光纤接入网广域网连接拓扑结构设计

以下内容摘自笔者编著的《网络工程师必读——网络系统设计》

光纤接入网广域网连接拓扑结构设计

相对前面介绍的几种广域网接入方式来说，此处所介绍的光纤接入网则 有着明显的不同，它不再是一种接入方式，而属于独立的一类，完全与前面介绍的各种接入方式不一样，因为它在线路中传输的不再是电信号，而是光信号。正因如 此，光纤接入网中有着完全不一样的各种设备，自成体系。在光纤接入网中又有着许多不同的接入方式。本节将总体进行介绍。

光纤接入网的拓扑 结构，是指传输线路和节点之间的结构，表示了网络中各节点的相互位置与相互连接的布局情况。在光纤接入网络中，主要采用总线型、环型和星型这3种基本的网 络拓扑结构，当然在大的网络中，同样可以派生出一些混合型的拓扑结构，如总线-星型结构、树型、双环型等多种组合应用形式，各有特点、相互补充。在此仅对 以上3种基本的光纤接入网络拓扑结构进行简单介绍。要注意的是，本节所给出的网络结构为最基本的模块式结构，实际的光纤网络中还涉及到许多器件和设备的连 接。

1．总线型结构

总线型结构是光纤接入网的一种应用非常普遍的拓扑结构，它是以光 纤作为公共总线（母线），一端直接连接服务提供商的中继网络，另一端则是连接各个用户。各用户终端通过某种耦合器与光纤总线直接连接所构成的网络结构，用 户计算机与总线的连接可以是同轴电缆，也可以是双绞线，当然也可以仍是光纤。与我们在局域网中介绍的总线型拓扑结构是一样的，如图3-66所示。其中的中 继网络可以是像PSTN、X.25、FR、ATM等任意一种。我们在前面介绍的Cable MODEM接入方式就是采用这样一种接入方式。

图-这种结构属串联型结构，优点是共享主干光纤，节省线路投资，增删节点容易，彼此干扰较小；缺点是共享传输介质，连接性能受用户数多少影响较大。

2．环型结构

环 型结构与局域网中通常所讲的环型拓扑结构是一样的，是指所有节点共用一条光纤环链路，光纤链路首尾相接自成封闭回路的网络结构，当然光纤的一端同样需要连 接到服务提供商的中继网络，基本网络结构如图3-67所示。用户与光纤环的连接也是通过各种耦合器进行的，所采用的介质可以是同轴电缆，也可以是双绞线， 当然更可以是光纤。

图 这种结构的突出优点是可实现网络自愈，即无须外界干预，网络即可在较短的时间里从失效故障中恢复所传业务。缺点是连接性能差，因为也是共享传输介质的，所以通常适用于较少用户的接入中；而且故障率较高，故障影响面广，只要光纤环一断，整个网络就中断了。

3．星型结构

这 里所说的星型结构与局域网中所说的“星型结构”也是一样的，不过此处强调的是传输介质为光纤，而并非通常所说的双绞线。在这种星型结构的光纤接入网中，各 用户终端通过一个位于中央节点（设在端局内）具有控制和交换功能的星型耦合器进行信息交换。它属于并联结构，不存在损耗累积的问题，易于实现升级和扩容； 各用户之间相对独立，业务适应性强。但缺点是所需光纤数较多（每用户单独一条），成本较高；另外，由于在这种结构中，所有节点都需要经过中央节点的数据交 换才能与中继网络连接，所以中央节点的星型耦合器工作负荷比较重，对可靠性要求极高，一旦中央节点出现故障，则整个网络也将瘫痪。

星型结构又分为有源单星型结构、有源双星型结构及无源双星型结构3种。

（1）有源单星型结构

该结构是用光纤将位于服务提供商交换局的OLT与用户直接相连，点对点连接，与现有双绞铜缆局域网的星型结构基本一样。在这种结构中，每户都有单独的一对线，直接连到服务提供商的局端与中继网络相连的OLT。网络接入基本结构如图3-68所示。

