GPON Terms - ins1x/OLT GitHub Wiki

Основные определения

CLI (Command Line Interface) - Интерфейс командной строки. В основе CLI интерфейса лежит оболочка, состоящая из набора команд. Команды разделены по категориям в соответствии со своими функциями по настройке и управлению коммутатором. Каждая категория определяется различными конфигурационными режимами.

OLT (Optical Line Terminal) - оптический линейный терминал. Основные функции OLT заключаются в кадрировании нисходящего и агрегировании восходящего сигналов. По сути, устройство является «ядром» PON сети.

ONU (Optical Network Unit) / ONT (Optical Network Terminal) - абонентский терминал. Предназначен для подключения абонентов к сети PON. ONU rлассифицируются по технологии, количеству портов и предоставляемым сервисам. Выделяют SFU и HGU типы.

ONU Identifier (ONU-ID) - OLT присваивает идентификатор любому ONU во время активации ONU с использованием канала PLOAM. ONU-ID уникален в пределах PON и остается действительным до тех пор, пока ONU не будет выключен, деактивирован OLT или не перейдет в неактивное состояние.

ODN (оптическая распределительная сеть) - ODN обеспечивает оптическое транспортирование между OLT и связанными с ним ONU. В ней используются пассивные оптические компоненты.

ODN(Optical Distribution Network) — Оптическая распределительная сеть. физическое волокно и оптические устройства, которые распределяют сигналы пользователям в телекоммуникационной сети. ODN состоит из пассивных оптических компонентов (POS), таких как оптические волокна, и одного или нескольких пассивных оптических разветвителей.

SFP PON - одноволоконный трансивер, который устанавливается в OLT. Служит для конвертации сигнала. SFP классифицируются по технологии и оптическому бюджету.

Оптический сплиттер (делитель) - пассивное устройство для разветвления сигнала в оптической сети PON. Выделяют делители планарного (PLC) и сварного (FBT) типа. Оптические разветвители пассивно разделяют один нисходящий сигнал по каждой из конечных точек 32 ONU.

GEM (GPON Encapsulation Method) - наименьшая единица представления информации в GPON. Все потоки услуг инкапсулируются в GEM фреймы и передаются по сети GPON. Каждый порт GEM может переносить один или несколько типов/потоков услуг.

VLAN (Virtual LAN) - Виртуальная локальная сеть, используемая для разделения трафика пользователей на логические группы. В Huawei OLT существуют различные типы VLAN: mux, smart, standard и super VLAN.

SERVICE-PORT - сервисный порт используется OLT для сопоставления различных типов трафика с различными SVLAN в соответствии с портами PON, ONU, портами GEM и CVLAN для дальнейшей передачи в восходящую сеть.

Alloc-ID - который OLT назначает объекту трафика ONU. Объект, несущий трафик, может быть представлен либо T-CONT, либо вышестоящим OMCC Каждому ONU назначается по крайней мере один Alloc-ID, который равен ONU-ID этого ONU и может получать дополнительные Alloc-ID по усмотрению OLT. Alloc-ID по умолчанию используется для передачи восходящего трафика PLOAM и OMCC и может передавать трафик пользовательских данных.

WDM (Wavelength-Division Multiplexing) Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM) — это технология, которая мультиплексирует несколько оптических несущих сигналов на одно оптическое волокно, которое использует разные длины волн (то есть цвета) лазерного света.

MTU (Maximal Transmition Unit) означает максимальный размер кадра данных, который может быть передан без фрагментации. По умолчанию коммутатор отправляет\принимает кадры данных размером не более 1500 байт. PCBd — физический блок управления (downstream) OMCC — канал управления и контроля оптического сетевого блока
OMCI — интерфейс управления и контроля оптического сетевого блока
TDM — мультиплексирование с временным разделением
TDMA — множественный доступ с временным разделением

PLOAM (Physical Layer OAM) — это физический протокол, работающий на уровне оптоволоконной сети, который используется для обмена данными и управления между оптическим линейным терминалом (OLT) и абонентским устройством. Он задает базовые параметры для других протоколов, обеспечивая регистрацию устройства и подключение к сети. PLOAM-код, получаемый у оператора, необходим для корректной работы устройства и подключения к сети.

