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华山论剑:带宽之争—— F5G全光网络 VS 以太全光网络
来源:ONA高级技术专家 | 作者:文竞 | 发布时间: 2022-12-07 | 331 次浏览 | 分享到:
F5G全光网络采用点到多点的无源分光技术,不仅可以满足园区各种东西流量、南北流量模型的应用场景,还能提供以太全光网络所不具备的用户端口级带宽保障技术,是最佳的低碳节能的全光方案!

无源光网络(PON:Passive Optical Network)技术在FTTH光纤到户场景,已经被证明是最经济高效和低碳节能的光纤接入技术,在全球拥有7亿级的用户接入量。


F5G全光网络采用XGS-PON/GPON无源光网络技术,拥有大带宽、低时延、安全可靠、绿色环保和多网融合等优势,在2019年将应用场景延伸到政企园区接入场景,并以迅雷不及掩耳之势,掀起了一阵全光网络建设热潮。以太厂商也纷纷推出以太全光方案,加入全光阵营。


那么问题来了,园区的最佳全光网络方案,到底是F5G全光网络,还是以太全光网络呢?以太全光厂商经常说F5G全光是共享带宽机制,采用分光器分光,把带宽都均分了,会导致每个终端的带宽不足,这是真的吗?F5G全光方案东西流量互访有问题,这是真的吗?以太全光宣称是独享带宽,这是真的吗?让我们擦亮眼睛一起辨别一下,客观公正地来寻找答案。




♢ F5G分光科普 


无源分光器是F5G全光网络的基础部件,无源是指无需电源供电即可工作,分光是指光信号经过分光器之后,可输出多份相同的光信号,每一份光信号内容都一样,只是光信号功率强度变弱了。如下示例,光信号功率强度为2dbm的输入光信号,经过1:16等比分光器之后,变成光信号功率强度为-12dbm的光信号,其中1:16等比分光器的典型光功率损耗约14db。

注:1:16等比分光,每一支路输出的光功率强度为原来的1/16,即强度比原来小10log(1/16)12db,加上其它损耗约14db


由分光器分光的物理本质可以知道,PON口发送的光信号,经过分光器之后,每一个ONU都可以接收到相同的光信号,分光器均分PON口带宽的说法显然是错误的,每一个ONU都可以达到PON口的最大带宽。


♢ 带宽架构 ♢

F5G全光点到多点无源分光 VS 以太点到点有源分光


首先,从架构本质入手,两种全光方案架构本质的核心差异如下图



F5G全光网络采用点到多点的无源分光技术,一个PON端口可通过无源分光器接入1至128个ONU,是点到多点的连接。无源分光器的引入,实现了园区极简的两层架构。OLT可部署在核心机房,无源免维护的分光器则可部署在园区的任意位置,ONU部署在房间。


以太全光网络传统网络一样仍然是三层架构,只是将楼层弱电间的接入交换机,在端口数量变少之后,下沉到房间,但仍需要在楼栋弱电间部署大量有源的汇聚交换机。也许有人会问,如果把汇聚交换机和OLT一样部署在核心机房,那么以太全光方案不也可以实现两层架构吗?这得铺多少根光纤、占用多粗的光纤管道(思考一下为什么?),才能把接入交换机的光纤全部拉到核心机房。本质上,以太全光是点到点的有源分光技术。为什么这么说呢?汇聚交换机的上行口实际对应于无源分光器的上行口,汇聚交换机的接入端口对应于无源分光器接入端口,汇聚交换机需要供电,这不就是有源分光嘛。至于点到点,这个很容易理解,一个汇聚交换机的端口只能接入一个接入交换机,是点到点连接。


♢ 带宽模型:本质收敛 ♢


回到前文提到的问题,F5G是共享带宽,以太全光是独享带宽,这是真的吗?让我们从带宽模型角度来分析一下,如下图,F5G全光和以太全光都存在带宽收敛,只是带宽收敛的位置不一样而已,实质上都是共享带宽。例如:F5G全光方案采用XGS-PON(10G GPON)技术,采用1:16的分光比,收敛比是1:16。以太全光方案采用160GE的上行,用户侧接入256个10GE接入交换机,收敛比也是1:16。



♢ 南北流量:平分秋色 ♢


随着园区业务云化和集中化的趋势,核心业务系统主要部署在核心机房的数据中心或云上,而终端用户访问和使用这些业务均属于南北流量。南北流量在整个园区网络中存在多处收敛点,PON端口的分光器的收敛,只不过是众多收敛点中的其中一个,绝不是瓶颈。以太全光方案的带宽收敛点在于汇聚交换机上行端口。南北流量业务,所以F5G全光和以太全光并无本质差别,只是带宽收敛位置不一样而已。



♢ 东西流量:各有千秋 ♢



东西流量分为三个互通场景:

◆场景①:同一ONU或者接入交换机下挂的用户互通。F5G全光方案可以在ONU内部进行不同用户的互通。以太全光方案可以在接入交换机内部进行不同用户的互通。两者无差别。


