全光网大擂台 Ⅱ： F5G全光网络 vs 以太全光网络

                  全   光   网   大   擂   台                 

F5G全光网络方案：

F5G全光网络是点到多点（P2MP）架构的无源光网络，是无源光网络（GPON/XGS-PON）技术在企业园区网中的应用。它由光线路终端OLT、无源光分配网络ODN和光网络单元ONU三部分组成。OLT部署在核心机房，ONU主要部署在靠近末端用户的桌面、房间等位置。网络采用单模单芯光纤，核心机房侧OLT和末端用户侧ONU需要供电，中间的光分配网络（ODN）不需要供电。

（F5G全光网网络架构）

以太全光网络方案：

以太全光网是传统以太网方案的演进版，仍然沿用的是点对点（P2P）架构的有源光网络，由核心交换机、汇聚交换机、小型化接入交换机组成。核心交换机部署在核心机房，汇聚交换机部署在楼宇弱电间，接入交换机部署在靠近末端用户的桌面、房间和楼层弱电间。只是网络传输介质由原来的双绞线改为单模/多模的光纤，所有网络设备均需供电。

我们对比了两种技术方案的网络架构、多业务承载能力、带宽及利用率、绿色节能、QoS保障、安全特性和运维管理等方面特性，并给出了结论。

------------  ▎   网络架构    ▎----- ----- -- 

F5G全光网络方案：

创新网络架构，网络层次简化为核心层、接入层的两层架构。F5G全光网络是业界主流的方案，具有成熟的生态产业链，采用GPON/XGS-PON技术，弱电间无电源，免维护，经济节能，绿色环保，支持网络带宽持续演进。

以太全光网络方案：

普遍采用传统的核心层、汇聚层、接入层三层架构。以太全光网络仍然需要在楼宇弱电间放置有源的汇聚交换机，需要配置大量的光模块，一般采用两根光纤进行收发双向传输。单纤双向的光模块价格昂贵，在长距（40KM）的场景可能会采用单纤双向的光模块，用于节省光纤资源。网络演进需要更换设备和大量的光模块，演进代价高昂，带宽利用率低。

F5G全光网络和以太全光网络对比如下图所示：

（企业园区网不同网络架构对比）

---------  ▎    多业务承载能力    ▎----- --- 

F5G全光网络方案：

具备一纤多业务的能力 ，即在同一ONU设备上提供数据口、模拟电话口和HDMI接口（ONU内置了语音芯片和IPTV解码芯片），可接入各种数据终端设备、模拟电话、IPTV等业务。F5G全光方案支持模拟电话直接接入，不需要采购昂贵的IP电话，或不需要单独建设复杂的语音大对数网络，在一根光纤实现多网融合，是最佳的园区建网方案。

以太全光网络方案：

不支持接入模拟电话和IPTV业务。

-----------  ▎   带宽及利用率    ▎ ----------  

F5G全光网络方案和以太全光网方案和相比，最大的优势就是采用了点到多点的架构和无源分光器，可以最大化共享端口带宽。

以上图为例，楼宇弱电间的全光汇聚交换机40GE上行，用户侧288个10GE端口，存在40GE/2880GE的收敛，即1/72的收敛，拥塞点为上行口，本质上以太全光方案也有一个隐形的“1/72分光比”。并且由于全光汇聚交换机没有保证带宽和最大带宽的动态带宽机制，2880GE的上行数据在上行口40GE拥塞的时候，无差别进行丢包，对业务体验是极坏的影响，可能会导致小带宽的办公业务都体验不佳，因为小带宽流量被其它用户的大带宽流量挤占。而F5G全光方案，网络拥塞是可控的，通过DBA动态带宽分配机制，可以给每个ONU或ONU端口分配保证带宽和最大带宽，既保障了用户业务，又提高了端口的带宽利用率。采用1:16分光比也远远优于全光汇聚交换机隐形的“1:72分光比”。

-----------  ▎    绿色节能    ▎ -----------

F5G全光网络方案：

在网络组网上减少了大量的光模块，可靠性/节能减排上更优。采用的是点对多点无源汇聚技术，若采用2:16分光器，OLT的两个PON光模块可对应下面16个ONU，由于ONU内置了光发送和光接受功能的低成本的Bosa模块，不需要额外光模块。

以太全光网络方案： 

16个接入交换机需要32个光模块。采用全光汇聚交换机进行光纤的汇聚，由于全光汇聚交换机采用点对点的汇聚技术，所以全光汇聚交换机配置的下行光模块数量需要等同于接入交换机配置的上行光模块数量。

-----------  ▎    QoS保障    ▎ -----------  

F5G全光网络方案：

F5G全光技术具备强大的用户体验保障QoS特性，带宽可以根据业务的优先级动态设置为固定带宽、保证带宽和最大带宽。

固定带宽：可以保障用户的VIP体验，时延和抖动小，优先级最高。

保证带宽：可以保障用户的基本业务体验，保证带宽即使在网络拥塞时，也不会受影响，可以保证用户一定可以获得此带宽。

最大带宽：当所有用户不是一起并发时，物理端口的带宽有空闲，此部分带宽可以充分地在用户间共享，最大带宽就是用户可以在空闲带宽里面获取到的带宽上限。最大带宽可以极大的增强用户的业务体验，提高端口利用率。

保证带宽和最大带宽示意：

针对园区网络中的多业务场景，我们可以设置语音业务为固定带宽，视频业务为保证带宽，其他业务为最大带宽。这种设备不仅保证了业务的优先级，同时也减少了关键业务的时延。

以太全光网络方案：

以太全光方案QoS较弱，没有用户体验保障机制，无严格的业务优先级控制，在汇聚交换机的上行口已经无法有效区分是来自哪个用户的业务流量，和传统三层架构的网线组网没有本质差别。当网络业务高峰期出现拥塞时，会无差别丢包，导致业务受损，体验非常差。

-----------  ▎    安全特性    ▎ -----------

国家网络安全等级保护制度对安全通信网络提出了更高的安全要求，通信传输中要采用校验技术/密码技术保证通信过程中数据的完整性和保密性。F5G全光方案是唯一真正从链路层支持校验/密码技术保证通信传输安全性的方案，可以提供从终端接入到核心机房的端到端链路层安全。

GPON/XGS-PON链路支持AES128高级加密技术，OLT和ONU之间的密钥可动态更新，保护主干光纤和分支光纤的通信内容免受非法窃听。这种网络天然支持链路层加密的技术，可保证数据从终端到中心机房都不受窃听。以太也有加密技术，但是汇聚交换机和接入交换机由于成本原因，一般都不支持，导致通信传输容易遭受非法窃听。

对于以太网报文，用抓包工具进行抓包非常容易识别和分析。GPON帧格式对报文进行重组切片，抓包工具无法捕获识别，安全性更高。

-----------  ▎    运维管理    ▎ -----------

F5G全光网络方案业务发放和运维管理简单。OLT和ONU之间通过标准的OMCI协议进行管理，OLT进行统一管理运维，ONU无需配置管理IP地址，可以做到ONU即插即用、ONU故障即换即通。以太接入交换机则需要配置和占用大量的管理IP地址。我们仍然以10000个信息点的万兆园区网络为例，分析运维管理的差异。

-----------  ▎      总    结      ▎ -----------

通过对F5G全光网络和以太全光网络的综合分析对比，F5G全光网络作为创新网络技术，带宽基本相同的前提下，在网络架构、绿色节能、QoS体验保障、安全性、业务承载能力、运维管理等方面有较大优势，是千行百业智慧园区的主流首选方案。