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1、2023/2/22,Welcome to EPONs world,Director by yuski,2023/2/22,What is EPON?,啥是PON？啥又是EPON?,2023/2/22,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什么是EPON?以太网无源光网络Ethernet Passive Optical Network,2023/2/22,Pons history,Question:PON是咋来的？PON它用来干啥的呀?,2023/2/22,Pons hist
2、ory,PON的发展历史APON(2001年改名为BPON):20世界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。,PON的出现,是用来解决接入网带宽
3、瓶颈,2023/2/22,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?,2023/2/22,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:光钎是一种纯介质网络,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。佛曰：剩钱就是赚钱。方便：接入距离远远超过无线和DSL。增加用户的模式支持“热拔插”。
4、,2023/2/22,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IP业务支持的最好，产品成熟度高，成本最低。就
5、是它了。我选择，我喜欢。,2023/2/22,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。,2023/2/22,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？,2023/2/22,接入路由器,L2/L3交换机,How does EPON work?,HOUSE,ENTERPRISE,BUILDING,NETWOK Management,PSTN,Internet,BAS,Voice Gateway,POS,POS,城
6、域网,IP TV,PC,E-Phone,接入路由器,CDN,PC,视频电话,PC,IP TV,PC,L2/L3交换机,视频电话,接入路由器,ROUTER,OLT,OLT,ONU,汇聚层,接入汇聚层,接入层,典型的EPON系统,CATV,2023/2/22,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POSPassive 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
7、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。,2023/2/22,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,2023/2/22,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
8、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？,2023/2/22,LLID,小明的问题: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？,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？,2023/2/22,带宽分配,小白的问题:新加入的OUN怎么获得
9、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,2023/2/22,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
10、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
11、信息隔离。,注：又又又又有新问题了，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？,2023/2/22,测距、时隙补偿,Lily的问题: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？,2023/2/22,MPCP,强大的MPCP,2023/2/22,MPCP,MPCP：Multipo
12、int 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.,MPCP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,2023/2/22,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
13、来解决前面我们提出的问题的。,2023/2/22,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“,2023/2/22,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1
14、2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？,2023/2/22,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ONU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。,2023/2/22,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
15、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。,2023/2/22,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。,2023/2/22,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，OLT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，
16、合同为期半年。,2023/2/22,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T12，ONU在绝对时间T2时收到这个GATE包，把本地时间调整为T13，在绝对时间T3时，OUN发送一个REPORT包，时戳字段的值为T44，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,2023/2/22,MPCP,MPCP：Multipoint
17、 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。,2023/2/22,MPCP的帧结构,首先我们来看一下传统的以太网帧结构（Ethernet II）,前导码：共8字节，前7个字节由01间隔组成。用于通知目标站作好接受准备。最后一个字节是SOF（帧首定界符）以两个连续的代码1结尾，表示一个帧的开始,2023/2/22,MPCP的帧结构,现在我们看
18、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0,2023/2/22,ONU和OLT的行为,DBA：动态带宽分配,前面我们说过，EPON支持DBA，他是通过MPCP来实现的。它是如何操作的呢？要解释这个问题，就要从OUN和OLT的行为说起。,2023/2/22
