EPON讲解知识点.pdf

EPON 的简介1 PON 的定义A 光纤传输可以分为 2 类AONPON？他们分别有那些？AON 全光网络，全光网络是指信号只是在进出网络时进行电/光变换和光/电变换，在网络中传输和交换过程中始终都是以光的形式进行的网络。这种网络中的信号在整个传输过程中都没有电的处理，所以与数据传输的速率和格式都没有关系，可以为 A TM、SDH、PDH 等各种不同传送方式提供一个统一的平台，提高网络资源的利用率。全光网络由于从端到端的连接是透明的光通路，因而具有结构简单、便于维护、可靠性高等优点，同时还具有可扩展性、便于扩建，可以与现有各种通信网业务兼容的特点，以及便于根据业务量需求改变网络结构的可重构性等优点。B 什么是 EPON/GPON/APON/BPON，他们的区分在哪？APON、BPON 都是 A TM 封帧方式，传输在 622MEPON、GEPON 都是以太网帧方式，传输在 1.25G 对称速度GPON 通用帧方式，支持 A TM 业务。速度在 10G 以上其主要差异在于采用了不同的二层技术。C 光纤是纯介质网络，不能供电。那么ONU的供电方式？目前，ONU 的供电有三种方式，即由网络通过分离的金属线供电的集中供电方式，由附近供电设施供电的本地共享供电方式以及由用户所在地或附近处直接为ONU 供电的本地供电方式2 典型的网络结构A 什么是 CDN？CDN 的全称是 Content Delivery Network，即内容分发网络。其目的是通过在现有的Internet 中增加一层新的网络架构，将网站的内容发布到最接近用户的网络边缘，B 什么是 SS/PSTN？公共交换电话 网络，一种常用旧式电话系统。C 典型的 EPON 网络 的构成？与其它 PON 技术一样，EPON 技术采用点到多点的用户网络拓扑结构，利用光纤实现数据、语音和视频的全业务接入的目的。一个典型的 Ethernet over PON 系统由 OLT、ONU、POS组成。OLT（Optical Line Terminal）放在中心机房，ONU（Optical Network Unit）放在用户设备端附近或与其合为一体。POS（Passive Optical Splitter）是无源光纤分支器，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。EPON 中使用单芯光纤，在一根芯上转送上下行两个波（上行波长：1310nm，下行波长：1490nm，另外还可以在这个芯上下行叠加 1550nm 的波长，来传递模拟电视信号）。D OLT 和 ONU的作用和区别？上行和下行采用的技术？OLT 可以看做是一个交换机或者是路由器，又是一个多业务提供的平台，它提供 PON 接口，支持 WDM传输。OLT还支持 ATM、FR 以及 OC31248192等速率的 SONET 的连接。如果需要支持传统的 TDM 话音，普通电话线（POTS）和其他类型的 TDM 通信（T1E1）可以被复用连接到出接口。OLT 根据需要可以配置多块 OLC（Optical Line Card），OLC 与多个 ONU 通过 POS（无源分光器）连接，POS 是一个简单设备，它不需要电源，可以置于相对宽松的环境中，一般一个 POS 的分光比为 8、16、32、64，并可以多级连接，一个 OLT PON 端口下最多可以连接的 ONU 数量与设备密切相关，一般是固定的。在EPON 中系统，OLT到 ONU 间的距离最大可达 20km。在下行方向，IP 数据、语音、视频等多种业务由位于中心局的 OLT，采用广播方式，通过ODN 中的 SPLITTER到 PON 上的所有 ONU 单元。在上行方向，来自各个 ONU 的多种业务信息互不干扰地通过 ODN 中的 SPLITTER耦合到同一根光纤，最终送到位于局端 OLT接收端。E PON 的组网方式？和优点。节省光纤，增强系统稳定性，贷款可以动态调整，灵活组网链型、树型、星型、环型、环+公共纤等。其应用在很大程度上决定于光纤接入成本的快速降低和业务需求，而价 格 则 是 最 核 心 因 素，ADSL 的 发 展 模 式 就 充 分 证 明 了 这 一 点。