周志敏山东莱芜钢铁集团公司动力部
摘要：本文阐述了光以太网的技术特性，结合光以太网的应用市场，论述了光以太网的建设和运营商服务，简单介绍了光接入网络技术。
1.光纤以太网
宽带网络成为市场热点，当业界把宽频上网的焦点集中在ADSL和CABLE之际，光纤以太网络技术也悄悄地走出办公室领域，成为新社区大楼家庭用户宽频上网的新选择。所谓的“以太宽频解决方案”，是透过光纤或铜线连接到社区节点，并在节点上利用交换器进行资料传输、管理，社区内用户只要通过网卡，即可使用宽频上网。光纤以太网是指信息传输运营商在城市之间和城市中开始建立光纤网络后，再运用以太网在城域网络、广域网络上，架构成光纤以太网络。
光以太网的出现，彻底解决了上述问题。从2000年下半年以来，包括北电网络公司在内的一些电信设备公司提出了光以太网的概念。这一解决方案的核心是利用光纤的巨大带宽资源和以太网的成熟和易用，为运营商建造新一代的宽带城域接入网，满足市场对带宽的巨大需求。
光以太网将以太网的优越性扩展到了城域网，如低成本的以太网接口（10Mbps、100Mbps、1Gbps），由于以太网在企业和个人计算机上的广泛使用，使得以太网的硬件成本非常低，大大降低了运营商的网络建设成本。以太网已经有26年的历史，技术的成熟更降低了网络的风险。通过跨广域网的VLAN实现虚拟专用网络应用，不需要企业改变他们现有的IP地址编址，大大简化了企业的管理成本，使得光以太网可以同时为住宅用户和商业用户服务。
以太网络是相当成熟的技术，在家庭或企业用户的设备安装及产品价格上，都较ADSL和CABLE更具竞争力。以目前主推以太网络到家（ETTH）的营运商为例，以太宽频上网的费用只有ADSL和CABSE的一半，加上在频宽分享下，每个用户都能享用１Ｍ以上的频宽，更是吸引用户使用的关键。
鉴于目前９８％的局域网络（LAN）皆为以太网架构，网络业内专家预期，光纤以太网络将成为光纤产业下一波发展趋势，因此各网络公司目前全力推出传统光纤传输以太网、密集波分复用（DWDM）以太网与抗封包环（RPR）以太网等三款光纤以太网解决方案，协助网络运营商在保障既有投资的前提下，以低建置成本创造最大营收，并解决网络上传下载不对称之传输瓶颈。
2.光以太网的建设
光以太网首先在北美得到应用。如Yipes,Cogent,Telseon公司，目前在美国约20个大城市提供公共以太网接入业务，其网络中大量使用千兆以太网交换机，通过光纤到大楼为用户提供Internet接入和透明局域网互连(TLS)业务，主要客户是ISP、律师事务所、基于Web的企业等商业用户和学校。
与北美不同，中国的以太网接入业务应首先针对居民用户，这是针对中国国情而言。因北美的居民住宅非常分散，采用光纤到路边的方法，每对光纤覆盖的用户数量非常小，因此，在北美使用ADSL和Cable Modem更为经济。中国的情况完全不同，城市的居民集中居住在各类小区内，小区内的住宅数量在300到2000户之间。运营商采用光纤到小区的方法非常经济实用。据测算，以太网接入用户的成本（不计光纤和双绞线）约在30到60美元之间，大大低于ADSL和Cable Modem。
在国内，宽带IP城域网的建设从1999年开始。部分省市的有线电视台为向其有线电视用户提供Internet接入服务，选择以太网技术建设城市宽带网，采用以太网、HFC混合的方式，在某些小区提供以太网到用户，在另一些小区采用以太网到小区，Cable Modem到用户的方式提供服务。2000年以来，各地信息传输公司纷纷开始建设宽带城域网，其中以以太网到用户为主，ADSL为辅。