Полезные ссылки:

ITU-T

Технология	GPON
Стандарт	ITU-T G.984
Тип передаваемых кадров	GTC
Линейная скорость	2.5 Гбит/с downlink - 1.25 Гбит/с uplink
Скорость передачи “полезной нагрузки”	2.5 Гбит/с downlink - 1.25 Гбит/с uplink
Количество ONT на 1 порт PON	128
Распределение полосы и QoS	DBA
Управление и обслуживание	OMCI, OAM, PLOAM (Physical Layer OAM)
Длины волн	волны из диапазона 1480 ~ 1500 нм

Все используемые в сетях PON сигналы передаются на определённых длинах волн:

Нисходящий сигнал (downstream) – 1490 нм.
Восходящий сигнал (upstream) – 1310 нм.
Сигнал CATV – 1550 нм.

Потоки

Upstream - Направление передачи данных от абонента (ONU/ONT) к OLT.
Downstream - Направление передачи данных от OLT к абонентам (ONU/ONT).

TX Transmit(передача) на ONU: передатчик ONU (TX) отправляет данные на OLT, используя длину волны 1310 нм. (Upstream)
RX Receive(прием) на ONU: приемник ONU (RX) получает данные от OLT, используя длину волны 1490 нм. (Downstream)

Прямой поток Прямой поток на уровне оптических сигналов, является широковещательным. Каждый абонентский узел ONT, читая адресные поля, выделяет из этого общего потока предназначенную только ему часть информации. Фактически, это распределенный демультиплексор.

Обратный поток Все абонентские узлы ONT ведут передачу в обратном потоке на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с временным разделением TDMA (Time Division Multiple Access). Для того, чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из них устанавливается свое индивидуальное расписание по передаче данных c учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от OLT. Эту задачу решает протокол TDMA MAC.

Инкапсуляция GPON

GPON использует два уровня инкапсуляции:

Кадры TDM и Ethernet инкапсулируются в кадры GTC Encapsulation Method (GEM), имеющие формат, подобный GFP (основанный на общей процедуре обработки кадров ITU G.7401). Основное назначение кадра GEM — предоставление кадрово-ориентированного сервиса в качестве альтернативы ATM для эффективного размещения кадров Ethernet и TDM. GEM распределяет весь трафик по сети GPON с использованием варианта SONET/SDH GFP. GEM изначально поддерживает передачу голоса, видео и данных без добавления уровня инкапсуляции ATM или IP.
Кадры ATM и GEM инкапсулируются в кадры GTC, которые в конечном итоге транспортируются по PON.

Рекомендация ITU-T G.984 определяет GEM как единственную схему передачи данных для GPON. Распределение полосы пропускания в GPON предоставляет индивидуальные возможности передачи трафика ONU в масштабе времени одного кадра.

Lineprofile

ONT Line Profile Позволяет задать TCONT контейнеры, привязать к нему GEM порты и задать сопоставление vlan и GEM портов.

ONU Service Profile Предназначен для определения параметров ONT (количество и тип портов, привязка VLAN к портам ONT(Назначить VLAN в порты ONT можно отдельно из раздела interface GPON)

Traffic Profile объединяет все необходимые профили multicast-profile, voip-profile и tdm-pw-profile (Time Division Multiplexing Pseudowire Information) — технология аналогового или цифрового мультиплексирования, в котором несколько сигналов или битовых потоков передаются одновременно как подканалы в одном коммуникационном канале. Передача данных в таком канале разделена на временные интервалы (таймслоты) фиксированной длины, отдельные для каждого канала. Например, некоторый блок данных или подканал 1 передается в течение временного интервала 1, подканал 2 во временной интервал 2 и т. д. Один фрейм TDM состоит из одного временного интервала, выделенного одному определенному подканалу. После передачи фрейма последнего из подканалов происходит передача фрейма первого подканала и т. д. по порядку;

ONU Profile необходим для применения Traffic-profiles и pm-profile к определенным ONU. Performance Monitoring Profile (pm-profile) необходим для сбора статистики с ANI ports, UNI Eth ports Upstream/Downstream такой как: OversizePackets, CRCErroredPackets, UndersizePackets, Lost Packets и др.) Возможно применение одного ONU profile к многим абонентским устройствам;

При регистрации нового абонентского терминала OLT автоматически назначает ему service profile и line profile.

