路由器重温——PON接口配置管理

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PON（Passive Optical Network，无源光网络）是点到多点的光纤接入技术，是一种纯介质网络，PON接口包括EPON接口和GPON接口。

PON网络不包含任何有源电子器件，全部由无源光器件组成。成为下一代接入网的主流承载技术。

PON系统组成

PON系统由三部分组成，分别是OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）、ODN（Optical Distribution Network，无源光分路器）和ONU（Optical Network Unit，光网络单元）。

OLT是放置在局端的终结PON协议的汇聚设备；ODN是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据，并集中上行数据；ONU是位于客户侧的给用户提供各种接口的用户侧终端。

上下行原理

在PON系统中，OLT到ONU的数据传输方向称之为下行方向，反之为上行方向。AR G3系列路由器上的PON接口称为PON上行接口。上下行方向数据传输原理是不同的。

  — 下行方向：OLT采用广播方式，将IP数据、语音、视频等多种业务，通过1：N无源光配线网络（ODN）又称无源光分路器分配到所有ONU单元。当数据信号到达ONU时，ONU根据OLT分配的逻辑标识，在物理层上做判断，接收给它自己的数据帧，丢弃那些给其他ONU的数据帧。

  — 上行方向：来自各个ONU的多种业务信息，采用TDMA（Time Division multiple Access，时分多址接入）技术，分时隙互不干扰的通过1：N无源光配线网络（ODN）耦合到同一根光纤，最终送到OLT。

EPON和GPON

PON技术主要有EPON和GPON两种，它们的技术标准分别由IEEE802.3ah工作组和ITU/FSAN制定。

EPON是基于以太网的无源光网络，将以太网技术与PON技术结合，提供上下行对称的1.25Gbit/s线路传输速率，实现一点到多点结构的吉比特以太网光纤接入系统。

GPON技术特色是在二层采用ITU-T定义的GFP（Generic Framing Procedure，通用成帧规程）对以太网、TDM、ATM等多种业务进行封装映射，提供1.25Gbit/s和2.5Gbit/s两种下行速率以及155Mbit/s、622Mbit/s、1.25Gbit/s、2.5Gbit/s几种上行速率，并具有较强的OAM（操作、管理和维护）功能。在高速率和支持多业务方面，GPON有优势，但技术复杂成本高。

配置EPON接口

EPON上下行工作原理，下行采用纯广播的方式：

上行工作原理，上行采用时分多址接入（TDMA）技术：

通过配置EPON接口可使路由器与上行OLT设备完成对接。

EPON接口的配置任务主要包括以下三个方面：

1）配置工作模式

为实现设备与支持EPON模式的OLT的顺利对接，用户可以选择设备工作在自适应模式下，也可通过port mode epon PON接口命令手工配置设备的PON接口使其工作在EPON模式下。推荐使用自适应模式，但自适应模式下只能自适应成功一次。例如，设备的PON接口已经成功自适应为EPON模式，当再次接入到OLT的PON接口下时，如果OLT的PON接口工作在GPON模式下，只有重启PON单板才能自适应成功。

2）配置ONU认证参数

OLT需要对ONU的有效性和合法性进行认证，以防止非法ONU接入。

这三种认证方式可单独使用，也可组合使用，但在ONU上配置的认证参数由OLT预先分配，用户无法任意配置。

3）（可选）配置光模块参数

主要可配置的EPON接口模块参数包括光模块的发光模式、光模块偏置电流告警低门限和高门限值、光模块发送光功率告警低门限和高门限值、光模块温度告警低门限和高门限值、光模块电压告警低门限和高门限值。

