Оптоволокно и интернет: описание, достоинства и недостатки, скорость

Особенности устройства Ethernet

По методике передачи данных Ethernet для подсоединения новых пользователей к провайдеру применяют медный кабель – витую пару (Twisted Pair). Скорость передачи данных в таком варианте можно варьировать до 1 Гбит/с. Но большинство провайдеров ограничивает доступ абонента до предела 100 Мбит/с (зависит от тарифа). Такое распределение трафика позволяет разделить имеющийся канал на всех потребителей со стабильным сигналом. Под понятием Ethernet часто принято употреблять термин FTTx (fiber to the x). X – это точка, до которой сеть ведут оптоволокном. Подразделяется на такие виды:

1. FTTN (Fiber to the Node) – оптико-волоконный кабель прокладывают до контактного центра, расположенного в 2-3 км от пользователей. Оттуда интернет распространяют по технологии VDSL, медным спаренным кабелем. Передача информации на 10-50 Мбит/с.
2. FTTC (Fiber to the Curb) – оптоволокно доводят до микрорайона или квартала, так, чтобы итоговая длина кабельного соединения не превышала 300 м до каждого абонента – VDSL2. Скорость трафика в таком варианте 50-100 Мбит/с.
3. FTTB (Fiber to the Building) – соединение оптическим волокном ведут до многоквартирного дома, и уже только внутри распределяют по методике Ethernet – до каждого потребителя. Предельная скорость ограничена 1 Гбит/с.

В точке распределения устанавливают медиаконвертеры и вспомогательное оборудование, которое питают от 220 В переменного тока. Такой способ подключения связан с повышенной стоимостью оптоволоконного кабеля и его хрупкостью. Медный витопарный проводник проще проложить, а при повреждениях линии его легко заменить или отремонтировать путем спайки контактов или установки промежуточного коннектора. Соединение с устройствами, привязанными к сети, осуществляют через штекер RJ-45.

Приложения

Развертывание оптических ячеистых сетей позволяет поставщикам услуг предлагать своим клиентам новые услуги и приложения, такие как

• защита качества обслуживания (QoS), что позволяет предоставлять услуги с разными уровнями защиты: упреждающий, незащищенный., защищенный с гарантированным восстановлением от сбоя одного канала или одного узла, защищенный от множественных сбоев (посредством комбинации защиты и восстановления)
• Динамические службы, такие как Bandwidth-on-Demand (BoD), Just-In-Time (JIT) пропускная способность, планирование полосы пропускания и брокерская передача полосы пропускания
• Оптические виртуальные частные сети
• Многоадресные световые пути

Он также поддерживает новые сетевые парадигмы такие как

архитектуры IP-оптических сетей

Передача Ethernet по сети SONET/SDH

Звено Ethernet «точка-точка» можно оптимально передать по сети SONET/SDH, сформировав контейнер с помощью трех процедур: VCAT (процедуры виртуальной конкатенации – ITU-T G.707), LCAS (схемы динамической настройки звена связи – ITU-T G.7042) – для создания блока, умещающегося в контейнере SDH, и процедуры GFP (общей процедуры фреймирования кадров – ITU-T G.7041), см. подробнее в . Это позволяет, кроме прочего, воспользоваться преимуществами развитого менеджмента и возможностью восстановления трафика (после отказа), характерными для SDH, которые позволяют обеспечить высокую доступность сети и ее устойчивость к отказам.

Режимы защиты сети в технологии GPON

Есть несколько различных типов режимов защиты сети, которые может использовать GPON.

Тип

• Он не требует дополнительного порта OLT PON.
• Когда первичное волокно выходит из строя, услуги передаются вторичному волокну.
• Продолжительность отключения зависит от времени восстановления линии.
• Если отказ происходит на линии разветвителя, ведущей к ООН, резервной копии нет.

Тип B

• OLT предоставляет два порта GPON как действующий и защитный OLT.
• Защита ограничена волокном от OLT до сплиттера и плат OLT.
• Резервирование оборудования не предусмотрено на ONU или силовых волокнах.
• Нет защиты ONU или полной ODN.
• Он использует разветвитель 2 x N и без каких-либо дополнительных оптических потерь.