Подробнее:

DBA

DBA Profile (Dynamic Bandwidth Allocation) Алгоритм динамического распределения полосы пропускания (DBA) представляет собой механизм для быстрого перераспределения полосы пропускания на основании требований службы текущего пользователя. Позволяет задать скорость для исходящего от пользователя трафика. С помощью DBA OLT оценивает потребности ONU в полосе пропускания в режиме реального времени и соответствующим образом распределяет пропускную способность PON в восходящем направлении.

Существует две формы DBA — Status Reporting DBA (SR-DBA) и Non-Status Reporting DBA (NSR-DBA)

В NSR-DBA OLT постоянно выделяет небольшой объем дополнительной полосы пропускания для каждого ONU. Если у ONU нет трафика для отправки, он передает кадры бездействия. Если OLT замечает, что ONU не отправляет кадры бездействия, он увеличивает выделение полосы пропускания для этого ONU. Как только этот ONU начинает отправлять кадры бездействия, OLT соответственно уменьшает свое выделение. Преимущество NSR-DBA в том, что ONU не должны знать о DBA, однако его недостатком является то, что OLT не может знать, как выделить полосу пропускания нескольким ONU наиболее эффективным способом.

SR-DBA включает явное состояние буфера T-CONT, предоставляемое ONU, когда OLT опрашивает их. В этом методе OLT запрашивает состояние буфера T-CONT, и ONU отвечают отдельным отчетом для каждого назначенного T-CONT. Отчет содержит данные, которые в данный момент ожидают в T-CONT в указанных временных интервалах. OLT получает отчет о состоянии (DBA), пересчитывает распределение полосы пропускания (BW Map) с помощью алгоритма DBA и отправляет новую BW Map в ONU в полосе с нисходящим трафиком. ONU получает BW Map от OLT и отправляет данные в указанных временных интервалах. Когда у ONU нет информации для отправки, после получения гранта от OLT он отправляет свободную ячейку вверх по течению, чтобы указать, что его буфер пуст. Это информирует OLT о том, что гранты для этого T-CONT могут быть назначены другим T-CONT. Если у ONU в буфере длинная очередь ожидания, OLT может назначить несколько T-CONT этому ONT.

TCONT

T-CONT (Transmission container) - (контейнер передачи) носитель услуг в восходящем направлении в системе GPON. Все GEM порты сопоставляются с T-CONT. T-CONT является основным блоком управления восходящим потоком услуг в системе GPON. T-CONT может переносить один или несколько GEM портов. По сути это объект ONU, представляющий собой группу логических соединений, которые выглядят как единое целое с целью назначения полосы пропускания восходящего потока в PON.

В технологии GPON между OLT и ONT создается один или более трафик-контейнеров (T-CONT). Такой T-CONT обеспечивает эмуляцию двухточечного виртуального соединения между OLT и ONT, a также последующее мультиплексирование TDM полосы пропускания в нисходящем направлении между трафик-контейнерами (T-CONT). B пределах каждого трафик-контейнера (T—CONT) может существовать множество идентификаторов порта (Port ID) для определения отдельных портов ONT в пределах одного ONT.

Первое что нужно помнить про T-CONT (даже до того как даже понимать что это) - он существует только со стороны ONU.

Проще всего уложить в голове T-CONT, думая про него как про виртуальный интерфейс (работающий только на отправку) со своим буфером и своим приоритетом Причем этих виртуальных интерфейсов несколько, каждый из них имеет свой буфер на отправку и свой QoS, а все вместе они разделяют общий физический интерфейс ONU, и при этом трафик одного типа T-CONT может вытеснять трафик других типов T-CONT

примерно такой же эффект можно получить если настроить приоритет трафика в одном VLAN над другим, в пределах одного физического интерфейса, эта аналогия хоть и не очень строгая, но помогает уложить концепцию в голове. Обычно имеют 4 типа T-CONT, поддерживающих 4 класса трафика, плюс один дополнительный для OMCI

TCONT Type 1 - Фиксированная пропускная способность (FIR)

ZXAN(config)#gpon 
ZXAN(config-gpon)#profile tcont VOIP type 1 fixed 2000
TCONT c FIR = 2000kbps.

