EPON技術(shù)及工作原理

EPON技術(shù)工作原理及應(yīng)用1.1PON技術(shù)開展光纖接入從技術(shù)上可分為兩大類：有源光網(wǎng)絡(luò)(AON，ActiveOpticalNetwork)和無源光網(wǎng)絡(luò)(PON，PassiveOpticalNetwork)。１９８３年，ＢＴ實(shí)驗(yàn)室首先創(chuàng)造了ＰＯＮ技術(shù)；PON是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，由于消除了局端與客戶端之間的有源設(shè)備，它能防止外部設(shè)備的電磁干擾和雷電影響，減少線路和外部設(shè)備的故障率，提高系統(tǒng)可靠性，同時(shí)可節(jié)省維護(hù)本錢，是電信維護(hù)部門長(zhǎng)期期待的技術(shù)。PON的業(yè)務(wù)透明性較好，原那么上可適用于任何制式和速率的信號(hào)。目前基于PON的實(shí)用技術(shù)主要有APON/BPON、GPON、EPON/GEPON等幾種，其主要差異在于采用了不同的二層技術(shù)。圖1PON的兩個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)體系A(chǔ)PON是上世紀(jì)90年代中期就被ITU和全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)論壇〔FSAN〕標(biāo)準(zhǔn)化的PON技術(shù)，F(xiàn)SAN在2001年底又將APON更名為BPON，APON的最高速率為622Mbps，二層采用的是ATM封裝和傳送技術(shù)，因此存在帶寬缺乏、技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格高、承載IP業(yè)務(wù)效率低等問題，未能取得市場(chǎng)上的成功。為更好適應(yīng)IP業(yè)務(wù)，第一英里以太網(wǎng)聯(lián)盟〔EFMA〕在2001年初提出了在二層用以太網(wǎng)取代ATM的EPON技術(shù)，IEEE802.3ah工作小組對(duì)其進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，EPON可以支持1.25Gbps對(duì)稱速率，隨著光器件的進(jìn)一步成熟，將來速率還能升級(jí)到10Gbps。由于其將以太網(wǎng)技術(shù)與PON技術(shù)完美結(jié)合，因此成為了非常適合IP業(yè)務(wù)的寬帶接入技術(shù)。對(duì)于Gbps速率的EPON系統(tǒng)也常被稱為GEPON。100M的EPON與1G的EPON的不同在速率上的差異，在其中所包含的原理和技術(shù)，是一致的，目前業(yè)界主要推廣的是GEPON，百兆位的EPON也有不多的一些應(yīng)用。在后面文檔中提到的EPON，如果沒有特別說明，都是指千兆位的GEPON。EPON是幾種最正確的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)合。EPON采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，無源光纖傳輸方式，在以太網(wǎng)上提供多種業(yè)務(wù)。目前，IP/Ethernet應(yīng)用占到整個(gè)局域網(wǎng)通信的95%以上，EPON由于使用上述經(jīng)濟(jì)而高效的結(jié)構(gòu)，從而成為連接接入網(wǎng)最終用戶的一種最有效的通信方法。10Gbps以太主干和城域環(huán)的出現(xiàn)也將使EPON成為未來全光網(wǎng)中最正確的最后一公里的解決方案。在一個(gè)EPON中，不需任何復(fù)雜的協(xié)議，光信號(hào)就能準(zhǔn)確地傳送到最終用戶，來自最終用戶的數(shù)據(jù)也能被集中傳送到中心網(wǎng)絡(luò)。在物理層，EPON使用1000BASE的以太PHY，同時(shí)在PON的傳輸機(jī)制上，通過新增加的MAC控制命令來控制和優(yōu)化各光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)與光線路終端(OLT)之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)的TDM通信，在協(xié)議的第二層，EPON采用成熟的全雙工以太技術(shù)，使用TDM，由于ONU在自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)，因此沒有碰撞，不需CDMA/CD，從而充分利用帶寬。另外，EPON通過在MAC層中實(shí)現(xiàn)802.1p來提供與APON/GPON類似的QoS。在EFMA提出EPON概念的同時(shí)，F(xiàn)SAN又提出了GPON，F(xiàn)SAN與ITU對(duì)其進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，其技術(shù)特色是在二層采用ITU-T定義的GFP〔通用成幀規(guī)程〕對(duì)Ethernet、TDM、ATM等多種業(yè)務(wù)進(jìn)行封裝映射，能提供1.25Gbps和2.5Gbps下行速率，和155M、622M、1.25Gbps、2.5Gbps幾種上行速率，并具有較強(qiáng)的OAM功能。如果不考慮EPON可以看得到的不久將提升到10Gbps速率〔10G以太網(wǎng)已經(jīng)成熟〕，當(dāng)前在高速率和支持多業(yè)務(wù)方面，GPON有優(yōu)勢(shì)，但技術(shù)的復(fù)雜和本錢目前要高于EPON，產(chǎn)品的成熟性也遜于EPON。光纖接入從90年代初就走上了舞臺(tái)，總的說來是一種“說得多，做得少〞的技術(shù)。PON系統(tǒng)無疑是其中佼佼者，EPON與GPON，兩種技術(shù)各有千秋，無論是EPON技術(shù)還是GPON技術(shù)，其應(yīng)用在很大程度上決定于光纖接入本錢的快速降低和業(yè)務(wù)需求，而價(jià)格那么是最核心因素，ADSL的開展就充分證明了這一點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)全光纖的FTTH是寬帶接入的開展方向，但是實(shí)現(xiàn)全部的光纖接入，需要一個(gè)過程。設(shè)備、光纖、工程本錢和應(yīng)用的業(yè)務(wù)需求，都是其廣泛推廣與使用的關(guān)鍵因素。第一步從FTTB開始，充分利用PON的技術(shù)，和現(xiàn)有的以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)〔本錢底、使用廣〕，然后逐步過渡到FTTH是一條比擬合理的選擇。1.2EPON的根本原理與其它PON技術(shù)一樣，EPON技術(shù)采用點(diǎn)到多點(diǎn)的用戶網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用光纖實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音和視頻的全業(yè)務(wù)接入的目的，主要由OLT、ODN、ONU三個(gè)局部構(gòu)成，如下列圖2。