EPON接口配置步骤

system-view
interface pon iterface-number
port mode epon

          配置当前PON接口工作模式为EPON模式。缺省接口为自适应模式。
epon-mac-address mac-address     配置设备进行基于物理标识认证时使用的MAC地址。
epon-loid loid       配置设备进行基于逻辑标识认证时使用的逻辑标识。
epon-checkcode  checkcode      配置设备进行基于逻辑标识认证时使用的校验码。
epon password cipher password    配置设备进行密码模式认证时使用的密码。
laser {auto | off | on [time-value]}    配置当前PON接口光模块的发光模式。auto为正常发光模式，off为关闭模式，on为长发光模式。
optical-module threshold bias {lower-limit lower-limit | upper-limit upper-limit}  配置光模块偏置电流告警低门限值和高门限值。
optical-module threshold rx-power {lower-limit lower-limit | upper-limit upper-limit}  配置光模块接收光功率告警低门限值和高门限值。
optical-module threshold tx-power {lower-limit lower-limit | upper-limit upper-limit}  配置光模块发送光功率告警低门限值和高门限值。
optical-module threshold temperature {lower-limit lower-limit | upper-limit upper-limit}  配置光模块温度告警低门限值和高门限值。
optical-module threshold voltage {lower-limit lower-limit | upper-limit upper-limit} 配置光模块电压告警低门限值和高门限值。

配置GPON接口

当需要与GPON网络连接时，需要配置PON接口为GPON接口。通过配置GPON接口属性可使路由器与上行OLT设备完成对接。

GPON接口的配置任务

1）配置工作模式

PON缺省是自适应模式，可以使用port mode gpon手工配置。

2）配置认证参数

在ONU上配置的认证参数由OLT预先分配，用户无法任意配置，可在PON接口视图下使用gpon-password cipher password命令配置。GPON系统对ONU进行认证有三种处理方式：仅采用SN认证，仅采用密码方式或SN和密码的组合方式。

3）（可选）配置光模块属性

同EPON接口光模块属性配置完全一样。

FTTH/O/B——H代表Home，到户；O代表Office，到公司；B代表Building，到大楼。

EPON技术：

EPON从OLT到多个ONU 下行传输数据和从多个ONU到OLT上行数据传输是不同的。所采取的不同的上行/下行技术分。当OLT启动后，它会周期性的在本端口上广播允许接入的时隙等信息。ONU上电后，根据OLT广播的允许接入信息，发起注册请求，OLT通过对ONU的认证（本过程可选），允许ONU接入，并给请求注册的ONU分配一个本OLT端口唯一的一个逻辑链路标识( LLID)。

数据从OLT到多个ONU以广播式下行，根据IEEE802.3ah协议，每一个数据帧的帧头包含前面注册时分配的、特定ONU的逻辑链路标识(LLID)，该标识表明本数据帧是给ONU(ONU1、ONU2、ONU3…ONUN)中的唯一一个。另外，部分数据帧可以是给所有的ONU（广播式）或者特殊的一组 ONU（组播），在光分路器处，流量分成独立的三组信号，每组载有所有指定ONU的信号。当数据信号到达ONU时，ONU根据LLID，在物理层上做判断，接收给它的包，摒弃那些给其它ONU的包。

对于上行，采用时分复用技术(TDM)分时隙给ONU传输上行流量。当ONU在注册时，OLT会根据系统的配置，给ONU分配特定的带宽，带宽对于PON层来说，就是有多少可以传输数据的基本时隙。在一个OLT端口下面，所有的ONU、OLT端口之间时间是严格同步的，每个ONU只能够在OLT给他分配的时刻上面开始，用分配给它的时隙长度传输数据。多个ONU的数据信号耦合到一根光纤时，各个ONU的上行包不会互相干扰。

对于安全性：

EPON的帧结构见前面的图

EPON封装是把终端电脑上的以太网帧经过内部某种方式传输，最后在局端系统都是把以太网帧传到外网去，也就是以太帧的透明传输，只不过在数据链路层的封装方式和物理层的传输方式不同而已。

对于用户来说，只看到以太网帧从终端进去，从局端出来，或者从局端进去，从终端出来。

MPCP是整个EPON系统正常工作的核心。协调数据的有效发送和接收；ONU自动注册；DBA；测距和定时。

上图中类型码应该错误，实际是8808，

MPCP定义了5种消息，称之为MPCP DATA UNITs，

GATE、REPORT、REGISTER_RQ、REGISTER、REGISTER_ACK，他们用于OLT和ONU之间的信息交换。所有的MPCPDU为64字节的MAC控制帧，包括以下域：

