1 光网络配景

光网络的爆发主要源于古板网络无法顺应IP营业快速增添所带来的高带宽需求
。随着IP营业的快速增添，对网络带宽的需求变得越来越高，古板网络主要通过铜缆举行数据传输，传输速率慢且功率消耗大，无法知足现代网络和新营业扩展的带宽需求
。别的，随着铜缆价钱的大幅上涨，继续使用铜质料增添带宽本钱太高
。在这种带宽提速成为迫切需求的配景下，光网络应运而生，它接纳光纤取代电缆举行通讯，大大提高了数据传输速率，能够知足现代网络对大带宽的需求
。

2 光网络概述

光网络是光纤通讯网络的简称，一样平常指使用光纤作为主要传输介质的广域网、城域网或者新建的大规模的局域网
。光网络通过光纤提供大容量、长距离、高可靠的链路传输手段，同时在光纤作为传输前言的基础上，使用先进的光交流手艺，引入控制和治理机制，实现多节点之间的互联以及基于资源和营业需求的无邪设置功效
。

3 光网络原理

●     光传输手艺

光传输手艺是一种以光纤为传输前言在发送方和吸收方之间以光信号形态举行传输的手艺
。光传输手艺使用的是光的全反射原理，实现历程为：将载有数据的电信号经光发射机转换成光信号并耦合进光纤，光信号在纤芯和包层的接壤面爆发全反射，并形成光闭锁在光纤芯内部向前撒播；光信号在匀称透明的玻璃纤芯上一直举行反射，最终从光发射机传导至另一端的光吸收机，经光吸收机恢复出由光载波所携带的信息
。由于纤芯直径很小，光沿着玻璃纤芯传输，光信号的消耗会比在网线中电信号传输消耗低许多
。

图3-1 光传输历程示意图
 

●    光交流手艺

光交流是一种不经由任何光/电转换，在光域直接将输入端光信号交流到恣意光输出端的手艺，能够省去古板交流手艺中的光/电、电/光交流历程，镌汰消耗
。光交流手艺可以分为光路交流手艺和分组交流手艺
。

○  光路交流

光路交流包括空分(SD)光交流、时分(TD)光交流和波分/频分(WD/FD)光交流三种类型
。其中，空分光交流是在空间域上对光信号举行交流，通过改变光信号在空间上的传输通路实现交流；时分光交流是以时分复用原理为基础，在时域上对光信号举行交流；波分光交流是以波分复用原理为基础，接纳波长选择或交流的要领来实现交流
。

○  光分组交流

光分组交流是一种接纳分组交流方法举行光通讯的手艺，着实现历程与电的分组交流历程类似，都接纳逐跳寻址转发的方法
。光分组交流手艺以光分组作为最小交流单位将数据支解成多个光分组，在一条物理线路上同时传送多个光分组，然后在光分组抵达吸收端后，去掉分组头并将各数据字段按顺序重新装配组成完整的报文，完成光交流历程
。

由于具有动态共享、统计复用带宽资源的特点，光分组交流可提高网络带宽资源使用率，并使网络具有很好的无邪性
。可是，由于手艺缘故原由，光分组交流手艺还没有抵达适用化
。

4 光网络结构

4.1  光网络的组成及架构

光网络主要由光通讯装备、光纤光缆和光？樽槌
。其中，光纤光缆用于光网络中的数据传输，光？橛τ迷诠馔ㄑ蹲氨干，是毗连光通讯装备和光纤光缆的桥梁
。

一样平常来说，光网络架构可以分为三层：焦点层，汇聚层和接入层，每层在光网络中饰演差别角色，实现差别的功效
。可是，随着手艺生长，在光网络中，三层的网络架构逐渐被简化
。

现在主要有以下两种手艺蹊径：

●  PON（Passive Optical Network，无源光网络）网络手艺蹊径，例如POL（Passive Optical LAN，无源光局域网）全光网络计划，接纳的是两层组网架构，用无源分光器认真分纤，光纤1:N入室，多点共享宽带，在室内安排ONU（Optical Network Unit，光网络单位），简化了光网络结构
。

●  以太全光网络手艺蹊径，例如PP电子5金狮网络推出的极简以太全光网络计划，用无源透明汇聚替换有源汇聚，实现了汇聚节点彻底无源，在简化了光网络结构的同时，增强了网络的可扩展性，同样也是光纤入室，但相比POL计划，极简以太全光网络计划接纳从焦点到接入的直接点对点毗连，实现各接入独享宽带，为用户带来更好的网络体验
。

图4-1 POL全光网络和极简以太全光网络结构比照图

4.2   光通讯装备

光通讯装备是指在光网络中使用光波传输信息的通讯装备
。凭证所处网络架构的位置及作用，光通讯装备可以分为接入交流机、汇聚交流机和焦点交流机
。其中，焦点交流机位于顶层焦点层，汇聚交流机位于焦点层和接入层中心，接入交流机位于底层接入层，与客户端直接毗连
。

