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光网络基础

光网络基础

光网络是以光纤为传输介质,利用光信号进行数据传输的网络体系，其核心优势包括高带宽、低损耗、抗电磁干扰能力强，广泛应用于通信骨干网、城域网及接入网，光网络通过波长分割、光信号处理等技术实现大容量数据传输，是现代通信基础设施的核心。

光网络结构分类

层级 功能描述
骨干网 承担长距离、大容量数据传输（如跨省/洲），采用密集波分复用（DWDM）技术。
城域网 覆盖城市范围，连接本地节点（如基站、数据中心），支持中等容量传输。
接入网 连接终端用户（家庭、企业），技术包括PON（无源光网络）、FTTH（光纤到户）等。

关键技术解析

波分复用（WDM）

  • 原理：在一根光纤中通过不同波长（通道）传输多路信号，类似“高速公路多车道”。
  • 类型：
    • CWDM（粗波分复用）：波长间隔较宽（20nm），适用于短距离（如城域网）。
    • DWDM（密集波分复用）：波长间隔窄（0.8nm），支持长距离传输（如骨干网）。
  • 优势：大幅提升光纤容量，降低单位比特成本。

光交换技术

  • 电路交换：传统方式，需建立固定光路（如OADM、OXC设备）。
  • 突发交换：动态分配资源，适合数据流量突发场景。
  • 新兴技术：基于MEMS或液晶的光学矩阵交换机，支持快速重构光路。

软件定义光网络（SDON）

  • 核心思想：通过集中式控制器（如OpenFlow协议）动态管理光路，实现灵活调度。
  • 优势：自动化配置、故障恢复快、支持按需带宽分配。

光网络核心设备

设备名称 功能 应用场景
光纤 传输介质，分为单模光纤（长距离）和多模光纤（短距离）。 所有光网络层级
光端机 实现电信号与光信号转换（调制/解调）。 骨干网、数据中心互联
OLT（光线路终端） 接入网中管理ONU设备，提供下行数据广播和上行数据汇聚。 FTTH、PON系统
EDFA（掺铒光纤放大器） 放大光信号，延长传输距离。 长距离骨干网
Raman放大器 利用光纤非线性效应放大信号，噪声更低。 超长距海底光缆系统

典型应用场景

  1. 数据中心互联（DCI）

    光网络基础 第1张

    • 使用DWDM技术直连多个数据中心,提供低时延、高带宽链路（如100G/400G）。
    • 结合SDN实现流量智能调度。

  2. 5G前传/中传

    • 利用CWDM或MWDM（中等波分复用）技术连接基站与DU（分布式单元）。
    • 要求低成本、小型化光模块（如25G BiDi）。

  3. 光纤到户（FTTH）

    • 采用PON技术（如GPON、XGS-PON）实现一点到多点接入。
    • 支持上下行不对称带宽（如下行10Gbps，上行1Gbps）。

问题与解答

问题1：波分复用（WDM）相比传统时分复用（TDM）的优势是什么？

解答：

  • 容量提升：WDM在单根光纤上通过多波长并行传输，容量随波长数量线性增长；TDM依赖固定时隙分配，容量受限于单波长速率。
  • 灵活性：WDM可独立路由不同波长，支持差异化服务；TDM需严格同步时隙。
  • 成本效率：长距离传输中，WDM通过EDFA放大信号，避免TDM的电再生中继成本。

问题2：软件定义光网络（SDON）如何解决传统光网络的配置复杂性？

解答：

  • 集中控制：SDON通过控制器（如ONOS、OpenDaylight）统一管理全网设备，替代人工逐跳配置。
  • 自动化编排：基于业务需求自动计算最优光路（如最短路径、最少跳转），并通过OpenFlow协议下发规则。
  • 动态调整：实时监控链路状态（如故障、拥塞），自动触发保护倒换或带宽调整，减少人工干预延迟
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