無源光網(wǎng)絡下掛二層交換機組網(wǎng)分析和建議

中國移動通信集團江蘇有限公司南京分公司 曹 磊 楊 明

0 引言

某高校將啟動有線寬帶二期建設，考慮到現(xiàn)場宿舍樓內(nèi)空間條件限制，無法通過一期建設方案中的典型PON（無源光網(wǎng)絡）組網(wǎng)方式增加ONU（光網(wǎng)絡單元）來滿足信息點數(shù)量的要求。初步擬定通過現(xiàn)網(wǎng)已部署的ONU以太網(wǎng)端口下掛小型8口交換機實現(xiàn)，規(guī)劃學生的寬帶網(wǎng)速設置為4～10Mb/s。

1 ONU下掛交換機組網(wǎng)分析

現(xiàn)網(wǎng)部署的ONU多為MDU（多用戶居住單元）設備，單ONU最大能提供24FE（快速以太網(wǎng)）接入能力。按照每FE口下掛8口交換機組網(wǎng)，則每ONU最大提供24×8＝192用戶接入。

1.1 網(wǎng)絡能力分析

EPON（以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡）技術(shù)采用8B/10B編碼，去除編碼及開銷，下行方向有效可用帶寬為950MHz，上行方向可用有效帶寬為900MHz。考慮用戶一般情況下以下行業(yè)務為主，PON口帶寬按950MHz計算，為該PON口下所有ONU共享。

每臺ONU設備能夠承載的流量峰值與網(wǎng)絡采用的分光比、用戶并發(fā)比密切相關(guān)。假設用戶并發(fā)比為40%，不同分光比下每臺ONU能承載的流量峰值見表1。

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網(wǎng)絡業(yè)務量T按下式計算：

其中，N為PON口寬帶用戶數(shù)，B為每用戶的帶寬，R為用戶的并發(fā)比。于是

由此可以得出 N≤593.75，N取8的整數(shù)倍，N＝592（MDU端口以8的整數(shù)倍出現(xiàn)）；用戶并發(fā)比按40%計算，單PON口下可帶4Mb/s帶寬用戶總數(shù)為592個。為保證網(wǎng)絡能持續(xù)穩(wěn)定運行，需考慮到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中一些其他如協(xié)議包、廣播包流量的開銷，實際所帶用戶在512左右。如果未來開到8～10Mb/s帶寬，則單個PON口下用戶總數(shù)大約在256個。

不同分光比下，每臺ONU設備可帶用戶數(shù)見表2。

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由此看來，在不改變現(xiàn)有網(wǎng)絡分光比率、不升級為10G EPON的情況下，采用ONU下掛8口交換機的組網(wǎng)模式，如開展4～8Mb/s業(yè)務，每ONU的接入用戶數(shù)量將非常有限，極大降低了ONU的端口利用率，達不到節(jié)省ONU部署的目的；如規(guī)劃每ONU接入192用戶，即使在降低分光比為1∶8后，每用戶帶寬也只能達到1.5Mb/s左右，無法滿足4Mb/s帶寬規(guī)劃。

1.2 設備性能分析

現(xiàn)網(wǎng)ONU設備每端口MAC（媒體接入控制）地址數(shù)目限制為1～16。如果ONU每端口下掛8口數(shù)據(jù)交換機，學生可能還會再掛一級數(shù)據(jù)交換機供多人使用，導致ONU每端口MAC地址很容易超過16，在此情況下，ONU則會忽略新MAC地址直到有MAC地址老化，同時該數(shù)據(jù)包被丟棄，導致一部分學生無法正常上網(wǎng)，用戶投訴增多。老化時間的設置也并不能徹底解決該問題，因為過長的老化時間會導致交換機內(nèi)的MAC地址表超期，從而使交換機做出一些不正確的過濾/轉(zhuǎn)發(fā)決定。但是，如果老化時間過短，會造成地址表刷新太快，大量接收到的數(shù)據(jù)包的目的地址在MAC地址表中找不到，致使交換機只能將這些數(shù)據(jù)包廣播給所有端口，這樣就大大地削弱了交換機的優(yōu)點。