Резервирование для OLT, ODN и ONU (ов)

• Предоставляет 2 полностью резервированных канала связи с абонентскими объектами.
• Два варианта: 1 + 1 линейная и 1: 1 линейная защита.

1 + 1 защита:

• Защита PON предназначена для действующей PON.
• Обычный трафик копируется и отправляется в обе PON с постоянным мостом между двумя OLT.
• Трафик отправляется в ONU одновременно, выбор между двумя сигналами основан на заранее определенных критериях.

1: 1 защита:

• Обычный трафик передается по действующей или защищенной PON.
• Автоматическая защита переключает между PON.
• Дороже, но предлагает максимальную доступность.

Наконец, отметьте, что технология GPON — это технология доступа к телекоммуникациям, которая, как мы видели, использует оптоволокно для связи с конечным потребителем. Его технические стандарты были утверждены в 2003–2004 годах ITU-T в рекомендациях G.984.1, G.984.2, G.984.3, G.984.4 и G.984.5. Все производители оборудования должны соблюдать его, чтобы обеспечить совместимость. Это стандартизация сетей PON на скоростях выше 1 Гбит / с. Впоследствии были отредактированы две новые рекомендации: G.984.6 (Расширение области применения) и G.984.7 (Расширенная область действия). Мы надеемся, что благодаря всей этой информации вы сможете полностью понять технологию GPON.

Синхронные сети Ethernet

Синхронный Ethernet, SyncE (рис. 2), – ITU-T-стандарт, разработанный для облегчения передачи синхросигналов через физический уровень Ethernet.

(Master – ведущий таймер; wireline, wireless – проводные и беспроводные технологии;

Data, Sync – данные, синхронизация; EEC – ведомый таймер оборудования сетей Ethernet).

Цель разработки – обеспечить сигнал синхронизации для тех сетевых ресурсов, которым он требуется. Этот сигнал может быть отслежен внешними источниками синхронизации, в идеале ведущим таймером сети (рис. 2). Приложения Synch Ethernet (SE) включают сети сотовой связи, проводные технологии доступа, такие как Ethernet PON (EPON) и приложения IPTV или VoIP. Семейство сетей Ethernet, однако, не передает информацию об источниках синхронизации, как, например, сети SDH , хотя что-то похожее используется в разработках IETF: Network Time Protocol (NTP) и Precision Time Protocol (РТР).

SyncE был стандартизован ITU-T в кооперации c IEEE и описан в трех основных рекомендациях: G.8261, G.8262 и G.8264. Архитектура SyncE минимально требует замены внутреннего таймера карты Ethernet на таймер с фазовой автоподстройкой частоты, чтобы питать физический уровень Ethernet (PHY).

Преодолеть различие других альтернативных признаков – различия адресации ЛС и ТфОП и несовместимость физических уровней ЛС и ГлС – оказалось значительно труднее. Однако различие в адресации можно преодолеть, используя конвертацию адресов, разработанную для IP-телефонии, а несовместимость физических уровней – только инкапсуляцией пакетов Ethernet в полезную нагрузку одной из технологий ГлС.

Три из них (SONET/SDH, IP/MPLS и WDM) широко используются для этих целей, тогда как четвертая – CET (Carrier Ethernet Transport – транспорт Ethernet операторского класса) – быстро развивается как жизнеспособный логичный вариант передачи сервисов Ethernet.

Отличия EPON и GPON

Топология сети и оборудование, используемое для построения сетей EPON и GPON очень схожи, но имеют некоторые отличия. Сами оптические линии связи ни чем не отличаются, в них используется одинаковое оптоволокно и сплиттеры.

Основным отличием является то, что по стандарту скорость одной линии в EPON составляет 1.25 Гб/с, в то время как у GPON этот показатель составляет 2.45 Гб/с, что вдвое выше. Также к одой линии EPON с помощью сплиттеров можно подключить до 64 абонентов, а к GPON до 128 абонентов.

Однако сейчас уже есть оборудование, позволяющее передавать данные в сети EPON с удвоенной скоростью и получило новые чипы с поддержкой 128 абонентов. Так что разница между EPON и GPON свелась к нулю. Тут уже выбирает провайдер что ему выгоднее, обычно построение сети EPON обходится несколько дешевле, за счет более низкой цены оборудования как со стороны провайдера, так и абонентских терминалов (ONU).