Это означает, что за 1 секунду данный TCONT может высвободить 2000kb. При этом буфер будет высвобождаться равномерно, т.е. за каждые 1/10 секунды будет высвобождено по 200kb. Такой тип TCONT-а производитель советует использовать для телефонии - VOIP.

TCONT Type 2 - Гарантированная пропускная способность (СIR)

ZXAN(config)#gpon 
ZXAN(config-gpon)#profile tcont VOD type 2 assured 5000
TCONT c СIR = 5000kbps.

Это означает, что за 1 секунду данный TCONT может высвободить 5000kb. В отличии от 1-го типа TCONT, буфер будет высвобождаться неравномерно: например, за 9/10 секунды может быть высвобождено 700kb, а за 1/10 секунды - оставшиеся 4300kb. Такой тип TCONT-а производитель советует использовать для видео потока - VOD.

TCONT Type 3 - Гарантированная + негарантированная пропускная способность (СIR + PIR)

ZXAN(config)#gpon 
ZXAN(config-gpon)#profile tcont DATA type 3 assured 15000 maximum 50000
TCONT c СIR = 15000kbps и PIR = 50000kbps.

Это означает, что за 1 секунду данный TCONT может высвободить (не равномерно) минимум 15000kb. Если полоса будет свободна, то TCONT может высвободить больше данных, но суммарное количество высвобожденных за 1 секунду данных не может превышать 50000kb. Такой тип TCONT-а производитель советует использовать для клиентского трафика.

TCONT Type 4 - Негарантированная пропускная способность (PIR)

ZXAN(config)#gpon
ZXAN(config-gpon)#profile tcont DATA type 4 maximum 100000 
TCONT c PIR = 100000kbps.

Это означает, что за 1 секунду данный TCONT может высвободить (не равномерно) максимум 100000kb. Для данного типа TCONT-а не существует минимальной полосы пропускания, т.е. теоретически квантов времени ему может вообще не достаться. Такой тип TCONT-а производитель советует использовать для клиентского трафика, не требовательного к большим скоростям - WEB сёрфинг.

TCONT Type 5 - Фиксированная + гарантированная + негарантированная пропускная способность (FIR + CIR + PIR)

ZXAN(config)#gpon 
ZXAN(config-gpon)# profile tcont ALL type 5 fixed 2000 assured 15000 maximum 70000
TCONT c FIR = 2000kbps, CIR = 15000kbps и PIR = 70000kbps.

Это означает, что за 1 секунду данный TCONT может высвободить минимум 17000kb. Причём, 2000kb из 17000kb будут высвобождены равномерно в течение 1 секунды, а оставшиеся 15000kb - не равномерно. При свободном канале TCONT может высвободить больше данных, но их суммарное количество за 1 секунду не должно превышать 70000kb. Такой тип TCONT-а производитель советует использовать для любого типа трафика.

Источник: GPON_Fundamentals

Loopback

Петля коммутации (loopback) - состояние в сети, при котором коммутатор принимает кадры, отправленные им же. При получении кадра впервые, коммутатор добавляет мак-адреса источника в таблицу, создавая соответствие с тем портом, на котором был получен кадр. Следующий кадр с данным мак-адресом получателя будет отправлен в на порт в соответствии с таблицей. Когда MAC-адрес источника уже изучен коммутатором, но кадр тем же MAC-адресом получен через другой порт, коммутатор меняет соответствие для MAC-адреса в таблице.

В результате, если на порту существует петля, из-за наличия широковещательных и многоадресных кадров может произойти не только лавинный рост количества таких кадров - все MAC-адреса в пределах второго уровня(L2) сегмента сети будут изучены на порту с пелтей, что вызовет потерю работоспособности сети. Избежать возникновения петель коммутации поможет функция Loopback detection. С её помощью порт с петлей будет автоматически заблокирован, а коммутатор может послать уведомление в систему мониторинга для своевременного обнаружения петли администратором.

LLDP

LLDP (Link Layer Discovery Protocol, 802.1ab) - протокол канального уровня, позволяющий коммутатору оповещать оборудование, работающее в локальной сети, о своем существовании и передавать ему свои характеристики, а также получать от него аналогичные сведения. Каждое устройство LLDP может отправлять информацию о себе соседям независимо от того, отправляет ли сосед информацию о себе. Устройство хранит информацию о соседях, но не перенаправляет её. Коммутатор может передавать и принимать такую информацию, как: имя порта (Port name), идентификатор порта (PortID), аппаратный адрес (ChassisID), адрес управления (Management address), описание порта (PortDesc), описание устройства (SysDesc).