1、 DA（目的地址），6个字节域，所有的MPCPDU都使用一个共同的多播MAC目的地址，其值为：01-80-C2-00-00-01，但是REGISTER报文除外，其使用ONU的实际MAC地址。

2、 SA（源地址），在OLT中，对应一个GMII接口有多个MAC实例，因此不同的MAC发出的数据都必须携带其对应的SA。

3、 类型域值为8808

4、 Opcode区分MAC控制帧类型。0001为PAUSE帧，0002为GATE帧，0003为REPORT帧，0004为REGISTER_REQ帧，0005为REGISTER帧，0006为REGISTER_ACK帧。

5、 TIMESTAMP，时标；用于同步OLT与ONU的MPCP CLOCK，其参考点为DA的首字节。

6、 Opcode-specific field：用于传输特定的MPCP功能，不用的时候置0；

7、 FCS，CRC32

REPORT帧

REPORT帧是ONU用来向OLT上报本地队列状态的。

 Queue #n report

这个域的内容表示的不是实际的队列字节长度，其为传送这些字节需要的时间，这个时间还要考虑上前导码、帧间隔、FEC检验域等时间。

Report bitmap

Queue有效指示，相应位为1则表示此QUEUE域值有效，否则无效。总共对应8个队列。

Number of Queue Sets

由于OLT分配给ONU的时隙不会正好等于ONU中的数据队列的发送时间，因此在时隙边界有可能会浪费部分的带宽（不能传送被切断的以太网帧），所以802.3ah工作组进入了多个queue sets，每个queue set都表示从队列开始的队列指示，但是分别指示了不同的长度，如果OLT分配的时隙中无法发送整个队列的话，则可以选择其中一种queue set来作为给ONU分配时隙的依据。简单而言，就是ONU提供了本地队列长度的多个门限截至位置，这些位置可以给OLT以更加灵活有效的带宽分配依据。

GATE帧

Number of Grants/flags

Number ofGrants/Flag域中的低3比特（比特2～比特0）表示此GATE中携带的窗口授权个数，最多不能超过4个，其值从0变化到4，当为0时表示不进行窗口授权，仅表示一种链接机制，为1时表示携带1个窗口授权参数，为4表示携带4个窗口授权参数。一个常规GATE帧的发送对象为固定的，由LLID指定，最多可分配4个时隙（窗口）。

比特3表示此GATE消息是discovery GATE 还是 normal GATE，为0表示normal GATE。

比特7～比特4表示在对应的授权窗口内需要ONU回告REPORT消息（强制回告）。比特4对应第1个授权窗口，比特7对应第4个授权窗口。一般来讲，如果OLT强制要求ONU回告REPORT消息的话，必须分配一个比原有授权窗口略大的一个窗口参数以适合REPORT消息的传送，如果OLT还是按照原来的参数进行分配的话，ONU的REPORT消息将会抢占正常数据的发送位置，由此可能导致带宽存在浪费的现象。当然，ONU也可自主发出REPORT消息，此时的REPORT消息应该是计算在队列长度中的。

Grant #n start time

StartTime是以TQ为单位的，32位的计数器，ONU将在此StartTime指定的时刻开启激光器。不过在discovery GATE中指定的startTime仅仅是可以打开激光器的参数值，因为ONU将会在此值上延时一个随机时间后才能打开激光器。

Grant #n Length\

在Discovery GATE中的Grant Length用来给ONU计算随机时间范围，在ONU中是根据grantLength减去REGISTER_REQ的传送时间作为随机时间范围的。