Но, при прочих равных, зная жадность наших провайдеров, которые пытаются посадить как можно больше пользователей на более узкий и дешевый канал связи, а также использовать самое дешевое оборудование, пользователю лучше отдать предпочтение технологии GPON с каналом 2.45 Гб/с и возможностью подключения до 128 абонентов.

Кроме того, возможности по гибкой настройки со стороны провайдера у технологии GPON выше, есть возможность детально настроить приоритеты для каждого порта (пользователя). Например, это может помочь решить проблемы при потере пакетов и высоком пинге в играх, провайдер просто даст вашему игровому трафику более высокий приоритет.

Восстановление в оптических ячеистых сетях

Оптические ячеистые сети поддерживают создание сервисов, ориентированных на установление соединения, в коммутационном режиме . В ячеистых сетях доступно несколько механизмов восстановления, которые обеспечивают разные уровни защиты или восстановления от различных режимов отказа. Защита канала, ссылка -, сегмент- и путь — наиболее распространенные схемы защиты. P-циклы — это еще один тип защиты, который усиливает и расширяет кольцевую защиту. еще один метод восстановления, который может работать сам по себе или дополнять более быстрые схемы защиты в случае множественных сбоев.

Ethernet точка-точка по оптике

Описание технологии и архитектура доступа

EFMF определяет физический уровень для транспорта кадров Ethernet точка-точка на скоростях 100 Мбит/с и 1 Гбит/с и на расстояния до 10 км по одномодовому оптическому волокну. Специфицированы интерфейсы 100 и 1000 Мбит/с работающие как по двум волокнам, так и по одному волокну. В последнем случае данные вниз и вверх по потоку передаются на разных не перекрывающихся длинах волн.

Применяемое оборудование

На рисунке представлена одна из возможных схем применения топологии EFMF.

Рис. 1. Архитектура первой мили для Ethernet P2P по оптичесому волокну.

Обязательный элемент этой архитектуры  центральный агрегирующий узел с интерфейсами соответствующими спецификации 802.3ah, к которому по оптике может напрямую подключаться пользователь, либо между агрегирующим узлом и пользователем может присутствовать необязательный элемент данной архитектуры  распределительный узел, который располагается в зоне обслуживания центрального узла для более эффективного использования оптического волокна или в здании, где находится абонент и соединяется с ним по внутренней медной иди оптической проводке. Отметим, что спецификация 802.3ah предусматривает возможность работы оптических интерфейсов в расширенном диапазоне температур, поэтому распределительный и агрегирующий узлы могут, например, размещаться и в уличных шкафах. Устройством пользователя может быть Ethernet коммутатор или т.н. домашний шлюз (residental gateway), имеющий в дополнение к Ethernet еще аналоговые или ISDN BRI интерфейсы и поддерживающий VoIP протоколы с сигнализациями H.323, SIP или MGCP. Если оператор обеспечивает трансляцю видеоконтента, то для его просмотра на телевизоре необходим IP STB (Set-Top-Box), который декодирует, поступающий в виде IP пакетов сжатый видеопоток.

Преимущества этого подхода во многом связаны с преимуществом использования оптического волокна и возможностями масштабирования сети доступа.

Оптическое волокно  среда передачи, пригодная в долгосрочной перспективе для обеспечения сегодняшних и завтрашних требований по доставке приложений голоса, видео и данных. Преимущества оптического волокна  высокая пропускная способность, большие расстояния передачи, возможность прокладывать в кабельных каналах не только со слаботочным (абонентским) кабелем, но и с электрическим кабелем.