图4-2 网络架构及光通讯装备

4.2.1  接入交流机

接入交流机通常指面向用户毗连或会见网络的交流机，与客户端直接毗连，在光网络中的主要作用是提供网络接入效劳，举行营业和带宽的分派，并解决外地网段内用户之间相互会见的需求
。由于面向直接用户，接入交流机具有本钱低和端口密度高的特点
。

应用场景：

接入交流机使用较普遍，应用场景较多，尤其是在办公室、小型机房、多媒体中心等场景
。现在，市面上的接入交流机产品较多，产品开发也越来越注重产品使用的便捷性、无邪性，例如PP电子5金狮网络的RG-IF2920系列以太全光网络入室交流机，接纳小尺寸设计（长240mm，宽86mm），搭配INC控制器，装备接入后能够自动完成注册与设置，实现即插即用，且装置便捷无邪，支持办公工位、桌底装置、壁挂等多种装置方法，别的，它还可以通过INC控制器与信息库用户身份绑定，实现IP地点不更改，清静战略随身份而动，有用包管用户权限，网络清静性高
。

图4-3 PP电子5金狮网络RG-IF2920U-12GT1XS以太全光网络入室交流机

4.2.2  汇聚交流机

汇聚交流机是多台接入层交流机的汇聚点，在光网络中的作用是将接入节点统一出口，同样也做转发及选路，实现资源会见控制和流量控制等功效
。它能够处置惩罚来自接入层装备的所有通讯量，并提供到焦点层的上行链路，因此汇聚交流机与接入交流机较量，需要具备更高的转发性能
；憔劢涣骰ǔＪ侨憬涣骰
。

应用场景：

在光网络中，对汇聚交流机并没有牢靠要求，并不是每个网络都必需配备汇聚交流机，取决于网络情形的巨细及装备的转发能力
。市面上的汇聚交流机，以PP电子5金狮网络的RG-S5750-DP系列交流机为代表，该系列交流机接纳供电/光纤传输一体化计划，简化了网络安排，且支持VSU（Virtual Switching Unit，虚拟交流单位）虚拟化手艺，实现毫秒级故障恢复，接纳硬件多重；，以包管装备一连运行不掉线，用网体验较好
。

汇聚交流机需要有电源接入，在网络安排中要安排响应弱电间并设置电源，使得网络安排重漂后增添，占用空间较大
。为改善这个问题，市面上就泛起了替换汇聚交流机的合路器透明汇聚装备，它无需电源毗连，因此在光网络安排中也就不需要安排弱电间和设置电源，能够有用镌汰线路安排，降低外部装备故障率，实现弱电间免治理免维护
。例如PP电子5金狮网络的RG-DEMUX/MUX系列以太全光网合路器/透明汇聚产品，搭配彩光奇异手艺，能实现焦点至接入的带宽透传，接入端1:1独享带宽，万兆/千兆入室，能知足高带宽需求装备接入，且装备即插即用，利便上线，快速扩容
。

4.2.3  焦点交流机

焦点交流机指安排于网络主干部分（焦点层）的交流装备，在光网络中主要认真可靠和迅速传输大宗的数据流
。一样平常为三层交流机，接纳机箱式（多用于大型网络中）或盒式（多用于中小型网络中）外观，具有大容量接口带宽，且支持链路聚合功效，以为漫衍层交流机发送到焦点层交流机的流量提供足够的带宽
。别的，为包管焦点层的可用性，焦点层装备关于冗余能力、可靠性和传输速率方面要求较高，因此，在举行网络妄想设计时，焦点层的装备通常要占大部分投资
。

应用场景：

对焦点交流机没有牢靠要求，取决于网络情形的巨细及装备的转发能力
。焦点交流机常被安排在园区光网络或数据中心等场景，需要凭证差别场景的需求举行焦点交流机选择
。例如，关于园区网，不但要思量交流机数据传输转发的可靠性问题，还需要思量交流机的能耗问题
。

PP电子5金狮网络的RG-S7808C-V2以太全光网络交流机接纳先进的CLOS正交架构，可以实现无壅闭转发且高速传输不丢包，同时支持业界超前的VSU虚拟化手艺，能将多台物理装备虚拟化为一台逻辑装备，统一运行治理，降低网络运维治理本钱，还可以实现50~200ms链路故障快速切换，包管要害营业不中止传输
。别的，RG-S7808C-V2支持动态功耗治理，低负载时可节约功耗，智能电扇支持256级调速，细密温控，节能降噪，高温下也能恒久事情，大幅度降低能耗
。除安排在园区网，RG-S7808C-V2还可以凭证需要安排在数据中心、城域网等场景
。

4.3   光纤光缆

4.3.1  光纤

光纤是一种由玻璃或塑料制作而成的纤维，在光网络中作为光信号传输的前言和工具
。凭证光在光纤中的传输方法，可以将光纤分为单模光纤和多模光纤
。

1. 单模光纤

图4-4 单模光纤示意图

单模光纤在事情波长中只能传输一种模式的光，通常以激光器作为光源
。光在单模光纤中直线撒播，无反射，因此，在光传输中信号强度损失较小，可以用于5公里以上的中远距离传输
。单模光纤纤芯较细，直径一样平常在8um-10um规模内，包层直径为125um，接纳黄色的；ぬ
。