FTTH/FTTC/FTTB/FTTO 等。ONU 被直接放到楼内，光纤到大楼后可以采用 ADSL、Cable、LAN，即 FTTB+ADSL、FTTB+Cable 和 FTTB+LAN 等方式接入用户家中。3 EPON 的下行业务A EPON 和 APON 的区别？EPON 与 APON 最大的区别是 EPON 根据 IEEE802.3协议，包长可变至 1518 字节传送数据，而 APON 根据 ATM 协议，按照固定长度 53 个字节包来传送数据，其中 48 个字节负荷，5 个字节开销。这种差别意味着 APON 运载 IP 协议的数据效率低且困难。用 APON 传送 IP 业务，数据包被分成每 48 个字节一组，然后在每一组前附加上 5 个字节开销。这个过程耗时且复杂，也给 OLT 和 ONU 增加了额外的成本。此外，每一 48 个字节段就要浪费 5 个字节，造成沉重的开销，即所谓的 ATM 包的税头。相反，以太网传送IP 流量，相对于ATM 开销急剧下降。B 什么是上行和下行？数据从 OLT 到多个 ONU 以广播式下行（采用时分复用技术TDM），根据IEEE802.3ah 协议，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。对于上行，采用时分多址接入技术（TDMA）分时隙给 ONU 传输上行流量。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）。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。在一个 OLT 端口（PON 端口）下面，所有的 ONU 与 OLT PON 端口之间时钟是严格同步的，每一个 ONU 只能够在 OLT 给他分配的时刻上面开始，用分配给它的时隙长度传输数据。通过时隙分配和时延补偿，确保多个 ONU 的数据信号耦合到一根光纤时，各个 ONU 的上行包不会互相干扰。C EPON 中帧的结构？前导码 包括了 7 个字节的二进制“1”、“0”间隔的代码，即 101010 共 56 位。当帧在媒体上传输时，接收方就能建立起同步，因为在使用曼彻斯特编码情况下，这种“1”、“0”间隔的传输波形为一个周期性方波。帧首定界符（SFD）它是长度为 1 个字节的 10101011 二进制序列，此码表示一帧实际开始，以使接收器对实际帧的第一位定位。也就是说实际帧是由余下的 DA+SA+L+LLCPDU+FCS组成。目的地址（DA）它说明了帧企图发往目的站的地址，共 6 个字节，可以是单址（代表单个站）、多址（代表一组站）或全地址（代表局域网上的所有站）。当目的地址出现多址时，即代表该帧被一组站同时接收，称为“组播”（Multicast）。当目的地址出现全地址时，即表示该帧被局域网上所有站同时接收，称为“广播”（Broadcast），通常以 DA 的最高位来判断地址的类型，若最高位为“0”则表示单址，为“1”则表示多址或全地址，全地址时 DA 字段为全“1”代码。源地址（SA）它说明发送该帧站的地址，与 DA 一样占 6 个字节。长度（L）共占两个字节，表示 LLCPDU的字节数。数据链路层协议数据单元（LLCPDU）它的范围处在 46 字节至 1500 字节之间。最小 LLCPDU长度 46 字节是一个限制，目的是要求局域网上所有的站点都能检测到该帧，即保证网络工作正常。如果 LLCPDU小于 46 个字节，则发送站的 MAC 子层会自动填充“0”代码补齐。帧检验序列（FCS）它处在帧尾，共占 4 个字节，是 32 位冗余检验码（CRC），检验除前导、SFD 和 FCS 以外的内容，即从 DA 开始至 DATA 完毕的 CRC 检验结果都反映在 FCS中。当发送站发出帧时，一边发送，一边逐位进行 CRC 检验。最后形成一个 32 位 CRC 检验和填在帧尾 FCS 位置中一起在媒体上传输。接收站接收后，从 DA 开始同样边接收边逐位进行 CRC 检验。最后接收站形成的检验和若与帧的检验和相同，则表示媒体上传输帧未被破坏。反之，接收站认为帧被破坏，则会通过一定的机制要求发送站重发该帧。