 Sync time

这个仅在discovery GATE中设置。ONU在指定的TAGC与TCDR期间发送IDLE码型。

OLT最多一次4个授权窗口，ONU如何知道此授权窗口是给自己的，通过前导码中的逻辑链路标识LLID

REGISTER_REQ帧

OLT收到REGISTER_REQ帧后有两个重要信息要处理：计算RTT与学习ONU的MAC地址。

 FLAGs

Flag=1表示注册请求，Flag=3表示撤销注册请求。其他值均为保留值，OLT接收到保留值是不处理的。

 Pending Grants

ONU接收到GATE消息后将把startTime等参数存贮起来等待本地MPCP时钟到点时再根据存贮起来的参数进行数据发送，ONU中会有一个缓存，此pending Grants就是指示这个缓存中剩余空间的，其目的是告诉OLT我还能缓存多少个授权窗口参数信息，如果超过则会被ONU丢弃。

REGISTER帧

REGISTER消息用来为通过注册验证的ONU分配LLID，由于此时链接尚未建立，因此REGISTER消息发送时采用了广播的LLID，但是其MAC地址却是学习到的对应ONU的MAC地址。（此时有其他用户根据广播LLID可以获取MAC数据帧的话就可以把其MAC设置为混杂模式以便监听其他ONU的下行数据了）。由于是MPCP的控制帧，所以大家都可以收到此帧，别人就可以侦听到相应LLID的对应MAC地址。

REGISTER消息还能用来撤销注册，OLT发送REGISTER消息给一个已经注册上的ONU时，表示要求其重新注册或者撤销其注册资格。此时OLT发出的REGISTER消息采用唯一的LLID以及多播MAC地址01-80-C2-00-00-01。

Assigned Port

携带唯一的LLID信息。一个PON 调度处理引擎系统中的LLID都是唯一的，也就是说同一个处理平台上的不同PON光口分配的LLID不能有冲突。但是不同的处理系统中（比如两块PON接口板）的LLID可以成各自独立分配系统。

FLAGs

有四种情况，除去这四种情况外的REGISTER报文在ONU处是不处理的。

1、 对已经注册的ONU要求其重新注册；

2、 撤销注册，对已经注册的ONU撤销其注册状态，撤销后ONU将加入未初始化的ONU一类；

3、 注册成功响应，表示ONU注册信息验证通过；

4、 注册未成功响应，表示ONU注册信息验证没有通过；

Sync Time

同REGISTER_REQ中的sync time类似，但是数值可以不同，为经过调整的数值。

Echoed pending grant

表示OLT已经知晓ONU中的缓存空间。

REGISTER_ACK帧

Flags域表示ONU是否响应注册；

Echoed assignedport为REGISTER中分配指定的port的一份拷贝。Synctime也是REGISTER的数据拷贝。

EPON的链路建立过程，可以总结如下：

ONU发送REGISTER_REQ，携带了自己的MAC，请求OLT进行注册，OLT收到请求，如果注册成功，通过REGISTER给ONU分配LLID，ONU收到REGISTER后进行响应，发送REGISTER_ACK，注册完成，ONU通过REPORT报告自己的队列，以请求时隙来发送数据，OLT通过GATE帧分配时隙。

、

GPON相关技术：

对于每个Alloc-ID逻辑缓存，OLT的DBA功能模块通过收集带内状态报告或者观察上行带宽空闲状态来了解上行带宽的占用情况，并告知负责生成BWmap信息的上行调度器。BWmap信息随着下行数据流发送给ONU。

名词：

GEM帧由5字节的帧头和L字节的净荷组成。GEM帧头包括PLI，Port-ID，PTI和HEC五个部分组成。

• PLI（Payload Length Indicator，净荷长度指示）由于GEM块是连续传输的，所以PLI可以视作一个指针，用来指示并找到下一个GEM帧头。 PLI有12 bit，净荷最大字节长度是4095个字节。如果数据超过这个上限，GEM将采用分片机制。
• Port ID：12 bit的Port-ID可以提供4096个不同的端口，用于支持多端口复用。
• PTI（Payload Type Indicator，净荷类型指示）PTI最高位指示GEM帧是否为OAM信息，次高位指示用户数据是否发生拥塞，最低位指示在分片机制中是否为帧的末尾，当为1的时候表示帧的末尾。
• HEC（Head Error Check，帧头错误检验）：13 bit，提供GEM帧头的检错和纠错功能。