2. 多模光纤

图4-5 多模光纤示意图

多模光纤可以承载多路光纤信号，传输多种模式的光，通常以LED作为光源，光源较为疏散，且会举行光反射，因此，在光传输中信号强度损失较大，多用于2公里以内的短距离光纤传输
。多模光纤直径一样平常在50um~62.5um规模内，包层直径为125um，多为橙色或者水绿色的；ぬ
。

4.3.2  光缆

光缆是实现光信号传输的一种通讯线路，一样平常是由缆芯、增强钢丝、填充物和护套等几部分组成，另外凭证需要还可能包括防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件
。其中，缆芯是由一根或多根的光纤凭证一定方法组成
。

凭证光缆内使用的光纤种类的差别，可以将光缆分为单模光缆和多模光缆，纵然用单模光纤的光缆为单模光缆，使用多模光纤的光缆为多模光缆
。因此，单模光缆和多模光缆划分拥有对应光纤的光传输特征
。

4.3.3  光电混淆缆

图4-6 光电混淆缆结构示意图

光电混淆缆是网络系统中将光纤传输、电源传输合为一体的一种复合线缆
。它是一种集光纤、输电铜线于一体的新型接入方法，可以同时解决装备用电、信号传输的问题，具有外径小、重量轻、占用空间小的优点，同时具备较好的可扩展性、优越的弯曲性能和优异的耐侧压性能
。

在网络营业中，为包管其正常运行，一样平常需要通过线缆解决装备供电和数据传输两个问题
。可是，在一些网络安排场景下，装置情形较重大，光缆和电缆单独布线较难题，此时，选用光电混淆缆就能仅通过一根线缆同时解决供电和数据传输问题，降低布线难度
。

4.4   光？

光？槭蔷傩泄/电和电/光转换的光电子器件，由光电子器件（包括发射和吸收两部分）、功效电路和光接口等组成
。光？橹饕τ迷诠馔ㄑ蹲氨干，将光通讯装备主板毗连到光纤光缆网络，是光通讯装备和其他装备之间传输信号的载体
。

凭证封装形式分类，光？榭煞治猄FF、GBIC、SFP、SFP+、XFP、XENPAK、X2、SFP28、CFP、QSFP、QSFP+、QSFP28类型，其中，SFP、SFP+、XFP、QSFP+是现在较常用的几种
。SFP为千兆光？，也是现在应用最广的光？槔嘈
。SPF+是SPF的增强版本，与XFP同为万兆光？，但相比于SPF+，XFP光？槟诜庾傲诵藕诺髦啤⒋/解串器、MAC、时钟和数据恢复(CDR)，以及电子色散赔偿(EDC)功效，因此，尺寸也相对SPF+更大，当装备板卡内未封装上述功效时，可以选择XFP光？
。QSFP+是40G光？，相比SPF、SFP+光？槌叽绺
。CFP和QSFP28均为100G光？，虽然传输速率较大，但思量应用需求及本钱问题，现在千兆、万兆光？槿匀皇侵髁
。

表4-1 种种光？榇渌俾

5 光网络手艺优势

●    光纤与铜缆比照

 ○  传输距离和速率
。铜缆的传输距离一样平常不凌驾100米，现在最大传输速率可达  40Gbps；而单模光纤的最大传输距离可达100km，最大传输距离可达100Gbps或更高
。

 ○  使用寿命
。铜缆寿命较短易老化，老化后需要重新安排；而光纤寿命长且耐侵蚀
。

 ○ 传输性能
。铜缆功率消耗较大，易受电磁滋扰影响，且易被窃取，清静性较低；而光缆功率消耗较小，不受电磁滋扰影响，且窃取较难题，清静性更高
。

●    光网络与古板网络比照

以以太全光网络为例，对古板网络和光网络举行比照
。

图5-1 光网络与古板网络比照图

○ 传输性能好
。光网络使用光纤作为介质，相比于古板网络使用铜缆作为介质，在数据传输距离、传输速率、传输容量及清静性上均有较大优势
。

○ 网络结构简朴
。古板以太网一样平常使用三层物理架构，即焦点、汇聚和接入三层，而光网络生长至今，已经从最初的三层物理架构简化到目今以二层架构为主的计划
。

○ 可扩展性强
。古板网络信息点重大，当带宽转变时需要重新妄想和安排走线，无法知足企业营业快速迭代的需求，而光网络在网络扩展上越发便捷
。例如极简以太全光网络接纳光纤入室计划，当带宽转变时，房间内的桌面交流机装置安排越发便捷，营业扩展越发利便
。

6 总结

随着人工智能、大数据等手艺的生长，数据传输、处置惩罚量泛起急剧增添的态势，因此对带宽的需求也一直提高
。光网络因其快速高效的光纤传输手艺以及网络结构优势，逐渐替换古板的铜缆通讯网络，成为许多大型网络基础设施的主要组成部分
。随着5G等趋势的成熟，未来光网络也将在我们日益数字化的天下中施展主要作用
。

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