無源光網絡下掛二層交換機組網分析和建議

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，考慮到現場宿舍樓內空間條件限制，無法通過一期建設方案中的典型PON（無源光網絡）組網方式增加ONU（光網絡單元）來滿足信息點數量的要求。初步擬定通過現網已部署的ONU以太網端口下掛小型8口交換機實現，規劃學生的寬帶網速設置為4～10Mb/s。

1 ONU下掛交換機組網分析

現網部署的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）接入能力。按照每FE口下掛8口交換機組網，則每ONU最大提供24×8＝192用戶接入。

1.1 網絡能力分析

EPON（以太網無源光網絡）技術采用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絡采用的分光比、用戶并發比密切相關。假設用戶并發比為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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網絡業務量T按下式計算：

其中，N為PON口寬帶用戶數，B為每用戶的帶寬，R為用戶的并發比。于是

由此可以得出 N≤593.75，N取8的整數倍，N＝592（MDU端口以8的整數倍出現）；用戶并發比按40%計算，單PON口下可帶4Mb/s帶寬用戶總數為592個。為保證網絡能持續穩定運行，需考慮到數據網絡中一些其他如協議包、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口下用戶總數大約在256個。

不同分光比下，每臺ONU設備可帶用戶數見表2。

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由此看來，在不改變現有網絡分光比率、不升級為10G EPON的情況下，采用ONU下掛8口交換機的組網模式，如開展4～8Mb/s業務，每ONU的接入用戶數量將非常有限，極大降低了ONU的端口利用率，達不到節省ONU部署的目的；如規劃每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帶寬規劃。

1.2 設備性能分析

現網ONU設備每端口MAC（媒體接入控制）地址數目限制為1～16。如果ONU每端口下掛8口數據交換機，學生可能還會再掛一級數據交換機供多人使用，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，同時該數據包被丟棄，導致一部分學生無法正常上網，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的MAC地址表超期，從而使交換機做出一些不正確的過濾/轉發決定。但是，如果老化時間過短，會造成地址表刷新太快，大量接收到的數據包的目的地址在MAC地址表中找不到，致使交換機只能將這些數據包廣播給所有端口，這樣就大大地削弱了交換機的優點。

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，下掛多個數據交換機交換機后，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，也容易產生硬件環路，廣播包會發送到交換機的各個端口，會由環路循環發送，產生廣播風暴，導致整個物理網段的癱瘓。

用戶過多會產生大量的廣播包，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，該電腦網卡的發送包和接收包的數量快速增加，發送大量的異常包將損耗大量的網絡帶寬，引發網絡阻塞，可能就會使整個ONU下用戶業務不通。

這種多級組網模式，網絡結構復雜，除了易發故障，還會導致故障處理難，處理時間長，影響用戶感知。

綜上，從網絡發展、設備性能、管理維護角度分析，不推薦此種組網方案。

2 組網建議

針對此項目，建議從兩方面進行合理化組網。

2.1 采用SFU加交換機的組網模式

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口下掛的交換機數量限制在8個以內。單PON口所帶寬帶用戶數：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禁止超過48線。每PON口下掛8個交換機節點時，每個交換機節點寬帶用戶并發不超過20個；每PON口下掛4個交換機節點時，每個交換機節點寬帶用戶并發不超過40個。

采用此組網模式，經合理規劃可滿足4～10Mb/s業務的開展，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組網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）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EPON/10GEPON同平臺；支持同一PON口下EPON/10GEPON混合組網；

·網管保持一致，可實現統一運維管理；

·利用現有EPON支撐系統，改動很小。

3目前網絡運行情況

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