EDA365 發表於 2020-12-25 16:29:26
路由器的基本功能
這裡的路由器跟我們家庭用的路由器功能相似，但是容量不在一個數量級，家庭路由器的埠最大就是千兆，而這裡的路由器的埠速率最大到400G和800G，交換容量幾十T，甚至上百T。
1.1 路由器在移動通信網絡中最主要的功能：
是把基站的業務數據層層匯聚送到核心網，再把從核心網那裡接收到的數據按照目的地址，層層轉發到目的基站去。
所有的數據轉發單元是長短不一的數據報文，視頻數據的報文長度會比較長，大概是1024個字節長度以上，語音數據會比較短，大概是小於100位元組。
視頻、語音等內容會被封裝到IP報文中，見上圖右上角的IP包圍格式，裡面有32位的IP位址，每一級的路由器會把每個埠收到的報文根據目的IP位址，以及自己內部的地址轉發表，轉發到設備上的另一個埠去，轉發表中標明下一跳網絡和對應的埠。
1.2 IP位址轉發表的生成：
有靜態配置與動態生成兩種方式，動態路由是由複雜的路由協議運算生成，業界比較通用的路由協議是OSPF和ISIS，路由協議需要多設備之間交互，並經過一定運算而建立。
並動態刷新，其基本原理就是每個路由設備把周圍的子網地址向其他設備通告，其他設備獲得這些信息後，就自己整理出一張網絡的拓撲結構，並計算出到目的IP位址的最優路徑。
不同廠家的路由器之間需要路由協議的互聯互通，這就需要定義行業標準，國際標準組織IETF就是負責定義路由協議標準的。
1.3 增強型路由器PTN：
傳統的路由器的轉發是逐條轉發，每個路由器只管下一跳的轉發，網絡發生擁塞時，就會按照優先級丟包，這樣就無法保證傳輸質量，常發生報文丟棄與延時增大的問題，這樣的傳輸質量是無法滿足基站業務對高質量的要求，後來PTN設備應運而生。
PTN主要基於路由器設備的基本架構上，增加了端到端的業務隧道功能，見左圖中黃顏色的那條線，這個功能實現從基站到核心網建立一條高質量的端到端的隧道，通過特有的技術保證了隧道裡的業務的帶寬、延時，還有就是設備的熱備份功能，實現兩個設備之間相互備份。
設備故障或掉電不會影響業務，PTN面向移動基站業務的傳輸質量要求而設計，在運營商的行動網路中也得到大規模的應用。
1.4 SDN：
隨著技術的發展，美國斯坦福教授提出了SDN的概念，叫做軟體定義網絡，目標是把設備的硬體採用通用硬體來做，比如用英特爾X86架構的CPU或博通的交換晶片，把所有設備廠家生產的設備硬體都標準化了，核心競爭力構築在軟體上。
美國人期望在這個概念下，自己掌握了核心晶片和軟體，把其他設備商變成低附加值的富士康，路由器在SDN的概念下也產品了NFV，SR，EVPN等技術，在後續的內容可以再詳細介紹
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WDM波分復用設備
這種設備最主要的功能是節約光纖，把原來多根光纖幹的事情現在一根光纖就完成了；還有就是把光功率放大，實現更遠的傳輸距離，再就是在中間節點做些波長級的調度。
2.1 如何實現一根光纖裡有多個物理連接：
主要是採用不同的光波長來實現的，通常路由器採用灰光的光模塊，他發出的信號是寬光譜，就是圖中左面路由器的TX1到TXn光口發出的光信號。
每個TX發出的信號所佔的光譜是一樣的，WDM設備的OUT單板由灰光接口接收這些信號後，在單板內做波長變換，變換成λ1~λn的不同波長的彩光信號。
每個彩光信號使用不同的波長，在光譜圖上看到他們在光譜上的位置是錯開的。
每個波長λ所佔的光譜寬度通常是50GHz，類似於無線基站，不同的運營商要無線頻率錯來一樣，多波長的光信號λ1~λn在WDM設備內部通過光纖，再連到另外一塊單板叫合波板MUX，MUX單板把多個光口來的不同波長的光信號合在一起，從一個光口出來，再接到前置放大器單板BA，做光功率放大後，加入光監控信號OSC，就可以把這個多波長信號接到長途光纖上了。