图这种结构接入方式的优点主要表现为用户之间互相独立，保密性好；升级和扩容容易，只要将两端的设备更换就可以开通新业务，适应性强。缺点是成本太高，每户 都需要单独的一对光纤或一根光纤（双向波分复用），要通向千家万户，就需要上千芯的光缆，难于处理，而且每户都需要专用的光源检测器，相当复杂。

（2）有源双星型结构

双 星型结构实际上就是一个树型结构，分两级。它在服务提供商交换局OLT与用户之间增加了一个有源节点。交换局与有源节点共用光纤，利用时分复用（TDM） 或频分复用（FDM）传送较大容量的信息，到有源节点再换成较小容量的信息流，传到千家万户。基本网络结构如图3-69所示。

这种网络结构的优点是灵活性较强，中心局有源节点间共用光纤，光缆芯数较少，降低了费用。缺点是有源节点部分复杂，成本高，维护不方便；另外，如要引入宽带新业务，将系统升级，则需将所有光电设备都更换，或采用波分复用叠加的方案，这比较困难。

（3）无源双星型结构

这种结构保持了有源双星型结构光纤共享的优点，只是将有源节点换成了无源分路器，维护方便，可靠性高，成本较低。由于采取了一系列措施，保密性也很好，是一种较好的接入网结构。

4．EPON广域网连接拓扑结构

EPON 网络采用一点至多点的拓朴结构，取代点到点结构，大大节省了光纤的用量和管理成本。无源网络设备代替了传统的ATM/SONET宽带接入系统中的中继器、 放大器和激光器，减少了中心局端所需的激光器数目，并且OLT由许多ONU用户分担。而且EPON利用以太网技术，采用标准以太帧，无须任何转换就可以承 载目前的主流业务——IP业务。因此EPON十分简单、高效、建设费用低、维护费用低，是最适合宽带接入网需求的。

EPON与APON光路结构类似，都遵循G•983协议，最终它将以更低的价格、更宽的带宽和更强的服务能力取代APON。一个典型的EPON系统也是由OLT、ONU、ODN组成的，如图3-70所示。

OLT放在中心机房，ONU为用户端设备。ODN（Optical Distributed Network，光纤分配网）是光配线网，主要由一个或数个光分离器（Splitter）来连接OLT和ONU，用于分发下行数据并集中上行数据。OLT 既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，提供面向无源光纤网络的光纤接口。OLT除了提供网络集中和接入的功能外，还可以针对用户的 QoS/SLA（服务水平协议）的不同要求进行带宽分配，网络安全和管理配置。Splitter是一个简单设备，它不需要电源，可以置于全天候的环境中， 一般一个Splitter的分线率为2、4或8，并可以多级连接。在EPON中，OLT到ONU间的距离最大可达20km，如果使用光纤放大器（有源中继 器），距离还可以延长。

如图3-70所示，光信号通过光分路器把光纤线路终端（OLT）一根光纤下行的信号分成多路给每一个光网络单元 （ONU），每个ONU上行的信号通过光耦合器合成在一根光纤里给OLT。因而EPON中包括无源网络设备和有源网络设备。无源网络设备包括单模光缆、无 源光分路器/耦合器、适配器、连接器和熔接头等。它一般放置于局外，也称之为局外设备。无源网络设备十分简单、稳定可靠、寿命长、易于维护、价格极低。有 源网络设备包括中心局机架设备、光网络单元和设备管理系统（EMS）。中心局机架上插装光纤线路终端、网络界面模块（NIM）以及交换模块（SCM），因 此以上3种设备也统称为中心局机架设备。

中心局机架设备提供EPON系统与服务提供商核心的数据、视频和话音网络的接口。它也通过设备管理系统与服务提供商的核心运行网络相连接。