19、,ONU和OLT的行为,OLT和ONU通过MPCP实现动态带宽分配的行为：OLT上电后，会周期性的产生下发”发现窗口“（Discovery Gate）未注册的OUN在接到Discovery Gate后，与OLT一起完成注册过程（前面我们讲过的），OUN与OLT同步时间，测距，获得LLID。在注册过程中，OUN会接到OLT给他的一个授权”Gate“，这个Gate中指定了一个给OUN的最小带宽，用于OUN的管理。OLT还会周期性的下发一个GATE消息，与已经注册的OUN进行全局时间同步。已经注册的OUN在给自己分配的带宽时间内，上报一个Report消息。这个消息内说明了目前自己需要的带宽。OLT根
20、据自己配置的规则，下发GATE消息给OUN，给OUN指定一个发送带宽。,OLT是领导，下属OUN们可以提需求，给不给、给多少还是领导说了算,2023/2/22,MPCP结束语,结束语EPON系统是一种结合了成熟的千兆以太网技术和PON技术的理想的光接入解决方案,而MPCP是解决EPON系统技术难点的关键协议.它通过定义特定的控制帧消息结构,可以解决上行信道复用、测距及时延补偿等EPON的难点问题,同时还能实现对EPON系统的动态带宽分配和灵活的网络管理。但是MPCP依然存在一些问题，如：无法实现网络管理，协议本身有很多定义不明确的地方（for example:没有规定异常处理)，单OUN多LL
21、ID问题，QOS的实现方案没有统一。,在EPON中MPCP不是万能D，但没有MPCP是万万不能D,2023/2/22,资料片：OAM,Director by yuski,2023/2/22,What is OAM?,什么是OAM呢？下面有同学抢答了：“我知道我知道，是偶阿妈。”,OAM-OperationAdministration and Maintenance。根据运营商网络运营的实际需要，通常将网络的管理工划分为3大类：操作（Operation）、管理（Administration）、维护（Maintenance），简称OAM。操作主要完成日常网络和业务进行的分析、预测、规划和配置工作；
22、维护主要是对网络及其业务的测试和故障管理等进行的日常操作活动。ITU-T对OAM功能进行了定义：1）性能监控并产生维护信息，根据这些信息评估网络的稳定性；2）通过定期查询的方式检测网络故障，产生各种维护和告警信息；3）通过调度或者切换到其它的实体，旁路失效实体，保证网络的正常运行；4）将故障信息传递给管理实体。,2023/2/22,EPON中的OAM,OAM是一种可以监控网络、检查错误原因的工具，是每一种接入网络都需要具备的，它能帮助运营商有效的管理网络。传统的以太管理往往采用简单网络管理协议（SNMP）或者TR069的方法实现。EPON系统作为一个接入网络，需要电信级的的管理能力。传统的SN
23、MP和TR069并不适合EPON，因为SNMP和TR069都是三层IP层以上的协议，他们使用的前提就是下层网络正常，不能对EPON网络链路层进行管理。IEEE802.3委员会在新的以太网接入标准802.3ah中制定了关于链路层OAM标准。,上面的说都太玄了，那OAM到底能干什么呢？,2023/2/22,OAM的作用,以下问题，就能使用OAM完美的解决,电信员工：”老大，我们南山区格林耐特的客户最近一直抱怨说上网老掉线“（异常诊断）电信老总：”小的们，你们去统计一下，南山那边有多少用户用的是格林耐特公司做的OUN“（状态查询）老板：“所有中毒的设备，全部重起”（管理操作）,2023/2/22,E
24、PON中OAM运行机制,MAC客户端：负责802.3MAC数据的接收和发送OAM客户端：配置OAM子层，处理接受OAM协议数据单元（OAMPDU），发送PDU控制模块：提供OAM客户端与OAM子层的接口解析模块：解析接受到的帧，将OAMPDU送往控制模块，非OAMPDU发往上层复用模块：将OAMPDU和非OAMPDU复用并发送,2023/2/22,OAM帧结构,DA:OAMPDU中的目的地址是slow-protocols-multicast地址SA：发出OAMPDU的源MAC地址类型：88-09（慢协议类型）（什么是慢协议？）子类型：03（OAM）标示：包含状态标示代码域：表明OAMPDU类型
25、数据域：用与OAMPDU有效载荷,00：状态信息（Information OAMPDU）01：事件报告（Event Notification）02：变量获取（Variable Request）03：变量返回（Variable Response）04：环回控制（Loopback control）FE：自定义（Organization Specific）,OAMPDU中的数据都是TLV的格式（type|length|value）,2023/2/22,OAM事件,发现过程：发现过程是所有规程的第一步，只有成功完成了发现过程后，才能运行其他的OAM规程。OUN和OLT的OAM子层通过交换Informa
26、tion OAMPDU 来获取对方的OAM性能配置和标示，并确定对方支持OAM。OAM采用周期性的通告来保持一个OAM会话。如果超过本地定时器的时间没有收到远端通告报文，则结束此OAM会话。,OLT,OUN,Information（我支持OAM）,Information（我支持OAM）,information,information,2023/2/22,OAM事件,远端错误报告：当ONU发生错误时，将会发送一个Event Notification OAMPDU信息，说明错误的类型和错误信息。当出现严重错误时，使用flag字段的3个bit来区分类型（链路错误、突发错误、严重错误）。由于上述3种错
27、误都比较严重，所以当他们对应的flag被置位时，OAMPDU不受慢协议的限制而重复多次发送。,ONU,OLT,Event Notification(出错啦！),Event Notification(出错啦！),Event Notification(出错啦！),2023/2/22,OAM事件,远端环回测试：OLT的OAM通过发送Loopback Control OAMPDU将对端OUN设置为环回检测状态。OUN在此状态下除OAMPDU外所有的数据帧都将被反送回OLT。环回测试是最有效的诊断网络故障的工具，它用来在一个大范围内的网络中定位一个小的分段的错误，它还能检测出网络性能（吞吐量、时延等参数
28、）。,OLT,ONU,Loopback Control(你，给我环回),DATA XXX(给你),DATA XXX(还给你),Loopback Control(行了，别环回了),2023/2/22,OAM事件,一般事件报告：802.3ah中定义了一些事件的触发条件（如：链路恶化、错帧突发），当链路时间达到触发条件的时候，OAM层就会发送一个事件报告（Event Notification），时间报告OAMPDU因为不能保证被接收到，所以会多次发送，每个Event Notification中有一个发送序号（Sequence number）字段来标示重复发送的序号。,ONU,OLT,Event No
29、tification NO.1(有情况，丢包),忽然出现大段丢包,Event Notification NO.2(有情况，丢包),Event Notification NO.3(有情况，丢包),2023/2/22,OAM事件,MIB变量获取：当OLT需要OUN的一些参数的时候，OAM发送Variable Request OAMPDU。OUN收到后返回Variable response OAMPDU给OLT，此帧的数据域内包含了OLT请求的参数。,OLT,OUN,Request（贵性？）,Response（免贵，姓王）,注：EPON的802.3ah只支持对远端变量的查询，并不支持参数的修改。,2
30、023/2/22,OAM结束语,结束语OAM为EPON系统的优化作出了重要的贡献，它使EPON系统能够支持链路的管理和维护。但是，在802.3ah中对OAM所做的规范远远不够标准，它仅仅提供了5种标准帧和5种基本管理流程。虽然802.3ah中定义了可以由厂家自己扩展的帧，但是对这个帧的标准没有定义，需要厂家自己来规范，这就造成了各个厂家的OAM肯定会存在不能互通的问题，需要运营商和各厂商之间协商标准。（中国电信的“EPON设备技术要求”中对投标设备的OAM层扩展做了很详细的规范）,OAM还不到家，规范还要靠你我他。,2023/2/22,结束,谢谢观看！,票价打折后为50元RMB，会在下月工资中扣取,