圖2：EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)其中OLT作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)/節(jié)點(diǎn)的核心和主導(dǎo)局部，完成ONU注冊(cè)和管理、全網(wǎng)的同步和管理以及協(xié)議的轉(zhuǎn)換、與上聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的通信等功能；ONU作為用戶端設(shè)備在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中屬于附屬局部，完成與OLT之間的正常通信并為終端用戶提供不同的應(yīng)用端口；ODN在網(wǎng)絡(luò)中的定義為從OLT－ONU的線路局部，包括光纜、配線局部以及分光器〔Splitter〕全部為無源器件，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸?shù)妮d體。其中光纜局部選用G.652、G.657系列的全部型號(hào)光纖，分光器可以從1:2－1:32可選〔1:64的分光器因本錢原因根本上在現(xiàn)網(wǎng)上沒進(jìn)行使用，OLT到ONU之間的傳輸距離一般10km-20km,原那么上是10KM用1:32的分光器，20KM用1:16,因?yàn)榉止馄鞣止獗壤礁?，光衰耗越大。OLT〔OpticalLineTerminal〕放在中心機(jī)房，ONU〔OpticalNetworkUnit〕放在用戶設(shè)備端附近或與其合為一體。OND是無源光纖分支器，是一個(gè)連接OLT和ONU的無源設(shè)備，它的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)，并集中上行數(shù)據(jù)。EPON中使用單芯光纖，在一根芯上轉(zhuǎn)送上下行兩個(gè)波〔上行波長(zhǎng)：1310nm，下行波長(zhǎng)：1490nm，另外還可以在這個(gè)芯上下行疊加1550nm的波長(zhǎng)，來傳遞模擬電視信號(hào)〕。OLT既是一個(gè)交換機(jī)或路由器，又是一個(gè)多業(yè)務(wù)提供平臺(tái)，它提供面向無源光纖網(wǎng)絡(luò)的光纖接口〔PON接口〕。根據(jù)以太網(wǎng)向城域和廣域開展的趨勢(shì)，OLT上將提供多個(gè)1Gbps和10Gbps的以太接口，可以支持WDM傳輸。OLT還支持ATM、FR以及OC3／12／48／192等速率的SONET的連接。如果需要支持傳統(tǒng)的TDM話音，普通線〔POTS〕和其他類型的TDM通信〔T1／E1〕可以被復(fù)用連接到出接口，OLT除了提供網(wǎng)絡(luò)集中和接入的功能外，還可以針對(duì)用戶的QoS／SLA的不同要求進(jìn)行帶寬分配，網(wǎng)絡(luò)平安和管理配置。OLT根據(jù)需要可以配置多塊OLC〔OpticalLineCard〕，OLC與多個(gè)ONU通過POS〔無源分光器〕連接，POS是一個(gè)簡(jiǎn)單設(shè)備，它不需要電源，可以置于相對(duì)寬松的環(huán)境中，一般一個(gè)POS的分光比為8、16、32、64，并可以多級(jí)連接，一個(gè)OLTPON端口下最多可以連接的ONU數(shù)量與設(shè)備密切相關(guān)，一般是固定的。在EPON中系統(tǒng)，OLT到ONU間的距離最大可達(dá)20km。在下行方向，IP數(shù)據(jù)、語音、視頻等多種業(yè)務(wù)由位于中心局的OLT，采用播送方式，通過ODN中的1：N無源分光器分配到PON上的所有ONU單元。在上行方向，來自各個(gè)ONU的多種業(yè)務(wù)信息互不干擾地通過ODN中的1：N無源分光器耦合到同一根光纖，最終送到位于局端OLT接收端。根據(jù)ONU在所處位置的不同，EPON的應(yīng)用模式又可分為FTTC〔光纖到路邊〕、FTTB〔光纖到大樓〕、光纖到辦公室(FTTO)和光纖到家(FTTH)等多種類型。在FTTC結(jié)構(gòu)中，ONU放置在路邊或電線桿的分線盒邊，從ONU到各個(gè)用戶之間采用雙絞線銅纜；傳送寬帶圖像業(yè)務(wù)，那么采用同軸電纜。FTTC的主要特點(diǎn)之一是到用戶家里面局部仍可采用現(xiàn)有的銅纜設(shè)施，可以推遲入戶的光纖投資。從目前來看，F(xiàn)TTC在提供2Mbps以下窄帶業(yè)務(wù)時(shí)是OAN〔稱光纖接入網(wǎng)〕中最現(xiàn)實(shí)、最經(jīng)濟(jì)的方案，但如需提供窄帶與寬帶的綜合業(yè)務(wù),那么這一結(jié)構(gòu)不甚理想。在FTTB結(jié)構(gòu)中，ONU被直接放到樓內(nèi)，光纖到大樓后可以采用ADSL、Cable、LAN，即FTTB+ADSL、FTTB+Cable和FTTB+LAN等方式接入用戶家中。FTTB與FTTC相比，光纖化程度進(jìn)一步提高，因而更適用于高密度以及需提供窄帶和寬帶綜合業(yè)務(wù)的用戶區(qū)。FTTO和FTTH結(jié)構(gòu)均在路邊設(shè)置無源分光器，并將ONU移至用戶的辦公室或家中，是真正全透明的光纖網(wǎng)絡(luò)，它們不受任何傳輸制式、帶寬、波長(zhǎng)和傳輸技術(shù)的約束，是光纖接入網(wǎng)絡(luò)開展的理想模式和長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)。1.3EPON的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)EPON的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：相對(duì)本錢低，維護(hù)簡(jiǎn)單，容易擴(kuò)展，易于升級(jí)。EPON結(jié)構(gòu)在傳輸途中不需電源，沒有電子部件，因此容易鋪設(shè)，根本不用維護(hù)，長(zhǎng)期運(yùn)營本錢和管理本錢的節(jié)省很大；EPON系統(tǒng)對(duì)局端資源占用很少，模塊化程度高，系統(tǒng)初期投入低，擴(kuò)展容易，投資回報(bào)率高；EPON系統(tǒng)是面向未來的技術(shù)，大多數(shù)EPON系統(tǒng)都是一個(gè)多業(yè)務(wù)平臺(tái)，對(duì)于向全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)過渡是一個(gè)很好的選擇。提供非常高的帶寬。EPON目前可以提供上下行對(duì)稱的1.25Gbps的帶寬，并且隨著以太技術(shù)的開展可以升級(jí)到10Gbps。效勞范圍大，EPON作為一種點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，可以利用局端單個(gè)光模塊及光纖資源，效勞大量終端用戶。帶寬分配靈活，效勞有保證。對(duì)帶寬的分配和保證都有一套完整的體系。EPON可以通過DBA(動(dòng)態(tài)帶寬算法)、DiffServ、PQ/WFQ、WRED等來實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)用戶進(jìn)行帶寬分配，并保證每個(gè)用戶的QoS。1.4EPON的傳輸原理EPON與APON最大的區(qū)別是EPON根據(jù)IEEE802.3協(xié)議，包長(zhǎng)可變至1518字節(jié)傳送數(shù)據(jù)，而APON根據(jù)ATM協(xié)議，按照固定長(zhǎng)度53個(gè)字節(jié)包來傳送數(shù)據(jù)，其中48個(gè)字節(jié)負(fù)荷，5個(gè)字節(jié)開銷。這種差異意味著APON運(yùn)載IP協(xié)議的數(shù)據(jù)效率低且困難。