宽带城域网的建设基本可以分为3个阶段。第一阶段主要目标是抢占市场，运营商充分认识到市场就是公司的生命线，所以包括中国电信、联通、网通、铁通、有线电视公司等都把快速接入商业楼宇和住宅小区为第一目标。在这一阶段，大家纷纷采用现有的各种以太网交换机快速搭起网络的架构，提供的主要业务是包月制的Internet接入服务。第二阶段，运营商从公共运营网络的角度重新审视自己已建成的宽带城域网，并且从各种角度进行优化，提高网络的可靠性、可管理性，并考虑采用新的技术。以太网在城域网中的应用，同样对业界和设备厂商也提出了挑战。由于目前以太网产品主要应用在企业网环境下，在设备可靠性、网络可靠性等方面存在弱点。另外，发展基于以太网的组网技术、用户管理、带宽管理、计费系统成为主要任务。所以，第二阶段的主要任务是将宽带城域网优化成为一个真正意义的公共信息传输网。第一阶段网络建设完成之后，运营商的的关注焦点将转向业务，第三阶段的主要任务是在已有网络的基础上，如何开发出更多吸引用户的业务，带来更多的业务收入，使其在网络上的投资价值最大化。目前来看，宽带城域网的主要业务是Internet接入。
多光纤以太网建设模组的基本原理是针对一个客户，没有两个客户是一模一样的。也因此需要弹性来建置网络，以满足不同客户特定的需求。光纤以太网的三个建设模组：透过弹性封包环 (RPR) 传输的以太网、透过光纤传输的以太网以及透过高密度波分复用器 (DWDM) 传输的以太网，便能提供这样的弹性。
另外，某些客户可能选择单一的建设模组来建置光纤以太网，但绝大部分网络的建置将会使用一个以上的建设模组或是所有的建设模组。
不同的客户类型有不同的需求。一个客户的营运环境是由独特的法规、经济和服务特质所组成，而这个环境驱动客户的行为和网络需求。多元化的营运环境突显出不同光纤以太网建设模组的需求，客户可以选择适合的组合来满足自己的需求，但有些营运环境是类似而可以归在一起，作为客户区隔。这个客户区隔虽然是参照在北美的服务供应商，但这个逻辑仍可以应用在企业及其他地区。
3.可靠性与用户管理
以太网技术具有非常好的扩展性，可以非常方便地扩展用户的数量，扩展性包括两个方面，一是对业务的汇聚能力，以便为更多的用户提供服务。另一方面是业务的颗粒度要比较细，能够满足不同用户或同一用户不同时期对带宽的要求。同时他的统计复用功能大大提高了网络中继带宽的利用率。但在用户管理和网络可靠性方面，目前的以太网技术还不能满足信息传输网的要求。
3.1可靠性
网络的可靠性包含以下几个方面：链路、路径的保护和故障恢复、拥塞控制、路由选择和流量控制。已有的以太网技术在这几方面存在缺陷。如在城域网的组网中，经常会出现环路，Spanning Tree设计用来消除环路，这样不仅带宽不能有效利用，并且当链路发生故障时，Spanning Tree的重构又需要多达十几秒的时间。与传统的SDH相比，是无法接受的。为解决以上问题，IEEE成立了802.17工作组专门致力于环结构以太网技术RPR的研究。以期在网络可靠性方面有较大的提高。此外，10G以太网标准已经接近完成，这将为以太网技术在城域网中的应用开辟更为广阔的空间。
3.2用户管理
表现在对用户的识别和管理，以及为不同用户提供不同服务等级的能力。我们可以毫不夸张地讲，用户管理是一切业务的基础。目前很多已建和在建的宽带城域网都没有用户管理的功能，不能提供按使用计费的功能，因此，只能对用户实行包月制。使业务推广受到极大的限制。用户管理包括我们通常所讲的用户认证、授权和计费三个方面的功能。
目前PPPoE是比较常用的一种用户管理手段，BRAS是宽带接入网关，如北电网络公司的Shasta 5000就是此类设备。它可以安装在端局的POP节点，负责终结由用户PC机发起的PPPoE进程。在BRAS的后面，连接了运营商的Radius认证服务器和Radius计费服务器。当用户登录时，BRAS将用户输入的用户名和口令传送到认证服务器，验证通过后，BRAS将允许用户接入网络，并启动计费服务器对用户进行计费。
