无源光网络下挂二层交换机组网分析和建议

中国移动通信集团江苏有限公司南京分公司 曹 磊 杨 明

0 引言

某高校将启动有线宽带二期建设，考虑到现场宿舍楼内空间条件限制，无法通过一期建设方案中的典型PON（无源光网络）组网方式增加ONU（光网络单元）来满足信息点数量的要求。初步拟定通过现网已部署的ONU以太网端口下挂小型8口交换机实现，规划学生的宽带网速设置为4～10Mb/s。

1 ONU下挂交换机组网分析

现网部署的ONU多为MDU（多用户居住单元）设备，单ONU最大能提供24FE（快速以太网）接入能力。按照每FE口下挂8口交换机组网，则每ONU最大提供24×8＝192用户接入。

1.1 网络能力分析

EPON（以太网无源光网络）技术采用8B/10B编码，去除编码及开销，下行方向有效可用带宽为950MHz，上行方向可用有效带宽为900MHz。考虑用户一般情况下以下行业务为主，PON口带宽按950MHz计算，为该PON口下所有ONU共享。

每台ONU设备能够承载的流量峰值与网络采用的分光比、用户并发比密切相关。假设用户并发比为40%，不同分光比下每台ONU能承载的流量峰值见表1。

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网络业务量T按下式计算：

其中，N为PON口宽带用户数，B为每用户的带宽，R为用户的并发比。于是

由此可以得出 N≤593.75，N取8的整数倍，N＝592（MDU端口以8的整数倍出现）；用户并发比按40%计算，单PON口下可带4Mb/s带宽用户总数为592个。为保证网络能持续稳定运行，需考虑到数据网络中一些其他如协议包、广播包流量的开销，实际所带用户在512左右。如果未来开到8～10Mb/s带宽，则单个PON口下用户总数大约在256个。

不同分光比下，每台ONU设备可带用户数见表2。

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由此看来，在不改变现有网络分光比率、不升级为10G EPON的情况下，采用ONU下挂8口交换机的组网模式，如开展4～8Mb/s业务，每ONU的接入用户数量将非常有限，极大降低了ONU的端口利用率，达不到节省ONU部署的目的；如规划每ONU接入192用户，即使在降低分光比为1∶8后，每用户带宽也只能达到1.5Mb/s左右，无法满足4Mb/s带宽规划。

1.2 设备性能分析

现网ONU设备每端口MAC（媒体接入控制）地址数目限制为1～16。如果ONU每端口下挂8口数据交换机，学生可能还会再挂一级数据交换机供多人使用，导致ONU每端口MAC地址很容易超过16，在此情况下，ONU则会忽略新MAC地址直到有MAC地址老化，同时该数据包被丢弃，导致一部分学生无法正常上网，用户投诉增多。老化时间的设置也并不能彻底解决该问题，因为过长的老化时间会导致交换机内的MAC地址表超期，从而使交换机做出一些不正确的过滤/转发决定。但是，如果老化时间过短，会造成地址表刷新太快，大量接收到的数据包的目的地址在MAC地址表中找不到，致使交换机只能将这些数据包广播给所有端口，这样就大大地削弱了交换机的优点。

同时，由于下挂交换机情况各种各样，也没有办法定量分析交换机对于MDU的MAC地址学习能力有多少影响。另外，ONU一般定位为二层设备，其交换芯片的处理能力有限，下挂多个数据交换机交换机后，会导致ONU设备负荷过大，ONU自身分配给接入交换机的带宽有限，接入交换机下的用户带宽得不到保障，当ONU单个端口故障时，会影响多个用户。

1.3 管理维护分析

在ONU端口下再带一级交换机后，学生可能还会再去共享多人使用，从而导致用户无法估计，也容易产生硬件环路，广播包会发送到交换机的各个端口，会由环路循环发送，产生广播风暴，导致整个物理网段的瘫痪。

用户过多会产生大量的广播包，可能会受到抑制而影响正常的广播包。当一个用户电脑中毒，该电脑网卡的发送包和接收包的数量快速增加，发送大量的异常包将损耗大量的网络带宽，引发网络阻塞，可能就会使整个ONU下用户业务不通。

这种多级组网模式，网络结构复杂，除了易发故障，还会导致故障处理难，处理时间长，影响用户感知。

综上，从网络发展、设备性能、管理维护角度分析，不推荐此种组网方案。

2 组网建议

针对此项目，建议从两方面进行合理化组网。

2.1 采用SFU加交换机的组网模式

建议采用SFU（单个家庭用户单元）设备下挂交换机设备，采用一级分光，分光比不超过1∶8，单PON口下挂的交换机数量限制在8个以内。单PON口所带宽带用户数：高带宽用户不超过128个，低带宽用户不超过512个。

单台SFU设备下挂交换机禁止超过两台，单台交换机宽带总数禁止超过48线。每PON口下挂8个交换机节点时，每个交换机节点宽带用户并发不超过20个；每PON口下挂4个交换机节点时，每个交换机节点宽带用户并发不超过40个。

采用此组网模式，经合理规划可满足4～10Mb/s业务的开展，可利旧原学生宿舍楼道交换机，不需重新布放五类线，但仍不能彻底解决级联组网引起的管理维护问题。对于新部署的SFU设备需新建信息箱，相较MDU其安装环境、空间要求都有所降低，重新铺设配线光缆到楼道。

2.2 升级原有EPON为10G EPON

方案具有如下特点：

·带宽提高10倍，下行带宽达到9Gb/s；

·ODN（光分配网）保持不变；

·和EPON完全兼容，可平滑升级到10GEPON；

·OLT（光线路终端）可实现EPON/10GEPON同平台；支持同一PON口下EPON/10GEPON混合组网；

·网管保持一致，可实现统一运维管理；

·利用现有EPON支撑系统，改动很小。

3目前网络运行情况

经综合考虑时效性和经济性的前提下，在该校采用了采用SFU加交换机组网模式，目前网络各项指标达到正常水平，学生用户使用网络感知良好。 ◆