用APON傳送IP業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)包被分成每48個(gè)字節(jié)一組，然后在每一組前附加上5個(gè)字節(jié)開銷。這個(gè)過程耗時(shí)且復(fù)雜，也給OLT和ONU增加了額外的本錢。此外，每一48個(gè)字節(jié)段就要浪費(fèi)5個(gè)字節(jié)，造成沉重的開銷，即所謂的ATM包的稅頭。相反，以太網(wǎng)傳送IP流量，相對(duì)于ATM開銷急劇下降。EPON從OLT到多個(gè)ONU下行傳輸數(shù)據(jù)和從多個(gè)ONU到OLT上行數(shù)據(jù)傳輸是十分不同的。所采取的不同的上行/下行技術(shù)分別如圖3所示：當(dāng)OLT啟動(dòng)后，它會(huì)周期性的在本端口上播送允許接入的時(shí)隙等信息。ONU上電后，根據(jù)OLT播送的允許接入信息，主動(dòng)發(fā)起注冊(cè)請(qǐng)求，OLT通過對(duì)ONU的認(rèn)證〔本過程可選〕，允許ONU接入，并給請(qǐng)求注冊(cè)的ONU分配一個(gè)本OLT端口唯一的一個(gè)邏輯鏈路標(biāo)識(shí)〔LLID〕。圖3上下行傳輸原理數(shù)據(jù)從OLT到多個(gè)ONU以播送式下行〔時(shí)分復(fù)用技術(shù)TDM〕，根據(jù)IEEE802.3ah協(xié)議，每一個(gè)數(shù)據(jù)幀的幀頭包含前面注冊(cè)時(shí)分配的、特定ONU的邏輯鏈路標(biāo)識(shí)〔LLID〕，該標(biāo)識(shí)說明本數(shù)據(jù)幀是給ONU〔ONU1、ONU2、ONU3......ONUn〕中的唯一一個(gè)。另外，局部數(shù)據(jù)幀可以是給所有的ONU〔播送式〕或者特殊的一組ONU〔組播〕，在圖3的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，在分光器處，流量分成獨(dú)立的三組信號(hào)，每一組載到所有ONU的信號(hào)。當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)到達(dá)ONU時(shí)，ONU根據(jù)LLID，在物理層上做判斷，接收給它自己的數(shù)據(jù)幀，摒棄那些給其它ONU的數(shù)據(jù)幀。舉例，圖4中，ONU1收到包1、2、3，但是它僅僅發(fā)送包1給終端用戶1，摒棄包2和包3。對(duì)于上行，采用時(shí)分多址接入技術(shù)〔TDMA〕分時(shí)隙給ONU傳輸上行流量。當(dāng)ONU在注冊(cè)時(shí)成功后，OLT會(huì)根據(jù)系統(tǒng)的配置，給ONU分配特定的帶寬，〔在采用動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)整時(shí)，OLT會(huì)根據(jù)指定的帶寬分配策略和各個(gè)ONU的狀態(tài)報(bào)告，動(dòng)態(tài)的給每一個(gè)ONU分配帶寬，動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)整的進(jìn)一步說明見后面章節(jié)〕。帶寬對(duì)于PON層面來說，就是多少可以傳輸數(shù)據(jù)的根本時(shí)隙，每一個(gè)根本時(shí)隙單位時(shí)間長(zhǎng)度為16ns。在一個(gè)OLT端口〔PON端口〕下面，所有的ONU與OLTPON端口之間時(shí)鐘是嚴(yán)格同步的，每一個(gè)ONU只能夠在OLT給他分配的時(shí)刻上面開始，用分配給它的時(shí)隙長(zhǎng)度傳輸數(shù)據(jù)。通過時(shí)隙分配和時(shí)延補(bǔ)償，確保多個(gè)ONU的數(shù)據(jù)信號(hào)耦合到一根光纖時(shí)，各個(gè)ONU的上行包不會(huì)互相干擾。對(duì)于平安性的考慮。上行方向，ONU不能直接接收到其它ONU上行的信號(hào)，所以O(shè)NU之間的通信，都必須通過OLT，在OLT可以設(shè)置允許和禁止ONU之間的通信，在缺省狀態(tài)下是禁止的，所以平安方面不存在問題。對(duì)于下行方向，由于EPON網(wǎng)絡(luò)，下行是采用播送方式傳輸數(shù)據(jù)，為了保障信息的平安，從幾個(gè)方面進(jìn)行保障：所有的ONU接入的時(shí)候，系統(tǒng)可以對(duì)ONU進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證信息，可以是ONU的一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)〔如MAC地址或者是預(yù)先寫入ONU的一個(gè)序列號(hào)〕，只有通過認(rèn)證的ONU，系統(tǒng)才允許其接入。對(duì)于給特定ONU的數(shù)據(jù)幀，其它的ONU在物理層上，也會(huì)收到數(shù)據(jù)，在收到數(shù)據(jù)幀后，首先會(huì)比擬LLID〔處于數(shù)據(jù)幀的頭部〕是不是自己的，如果不是，就直接丟棄，數(shù)據(jù)不會(huì)上二層，這是在芯片層實(shí)現(xiàn)的功能，對(duì)于ONU的上層用戶，如果想竊聽到其它ONU的信息，除非自己去修改芯片的實(shí)現(xiàn)。加密，對(duì)于每一對(duì)ONU與OLT之間，可以啟用128位的AES加密。各個(gè)ONU的密鑰是不同的。VLAN隔離：通過VLAN方式，將不同的用戶群、或者不同的業(yè)務(wù)限制在不同的VLAN，保障相互之間的信息隔離。2.EPON協(xié)議和關(guān)鍵技術(shù)介紹2.1EPON協(xié)議棧介紹2.1.1EPON的層次模型對(duì)于以太網(wǎng)技術(shù)而言，PON是一個(gè)新的媒質(zhì)。802.3工作組定義了新的物理層。而對(duì)以太網(wǎng)MAC層以及MAC層以上那么盡量做最小的改動(dòng)以支持新的應(yīng)用和媒質(zhì)。EPON的層次模型如下：圖5EPON的層次模型2.1.2MPCP子層EPON系統(tǒng)通過一條共享光纖將多個(gè)DTE連接起來，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為不對(duì)稱的基于無源分光器的樹形分支結(jié)構(gòu)。MPCP就是使這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于以太網(wǎng)的一種控制機(jī)制。EPON作為EFM討論標(biāo)準(zhǔn)的一局部，建立在MPCP〔Muti-PointControlProtocol多點(diǎn)控制協(xié)議〕根底上，該協(xié)議是MACcontrol子層的一項(xiàng)功能。MPCP使用消息，狀態(tài)機(jī)，定時(shí)器來控制訪問P2MP〔點(diǎn)到多點(diǎn)〕的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在P2MP拓?fù)渲械拿總€(gè)ONU都包含一個(gè)MPCP的實(shí)體，用以和OLT中的MPCP的一個(gè)實(shí)體相互通信。作為EPON/MPCP的根底，EPON實(shí)現(xiàn)了一個(gè)P2P仿真子層，該子層使得P2MP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)于高層來說就是多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路的集合。