宽带上网技术简史(2024版) 在如今这个数字时代,宽带已经成为我们每个人每个家庭的生活必需品。如果没有它,我们会坐立难安心绪不宁。 那么,你知道宽... 

在如今这个数字时代,宽带已经成为我们每个人、每个家庭的生活必需品。如果没有它,我们会坐立难安、心绪不宁。

那么,你知道宽带背后的技术原理吗?从最早期的56k“猫”拨号,到现在的千兆城市、千兆家庭,我们的宽带技术到底经历了怎样的变革?

█xDSL和ISDN

下面这个界面,你见过吗?

我相信很多70后80后的小伙伴,肯定见过,并且非常熟悉。

没错,这就是当年我们最初接触互联网时,进行“拨号上网”的界面。

Modem

一阵“撕心裂肺”的咯咯吱吱声之后,显示拨号已成功,那就是连上了互联网。

拨号上网的网速有多少呢?5KB/s……(号称是56K拨号,实际速率是45Kbps。真正使用时,经常是1~2KB/s……)

是的,你没看错,就是这么慢。当初我们整个宿舍就靠这“涓涓细流”,连到学校系统上选课。当时的心情,请大家自行体会...

如果你觉得宿舍的网速慢,那么,也可以选择去网吧。

最早的网吧,也是拨号上网。后来,部分网吧开始升级。在这些网吧的门口,往往会写几个大字——“ISDN专线,高速冲浪”。

2000年代的网吧

几年后,情况终于发生了变化。电信师傅带了一个设备上门,说只要用了这个设备,网速就能“飞升”。

就是这个设备

采用ADSL之后,网络速率确实得到了明显提升,从56Kbps一下子变成了1Mbps。到后面,又变成了2Mbps。

网线(双绞线)是8芯(4对),采用RJ45接口

原来,早期(56K)的时候,我们只占用了铜线的低频部分(4KHz以下的部分),并没有完全发挥它的全部潜力。

后来,在ADSL基础上,又升级出了ADSL2、ADSL2+,速率也一度能达到20Mbps。

再后来,又有了VDSL、VDSL2等一系列技术。这些技术,通常被统称为xDSL技术。

直到现在,国外有些地方仍然在使用xDSL技术。基于VDSL2演进出来的G.Fast,最高理论速度竟然可以达到1Gbps。

前面我们说到,国内有的网吧使用了ISDN技术。其实,这个ISDN技术的生命周期也比较短,还没怎么搞,ADSL技术就发展起来了。

除了ADSL之外,我们身边还出现了广电宽带(有线通)等上网方式。

广电宽带机顶盒,同轴电缆进,网线出

同轴电缆

█EPON和GPON

ADSL带来了网络体验的明显改善。当我们沉浸在这个改善之中时,有一种新的、更牛掰的技术,来到了我们的面前。

这个技术,当然就是光纤宽带。

ADSL、ISDN,都是基于金属线缆,铜介质。

上世纪60年代,英籍华裔科学家高锟发表了一篇论文,提出光纤(光导纤维)用于数据通信的理论依据。不久后,美国康宁公司真的拉出了世界上第一根衰耗满足要求的光纤,从此将这个神奇的发明推到了世人面前。

高锟

70-80年代,光纤技术发展很快。通信厂商们除了将光纤用于骨干网络之外,也开始研究,将光纤用于接入网络,取代铜缆。

于是,就有了光纤接入网的构想。

光纤接入网是一个典型的P2MP(点到多点)架构。其实说白了,就是树型结构,不断分光,实现面向大量用户的光连接。

早期的光通信技术比较弱(PDH/SDH阶段),光纤传输信号衰减大。所以,搞的都是有源光网络(ActiveOpticalNetwork,AON),需要引入外部能源(电源)对光进行加强(中继),设备更复杂,成本更高。

后来,技术逐渐成熟了一些,光可以传得更远了,开始有了无源光网络(PassiveOpticalNetwork,PON)。

无源光网络,分为OLT、ODN、ONT/ONU。OLT(光线路终端)是局侧设备,ONT/ONU(光网络单元/终端)是用户侧设备(例如光猫)。

ODN是光分配网(OpticalDistributionNetwork),可以理解为PON的躯干。PON的无源,主要是指的这个部分无源,会大幅降低建设和维护成本。

PON的早期阶段(80年代末),厂商们推出的基本是窄带PON技术。这种技术速率很低,不超过2Mbps。而且,因为厂商们各自为战,所以一直没有形成统一的规范和标准。

1995年,包括BELLSOUTH、BT、FranceTelecom在内的7家网络运营商共同发起成立了全业务接入网联盟(FSAN),希望能提出一种统一的光接入网设备标准。

不久之后,1997年,根据FSAN的建议,ITU-T(国际电信联盟电信标准分局)推出了APON技术体系,也就是G.983.1标准。

APON,就是ATMPON。ATM可不是自动取款机,它是异步传输模式(AsynchronousTransferMode)的缩写。ATM的本质,就是一种传输协议。老一辈通信人肯定对ATM很熟悉,它曾经是IP协议的竞争对手,一度非常流行。