Топология точка-точка Gigabit Ethernet по оптическому волокну  экономически эффективный высокопроизводительный доступ для области применения «волокно до дома» FTTH (fiber to the home), «волокно до здания или границы частной собственности FTTB/C (fiber to the building and curb), а также для сквозного подключения или агрегации корпоративных сетей. В комбинации с функцией ограничения полосы (rate limiting) и соглашениями об уровне обслуживания (SLA), физический канал 1000 Мбит/с может быть использован для предложения 10, 100, 200- Мбит/с или более скоростных служб. Гигабитная скорость доступа  достаточная полоса, чтобы гарантировать большой жизненный цикл сетевой инфраструктуры (само оптическое волокно амортизируется в течение 20 и более лет). EFMF имеет наименьшие годовые эксплуатационные затраты на транспортные службы, в то время как нарастающая полоса пропускания всегда будет гарантировать доставку множества приносящих прибыль служб.

Использование оптоволоконных соединений

Оптоволокно и трансиверы

О принципах передачи сигнала по оптическим кабельным системам и особенностям различных технологий написано много материалов, поэтому напомним только основные детали.

Для подключения оптоволоконных кабелей к оборудованию обычно используют трансиверы для конвергентных (универсальных) портов, к которым подключаются соответствующие патчкорды. Чаще других используются трансиверы и порты SFP/SFP+ Об этом можно прочитать в статье: Как SFP, SFP+ и XFP делают нашу жизнь проще.

Технологии передачи сигнала: Single mode и Multi mode

Single mode. Из названия сразу понятен принцип работы. Для передачи сигнала используется один световой или лазерный луч. В качестве среды передачи — оптическое волокно с относительно небольшим диаметром светопроводящего канала (не более 10 микрон). Диаметр оболочки \~125 мкм. Обозначение на маркировке «9/125», где указывается соотношение диаметра сердцевины и самой оболочки или просто «SM». Основным плюсом является возможность передачи сигнала на большие расстояния.

Multi mode. Оптический проводник имеет больший диаметр световода и способен пропускать несколько пучков света (мод). Оболочка имеет такой же диаметр, как и одномодовое. По размеру диаметра используют волокно 50 и 62,5 мкм, с соответствующими маркировками: «MM 50/125» и «ММ 62.5/125» (+р). Обычно, когда говорят о «многомодовой оптике» в LAN, имеют в виду 50 мкм.

Для передачи 10G на расстояние до 300м используется многомодовое оптоволокно класса OM3 (кабели 50/125мкм обозначаются бирюзовым цветом).

Основным преимуществом многомодового оптоволокна является его гибкость (можно менять направление при прокладке под углом до 90 градусов. Из ограничений можно отметить передачу сигнала на меньшее расстояние (по сравнению с single mode).

Также оптические патчкорды отличаются типом коннекторов. На практике часто используется LC (Lucent Connector). Он имеет корпус из пластика и защелку.

Патчкорды бывают одинарные (simplex) и двойные (duplex) как для одномодовых, так и многомодовых оптоволоконных соединений.

Поддержка интерфейса мониторинга цифровой диагностики (DDMI)

DDMI даёт возможность коммутатору получить доступ к рабочим параметрам в оптоволоконном канале. Такой подход позволяет реализовать дополнительные функции, например, гибкое управление и мониторинг сигналов ввода/вывода. Это даёт возможность посылать аварийные сигналы и предупреждения о состоянии среды передачи данных.

Преимущество оптоволоконной среды передачи

В первую очередь: расстояние для передачи (большая длина проводника), устойчивость к затуханию, отсутствие помех и безопасность (сложнее подключить стороннее устройство, не получится считать информацию через электромагнитные наводки и так далее).

А в чем недостатки?

Стоит отметить механическую хрупкость, недостаточную гибкость, критичность к резким перепадам температуры.

Но оптоволокно — не единственное решение для сетей 10 Gigabit Ethernet. Есть ещё и витая пара.

Заключение

Существуют различные типы OLT, ONU, ONT, ODN для PON, которые являются оборудованием PON нового поколения и в основном применяются телекоммуникационными операторами для проекта FTTH. Все это оборудование доступно на FS.COM и характеризуется высокой степенью интеграции, гибкой совместимостью, надёжностью и способностью обеспечивать высокое качество обслуживания (QOS), веб-менеджмент, а также способностью к гибкому росту производительности. Для получения более подробной информации, пожалуйста, свяжитесь с нами по почте: [email protected].

Источник： https://community.fs.com/ru/blog/abc-of-pon-understanding-olt-onu-ont-and-odn.html