即当 LLCPDU为 46 个字节时，帧最小，帧长为 64 字节；当 LLCPDU 为 1500 字节时，帧最大，帧长为 1518 字节。D 上行和下行传输的特点？对于安全性的考虑：上行方向，ONU 不能直接接收到其它 ONU 上行的信号，所以 ONU 之间的通信，都必须通过 OLT，在 OLT 可以设置允许和禁止 ONU之间的通信（在缺省状态下是禁止的）所以安全方面不存在问题。对于下行方向，由于 EPON 网络，下行是采用广播方式传输数据，为了保障信息的安全，从几个方面进行保障：认证：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。LLID：对于给特定 ONU 的数据帧，其它的 ONU 在物理层上，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。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。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。E 数据包和帧的区别？“包”(Packet)是 TCP/IP 协议通信传输中的数据单位，一般也称“数据包”。有人说，局域网中传输的不是“帧”(Frame)吗？没错，但是 TCP/IP 协议是工作在 OSI 模型第三层(网络层)、第四层(传输层)上的，而帧是工作在第二层(数据链路层)。上一层的内容由下一层的内容来传输，所以在局域网中，“包”是包含在“帧”里的。F 字节和位的区别？1 字节8 位（bit)G TDM 和 TDMA不同点在于，TDM 把 time slot 用在 multiplexing，TDMA 把 time slot 用在 multiple access。在 802.16e 中，可以这样认为：TDM 使用由发送者已经预设好的频宽分配的方式；而 TDMA 则定义多个节点争取有限频宽的方式。用一个比较粗俗的例子做比喻：假若某男有 N 个女朋友;该桃花运男要与这些女友进行约会。如果某男自己排好了一个约会次序表，决定好了什么时候与哪个女友约会，则这种方式可以看作是 TDM；如果某男没有一个明确的约会次序表，何时与某女约会完全取决于这 N 个女友之间的竞争，竞争胜利者可以获得与某男约会的机会，则对于这 N 个女友而言，这种方式可以看作是 TDMA。3 网管系统ASNMP 主要包含那些部分？SNMP 主要包括 SMI（管理信息结构）、MIB（管理信息库）和 SNMP 协议几部分。BSNMP 的五种消息类型？C网管系统的四大模块？D每个模块的主要特点？所具备的功能？EPON 配置管理包括系统初 次启动时的配置管理和系统正常运行时的配置管理。如可以设置各 OLT、ONU 代理的标识信息 和系统信息，启用、禁用某个端口，配置各端口的工作状 态，配置网桥的工作 参数，配置 VLAN，重启设备等。还 提供基于用户的动态带宽管理。性能管理功能 对 EPON 网络性能进行监视、检测，采集相关性能统计数据，进行分析、诊 断，从而为网络进一步规划与调整提供依据，以保证网络的业务质量。如 计算接口利用率、接口的输入错误率、接口输出错误率、吞吐率等。故障管理功能 提供对 EPON 网络故障监测、故障定 位，保护切换与恢复，并存储故障信 息供以后查询。告警信息被存 储到本地数据库。可以按照告警时间、告 警设备、告警等级等关键字查询历史告警信息。根据全部告警信息，进行 告警统计分析，绘制出统计图表。E模块功能的实现原理？管理站网管系 统是为用户提供友好的交互式界面，利用 SNMP 协议对代理进程实现管理 的控制实体。通信模块的功能是按照 SNMP 协议，对网络中的代理站（OLT 和 ONU）发送、接收 SNMP 报文，从而获 取或设置代理站中 MIB 库的相应信息。(1)代理进 程软件的实现代理进程软件 实现 SNMP 协议，并管理 MIB。它实际 上是一个执行无限循环的守护 进程，在循环中，它接收管理站的 SNMP 请求，然后进行相应的操作，并 作出响应。同时，代理进程能够根据自身管理的MIB 信息，主动向管理 站发送 陷阱报 文（Trap），以通 知管理 站所管理 的网络 设备发生了异常事件，实现故障告警。