深度解析：PON網路架構及資料傳輸方式

目前固定網路接入的主流技術是PON。早些年，主要應用於運營商家庭/商業使用者接入，現在逐漸向大型企業園區擴充套件（POL），甚至行業網擴充套件（F5G），發展勢頭一發不可收拾。

那麼PON技術到底是什麼樣的技術呢？網路架構為何？資料傳輸方式為何？下面我們來看一看。

PON技術是一類技術的總稱，包含了早期的窄帶PON、APON、BPON，當下流行的EPON、GPON、10G EPON、XG-PON、XGS-PON，以及以後的50G-PON……

所有這些PON技術的根基都是一樣的，那就是PON的網路架構和資料傳輸方式。

關於PON的網路架構，我們不得不搬出這張經典的組網圖。

【技術要點總結】：

PON是一種點到多點（P2MP）結構的無源光網路；

PON由光線路終端OLT、光網路單元 ONU和光分配網ODN組成；

PON之所以被稱為“無源光網路”，特指的是ODN部分無源（POS，無源分光器，是一個物理的光學器件，不需要外接電源）；

PON內部可以採用一級分光，也可以採用二級分光（實際工程中，二級居多）；

PON的接入半徑（OLT與ONU的距離）一般規劃在20公里以內（20公里是物理距離）。其中，城市接入一般在5-10公里，偏遠的山村或稀疏地區可能存在大於10公里甚至15公里的情況。

瞭解了PON的網路架構，我們再來分析一下基於這個架構，資料是如何傳輸的。一般網路的資料傳輸都是基於雙向的：既有從發端到收端，也有從收端到發端，我們也稱為下行和上行。

從前面的PON網路架構我們瞭解到，PON是點到多點的。

那在OLT與POS之間其實只有一根光纖，如何實現上下行的資料在一根光纖中傳輸呢？

【答案】：劃分不同的車道，即規劃不同的波長。

【解析】：在PON網路中，上下行通訊所採用的波長是不一樣的，比如EPON/GPON同屬於1G PON技術，它們下行波長規劃的是1490nm，上行波長規劃的是1310nm，互不影響，完全可以實現雙向全雙工的通訊。此外，還有廣電的CATV業務，單獨的波長規劃是1550nm。

到這裡，有小夥伴又有疑問了：

為什麼規定下行波長是1490nm，上行是1310nm，而不是反過來呢？

【答案】：成本考慮。

【解析】：標準制定的時候，1310nm的光器件已經相對來說比較成熟，成本較低，而1490nm成本較高。PON是一個點到多點的架構，那麼我們自然要將成本比較低器件放在多點側的發端，這樣才會大量地降低PON網路初期的部署成本。

下面我們繼續回到PON網路的資料傳輸的介紹。PON下行採用廣播的方式傳輸資料，上行採用的是TDMA的方式傳輸資料。一連串的疑問又來了：

PON下行為何採用廣播的方式傳輸資料呢？

【答案】：因為簡單實用。

【解析】：PON的下行方向是指從OLT到ONU的這個方向，這個方向發端與收端的數量對比關係是“1對多”的關係，那我們自然就會選擇用廣播的方式來發送資料，因為這樣最省事。同時，下行因受限於無源分路器的物理特性，PON口發出的資料經過無源分路器後平均分配至每一分路，其無源物理特性無法控制某一分路的通與不通，僅能實現單純分路功能，故下行依據物理分路特性實現了被動廣播的現象。

PON下行採用廣播，每個ONU都能收到其他ONU的資料，如何保證資料安全？

【答案】：ONU主動過濾，同時資料有加密。

【解析】：一方面，ONU會根據相應的過濾條件主動過濾屬於自己的資料，如透過ONU ID（GEM-PORT ID）過濾接收屬於自己的資料；另一方面，OLT給每個ONU傳送的資料會進行加密（如GPON的AES-128），且加密的金鑰是由每個ONU產生併發給OLT的，ONU不會知道其他ONU的金鑰，故也難解密屬於其他ONU的資料。

PON上行為何採用TDMA的方式傳輸資料呢？

【答案】：實現多ONU同時傳輸資料，公平競爭。

【解析】：PON的上行方向跟下行方向是反的，即指ONU到OLT的方向，這個方向發端與收端的數量對比關係是“多對一”的關係。既然是“多對一”的關係，肯定就不能讓每個ONU想當然地傳送資料了，否則就會存在同波長光訊號疊加（如GPON的1310nm），OLT接收後也無法讀取資料，出現誤碼幀或未知幀提示，並將其丟棄。

所以這種情況就必須要有一種仲裁機制，來保護我們的上行資料傳輸不發生衝突。這個仲裁機制便是TDMA，它將上行鏈路分成不同的時隙，再將這些時隙根據需要分給不同的ONU，ONU在屬於自己的時隙傳送資料。

因此，我們這裡也看到，ONU的發光時間嚴格受OLT指定，它是不會主動發光的，也不會長時間發光的。一旦某個ONU主動發光了或者長時間發光了，這個ONU就是一個“流氓ONU”，會影響整個PON口下的業務。