該子層是通過在每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的前面加上一個(gè)LLD〔LogicalLinkIdentification〕邏輯鏈路標(biāo)識(shí)來實(shí)現(xiàn)的。該LLID將替換前導(dǎo)碼中的兩個(gè)字節(jié)。PON將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的根結(jié)點(diǎn)認(rèn)為是主設(shè)備，即OLT；將位于邊緣局部的多個(gè)節(jié)點(diǎn)認(rèn)為是從設(shè)備，即ONU。MPCP在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的主從設(shè)備之間規(guī)定了一種控制機(jī)制以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)有效的發(fā)送和接收。系統(tǒng)運(yùn)行過程中上行方向在一個(gè)時(shí)刻只允許一個(gè)ONU發(fā)送，位于OLT的高層負(fù)責(zé)處理發(fā)送的定時(shí)、不同ONU的擁塞報(bào)告、以便優(yōu)化PON系統(tǒng)內(nèi)部的帶寬分配。EPON系統(tǒng)通過MPCPDU來實(shí)現(xiàn)OLT與ONU之間的帶寬請(qǐng)求、帶寬授權(quán)、測(cè)距等。MPCP涉及的內(nèi)容包括ONU發(fā)送時(shí)隙的分配，ONU的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和參加，向高層報(bào)告擁塞情況以便動(dòng)態(tài)分配帶寬。MPCP多點(diǎn)控制協(xié)議位于MACControl子層。MACControl向MAC子層的操作提供實(shí)時(shí)的控制和處理。2.1.3EPON的物理層〔RS子層、PCS子層、PMA子層、PDM子層〕EPON物理層通過GMII接口與RS層相連，擔(dān)負(fù)著為MAC層傳送可靠數(shù)據(jù)的責(zé)任。物理層的主要功能是將數(shù)據(jù)編成適宜的線路碼；完成數(shù)據(jù)的前向糾錯(cuò)；將數(shù)據(jù)通過光電、電光轉(zhuǎn)換完成數(shù)據(jù)的收發(fā)。整個(gè)EPON物理層由如下幾個(gè)子層構(gòu)成：物理編碼子層(PCS)前向糾錯(cuò)子層(FEC)物理媒體附屬子層(PMA)物理媒體依賴子層(PMD)同千兆以太網(wǎng)的物理層相比，唯一不同的是EPON的物理層多了一個(gè)前向糾錯(cuò)子層〔FEC〕，其它各層的名稱、功能、順序沒有太大的變化。前向糾錯(cuò)子層完成前向糾錯(cuò)的功能。這個(gè)子層是一個(gè)可選的子層，它處在物理編碼子層和物理媒體附屬子層中間。它的存在引入使我們?cè)谶x擇激光器、分光器的分路比、接入網(wǎng)的最大傳輸距離時(shí)有了更大的自由。從宏觀上講，除了FEC層和PMD層以外，各子層根本上可以同千兆以太網(wǎng)兼容1.PCS子層PCS子層處于物理層的最上層。PCS子層上接GMII接口下接PMA子層，其實(shí)現(xiàn)的主要技術(shù)為8b/10b，10b/8b編碼變換。由于10比特的數(shù)據(jù)能有效地減小直流分量，便于接收端的時(shí)鐘提取，降低誤碼率，因此PCS層需要把從GMII口接收到的8位并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成10位并行的數(shù)據(jù)輸出。這個(gè)高速的8b/10b編碼器的工作頻率是125MHz，它的編碼原理基于5b/6b和3b/4b兩種編碼變換。PCS的主要功能模塊為：發(fā)送過程：從RS層通過GMII口發(fā)往PCS層的數(shù)據(jù)經(jīng)過發(fā)送模塊的處理(主要是8B/10B)：根據(jù)GMII發(fā)來的信號(hào)連續(xù)不斷地產(chǎn)生編碼后的數(shù)據(jù)流，經(jīng)PMA的數(shù)據(jù)請(qǐng)求原語把他們立即發(fā)往PMA效勞接口。輸入的并行八位數(shù)據(jù)變?yōu)椴⑿械氖粩?shù)據(jù)發(fā)往PMA。自動(dòng)協(xié)商過程：設(shè)置標(biāo)識(shí)通知PCS發(fā)送過程發(fā)送的是空閑碼、數(shù)據(jù)、還是重新配置鏈路。同步過程：PCS同步過程經(jīng)PMA數(shù)據(jù)單元指示原語連續(xù)接收碼流，并經(jīng)同步數(shù)據(jù)單元指示原語把碼流發(fā)往PCS接收過程。PCS同步過程設(shè)置同步狀態(tài)標(biāo)志指示是否PMA層發(fā)送來的數(shù)據(jù)是否可靠。接收過程：從PMA經(jīng)過同步數(shù)據(jù)單元指示原語連續(xù)接收碼流。PCS接收過程監(jiān)督這些碼流并且產(chǎn)生給GMII的數(shù)據(jù)信號(hào)，同時(shí)產(chǎn)生供載波監(jiān)聽和發(fā)送過程使用的內(nèi)部標(biāo)識(shí)、接收信號(hào)、監(jiān)測(cè)包間空閑碼。PCS子層的發(fā)送、接收過程在自動(dòng)協(xié)商的指示下完成數(shù)據(jù)收發(fā)、空閑信號(hào)的收發(fā)和鏈路配置功能。具體數(shù)據(jù)的收發(fā)滿足RD平衡規(guī)那么。在鏈路上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)除了256個(gè)數(shù)據(jù)碼之外，還有12個(gè)特殊的碼組作為有效的命令碼組出現(xiàn)。在EPON系統(tǒng)中，按照單纖雙向全雙工的方式傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)OLT通過光纖向各ONU播送時(shí)，為了對(duì)各ONU區(qū)別，保證只有發(fā)送請(qǐng)求的ONU能收到數(shù)據(jù)包，802.3ah標(biāo)準(zhǔn)引入了LLID。這是一個(gè)兩字節(jié)的字段，每個(gè)ONU由OLT分配一個(gè)網(wǎng)內(nèi)獨(dú)一無二的LLID號(hào)，這個(gè)號(hào)碼決定了哪個(gè)ONU有權(quán)接收播送的數(shù)據(jù)。這個(gè)兩字節(jié)的字段所處的位置見下列圖所示。圖6LLID在幀中的位置這個(gè)字段占據(jù)了原千兆以太網(wǎng)802.3z中前導(dǎo)碼〔preamble〕局部?jī)蓚€(gè)字節(jié)的空間，同802.3z標(biāo)準(zhǔn)相比SPD〔或稱SLD，LLID定界符在EPON中為0XD5〕的位置也滯后了。對(duì)于在EPON中新增的LLID，我們可以把它當(dāng)作數(shù)據(jù)發(fā)送出去，不用對(duì)PCS作什么變動(dòng)。但是對(duì)于EPON中SPD位置的這種變化，我們必須給以足夠的重視。我們知道，普通的千兆網(wǎng)技術(shù)發(fā)送狀態(tài)機(jī)根據(jù)EVEN或ODD的指示選擇第一個(gè)或第二個(gè)字節(jié)用/S/來替代，也就是說SPD的位置可以是變化的。而在EPON的PCS技術(shù)中，SPD的位置是固定的，我們要準(zhǔn)確地把前導(dǎo)碼的第三個(gè)字節(jié)用/S/來替代，否那么ONU會(huì)收不到正確的以太網(wǎng)包。