到了2001年,FSAN和ITU-T对APON规范进行了升级修订,顺便改了个名,叫做BPON(BroadbandPON,宽带无源光网络)。之所以改名,主要是他们不希望APON被人误解为只能提供ATM业务。

为了进一步提升PON的速率标准,2002年,FSAN启动了一项新的工作,对1Gbps以上的PON网络进行标准化。

2003年3月,在FSAN的建议基础上,ITU-T颁布G.984标准,也就是GPON(Gigabit-capablePON,千兆比特无源光网络)。

就在FSAN和ITU-T干得热火朝天的同时,另一家标准化组织也没闲着,也开始捣鼓PON技术。它就是同样大名鼎鼎的IEEE(电气和电子工程师协会)。

IEEE是以太网(Ethernet)标准的制定者和大靠山。

2004年4月,EFM工作组大功告成,正式推出了IEEE802.3ah标准,也就是EPON(EthernetPON,基于Ethernet以太网的PON)。

反正大家记住,当时的行业主流,就是EPON和GPON。它们是不同标准组织推出的不同技术体系。两者之间并没有升级演进或替代的关系,可以算是平行发展。

两者具体的技术区别,网上资料很多,大家可以另行研究。总之,EPON和GPON各有优劣。简单来说,GPON带宽更大,带的用户更多,效率更高,但实现起来也更复杂,所以成本也更高。

那时候,Wi-Fi无线路由器也逐渐开始出现,网线可以接到无线路由器上,让更多的台式电脑、笔记本电脑上网。

刚才说的接进弱电箱的网线,其实基本上属于FTTB(光纤到大楼)或FTTC(光纤到路边)技术。以FTTB为例,来自运营商的光纤接到大楼弱电机房的ONU,然后转换成LAN,接到用户家中。

那一时期,还有一个时代特点:

没过几年,FTTB开始变成了FTTH。入户的不再是网线,而是光纤。

我们有了光猫,光纤插在光猫(ONT)上,网络独享,速度变得更快,而且更稳定。

█10GPON和10GEPON

EPON和GPON,都是1Gbps这个级别的PON。注意,这个1Gbps,并不是用户侧的速率。EPON和GPON只能给用户提供100Mbps的速率。

很显然,随着时代的发展,这个速率无法满足家庭和企业用户的需求。于是,PON开始向10Gbps级别的演进。

2006年,IEEE开始立项制定10Gbit/s速率的EPON系统标准,也就是后来的IEEE802.3av,10G-EPON。

在该标准中,10GEPON分为2个类型:一是非对称方式,即下行速率为10Gbps,上行速率为1Gbps;另一个是对称方式,即上下行速率均为10Gbps。

ITU-T的GPON那边呢,也在演进。

2008年,ITU启动了下一代GPON标准的研究。2010年,XG-PON标准诞生,也就是ITU-TG.987系列。

最开始的时候,XG-PON也有两种方式,一种是非对称方式XG-PON1,下行速率为10Gbps,上行速率为2.5Gbps;另一种是对称方式XG-PON2,上下行速率均为10Gbps。

后来,2013年左右,因为XG-PON2这个对称方案难以实现,所以被建议取消。XG-PON1直接改名成为XG-PON。

再后来,2015年,对称方案又重启,采用了新名字,叫做XGS-PON(S代表symmetric,对称)。

2017年,ITU正式通过了G.9807XGS-PON国际标准。

现在,业界会把XG-PON和XGS-PON统称为XG(S)-PON。

XG(S)-PON和10G-EPON,都是10Gbps级别。在用户侧,实现的速率是1Gbps,也就是千兆。国内很多地方这些年拼命宣传的千兆城市、千兆家庭,主要是基于这两个技术。

大家应该也注意到了,从2018年开始,我们家里的宽带,逐渐从100M到200M、500M、1000M。电信师傅三天两头联系你,上门“免费”换设备。运营商也经常搞活动,办理各种199元、299元的套餐,升级家里的宽带。

“三千兆”

但实际上,大部分用户可能会感觉到,从100M开始,升级所谓的宽带网络套餐,其实并没有什么体验上的差异。

这其实并不奇怪,100-200M的带宽,对于我们玩游戏、追剧、看高清视频,真的已经够用了。除非家庭成员较多,或者是发烧友,否则,对高网速并没有刚性需求。

相比之下,Wi-Fi的质量体验,反而是一个瓶颈。经常出现家里100M宽带的情况下,手机仍然“转圈圈”的现象。

基于这一点,运营商提出的解决方案,是“全屋千兆”,也就是FTTR,光纤入房间。把光纤拉到每一个房间,然后通过Wi-Fi,实现体验改善。

FTTR

FTTR设备

小枣君个人认为,对于大户型和高端用户,FTTR确实是一个不错的选择。但是,对于大部分家庭来说,FTTR似乎有一点“超前”。

FTTR也分为FTTR-H和FTTR-B。前者面向家庭,后者面向企业(商场、园区、医院、学校等)场景。从这个角度来看的话,市场倒是非常广阔的。

好啦,写到这里,基本上就是我们目前的宽带现状了。

那么,我们的宽带技术是不是已经到顶了?接下来,我们还会有更厉害的技术吗?

THE END
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