EDA365：听硬件老司机聊：为啥你家的网络达不到2、3百兆？

昨天我们有听硬件老司机聊：什么是“云”、“管”、“端”？（上篇），今天继续昨天的知识点继续聊聊为啥你家的网络达不到2、3百兆？

路由器的基本功能

这里的路由器跟我们家庭用的路由器功能相似，但是容量不在一个数量级，家庭路由器的端口最大就是千兆，而这里的路由器的端口速率最大到400G和800G，交换容量几十T，甚至上百T。

1.1 路由器在移动通信网络中最主要的功能：

是把基站的业务数据层层汇聚送到核心网，再把从核心网那里接收到的数据按照目的地址，层层转发到目的基站去。

所有的数据转发单元是长短不一的数据报文，视频数据的报文长度会比较长，大概是1024个字节长度以上，语音数据会比较短，大概是小于100字节。

视频、语音等内容会被封装到IP报文中，见上图右上角的IP包围格式，里面有32位的IP地址，每一级的路由器会把每个端口收到的报文根据目的IP地址，以及自己内部的地址转发表，转发到设备上的另一个端口去，转发表中标明下一跳网络和对应的端口。

1.2 IP地址转发表的生成：

有静态配置与动态生成两种方式，动态路由是由复杂的路由协议运算生成，业界比较通用的路由协议是OSPF和ISIS，路由协议需要多设备之间交互，并经过一定运算而建立。

并动态刷新，其基本原理就是每个路由设备把周围的子网地址向其他设备通告，其他设备获得这些信息后，就自己整理出一张网络的拓扑结构，并计算出到目的IP地址的最优路径。

不同厂家的路由器之间需要路由协议的互联互通，这就需要定义行业标准，国际标准组织IETF就是负责定义路由协议标准的。

1.3 增强型路由器PTN：

传统的路由器的转发是逐条转发，每个路由器只管下一跳的转发，网络发生拥塞时，就会按照优先级丢包，这样就无法保证传输质量，常发生报文丢弃与延时增大的问题，这样的传输质量是无法满足基站业务对高质量的要求，后来PTN设备应运而生。

PTN主要基于路由器设备的基本架构上，增加了端到端的业务隧道功能，见左图中黄颜色的那条线，这个功能实现从基站到核心网建立一条高质量的端到端的隧道，通过特有的技术保证了隧道里的业务的带宽、延时，还有就是设备的热备份功能，实现两个设备之间相互备份。

设备故障或掉电不会影响业务，PTN面向移动基站业务的传输质量要求而设计，在运营商的移动网络中也得到大规模的应用。

1.4 SDN：

随着技术的发展，美国斯坦福教授提出了SDN的概念，叫做软件定义网络，目标是把设备的硬件采用通用硬件来做，比如用英特尔X86架构的CPU或博通的交换芯片，把所有设备厂家生产的设备硬件都标准化了，核心竞争力构筑在软件上。

美国人期望在这个概念下，自己掌握了核心芯片和软件，把其他设备商变成低附加值的富士康，路由器在SDN的概念下也产品了NFV，SR，EVPN等技术，在后续的内容可以再详细介绍

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WDM波分复用设备

这种设备最主要的功能是节约光纤，把原来多根光纤干的事情现在一根光纤就完成了；还有就是把光功率放大，实现更远的传输距离，再就是在中间节点做些波长级的调度。

2.1 如何实现一根光纤里有多个物理连接：

主要是采用不同的光波长来实现的，通常路由器采用灰光的光模块，他发出的信号是宽光谱，就是图中左面路由器的TX1到TXn光口发出的光信号。

每个TX发出的信号所占的光谱是一样的，WDM设备的OUT单板由灰光接口接收这些信号后，在单板内做波长变换，变换成λ1~λn的不同波长的彩光信号。

每个彩光信号使用不同的波长，在光谱图上看到他们在光谱上的位置是错开的。

每个波长λ所占的光谱宽度通常是50GHz，类似于无线基站，不同的运营商要无线频率错来一样，多波长的光信号λ1~λn在WDM设备内部通过光纤，再连到另外一块单板叫合波板MUX，MUX单板把多个光口来的不同波长的光信号合在一起，从一个光口出来，再接到前置放大器单板BA，做光功率放大后，加入光监控信号OSC，就可以把这个多波长信号接到长途光纤上了。

在长途传输的过程中，设备单跨的能力距离是100km左右，超过这个距离，就要在中间增加WDM的光中继设备，这个设备只配置OLA光放单板，并处理光监控信号OSC，最后到了需要上下波的节点。

先经过后放大单板PA，再经过解分波器单板DEMUX分解出不同的波长信号λ1~λn，这个DEMUX单板的内部其实就是光学器件的滤波器，通过不同的光接口出来，最后在OTU单板上把波长再转换成路由器设备可以接收的灰光信号，通过灰光接口送给路由器。

通过WDM设备的这些功能，就帮助路由器实现了”星型的逻辑拓扑，环形的物理拓扑”。

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固定网络整体架构

固定网络的传输部分，与移动网络类似，主要是路由器和WDM设备。主要区别在接入部分，移动通信的接入是基站通过无线的方式把手机、共享单车等终端接入到网路中。

而固定网络是靠有线的方式，光纤或铜线，把家庭里的各种设备接入到网络中，有线接入的带宽要比无线方式大的多，有句话叫做“有线的带宽是无限的，无线的带宽是有限的”。

3.1 图示的白圈里面内容就是有线接入网：

有线接入网分为局端设备OLT，光交箱和光分路箱，这些设备是放置在机房、街边机柜或者小区的楼道里，家庭端设备ONU，有时也叫ONT，就是俗称的光猫。

这个要放在家庭里，是我们平时接触比较多的，光猫负责把拉到家里的拿一根光纤的信号解出来，分给不同的端口，接IPTV机顶盒的以太网口用来看电视，接无线路由器的以太网口用来上网，接有线座机的铜线口用来打电话。

这些年的光纤入户发展的很迅猛，几乎把原来广电的同轴电缆入户的有线电视业务的市场全部占了。

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接入网PON设备主要功能

PON是英语Passive Optical Network的首字母缩写，译为无源光网络。“无源”指ODN(光分配网络)，就是左图中红圈部分，这部分都是无源器件。

ODN处在局端设备OLT与家庭终端ONU之间，ODN全部由光分路器Splitter（实际上为玻璃器件）组成，就是右图中下面部分。

运营商在PON系统建设时，一般在用户数达几千上万户的一个社区，建设一个PON系统，部署一台OLT、几百台光分路器Splitter、一户一台ONU（俗称光猫）。

4.1 运营商宣称的百兆入户，用户实际获得千兆带宽了吗？

以性能相对较好的GPON系统为例， OLT的一个PON端口的下行传输速率是2.5Gbps，上行传输速率为1.25Gbps，在“百兆时代”运营商的真实网络中，分光比一般为1：64，户均实得平均接入带宽=2.5Gbps/64=39Mbps，这个39M也未必是真实的。

OLT一个PON接口会服务于64用户，但是一台OLT设备会服务于1000个用户，OLT与上游路由器的之间的接口最大也就10G，1000户来分10G，平均一个用户占用上游路由器的平均接口带宽就只有10M了。

那么运营商为什么会宣传百兆，甚至200M,300M带宽呢，主要原因在于OLT和路由器支持统计复用，就是说别人的平均带宽不用时，你可以用，网络闲时你可以得到宣称带宽，而网络忙时你就得不到了。

好了，这次干货分享就先到这里啦，如果你还想了解什么，可以留言给我们昂~

作者：EDA365电子论坛版主李晓东老师