OMCI

Сообщения интерфейса управления и контроля ONU (OMCI) используются для обнаружения ONT/ONU с целью управления и контроля. Эти специализированные сообщения отправляются через выделенные порты GEM, установленные между OLT и ONT/ONU.

Протокол OMCI позволяет OLT:

Устанавливать и разрывать соединения с ONT.
Управлять UNI на ONT.
Запросить информацию о конфигурации и статистику производительности.
Автономное оповещение о событиях, таких как сбой связи. Ключевые моменты:
Протокол работает по соединению GEM между OLT и ONT.
Соединение GEM устанавливается во время инициализации ONT.
Работа протокола асинхронна — контроллер OLT выполняет функцию основного, контроллер ONT — вспомогательного.

VLAN

Кадры данных Ethernet могут быть тегированными или нетегированными в зависимости от типа интерфейса и VLAN по умолчанию. Ниже описано, как интерфейсы доступа, магистральные и гибридные интерфейсы обрабатывают кадры данных.

Интерфейсы обрабатывают полученные кадры следующим образом:

Интерфейсы доступа, транковые и гибридные добавляют теги VLAN к полученным нетегированным кадрам. Транковые и гибридные интерфейсы определяют, принимать ли нетегированные кадры, в зависимости от того, разрешены ли VLAN, указанные идентификаторами VLAN в кадрах, тогда как интерфейс доступа принимает нетегированные кадры безусловно.
Интерфейсы доступа, магистральные и гибридные определяют, принимать ли помеченные кадры, в зависимости от того, разрешены ли VLAN, указанные идентификаторами VLAN в кадрах (идентификатор VLAN, разрешенный интерфейсом доступа, является идентификатором VLAN по умолчанию).

Интерфейсы отправляют кадры следующим образом:

Интерфейс доступа (access interface) непосредственно удаляет теги VLAN из кадров перед их отправкой.
Интерфейс магистральной сети (trunk interface) удаляет теги VLAN из кадров только в том случае, если их идентификаторы VLAN совпадают с PVID на интерфейсе.
Гибридный интерфейс (hybrid interface) определяет, следует ли удалять теги VLAN из кадров, на основе конфигурации интерфейса.

Все кадры, отправляемые интерфейсом доступа, не имеют тегов. На транковом интерфейсе только кадры одной VLAN отправляются с тегами, а кадры других VLAN отправляются без тегов. На гибридном интерфейсе можно указать, кадры каких VLAN будут отправляться с тегами или без них. Транковые и гибридные интерфейсы допускают несколько VLAN, но имеют только одну VLAN по умолчанию. VLAN по умолчанию и VLAN, разрешенные транковыми и гибридными интерфейсами, следует настраивать отдельно.

Обычные устройства обрабатывают маркированные и немаркированные кадры следующим образом:

Пользовательские хосты, серверы и концентраторы могут только принимать и отправлять нетегированные кадры.
Коммутаторы, маршрутизаторы и контроллеры доступа могут принимать и отправлять как тегированные, так и нетегированные кадры.
Голосовые терминалы и точки доступа могут одновременно принимать и отправлять тегированные и нетегированные кадры.

Подробнее про интерфейсы VLAN

После назначения VLAN широковещательные пакеты пересылаются только в пределах одной VLAN. То есть хосты в разных VLAN не могут взаимодействовать на уровне 2. Поэтому технология VLAN изолирует широковещательные домены. В реальных приложениях хостам в разных VLAN часто требуется взаимодействовать, поэтому для решения этой проблемы необходимо реализовать взаимодействие между VLAN через интерфейс VLANIF

Сокращения:

VPI обозначает ONT ID для PON
VCI обозначает GEM index для GPON

double-vlan - Метод построения VLAN, описываемый стандартом 802.1ad. От первоначального протокола 802.1q отличается наличием двух тегов, обозначающих принадлежность пакета как к «внешней», так и «внутренней» виртуальной сети. Двойное тегирование позволяет расширить адресное пространство тегов до 4095х4095, а также помогает строить VLAN с более сложной структурой, нежели классические виртуальные сети. подробнее

POTS и VoIP

POTS и VoIP — это две разные технологии для голосовой связи: POTS (Plain Old Telephone Service) — это аналоговая телефонная связь через медные провода, а VoIP (Voice over Internet Protocol) — цифровая технология, передающая голос через интернет. VoIP является современным и гибким решением, которое обычно дешевле, тогда как POTS полагается на устаревшую инфраструктуру и часто считается более надежным, хотя и не поддерживает дополнительные функции, как VoIP.