在長途傳輸的過程中，設備單跨的能力距離是100km左右，超過這個距離，就要在中間增加WDM的光中繼設備，這個設備只配置OLA光放單板，並處理光監控信號OSC，最後到了需要上下波的節點。
先經過後放大單板PA，再經過解分波器單板DEMUX分解出不同的波長信號λ1~λn，這個DEMUX單板的內部其實就是光學器件的濾波器，通過不同的光接口出來，最後在OTU單板上把波長再轉換成路由器設備可以接收的灰光信號，通過灰光接口送給路由器。
通過WDM設備的這些功能，就幫助路由器實現了」星型的邏輯拓撲，環形的物理拓撲」。
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固定網絡整體架構
固定網絡的傳輸部分，與行動網路類似，主要是路由器和WDM設備。主要區別在接入部分，移動通信的接入是基站通過無線的方式把手機、共享單車等終端接入到網路中。
而固定網絡是靠有線的方式，光纖或銅線，把家庭裡的各種設備接入到網絡中，有線接入的帶寬要比無線方式大的多，有句話叫做「有線的帶寬是無限的，無線的帶寬是有限的」。
3.1 圖示的白圈裡面內容就是有線接入網：
有線接入網分為局端設備OLT，光交箱和光分路箱，這些設備是放置在機房、街邊機櫃或者小區的樓道裡，家庭端設備ONU，有時也叫ONT，就是俗稱的光貓。
這個要放在家庭裡，是我們平時接觸比較多的，光貓負責把拉到家裡的拿一根光纖的信號解出來，分給不同的埠，接IPTV機頂盒的乙太網口用來看電視，接無線路由器的乙太網口用來上網，接有線座機的銅線口用來打電話。
這些年的光纖入戶發展的很迅猛，幾乎把原來廣電的同軸電纜入戶的有線電視業務的市場全部佔了。
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接入網PON設備主要功能
PON是英語Passive Optical Network的首字母縮寫，譯為無源光網絡。「無源」指ODN(光分配網絡)，就是左圖中紅圈部分，這部分都是無源器件。
ODN處在局端設備OLT與家庭終端ONU之間，ODN全部由光分路器Splitter（實際上為玻璃器件）組成，就是右圖中下面部分。
運營商在PON系統建設時，一般在用戶數達幾千上萬戶的一個社區，建設一個PON系統，部署一臺OLT、幾百臺光分路器Splitter、一戶一臺ONU（俗稱光貓）。
4.1 運營商宣稱的百兆入戶，用戶實際獲得千兆帶寬了嗎？
以性能相對較好的GPON系統為例， OLT的一個PON埠的下行傳輸速率是2.5Gbps，上行傳輸速率為1.25Gbps，在「百兆時代」運營商的真實網絡中，分光比一般為1：64，戶均實得平均接入帶寬=2.5Gbps/64=39Mbps，這個39M也未必是真實的。
OLT一個PON接口會服務於64用戶，但是一臺OLT設備會服務於1000個用戶，OLT與上遊路由器的之間的接口最大也就10G，1000戶來分10G，平均一個用戶佔用上遊路由器的平均接口帶寬就只有10M了。
那麼運營商為什麼會宣傳百兆，甚至200M,300M帶寬呢，主要原因在於OLT和路由器支持統計復用，就是說別人的平均帶寬不用時，你可以用，網絡閒時你可以得到宣稱帶寬，而網絡忙時你就得不到了。
原文標題：聽硬體老司機聊：為啥你家的網絡達不到2、3百兆？（下篇）
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責任編輯：haq
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