這是因?yàn)镾PD在整個(gè)八字節(jié)的前導(dǎo)碼中有固定的位置，它起著指示LLID和CRC位置的作用。如果它不能出現(xiàn)在以太網(wǎng)包頭中的第三個(gè)字節(jié)的話，我們就不能夠得到正確的LLID值。沒有正確的LLID，處于等待狀態(tài)的ONU就得不到想要的數(shù)據(jù)。在各ONU向OLT突發(fā)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，得到授權(quán)的ONU在規(guī)定時(shí)隙里發(fā)送數(shù)據(jù)包，沒有得到授權(quán)的ONU處于休息狀態(tài)。這種在上行時(shí)不是連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)的通信模式叫突發(fā)通信。在OLT側(cè)，PCS的發(fā)送和接收都處于連續(xù)的工作模式；而在ONU側(cè)的PCS子層接收方向是連續(xù)接收OLT側(cè)來的播送數(shù)據(jù)，而在發(fā)送方向，卻是在斷斷續(xù)續(xù)地工作。因此EPON的PCS子層不僅要能像普通的千兆PCS子層一樣在連續(xù)的數(shù)據(jù)流狀態(tài)下能正常工作，在面對(duì)突發(fā)發(fā)送和突發(fā)接收時(shí)也要保持穩(wěn)定。其中OLT側(cè)的突發(fā)同步和突發(fā)接收是實(shí)現(xiàn)EPON系統(tǒng)PCS子層技術(shù)的關(guān)鍵。2.FEC子層FEC子層的位置處在PCS和PMA之間，是EPON物理層中的可選局部。它的主要功能如下：發(fā)送FEC子層接收從PCS層發(fā)過來的包，先進(jìn)行10b/8b的變換，然后執(zhí)行FEC的編碼的算法，用校驗(yàn)字節(jié)取代一局部擴(kuò)展的包間間隔，最后再把整個(gè)包經(jīng)過8b/10b編碼并把數(shù)據(jù)發(fā)給PMA層。字節(jié)對(duì)齊FEC子層接收從PMA層的信號(hào)，對(duì)齊幀。中選擇FEC子層的時(shí)候，PMA子層的字節(jié)對(duì)齊就被禁止。接收把經(jīng)字節(jié)對(duì)齊之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行RS譯碼、插入空閑碼后發(fā)送數(shù)據(jù)到PCS層。對(duì)于EPON系統(tǒng)而言，使用前向糾錯(cuò)技術(shù)的具體優(yōu)點(diǎn)可以概括如下：可以減小激光器發(fā)射功率預(yù)算，減少功耗；可以增加光信號(hào)的最大傳輸距離；能有效地減小誤碼率，滿足高性能光纖通信系統(tǒng)的要求，可以使誤碼率從糾錯(cuò)前的10-4降至糾錯(cuò)后的10-12；大分路比的分光器的衰減很大，配合使用前向糾錯(cuò)技術(shù)，在同樣的接入距離內(nèi)，可以使用大分路比的分光器，支持更多的接入用戶；前向糾錯(cuò)技術(shù)在EPON系統(tǒng)中的應(yīng)用使我們可以選擇使用價(jià)格低廉的FP激光器作為光源，大幅降低本錢，減小在光模塊方面的開銷。作為一項(xiàng)技術(shù)，它也有一些缺乏之處：FEC會(huì)增加開銷，增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，使有效傳輸速率減小。但總的看來，它為系統(tǒng)帶來的好處遠(yuǎn)大于它給系統(tǒng)帶來的不便，是一個(gè)很好的選擇方案。此外EPON中所使用的光器件均為無源光器件，因此信號(hào)的傳輸距離有限，在一些接入距離較大的地方，F(xiàn)EC技術(shù)尤其重要。3.PMA子層EPON的PMA層技術(shù)同千兆以太網(wǎng)PMA層技術(shù)相比沒有什么變化，其主要功能是完成串并、并串轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘恢復(fù)并提供環(huán)回測(cè)試功能，它同相鄰子層的接口是TBI接口。4.PMD子層EPON的PMD子層的功能是完成光電、電光轉(zhuǎn)換，按1.25Gbps的速率發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。802.3ah要求傳輸鏈路全部采用光無源器件，光網(wǎng)絡(luò)能支持單纖雙向全雙工傳輸。上下行的激光器分別工作在1310nm和1490nm窗口；光信號(hào)的傳輸要做到當(dāng)光分路比擬小的時(shí)候，最大傳輸20km無中繼。按所處位置的不同，光模塊又可以分為局端和遠(yuǎn)端兩種。對(duì)于遠(yuǎn)端的光模塊而言，接收機(jī)處于連續(xù)工作狀態(tài)，而發(fā)送機(jī)那么工作于突發(fā)模式，只有在特定的時(shí)間段里激光器才處于翻開狀態(tài)，在剩下的時(shí)間段里，激光器并不發(fā)送數(shù)據(jù)。由于激光器發(fā)送數(shù)據(jù)的速率是1.25Gbps，因此要求激光器的開關(guān)的速度要足夠快。同時(shí)要求在激光器處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，要使從PMA層發(fā)送過來的信號(hào)全部為低，以確保不工作的ONU激光器的輸出總功率疊加不會(huì)對(duì)正在工作的激光器的信號(hào)造成畸變影響。2.2EPON關(guān)鍵技術(shù)EPON物理層的關(guān)鍵技術(shù)EPON是一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸、基于以太網(wǎng)和TDM時(shí)分復(fù)用的MAC〔MediaAccessControl〕媒體訪問控制方式、提供多種綜合業(yè)務(wù)的寬帶接入技術(shù)。從物理層看，EPON從電氣、機(jī)械、規(guī)程、功能特性等功能根本上采納了Ethernet的GE或1000BASE的標(biāo)準(zhǔn)，包含物理層協(xié)議PHY〔PhysicalLayerProtocol〕和物理媒介協(xié)議PMD〔PhysicalMediumDependenceProtocol〕兩大子層功能。在物理層，EPON使用1000BASE的以太網(wǎng)物理層協(xié)議PHY，無源光纖傳輸方式。〔二〕EPON數(shù)據(jù)鏈路層的關(guān)鍵技術(shù)EPON數(shù)據(jù)鏈路層分為邏輯LLC〔LinkLayerControlProtocol〕和MAC兩大局部。LLC遵循的標(biāo)準(zhǔn)為802.2，MAC遵循的標(biāo)準(zhǔn)為802.3〔CSMA/CD〕等。EPON在數(shù)據(jù)鏈路層的MAC層采用多點(diǎn)控制協(xié)議MPCP(Multi-PointControlProtocol，MPCP)，基于TDM時(shí)分復(fù)用的控制協(xié)議，OLT是控制中心，利用時(shí)間標(biāo)記字段在下行傳輸GATEMAC控制信息，實(shí)現(xiàn)ONU與OLT同步，ONU接收GATE信息并傳送REGISTER_REQUEST信息，在預(yù)定的時(shí)間周期內(nèi)將其注冊(cè)到OLT，OLT利用REGISTER信息回復(fù)給ONU，用以指明認(rèn)可ONU的注冊(cè)。