POTS (Plain Old Telephone Service)

Технология: Аналоговая, использует физические медные провода для передачи голосовых сигналов.
Принцип работы: Работает на основе коммутации каналов — выделяется физический канал на все время звонка.
Преимущества: Высокая надежность и качество звука.
Недостатки: Ограниченная функциональность, высокие затраты на модернизацию, не поддерживает передачу данных, кроме голоса.

VoIP (Voice over Internet Protocol)

Технология: Цифровая, передает голос в виде пакетов данных через интернет-протокол.
Принцип работы: Основана на пакетной коммутации, где интернет-соединение используется по мере необходимости.
Преимущества: Низкая стоимость, гибкость, возможность интеграции с другими приложениями (например, CRM), поддержка дополнительных функций (видео, мультмедиа) и удаленного доступа.
Недостатки: Требует стабильного интернет-соединения для работы.

Multicast

Muticast (от англ. Мультивещание) — метод передачи данных в компьютерных сетях, при котором адресатом сетевого пакета является группа заинтересованных получателей. В multicast рассылке источник посылает единственный экземпляр пакета. Маршрутизаторы копируют пакеты заинтересованным пользователям. Преимущество этого подхода: добавление новых пользователей не приводит к дополнительной нагрузке на сеть. Пользователи получают только те пакеты, в которых они заинтересованы (в отличие от broadcast, где неинтересные пакеты необходимо фильтровать).

Как известно, существуют следующие типы трафика:

Unicast — одноадресная рассылка — один отправитель, один получатель. (Пример: запрос HTTP-странички у WEB-сервера).
Broadcast — широковещательная рассылка — один отправитель, получатели — все устройства в широковещательном сегменте. (Пример: ARP-запрос).
Multicast — многоадресная рассылка — один отправитель, много получателей. (Пример: IPTV).
Anycast — одноадресная рассылка ближайшему узлу — один отправитель, вообще получателей много, но фактически данные отправляются только одному. (Пример: Anycast DNS).

При запуске на сервере приложения с поддержкой мультивещания, оно посылает в сеть уведомление, что соответствующая группа доступна для присоединения. Клиент, который хочет присоединиться к рассылке, посылает уведомление об этом устройству сети. Все промежуточные маршрутизаторы записывают, что за соответствующим маршрутом находится клиент соответствующей мультикастной группы. Поскольку состав группы со временем может меняться, вновь появившиеся и выбывшие члены группы динамически учитываются в построении путей маршрутизации (этим занимается протокол IGMP).

Мультикаст не привязан к какому-то конкретному протоколу. По сути, всё, что его определяет — адреса. Однако, в абсолютном большинстве случаев используется протокол UDP. Это легко объясняется тем, что обычно с помощью многоадресной рассылки передаются данные, небольшая потеря которых некритична.

IP адреса В IPv4 был заложен блок адресов класса D: 224.0.0.0/4 (224.0.0.0-239.255.255.255). Адреса этого диапазона определяют мультикастовую группу. Один адрес — это одна группа, обычно она обозначается буквой «G».

Схема адресов multicast-групп То есть, говоря, что клиент подключен к группе 224.2.2.4, мы имеем ввиду, что он получает мультикастовый трафик с адресом назначения 224.2.2.4.

IGMP
IGMP (англ. Internet Group Management Protocol) - протокол управления групповой (multicast) передачей данных в сетях, основанных на протоколе IP. IGMP используется клиентским компьютером и соседними коммутаторами для соединения клиента и локального маршрутизатора, осуществляющего групповую передачу. Сеть, предоставляющая услуги групповой передачи данных (например, видео) с использованием IGMP, может иметь следующую базовую архитектуру:

Подробнее: