EPON基础原理.ppt
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1、EPON基础知识,2,What is EPON?,啥是PON?啥又是EPON?,3,What is EPON?,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Passive Optical Network与之相对的是有源光网络 AON,Active Optical Network 什么是EPON?以太网无源光网络Ethernet Passive Optical Network,4,Pons history,Question:PON是咋来的?PON它用来干啥的呀?,5,Pons history,PON的发展历史APON(2001年改名为BPON):20世界
2、90年代中期出现,二层采用ATM封装和传送技术,最高速率为622MbpsEPON(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GEPONGPON: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。Asynchronous Transfer Mode(ATM)异步传输模式 操作(Operation)、管
3、理(Administration)、维护(Maintenance),简称OAM。,PON的出现,是用来解决接入网带宽瓶颈,6,Why PON?,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?,7,Why PON?,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
4、:接入距离远远超过无线和DSL。增加用户的模式支持“热拔插”。,8,Why EPON?,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
5、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。,9,EPON fantasy!,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。,10,How does EPON work?,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?,11,How does EPON work?,12,How does EPON work?,几个名词的解释:OLTOptical Line Terminal光线路终端ONTOptical Network Terminator光网络终端POSPa
6、ssive optical splitter 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。,13,How does EPON work?,下行波长中还有一个1550nm的波长,用来模拟电视信号,14,EPON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,
7、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。,1490nm,1310nm,EPON基本原理,15,EPON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,16,EPON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,
8、17,EPON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的,数据格式遵从IEEE802.3标准,传输速率为Gbps。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,每个侦
9、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。,EPON帧结构介绍,EPON基本原理,19,EPON帧结构-上行,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,20,How does EPON work?,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?,21,LLID,小明的问题:下行的数据
10、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
11、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
12、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:
13、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?,25,MPCP,强大的MPCP,26,MPCP,MPCP:Multipoint control protocol(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.,M
14、PCP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,27,MPCPDU,MPCP:Multipoint control protocol(多点控制协议),MPCP有5种消息帧GateReportRegister-requestRegisterRegister-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。,28,ONU的注册和自动发现,第一步:OLT发送一条“Discovery Gate”消息,消息的内容包括用于发现的授权(Grant),包括其长度和开始时间,还有物理层的一些参数,如AGC建立时间、CDR锁定
15、时间等.,OLT大声对周围喊:”我是格林耐特的HR大L,有没有人要加进来啊,要的在明天12点到1点把简历给我。现在是北京时间12点整“,29,ONU的注册和自动发现,第二步:新加入的OUN,发送”Register-request“给OLT,在其中包括了ONU的能力矢量(Capability Vector)和物理层的一些参数.,第二天12点半,小O把简历交给了大L。,如果在指定时间内,OLT收到了两个OUN来的Register-req会怎么样?,30,ONU的注册和自动发现,第三步:OLT接收到后,经过验证,给ONU发Register,消息的内容包括分配给这个ONU的LLID值、OLT所支持的O
16、NU能力、对ONU能力及物理层参数的回应等.,大L电话通知小O:你的资料我看过,行,你的工号是9527,一会邮件告诉你上班时间。,31,ONU的注册和自动发现,第四步:ONU收到Register后,经过验证,给OLT发Register-ACK,消息的内容包括被ONU所支持和确认的OLT能力、ONU对被分配的LLID和被设置的物理层参数的回应等.,小O回答:我知道了,很高兴加入。,32,ONU的注册和自动发现,问题1:OUN是怎么注册的?,答:如图所示的4步曲,就是OUN的注册过程。,33,ONU的注册和自动发现,问题2:OLT是根据什么机制来给OUN分配带宽的?,答:如图所示,在注册过程中,O
17、LT在发送Register后,还会发送一个Gate报文(GateMPCPDU),在这个包中包括授权的数目、授权的开始时间及其长度等信息,这样OUN上行的数据包和控制包的发送时隙就可以被确定,从而实现各个ONU的有序发送.,小L给小O发的邮件:请于2007年11月7日到公司来报道,合同为期半年。,34,测距和时隙补偿,问题3:OLT和ONU是用什么方式来测距?怎么实现时隙补偿的呢?,答:1,OLT在绝对时间T1时,发出一个GATE包,时戳字段的值为T1 2,ONU在绝对时间T2时收到这个GATE包,把本地时间调整为T1 3,在绝对时间T3时,OUN发送一个REPORT包,时戳字段的值为T4 4,
18、在绝对时间T5,OLT收到这个REPROT包 5,通过该响应帧OLT不但能获得ONU的参数,还能计算出OLT与ONU之间的信道延时RTTT2T1T5T3T5T4。(T4=T3-T2+T1),GATE,REPORT,35,MPCP,MPCP:Multipoint control protocol(多点控制协议),前面提到的问题:EPON在二层承载的是以太网帧,以太网帧里是没有地方定义了LLID这个字段的,跟LLID一样,像时间戳字段也在传统的以太网帧结构中没有定义,那么LLID和时间戳在哪?,答:MPCP是在二层实现的,它在传统的以太网帧的基础上,做了扩展。,36,MPCP的帧结构,前导码8By
19、tes,DA6Bytes,SA6Bytes,长度/类型2Bytes,数据461500Bytes,填充不定,FCS4Bytes,以太网MAC帧,EPON MAC帧,37,MPCP的帧结构,现在我们看一下MPCP的帧结构,前导码:1bit的模式位,用来标示是P2P模式还是广播方式,LLID是逻辑链路标记.,00-02:Gate00-03:Report00-04:Register-request00-05:Register00-06:Register-ACK,MPCP的类型值:88-08,前面说的那个时间戳字段,用来使OLT和OUN同步,各个参数和状态等信息在这里体现,不使用时为全0,38,ONU和
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