這樣通過對(duì)時(shí)間分片，將不同的時(shí)間片指定給不同的ONU設(shè)備使用，ONU自動(dòng)回報(bào)帶寬需求給OLT，OLT自動(dòng)發(fā)現(xiàn)ONU的過程，包含了帶寬排序和LogicalLinkIDs(LLID)的指定，靈活地將不同的網(wǎng)絡(luò)帶寬賦予不同帶寬需求的ONU，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)帶寬分配(DynamicBandwidthAllocation，DBA)，實(shí)現(xiàn)了用戶帶寬的有效控制，從而防止數(shù)據(jù)傳輸過程的沖突問題以及復(fù)雜的沖突檢測(cè)問題。而這種帶寬控制功能一般需要在路由器或者寬帶接入效勞器上才能夠?qū)崿F(xiàn)，是Ethernet所不具備的。OLT與ONU的光收發(fā)器的參數(shù)由OLT與ONU的交流控制機(jī)制而到達(dá)最正確狀態(tài)。2.2.2EPON數(shù)據(jù)鏈路層的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)鏈路層的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：上行信道采用時(shí)分多址接入技術(shù)〔TDMA〕，分時(shí)隙給各個(gè)ONU傳輸上行數(shù)據(jù)流。來自各個(gè)ONU的多種業(yè)務(wù)信息根據(jù)各自分配到的時(shí)隙，互不干擾地通過ODN無源分光器耦合到同一根光纖，最后送到OLT接收頭端。OLT每一個(gè)端口〔PON口〕下面所有的ONU與OLTPON端口之間時(shí)鐘是嚴(yán)格同步的，每一個(gè)ONU只能在OLT給它分配的特定允許時(shí)隙傳輸數(shù)據(jù)，通過時(shí)隙分配和時(shí)延補(bǔ)償，確保多個(gè)ONU的數(shù)據(jù)信號(hào)耦合到一根光纖時(shí)，各個(gè)ONU的上行數(shù)據(jù)不會(huì)互相干擾。EPON具備一系列比方有效的帶寬控制、優(yōu)先權(quán)處理、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)等優(yōu)越的特性。在傳輸機(jī)制上，通過MAC控制命令來控制和優(yōu)化各光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)與光線路終端(OLT)之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)的TDM通信，通過在MAC層中實(shí)現(xiàn)802.1p來提供QOS確保效勞質(zhì)量。下行信道采用播送方式，數(shù)據(jù)從OLT到多個(gè)ONU根據(jù)不同的時(shí)間片段以播送式下行〔TDM時(shí)分復(fù)用技術(shù)〕，通過ODN中的1：N〔一般是1：32〕無源分光器，分配給PON上所有ONU光網(wǎng)絡(luò)單元。當(dāng)OLT啟動(dòng)后，它會(huì)周期性地在各端口上播送允許接入的時(shí)隙允許接入信息，ONU上電后根據(jù)允許接入信息，發(fā)起注冊(cè)請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)OLT對(duì)ONU的認(rèn)證，允許請(qǐng)求注冊(cè)的合法的ONU接入，并給ONU分配一個(gè)唯一的邏輯鏈路標(biāo)識(shí)〔LLID〕，當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)到達(dá)該ONU時(shí)，ONU根據(jù)LLID在物理層上做出判斷，接收給它的數(shù)據(jù)幀，摒棄不是給自己的數(shù)據(jù)幀。帶寬分配和時(shí)延控制可以由高層協(xié)議完成，因而上行信道的MPCP便成為EPON的MAC層技術(shù)的核心。目前的802.3ah標(biāo)準(zhǔn)確定在EPON的MAC層中增加MPCP子層。MPCP子層的基石主要有3點(diǎn)：一是上行信道采用定長(zhǎng)時(shí)隙的TDMA方式，但時(shí)隙的分配由OLT實(shí)施；二是對(duì)于ONU發(fā)出的以太網(wǎng)幀不作分割，而是組合，即：每個(gè)時(shí)隙可以包含假設(shè)干個(gè)802．3幀，組合方式由ONU依據(jù)QoS決定；三是上行信道必須有動(dòng)態(tài)帶寬分配〔DBA〕功能支持即插即用、效勞等級(jí)協(xié)議〔SLA〕和QoS。1.DBA目前MAC層爭(zhēng)論的焦點(diǎn)在于DBA的算法及802．3ah標(biāo)準(zhǔn)中是否需要確定統(tǒng)一的DBA算法，由于直接關(guān)系到上行信道的利用率和數(shù)據(jù)時(shí)延，DBA技術(shù)是MAC層技術(shù)的關(guān)鍵。帶寬分配分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種，靜態(tài)帶寬由翻開的窗口尺寸決定，動(dòng)態(tài)帶寬那么根據(jù)ONU的需要，由OLT分配。TDMA方式的最大缺點(diǎn)在于其帶寬利用率較低，采用DBA可以提高上行帶寬的利用率，在帶寬相同的情況下可以承載更多的終端用戶，從而降低用戶本錢。另外，DBA所具有的靈活性為進(jìn)行效勞水平協(xié)商〔SLA〕提供了很好的實(shí)現(xiàn)途徑。目前的方案是基于輪詢的帶寬分配方案，即：ONU實(shí)時(shí)地向OLT匯報(bào)當(dāng)前的業(yè)務(wù)需求〔Request〕〔如：各類業(yè)務(wù)的在ONU的緩存量級(jí)〕，OLT根據(jù)優(yōu)先級(jí)和時(shí)延控制要求分配〔Grant〕給ONU一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙，各個(gè)ONU在分配的時(shí)隙中按業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)算法發(fā)送數(shù)據(jù)幀。由此可見，由于OLT分配帶寬的對(duì)象是ONU的各類業(yè)務(wù)而非終端用戶，對(duì)于QoS這樣一個(gè)基于端到端的效勞，必須有高層協(xié)議介入才能保障。2.系統(tǒng)同步因?yàn)镋PON中的各ONU接入系統(tǒng)是采用時(shí)分方式，所以O(shè)LT和ONU在開始通信之前必須到達(dá)同步，才會(huì)保證信息正確傳輸。要使整個(gè)系統(tǒng)到達(dá)同步，必須有一個(gè)共同的參考時(shí)鐘，在EPON中以O(shè)LT時(shí)鐘為參考時(shí)鐘，各個(gè)ONU時(shí)鐘和OLT時(shí)鐘同步。OLT周期性的播送發(fā)送同步信息給各個(gè)ONU，使其調(diào)整自己的時(shí)鐘。EPON同步的要求是在某一ONU的時(shí)刻T(ONU時(shí)鐘)發(fā)送的信息比特，OLT必須在時(shí)刻T(OLT時(shí)鐘)接收他。在EPON中由于各個(gè)ONU到OLT的距離不同，所以傳輸時(shí)延各不相同，要到達(dá)系統(tǒng)同步，ONU的時(shí)鐘必須比OLT的時(shí)鐘有一個(gè)時(shí)間提前量，這個(gè)時(shí)間提前量就是上行傳輸時(shí)延，也就是如果OLT在時(shí)刻0發(fā)送一個(gè)比特，ONU必須在他的時(shí)刻RTT(往返傳輸時(shí)延)接收。RTT等于下行傳輸時(shí)延加上上行傳輸時(shí)延，這個(gè)RTT必須知道并傳遞給ONU。獲得RTT的過程即為測(cè)距(ranging)。當(dāng)EPON系統(tǒng)到達(dá)同步時(shí)，同一OLT下面的不同ONU發(fā)送的信息才不會(huì)發(fā)生碰撞。3.測(cè)距和時(shí)延補(bǔ)償由于EPON的上行信道采用TDMA方式，多點(diǎn)接入導(dǎo)致各ONU的數(shù)據(jù)幀延時(shí)不同，因此必須引入測(cè)距和時(shí)延補(bǔ)償技術(shù)以防止數(shù)據(jù)時(shí)域碰撞，并支持ONU的即插即用。準(zhǔn)確測(cè)量各個(gè)ONU到OLT的距離，并精確調(diào)整ONU的發(fā)送時(shí)延，可以減小ONU發(fā)送窗口間的間隔，從而提高上行信道的利用率并減小時(shí)延。另外，測(cè)距過程應(yīng)充分考慮整個(gè)EPON的配置情況，例如，假設(shè)系統(tǒng)在工作時(shí)參加新的ONU，此時(shí)的測(cè)距就不應(yīng)對(duì)其它ONU有太大的影響。EPON的測(cè)距由OLT通過時(shí)間標(biāo)記〔Timestamp〕在監(jiān)測(cè)ONU的即插即用的同時(shí)發(fā)起和完成。圖7測(cè)距和時(shí)延補(bǔ)償根本過程如下：OLT在T1時(shí)刻通過下行信道播送時(shí)隙同步信號(hào)和空閑時(shí)隙標(biāo)記，已啟動(dòng)的ONU在T2時(shí)刻監(jiān)測(cè)到一個(gè)空閑時(shí)隙標(biāo)記時(shí)，將本地計(jì)時(shí)器重置為T1，然后在時(shí)刻T3回送一個(gè)包含ONU參數(shù)的〔地址、效勞等級(jí)等〕在線響應(yīng)數(shù)據(jù)幀，此時(shí)，數(shù)據(jù)幀中的本地時(shí)間戳為T4；OLT在T5時(shí)刻接收到該響應(yīng)幀。通過該響應(yīng)幀OLT不但能獲得ONU的參數(shù)，還能計(jì)算出OLT與ONU之間的信道延時(shí)RTT＝T2－T1＋T5－T3＝T5－T4。之后，OLT便依據(jù)DBA協(xié)議為ONU分配帶寬。當(dāng)ONU離線后，由于OLT長(zhǎng)時(shí)間〔如3min〕收不到ONU的時(shí)間戳標(biāo)記，那么判定其離線。4.RTT補(bǔ)償在OLT側(cè)進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償，發(fā)送給ONU的授權(quán)反映出由于RTT補(bǔ)償?shù)牡竭_(dá)時(shí)間。例如，如果OLT在T時(shí)刻接收數(shù)據(jù)，OLT發(fā)送包括時(shí)隙開始的GATE＝T-RTT。在時(shí)戳和開始時(shí)間之間所定義的最小延時(shí)，實(shí)際上就是允許處理時(shí)間。在時(shí)戳和開始時(shí)間之間所定義的最大延時(shí)，是保持網(wǎng)絡(luò)同步2.2.2EPON的QoS問題在EPON中支持QoS的關(guān)鍵在3個(gè)方面：一是物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的平安性；二是如何支持業(yè)務(wù)等級(jí)區(qū)分；三是如何支持傳統(tǒng)業(yè)務(wù)。1.平安性在傳統(tǒng)的以太網(wǎng)中，對(duì)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層平安性考慮甚少。因?yàn)樵谌p工的以太網(wǎng)中，是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸，而在共享媒體的CSMA／CD以太網(wǎng)中，用戶屬于同一區(qū)域。但在點(diǎn)到多點(diǎn)模式下，EPON的下行信道以播送方式發(fā)送，任何一個(gè)ONU可以接收到OLT發(fā)送給所有ONU的數(shù)據(jù)包。這對(duì)于許多應(yīng)用，如付費(fèi)電視、視頻點(diǎn)播等業(yè)務(wù)是不平安的。MAC層之上的加解密控制只對(duì)凈負(fù)荷加密，而保存幀頭和MAC地址信息，因此非法ONU仍然可以獲取任何其它ONU的MAC地址；MAC層以下的加密可以使OLT對(duì)整個(gè)MAC幀各個(gè)局部加密，主要方案是給合法的ONU分配不同的密鑰，利用密鑰可以對(duì)MAC的地址字節(jié)、凈負(fù)荷、校驗(yàn)字節(jié)甚至整個(gè)MAC幀加密。根據(jù)IEEE802.3ah規(guī)定，EPON系統(tǒng)物理層傳輸?shù)氖菢?biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀，對(duì)此，802.3ah標(biāo)準(zhǔn)中為每個(gè)連接設(shè)定LLID邏輯鏈路標(biāo)識(shí)，每個(gè)ONU只能接收帶有屬于自己的LLID的數(shù)據(jù)報(bào)，其余的數(shù)據(jù)報(bào)丟棄不再轉(zhuǎn)發(fā)。不過LLID主要是為了區(qū)分不同連接而設(shè)定，ONU側(cè)如果只是簡(jiǎn)單根據(jù)LLID進(jìn)行過濾很顯然還是不夠的。為此物理層ONU只接收自己的數(shù)據(jù)幀，AES加密，ONU認(rèn)證。2.業(yè)務(wù)區(qū)分由于EPON的效勞對(duì)象是家庭用戶和小企業(yè)，業(yè)務(wù)種類多，需求差異大，計(jì)費(fèi)方式多樣，而利用上層協(xié)議并不能解決EPON中的數(shù)據(jù)鏈路層的業(yè)務(wù)區(qū)分和時(shí)延控制。因此，支持業(yè)務(wù)等級(jí)區(qū)分是EPON必備的功能。目前的方案是：在EPON的下行信道上，OLT建立8種業(yè)務(wù)隊(duì)列，不同的隊(duì)列采用不同的轉(zhuǎn)發(fā)方式；在上行信道上，ONU建立8種業(yè)務(wù)端口隊(duì)列，既要區(qū)分業(yè)務(wù)又要區(qū)分不同用戶的效勞等級(jí)。此外，由于ONU要對(duì)MAC幀組合，以便時(shí)隙突發(fā)并提高上行信道的利用率，所以進(jìn)一步引入幀組合的優(yōu)先機(jī)制用于區(qū)分效勞。3.EPONQ-in-Q根本原理3.1QinQ技術(shù)簡(jiǎn)介QinQ技術(shù)〔也稱StackedVLAN或DoubleVLAN〕是指將用戶私網(wǎng)VLAN標(biāo)簽封裝在公網(wǎng)VLAN標(biāo)簽中，使報(bào)文帶著兩層VLAN標(biāo)簽穿越運(yùn)營商的骨干網(wǎng)絡(luò)，在公網(wǎng)中只根據(jù)外層VLAN標(biāo)簽傳播，私網(wǎng)VLAN標(biāo)簽被屏蔽，這樣，不僅對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行了區(qū)分，而且由于私網(wǎng)VLAN標(biāo)簽被透明傳送，不同的用戶VLAN標(biāo)簽可以重復(fù)使用，只需要外層VLAN標(biāo)簽的在公網(wǎng)上唯一即可，實(shí)際上也擴(kuò)大了可利用的VLAN標(biāo)簽數(shù)量。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)vlanid有限〔1-4094〕，通過在原有802.1Qtag標(biāo)簽的之外再增加一個(gè)VLAN標(biāo)簽〔4094×4094〕。QinQ的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.1ad〔IEEE802.1ad的全稱是:VirtualBridgedLocalAreaNetworksAmendment4:ProviderBridges〕該標(biāo)準(zhǔn)是在2006年5月份才形成正式標(biāo)準(zhǔn)的，所以當(dāng)前我們常見的各廠商實(shí)現(xiàn)的QinQ和該標(biāo)準(zhǔn)有較大的不同，但各廠商的實(shí)現(xiàn)均大同小異。3.2QinQ的產(chǎn)生隨著三層交換機(jī)的不斷成熟和大量應(yīng)用，許多企業(yè)網(wǎng)和小型城域網(wǎng)用戶都傾向于使用三層交換機(jī)來搭建骨干網(wǎng)，由于以下三個(gè)原因，這些用戶一般都不愿意使用基于MPLS或者IP協(xié)議的VPN：? 配置、維護(hù)工作相比照擬繁雜；? 許多廠商的三層交換機(jī)不支持MPLS功能，如果用戶搭建基于MPLS的VPN，勢(shì)必要淘汰這些設(shè)備，浪費(fèi)資源；? 支持MPLS功能的單板一般價(jià)格昂貴，小型用戶難以承受。而QinQ可以提供一種廉價(jià)、簡(jiǎn)潔的二層VPN解決方案，不需要信令協(xié)議的支持，可以通過純靜態(tài)配置實(shí)現(xiàn)，而且只需要網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備支持QinQ，內(nèi)部只需要可以支持802.1Q的設(shè)備即可，所以越來越多的小型用戶傾向于使用該功能構(gòu)建自己的VPN網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)營商在通過Ethernet提供Internet接入業(yè)務(wù)時(shí)需要對(duì)客戶標(biāo)識(shí)，做到精細(xì)化管理，而且隨著新業(yè)務(wù)的開展〔如Triple-Play、Wholesale、VPN〕，運(yùn)營商還需要對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行細(xì)分，以區(qū)別提供不同的管道、QoS策略。原有基于802.1Q只有4096個(gè)vlan標(biāo)識(shí)不能滿足這樣的需要，QinQ正好可以擴(kuò)展這樣的標(biāo)識(shí)，同時(shí)還可以利用不同的VLAN來區(qū)分運(yùn)營商的效勞和不同的客戶。利用QinQ提供接入時(shí)具用以下的優(yōu)點(diǎn)：? 可以解決日益緊缺的公網(wǎng)VLANID資源問題；? 用戶可以規(guī)劃自己的私網(wǎng)VLANID，不會(huì)導(dǎo)致與公網(wǎng)VLANID沖突；? 提供一種較為簡(jiǎn)單的二層VPN解決方案；? 使用戶網(wǎng)絡(luò)具有較高的獨(dú)立性，在效勞提供商升級(jí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，用戶網(wǎng)絡(luò)不必更改原有的配置；? 可以按不同層次的VLANID來區(qū)分不同的業(yè)務(wù)；? QinQ技術(shù)上完全可以多層嵌套，沒有限制，僅受Ethernet報(bào)文長(zhǎng)度的限制，具有很好的擴(kuò)充性。3.3QinQ報(bào)文封裝QinQ的報(bào)文封裝就是在原有802.1Q報(bào)文中的TAG頭上再加上一層TAG封裝，用來擴(kuò)展VLAN的范圍，如圖1所示：圖1QinQ報(bào)文封裝IEEE802.1q與IEEE802.1ad幀的比擬：3.3QinQ報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)過程在通過QinQ實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的二層VPN過程中報(bào)文是按如下方式轉(zhuǎn)發(fā)：圖2QinQ報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)過程圖2中在運(yùn)營商網(wǎng)中使用VLAN20來標(biāo)識(shí)客戶A、VLAN30標(biāo)識(shí)客戶B，當(dāng)客戶A的報(bào)文到達(dá)運(yùn)營商的邊緣交換機(jī)時(shí)，邊緣交換機(jī)均給客戶A的報(bào)文打上一個(gè)外層標(biāo)簽〔VLAN20〕，然后在VLAN20中轉(zhuǎn)發(fā)，不會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)到VLAN30，報(bào)文在離開運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)時(shí)再剝離掉外層的標(biāo)簽，轉(zhuǎn)發(fā)到用戶A的網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單二層VPN功能。3.4QinQ報(bào)文的TPID值可調(diào)功能TPID〔TagProtocolIdentifier，標(biāo)簽協(xié)議標(biāo)識(shí)〕是VLANTag中的一個(gè)字段，IEEE802.1Q協(xié)議規(guī)定該字段的取值為0x8100。IEEE802.1Q協(xié)議定義的以太網(wǎng)幀的Tag報(bào)文結(jié)構(gòu)如下：圖3IEEE802.1Q報(bào)文結(jié)構(gòu)通常在QinQ中設(shè)備的內(nèi)外層標(biāo)簽的TPID值均采用協(xié)議規(guī)定的0x8100，但是某些廠商的設(shè)備將QinQ報(bào)文外層Tag的TPID值設(shè)置為0x9100或0x9200，為了和這些設(shè)備兼容，并提供較高的靈活性，我司支持QinQ功能的交換機(jī)根本上均提供了QinQ報(bào)文TPID值可調(diào)功能〔需要注意有的設(shè)備整機(jī)支持，有的設(shè)備是端口支持〕，能修改QinQ設(shè)備的外層標(biāo)簽的TPID值。〔在本文的802.1ad局部我們將會(huì)看到802.1ad所規(guī)定的TPID為0x88a8，所以當(dāng)設(shè)備同標(biāo)準(zhǔn)802.1ad設(shè)備作QinQ對(duì)接時(shí)也需要TPID可調(diào)功能〕。3.5靈活QinQ及應(yīng)用在前面我們所講的QinQ中，通常是以物理端口來劃分用戶或用戶網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)多個(gè)不同用戶以不同的VLAN接入到同一個(gè)端口時(shí)那么無法區(qū)分用戶。另外前面的QinQ方案是一種簡(jiǎn)單二層VPN的應(yīng)用，在運(yùn)行營商接入環(huán)境中往往需要根據(jù)用戶的應(yīng)用或接入地點(diǎn)〔設(shè)備〕來區(qū)分用戶，基于這種應(yīng)用產(chǎn)生了靈活QinQ方案。簡(jiǎn)單講靈活QinQ就是根據(jù)用戶報(bào)文的Tag或其他特征〔IP/MAC等〕，給用戶報(bào)文打上相應(yīng)的外層Tag，以到達(dá)區(qū)分不同用戶或應(yīng)用的目的。當(dāng)前靈活QinQ主要應(yīng)用在運(yùn)營商的接入網(wǎng)絡(luò)中，在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中給接入用戶分配一個(gè)VLAN，以到達(dá)便于問題追蹤和防止不同用戶間互訪，用外層標(biāo)簽區(qū)分用