到1.1MHz频段划分成256个频宽为4.3125KHz的子频带。其中,4KHz以下频段仍用于传送POTS(传统电话业务),20KHz到138KHz的频段用来传送上行信号,138KHz到1.1MHZ的频段用来传送下行信号。

相比原始方式,ADSL不仅速率大幅提升,价格也大幅下降。上网时,不再需要“争分夺秒”。而且,上网和打电话也不再冲突了,可以同时进行。

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后来,在ADSL基础上,又升级出了ADSL2ADSL2+,速率也一度能达到20Mbps

除了ADSL之外,我们身边还出现了广电宽带(有线通)ISDN专线等上网方式。

广电宽带,我相信用过的人都印象深刻。其实就是通过有线电视(CATV)的同轴电缆,提供宽带接入的一种方式。



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广电宽带机顶盒,同轴电缆进,网线出


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同轴电缆

ISDN,就是Integrated Services Digital Network(综合业务数字网)。成本比较高,网速也不快,不多介绍了。

不管怎么说,虽然ADSL大幅提升了网速,但铜线的传输速率终归是有限制的。所以,找一个替代方案,迫在眉睫。

于是,光纤出现在我们身边,“光通信时代”到来了。


光通信时代

大家一定经常听说过“光进铜退”。所谓“光进铜退”,通俗来说,就是逐步用光纤替换铜线(电话线、同轴电缆、双绞线),实现窄带铜缆网络光纤宽带网络的转变。

这么做的原因,一方面是因为速率提升的需求,另一方面,是因为成本

随着时代的发展,铜金属的价格大幅提升,而光纤光缆和光收发模块的价格却在逐年下降。作为运营商来说,当然喜欢便宜且好用的咯!


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光纤的纤芯,以二氧化硅(SiO2)为主要原料

好,我们来看看这个光纤宽带到底是个什么东东。

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首先,我们看下运营商通信网络的一个整体结构:



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最顶上的,就是IP骨干网,简单来说,就是运营商最核心的网络。骨干网和其它运营商相连。不同运营商的骨干网,组成了互联网的骨干。

而且,它也和别的服务网络相连,例如PSTN网络(电话网)、IPTV网络,为用户提供多种业务。

**骨干网往下,是省级骨干网。再往下,就是城域网,Metropolitan Area Network。顾名思义,就是一个城市范围内的通信网络。

城域网分为三层:核心层、汇聚层、接入层。

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接入层,就是离我们用户端最近的一层。接入层这部分的网络,也称之为接入网。“光进铜退”的重点和难点,就在于这个接入层。

目前最主流的光纤接入技术,就是PON(念pàng,胖)

PON,就是Passive Optical Network,无源光网络。


什么是无源?

这个“源”,就是指电源、能量源、功率源。

说白了,没有此类“源”的电子设备,就叫无源设备。再简单一点,无源网络下,你给什么就是什么,没有能量源去进行放大或转换。

无源光网络相比于有源光网络,最大的优点,就是降低了故障率。有源部件,更容易出现故障点。

PON的网络架构如下:


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PON由以下部分组成:


  • OLT(光线路终端)

一方面将承载各种业务的信号在局端进行汇聚,按照一定的信号格式送入接入网络以便向终端用户传输,另一方面将来自终端用户的信号按照业务类型分别送入各种业务网中。


  • POS(无源分光器)

这个好理解,就是分发下行数据,汇聚上行数据。

  • ONU(光网络单元)/ ONT(光网络终端)

最靠近用户侧的设备。很多人分不清ONU和ONT,其实,简单分辨,ONT是ONU的一种,ONT只有一个口,给一家用户服务,ONU给多家用户服务。我们家里的那个光猫,就是ONT。


PON采用的是WDM(波分复用,其实也就是频分复用,波长×频率=光速)技术,实现单纤双向传输,上行波长1310nm,下行波长1490nm。


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PON具有高带宽,高效率,大覆盖范围,用户接口丰富等众多优点,是目前最受欢迎的光接入技术。

按承载的内容,PON主要分为以下几种:

  • 基于ATM的无源光网络(APON)

  • 基于Ethernet(以太网)的以太无源光网络(EPON)

  • 基于GFP(通用成帧规程)的吉比特无源光网络(GPON)


大家其实也不用记住那么多,反正记住GPON最好最牛掰,现在各大运营商都在努力发展GPON,就行了。

图解光纤上网流程


说了半天,大家可能会有点发晕,我们还是以实际案例和图片来说明吧。

我们从IP骨干网开始,由上而下,一个个来说。

首先,所谓上网,就是享受网络服务商提供的服务。例如,使用腾讯提供的微信服务,使用阿里提供的淘宝服务,使用优酷提供的视频服务。

这些服务,都是基于企业在数据中心的服务器。


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数据中心(IDC)

如果是企业的数据中心,会有不同运营商的连接线路。通过这些线路,连入运营商的**级IP骨干网络。


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电信级核心路由器

然后**骨干网,连接到省骨干网。省骨干网,再连接到地市的城域网。通过承载网这些转发之后,终于来到了接入网。也就是我们的PON。


到了PON之后,首先是接入OLT。


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OLT会负责一定范围的区域,一栋大楼或一个居民小区。这个是根据用户数量和规模决定的。对于像办公楼或学校这样的人员密集区域,也可能会直接放在大楼内。

OLT设备出来的光纤,通过ODF机架、光交箱,连接到小区的各个居民楼。

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光交箱里面的ODF光纤配线架
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光交箱,马路边经常看见


在居民楼的弱电井里,一般会有一个光分接箱,里面会有分光器。


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弱电井

分光器,可以按照1:16或者1:32的比例,将一根光纤分为多路,覆盖相应楼层(或多个楼层)的用户。


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分光器,也叫光分路器

分光器分出来的光纤,就分别进入各个住户的家中。


光纤入户之后,就会连到家里的弱电箱里面。


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弱电箱里,会有一个“光猫”。这个光猫,之前说了,其实就是ONT,无源光纤用户接入设备。


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接下来的部分大家就很熟悉了,每户家庭都会买一个无线路由器(也就是Wi-Fi路由器)。通过路由器,连接光猫拨号,把光纤网络信号变成你家的无线网络信号,让手机、电脑、ipad等设备得以上网。


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以上,就是目前最典型的一种光纤宽带接入方式。


大家注意到,在上面这种情况下,光纤是直接连到了家里,这种就叫做FTTH(光纤到户,Fiber To The Home)

但是,对于很多老小区,网络基础设备还不足以满足FTTH的条件,光纤无法到户,就会采用FTTBFTTC的方式。

FTTB:光纤到楼宇(Fiber To The Building)

FTTC:光纤到路边(Fiber To The Curb)


以FTTB为例,当OLT出来的光纤,经过ODF光纤配线架和分光器,到了大楼里,就直接进入了大楼弱电间的ONU。

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FTTB方式


ONU具备多种接入方式,简单说,就是把光纤方式变成ADSL方式、POTS方式、LAN方式。


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华为MA5616 ONU


然后,再通过上述方式,将宽带网络送到住户家中。


好啦,说了那么多,现在大家应该都明白,我们到底是怎么通过光纤宽带上网的吧?

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大家有兴趣的话,可以注意观察一下你们身边的通信设施,包括弱电井、光交箱,甚至弱电间(如果进得去的话),看看是否能够认得出来,哪些是OLT,哪些是ONU,哪些是分光器。

不过,看归看,请不要触碰或破坏这些设施。毕竟,谁也不希望自己家的网络中断,而且,这么热的天,也请体谅一下我们辛苦工作的通信汪!


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