同時，由于下掛交換機情況各種各樣，也沒有辦法定量分析交換機對于MDU的MAC地址學習能力有多少影響。另外，ONU一般定位為二層設備，其交換芯片的處理能力有限，下掛多個數(shù)據(jù)交換機交換機后，會導致ONU設備負荷過大，ONU自身分配給接入交換機的帶寬有限，接入交換機下的用戶帶寬得不到保障，當ONU單個端口故障時，會影響多個用戶。

1.3 管理維護分析

在ONU端口下再帶一級交換機后，學生可能還會再去共享多人使用，從而導致用戶無法估計，也容易產(chǎn)生硬件環(huán)路，廣播包會發(fā)送到交換機的各個端口，會由環(huán)路循環(huán)發(fā)送，產(chǎn)生廣播風暴，導致整個物理網(wǎng)段的癱瘓。

用戶過多會產(chǎn)生大量的廣播包，可能會受到抑制而影響正常的廣播包。當一個用戶電腦中毒，該電腦網(wǎng)卡的發(fā)送包和接收包的數(shù)量快速增加，發(fā)送大量的異常包將損耗大量的網(wǎng)絡帶寬，引發(fā)網(wǎng)絡阻塞，可能就會使整個ONU下用戶業(yè)務不通。

這種多級組網(wǎng)模式，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)復雜，除了易發(fā)故障，還會導致故障處理難，處理時間長，影響用戶感知。

綜上，從網(wǎng)絡發(fā)展、設備性能、管理維護角度分析，不推薦此種組網(wǎng)方案。

2 組網(wǎng)建議

針對此項目，建議從兩方面進行合理化組網(wǎng)。

2.1 采用SFU加交換機的組網(wǎng)模式

建議采用SFU（單個家庭用戶單元）設備下掛交換機設備，采用一級分光，分光比不超過1∶8，單PON口下掛的交換機數(shù)量限制在8個以內(nèi)。單PON口所帶寬帶用戶數(shù)：高帶寬用戶不超過128個，低帶寬用戶不超過512個。

單臺SFU設備下掛交換機禁止超過兩臺，單臺交換機寬帶總數(shù)禁止超過48線。每PON口下掛8個交換機節(jié)點時，每個交換機節(jié)點寬帶用戶并發(fā)不超過20個；每PON口下掛4個交換機節(jié)點時，每個交換機節(jié)點寬帶用戶并發(fā)不超過40個。

采用此組網(wǎng)模式，經(jīng)合理規(guī)劃可滿足4～10Mb/s業(yè)務的開展，可利舊原學生宿舍樓道交換機，不需重新布放五類線，但仍不能徹底解決級聯(lián)組網(wǎng)引起的管理維護問題。對于新部署的SFU設備需新建信息箱，相較MDU其安裝環(huán)境、空間要求都有所降低，重新鋪設配線光纜到樓道。

2.2 升級原有EPON為10G EPON

方案具有如下特點：

·帶寬提高10倍，下行帶寬達到9Gb/s；

·ODN（光分配網(wǎng)）保持不變；

·和EPON完全兼容，可平滑升級到10GEPON；

·OLT（光線路終端）可實現(xiàn)EPON/10GEPON同平臺；支持同一PON口下EPON/10GEPON混合組網(wǎng)；

·網(wǎng)管保持一致，可實現(xiàn)統(tǒng)一運維管理；

·利用現(xiàn)有EPON支撐系統(tǒng)，改動很小。

3目前網(wǎng)絡運行情況

經(jīng)綜合考慮時效性和經(jīng)濟性的前提下，在該校采用了采用SFU加交換機組網(wǎng)模式，目前網(wǎng)絡各項指標達到正常水平，學生用戶使用網(wǎng)絡感知良好。 ◆