为了方便用户的使用，一种更为方便的业务在线申请方式已经在一些BRAS上实现。在这种方式下，BRAS后方增加了一台门户服务器。没有申请业务的用户可以通过缺省用户名、口令 如BRAS/BRAS登录网络，这时，该用户只能通过浏览器访问门户服务器。门户服务器的主页上是可供选择的业务类型。用户可以在这里选定用户名、口令以及申请的业务类型。门户服务器将自动更新BRAS和认证服务器的记录。用户在几分钟内就可以完成注册和业务申请。极大地方便了用户的使用，节省了运营开支。
由于目前城域网的建设处于第一阶段，运营商往往希望以最小的投资尽快占领市场，相对比较昂贵的BRAS投资往往超出他们的预算，因此目前采用BRAS PPPoE用户管理方式的网络较少。BRAS的大量使用应该出现在网络建设的第二阶段之后。与此同时，作为以太网标准的制定者，IEEE也开始探讨以太网在城域网范围内使用所涉及的安全和认证方面的问题，提出了802.1x草案。
靠近用户一侧的以太网交换机上放置一个EAP代理，用户PC机运行EAPoE的客户端软件与交换机通信。初始状态下，交换机上的所有端口处于关闭状态。当用户通过EAPoE登录交换机时，交换机将用户同时提供的用户名口令传送到后台的Radius认证服务器上。如果用户名/口令通过了验证，则相应的以太网端口打开，允许用户访问。802.1x的实现基于以太网交换机，为运营商提供了一种更为经济实用的用户管理方式。
4.运营商服务
一般而言，服务供应商可以区隔为三大类，一是现有的服务供应商，二是替代的服务供应商，三是新进的服务供应商。
现有的服务供应商是指电信运营商，目前拥有连接到用户端“最后一公里”的实体电信设备。一般而言，它们被归为受法规保护的客户群，而且通常都有广泛的光纤网络。现有的区域交换电信运营商是这个区隔的主要提供者。因为现有的服务供应商期望高水准的网络效能和相对应的服务水准协议，光纤以太网将可协助提供一个理想封包解决方案予其客户。传统上，因为地域上的法令规定，现有的服务供应商将会针对只限封包传输服务的网络建置重叠的(overlay) 光纤以太网，与其既有的DTM网络分开。此外，因为光纤以太网的高频宽特性，对现有的服务供应商而言，将是一个很有用的解决方案。这些绩效特性让现有的服务供应商得以提供重要任务以及高附加值的服务，如封包语音和网络存储。这些优质的服务将可提高现有服务供应商的效益，也可避免目前的产品抹杀其传统的T1/T3专线连结的业务。
替代的服务供应商是指现有的电信供应商，包括竞争的区域交换电信运营商、长途交换的电信运营商和不在地域范围内的运营商。一般替代的服务供应商有一群客户与部分光纤拥有权。对他们而言，光纤以太网提供一个低成本、低风险策略，在其目前的基础设施上（传统是SONET）扩大服务提供的范围，以增加收入。此外，光纤以太网提供一个跳过铜线回路（local -loop）的策略，以新的客户来扩大市场占有率。由于替代的服务供应商无须面对像现有服务供应商相同的法令规定，他们通常会选择将光纤以太网整合到既有的基础设施中，创造一个可以传递先进的封包服务（例如电子商务应用、视讯会议）且更具成本效益的多重服务网络，以及时分复用(TDM)服务。
新进的服务供应商包括那些尝试在电信业获得利益的厂商。这个群组包括电力公司（运用其光纤网络和路权）、铁通公司（运用其自身光纤网络和路权）、媒体公司（延伸市场涵盖率的内容拥有者）以及以太网区域交换供应商等。由于是新进市场，新进者缺乏完整的电信客户群或基础建设。一般业务模式是找出主要城市以及有选择性的锁定目标优质客户，以提供特定的低价服务。一旦基础建立了，新进的服务供应商必须将其客户向上提升，提供高附加价值的封包服务，以期对现有和替代的服务供应商持续造成威胁。新进服务供应商选择光纤以太网的原因有二：一是光纤以太网允许新进的服务供应商将其服务与传统服务供应商作区隔，因为他们具有提供较低价格与较快服务速度的能力、频宽以及频宽细节。二是因为高效能的光纤以太网让新进的服务供应商向上移动食物链，提供附加价值的封包服务，如VoIP。由于TDM的高固定成本，很少新进的服务供应商会提供TDM服务，如传统语音。因此，大部分新进的服务供应商，将会选择低价建置、只限以封包传输的光纤以太网。