(2)EPON 设备 MIB 的设计与组织OLT、ONU 设备的 MIB 主要包括 RFC1213 定义的 MIB-II、RFC1573定义的 Interfaces MIB、RFC1493 定义的 Bridge MIB 和根据 EPON 设备需要自定义的私 有 MIB。MIB-II 包含了基于 TCP/IP 网络的基本网 管信息，包括系统组、接口组、IP 组、ICMP 组、UDP 组、SNMP 组等基本管理对象。4 EPON 的协议栈和关键技术A OSI 的 7 层模型，和各个层的关键应用？物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层如交换机，由于它们要对帧解码并使用帧信息将数据发送到正确的接收方，所以它们是工作在数据链路层的。O S I 模型的第三层，路由器的工作层其主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。工作在传输层的一种服务是 T C P/I P 协议套中的 T C P（传输控制协议），另一项传输层服务是 I P X/S P X 协议集的 S P X（序列包交换）。负责在网络中的两节点之间建立和维持通信。表示层管理数据的解密与加密，如系统口令的处理。应用层：负责对软件提供接口以使程序能使用网络服务。B EPON 的帧有什么改变？C EPON 真的结构？D EPON 帧的各个层的功能？MPCP 子层建立在 MPCP（Muti-Point Control Protocol 多点控制协议）基础上，该协议是MAC control 子层的一项功能。MPCP 使用消息，状态机，定时器来控制访问 P2MP（点到多点）的拓扑结构。EPON 系统通过 MPC P DU 来实现 OLT 与 ONU 之间的带宽请求、带宽授权、测距等。EPON 物理层通过 GMII 接口与 RS 层相连，担负着为 MAC 层传送可靠数据的责任。物理编码子层(PCS)其实现的主要技术为 8b/10b，10b/8b 编码变换。这个高速的 8b/10b 编码器的工作频率是 125MHz，它的编码原理基于 5b/6b 和 3b/4b 两种编码变换。OLT 侧的突发同步和突发接收是实现 EPON 系统 PCS 子层技术的关键。前向纠错子层(FEC)编码 检错优点减小激光器发射功率 误码率下降纠错前的 10-4降至纠错后的 10-12；分光器的衰减很大，支持更多的用户；缺点FEC 会增加开销，增加系统的复杂性，使有效传输速率减小。物理媒体附属子层(PMA)其主要功能是完成串并、并串转换，时钟恢复并提供环回测试功能，它同相邻子层的接口是 TBI 接口。物理媒体依赖子层(PMD)PMD 子层的功能是完成光电、电光转换，上下行的激光器分别工作在 1310nm 和 1490nm 窗口；光信号的传输要做到当光分路比较小的时候，最大传输 20km 无中继。激光器的开关速度足够快，同时要求在激光器处于关闭状态时，要使从 PMA 层发送过来的信号全部为低，以确保不工作的 ONU 激光器的输出总功率叠加不会对正在工作的激光器的信号造成畸变影响。E EPON 数据链路层的关键技术？目前 MAC 层争论的焦点在于 DBA 的算法及 8023ah 标准中是否需要确定统一的DBA 算法，由于直接关系到上行信道的利用率和数据时延，DBA 技术是 MAC 层技术的关键。目前的方案是基于轮询的带宽分配方案，由此可见，由于 OLT 分配带宽的对象是ONU的各类业务而非终端用户，对于QoS这样一个基于端到端的服务，必须有高层协议介入才能保障。F EPON 中 QOS 的问题？安全性和业务区分测距 和 传输时延ONU 的时钟必须比 OLT 的时钟有一个时间提前量，这个时间提前量就是上行传输时延 EPON 的测距由 OLT 通过时间标记（Timestamp）在监测ONU 的即插即用的同时发起和完成。之后，OLT 便依据 DBA 协议为 ONU分配带宽。当 ONU离线后，由于 OLT 长时间（如 3 min）收不到 ONU的时间戳标记，则判定其离线。测距的方法可以分为以下三种：1)低幅伪随机码测距（扩频法测距）测距时，OLT 先向需测距的 ONU发出测距指令；ONU 收到指令后，向上发出特定的一个幅度很小的伪随机码。