◆场景②:在一台OLT不同ONU下挂的用户互通,或者一台汇聚交换机下接入交换机下挂的用户互通。F5G全光方案可以在OLT内部进行不同用户的互通。当这两个用户在同一个PON口时,这两个用户的互通流量只影响该PON口下其它用户的南北流量带宽。当这两个用户在不同PON口时,这两个用户的互通流量会影响两个PON口下的其它用户的南北流量带宽。以太全光方案在一台汇聚交换机下挂的用户互通,因为汇聚交换机和接入交换机之间是独享链路的原因,此时不影响其它用户,该场景以太全光优。


◆场景③:不同汇聚交换机下挂用户的互通。不同汇聚交换机下挂的用户互通,互通的流量都需要经过汇聚交换机的上行口,到核心交换机进行互通,互通流量占用汇聚交换机的上行口带宽,此时互通的流量会影响整个汇聚交换机下所有用户的南北流量带宽。


场景3只考虑以太全光方案,是因为F5G全光方案中一台OLT可接入用户数非常多,跨OLT互通的场景在实际应用中非常少见。而以太全光方案中一台汇聚交换机可接入用户数少,跨汇聚交换机互通的场景更为普遍。


A. F5G全光方案,OLT上一块16口的PON板,通过1:16分光技术,就可以接入256台ONU,一台OLT可接入17 PON板 * 256 ONU = 4352台ONU,基本上一个中大型园区,只需要一台OLT放置在核心机房就可以覆盖整个园区的用户接入了


B. 以太全光方案,若采用框式汇聚交换机,一块单板按48端口计算,按业界一般可插8块单板的汇聚交换机计算,只能接入384台接入交换机(实际上,还需要预留1块或2块单板槽位做上行板,此时就只能接入288台接入交换机)。若采用盒式汇聚交换机,则最多只能接入48台接入交换机。楼栋弱电间需要部署多台汇聚交换机才能满足楼栋接入要求。由于1台汇聚交换机汇聚接入用户少,跨汇聚交换机(楼栋内、楼栋间)互通,对于以太全光来说,是一个非常普遍的情况。

 

东西流量对比总结如下: 


划重点:东西流量一般只有在电脑共享文件夹,或者用户私搭FTP服务器等场景,才会直接出现东西流量互访,这种互访方式由于不受安全监管控制,容易存在信息泄露等安全性问题。


♢ 灵魂拷问 ♢ 

以太光的接入段带宽独享还有实际应用场景吗?


重要事情说三遍:以太全光的独享仅限于

接入段!接入段!接入段!



F5G全光方案分光器不分带宽,分光器只是分配光功率,每个ONU均可以达到PON口的最大带宽(XGS-PON 10Gbps或GPON 2.5Gbps)。F5G全光方案通过芯片级的动态带宽保证技术,可以保证每个ONU的每个端口都有确定性的保证流量,即使网络拥塞,这部分带宽也是可保证的,不会出现网络卡顿。


以太全光方案,由于没有带宽保证机制,在接入交换机的上行口拥塞和汇聚交换机的上行口拥塞,都会产生无差别丢包。举个简单的例子,有一台GE上行的接入交换机,下行4个GE接入4台电脑。当其中一台电脑,以接近1Gbps的速率往服务器上传文件时,其它3台电脑就连浏览普通网页都会感觉到无比卡顿,要是通过电脑参加视频会议就会更酸爽了。Ping包会出现大量丢包,时延可能也会出现几毫秒到几十毫秒的时延。当然也有可能时延没有变大特别多,仍然是几毫秒,这是因为交换机的缓存buffer太小了,上行口的发送队列溢出,把Ping包直接丢弃了。


F5G全光方案,1台GPON ONU的下行GE口下挂4台电脑。当1台电脑以接近1Gbps的速率往服务器上传文件时,其它3台电脑由于拥有100Mbps(保证带宽大小灵活可配)的保证带宽,仍然可以拥有良好的业务体验,不管是访问业务系统,还是浏览网页,仍然是流畅无比。也许有人会说GPON上行时1.25bps,对以太光方案有点不太公平。没关系,可以用两台电脑上传满1.25Gbps时,其它两台电脑再去进行其它业务,也是无比丝滑。


♢  总  结  ♢


本文通过从带宽架构、带宽模型、南北流量、东西流量和体验保障等几个维度,客观地分析了F5G全光网络和以太全光网络在带宽上的对比,可以看出某些厂商对F5G全光的说法是错误的,F5G全光采用点到多点的无源分光技术,不仅可以满足园区各种东西流量、南北流量模型的应用场景,还能提供以太全光所不具备的用户端口级带宽保障技术,是最佳的低碳节能的全光方案。关于低碳节能,后续再详细介绍,按照相同的接入用户规模和带宽收敛模型,以太全光方案汇聚层(汇聚交换机)功耗,大约是F5G全光方案汇聚层(OLT)功耗的10倍以上。


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