根据不同的营运环境以及每一个客户独特的需求，运营商通过光纤以太网建设模组为客户提供弹性服务，以满足不同的需求。
5.光接入网络技术
企业用户目前只有不多的几种选择；带宽受限的T-1线路或价格昂贵且还不普及的T-3线路。光纤是解决这一问题的答案。目前只有3%的企业连接到光纤网络上,同时76%的企业距光纤网的距离在一公里之内。但是,直到目前为止,将光纤直接连接到企业的唯一途径是使用价格昂贵的SONET设备,因此无法将光纤连接到每个建筑上。
一项新出现的网络技术—光接入网络技术(OAN)是消除阻挡在局域网和广域网中不断增加的容量之间瓶颈的实用技术。OAN 使服务提供商可以向各种规模的企业提交基于光纤的宽带服务。基于无源光学网络(passive optical network, PON)的OAN不需要在外部站中安装贵重的有源电子设备,因此使服务提供商可以高性价比地向企业提供所需的带宽。
OAN由三个部分构成：一台安装在服务提供商中心局的光接入交换机(OAS)；一台安装在客户端的智能光终端(IOT)；以及一台安装在上述两种设备之间的PON。在PON 环境中除了光纤线路之外唯一所需的外部设备是低价无源光分路器和耦合器。这两种设备可以像水管子上的T 形连接器那样分离或合并传输，将一半的光线传向一个方向, 另一半传向另一个方向。
OAS是一种将来自分布在PON上“下游”的数百个IOT的传输流汇集起来的IP/ATM 交换机,配置标准接口的OAS提供了一个进入广域网的有效输入点。而IOT是一种低价客户端设备,它可以支持宽带语音和数据服务。
在接入网络中,一种规格不可能满足所有的需求,目前T-1、T-3和数字用户线路就是这种情况。OAN 使企业用户可以享用各种规格的灵活的带宽，基于PON的光纤接入网络技术使服务提供商可以在更好地利用光线嵌入基础的同时, 向众多企业用户提供具有从1M到100Mbps以及专用波长的灵活带宽的宽带语言和数据服务。此外,OAN使企业用户可以迅速地改善其带宽状况来支持他们对带宽需求的变化,例如,一个零售商可以在假日季节将其服务水平由3M变为10Mbps。
由于没有几家公司准备使用占用整个波长的服务,因此OAN 应用能否将波长分为较小的波长十分重要。正如密集波分复用技术可以增加光纤线路上的波长量一样,分割波长的能力增加了一种波长所能提供服务的终点的数量。在具有这种功能时,服务提供商不需要在向每个客户提交波长时进行大量的投资。
OAN的另一个关键属性是利用嵌入式光纤基础设施。通过在外部站中使用无源光纤分路器和耦合器,服务提供商只需在一所办公区附近部署少量的光纤线路,然后再由办公区辐射出去为多数企业用户提供服务。
提交高容量宽带光纤基础设施终将消除公共网络中的最后一公里障碍。企业用户在可以不受限制地访问Internet的情况下,最终将享受到虚拟专用网络、企业对企业电子商务和应用外包等下一代服务。
6.结语
正因为以太网络有上述之特点，因此得到众多大厂的推广发展，其技术也越来越成熟。铺设以太网络不仅较ADSL及CABLE两者低廉近一半的成本，单从技术层面分析，由于以太网络是针对数据网络来设计，在未来面对频宽需求时能简单进行升级。反观ADSL及CABLE，其频宽受限许多，目前最多提供10～20兆位元的速度，不如以太网目前已经开始进行10～40千兆位元（Gigabit）速度的研发。以国内外的发展趋势，以太光纤网络已成主流发展，ADSL及CABLE势必会被取代，只是时间早晚问题。以亚洲地区来看，目前包括中国、韩国及日本三地皆相当看好以太网络的发展。业内专家预期以太网络的应用将带动光纤通讯产业的再次大发展。
摘自《光纤新闻网》
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