由于此信号幅度很小（相对于业务数据幅度而言可忽略），故测距过程中不用中断其他 ONU运行中的业务。在 OLT 接收端，利用相关检测的方法，将信号到达相位提取出来。这种方法的优点是测距过程可以在不中断 ONU业务的情况下进行。如此可以减小 ONU对信元缓冲器的需求，对业务 QoS 影响不大。缺点是技术复杂，不易实现，精度不高。2)低幅低频正弦波测距（带外法测距）粗测时 OLT向 ONU发出一条测距指令，ONU接到指令后将低频小幅的正弦波加到激光器的偏置电流中，正弦波的初始相位固定。OLT通过检测正弦波的相位值计算出环路时延。这种方法的优点是测距过程不中断运行中的ONU的业务。缺点是采用模拟相位测量技术，实现复杂，成本较高；3)开窗测距法（带内开窗测距）当有 ONU 需要测距时，OLT 发出指令使所有运行中的 ONU在某段时间内暂停上行业务，相当于在上行时隙内打开一个测距窗口；同时命令需测距的 ONU向上发送一个特殊的信元。OLT 记录从发出命令到收到 ONU的响应信元的延时，即可得到此 ONU 的环路延时值 Tloop。这种方法的优点是利用成熟的数字技术，实现简单、精度高、成本低。缺点是测距占用上行带宽。QOS 解决的问题：一是物理层和数据链路层的安全性；二是如何支持业务等级区分；三是如何支持传统业务。1.1.安全性安全性在传统的以太网中，对物理层和数据链路层安全性考虑甚少。因为在全双工的以太网中，是点对点的传输。但在点到多点模式下，EPON 的下行信道以广播方式发送，任何一个 ONU 可以接收到 OLT 发送给所有 ONU 的数据包。这对于许多应用，如付费电视、视频点播等业务是不安全的。MAC 层以下的加密可以使 OLT 对整个MAC 帧各个部分加密，主要方案是给合法的 ONU 分配不同的密钥，利用密钥可以对 MAC 的地址字节、净负荷、校验字节甚至整个 MAC 帧加密。根据 IEEE 802.3ah 规定，EPON 系统物理层传输的是标准的以太网帧，对此，802.3ah 标准中为每个连接设定 LLID 逻辑链路标识，物理层 ONU 只接收自己的数据帧，AES 加密，ONU 认证。2.2.业务区分业务区分由于 EPON 的服务对象是家庭用户和小企业，业务种类多，需求差别大，计费方式多样，而利用上层协议并不能解决 EPON 中的数据链路层的业务区分和时延控制。因此，支持业务等级区分是 EPON 必备的功能。目前的方案是：在 EPON 的下行信道上，OLT 建立 8 种业务队列，不同的队列采用不同的转发方式；在上行信道上，ONU 建立 8 种业务端口队列，既要区分业务又要区分不同用户的服务等级。此外，由于 ONU 要对 MAC 帧组合，以便时隙突发并提高上行信道的利用率，所以进一步引入帧组合的优先机制用于区分服务。6 PON 技术的应用主要优点：EPON 具有同时传输 TDM、IP 数据和视频广播的能力，其中 TDM和 IP 数据采用 IEEE 802.3 以太网的格式进行传输，辅以电信级的网管系统，足以保证传输质量。通过扩展第三个波长（通常为 1550nm）即可实现视频业务广播传输。A 村通 B 监控 C 大客户 D FTTB/FTTH E NGN 接入（NGN 是基于 TDM 的 PSTN语音网络和基于 IP/ATM 的分组网络融合的产物，同时提供话音、数据、多媒体等多种业务的综合性的、全开放的宽频网络平台体系）1 EPON 的一点对多点的网络架构存在单点故障隐患，可靠性大打折扣，虽然可通过一些保护方式来提高可靠性，但光线路终端(OLT)端口数、分路器数量、光网络单元(ONU)端口数量需要增加，因此在需要高可靠性的应用场合，其整体成本会翻番，抵消了 EPON 低成本优势；2 IEEE802.3ah 只规定了 MAC层和 PHY 层的标准，MAC 层之上的标准依赖于 EPON 设备厂商，这带来了灵活性，但是也造成了 EPON 设备互操作性差的缺点；3 以太网固有的安全性、QoS 特性以及带宽管理、OAM功能较弱，因此在 EPON 系统中应针对性地进行加强。目前不少厂商虽然在这方面有所建树，但采用的技术方式各不相同，所以也应考虑要能支持多厂商设备的互操作。