全光网建设对各领域高质量发展的关键支撑作用

随着“光纤替代铜纤”时代的到来，全光网建设作为新一代信息技术演进催生的通信网络基础设施，对推动各领域高质量发展发挥着关键支撑作用。尤其在高等教育领域，当“光”遇上教育信息化，一拍即合，碰撞出无限智慧与创新的火花。为此，《高校信息化应用》联合锐捷网络推出“全光网客厅”栏目，邀请高校领域全光网探索者、参与者、建设者的专家学者，分享前期建设实践与成功经验，探讨未来建设规划与发展方向，为以全光网为坚实“地基”的高校智慧校园建设贡献力量。 #

从2008年开始，中国移动、中国联通、中国电信相继启动光纤接入网建设，但由于政策、行业、技术发展、管理服务等各方面原因，并未得到广泛应用。直到2012年《宽带网络基础设施“十二五”规划》发布，光纤网络才开始在社区大规模部署，逐步实现光纤到户。到2023年，我国固定宽带光纤到户比例达到94%。 #

随着教育部等六部门《关于推进新型教育基础设施建设构建优质教育支撑体系的指导意见》和教育部《高等学校数字化校园建设规范（试行）》的发布，高校更加重视校园信息基础设施建设，加大对校园网络等基础设施升级改造的投入。特别是随着校园无线网络全覆盖的进展，校园网络由FTTB（光纤到楼）或FTTF（光纤到楼层）升级为FTTR（光纤到房间），实现全光校园网的应用案例越来越多。越来越多的高校宣布在局部区域或某一校区建设全光校园网。 #

通过对全国高校全光网络建设情况的调查不难发现，目前全光网络建设主要有两种模式：一是基于以太网协议的光网络建设模式，二是基于GPON/EPON协议的无源光网络建设模式。

四川大学于2023年开始大规模无线网络建设，计划三年内部署3.5万个AP。此外，新建科研楼、高层公寓乃至新校区的建设，都需要我们认真研究网络技术，确定适合学校实际情况的建设方案。本文尝试通过对以上两种光网络技术方案的对比，分析高校不同场景的需求，进而提出校园光网络建设的研究与思考，以期为高校全光校园网建设提供参考与指导。

光网络技术路线发展现状 #

以太网作为一种局域网技术，自1973年发明以来，已经走过了40多年的发展历程，成为最常用的局域网技术。以太网技术从最初的3Gbit/s的传输速度开始，目前已能支持到/s的传输速度。为了适应场景和应用的多样化，以太网技术还支持2.5Gbit/s、5Gbit/s、/s等差异化速率。目前，校园以太网的物理架构通常由核心、汇聚、接入三层构建，目前已基本实现FTTF，校园网全光改造将实现FTTR。规模较小的学校也可以简化结构，建设核心、接入两层的校园网。有条件的大型学校可以将核心层和汇聚层合在一起，通过波分技术提高光缆资源利用率，实现从核心机房到校园网接入侧的无源传输。 在下一代互联网技术领域，我国主导完成多项IETF标准，在IPv4/IPv6互操作、路由协议、网络安全等领域具有重大影响力。

#

GPON是ITU（国际电信联盟）于2004年制定的宽带无源光综合接入标准，组网架构由局端设备OLT、用户端设备ONU/ONT、光分配网ODN组成，上行速率约1.5Gbps，下行速率约2.5Gbps。2023年10G GPON（XG-PON）标准发布，上行速率约2.5Gbps，下行速率约2.5Gbps。2023年4月，ITU-T批准了50G PON系列标准。 #

EPON技术由.3EFM工作组进行标准化，2004年6月.3EFM工作组发布EPON标准-.3ah（2005年合并为.3-2005标准），该标准将以太网与PON技术相结合，物理层采用PON技术，数据链路层采用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现以太网接入。2023年7月，IEEE 802.3ca工作组25G/50G EPON标准获得批准。

光网络技术比较

以太网全光网络与PON在技术特点和管理方面存在很多区别，下面将从以下几个方面进行比较： #

多业务专网融合 #

在电话网、计算机网、有线电视网融合中，运营商在家庭用户中已经广泛应用PON技术。相比之下，在校园网中，业务需求更加复杂。以教室为例，教室内设备多，业务复杂，全光网建设必须在一张网络上承载多种业务和应用。目前，以太网全光网和PON在功能上都可以实现专网业务的划分和管理。在实现上，PON可以基于ONU设备、ONU以太网端口、波长等进行专网划分。以太网主要以虚拟专网和波分复用等方式实现。

#

宽带保障

按照目前网络主流的带宽配置，以太网光网络和PON网络均能满足日常应用。以太网光网络为上下行对称，而PON可以是上下行对称也可以是非对称，终端带宽和分光比有关。在水平流量传输方面四川大学网络教育学院，PON由于所有流量都要绕过OLT，在传输效率和带宽保障上略逊于以太网光网络。虽然采用上下行对称方案可以解决上行带宽保障问题，但建设成本会大幅增加。以太网光网络二层流量可直接本地转发，效率更高。

#

安全

在限制病毒传播方面，PON由于同一网络中相邻以太网主机通过接入二层交换机即可实现相互通信，因此管控更为容易，而PON必须绕过OLT才能实现互通。在多种不同场景的安全监控方面，以太光网络在接入端具有安全管控、流量识别、安全协同、网络质量监控等更丰富的功能，管控手段也更多。在IPv6环境下，为加强源地址验证，以太网中可以使用SAVI/SAVA技术定位和追溯真实源地址，但目前的PON组网并不支持IPv6下的SAVA和SAVI。在不同专网之间的隔离方面，PON可以进行切片硬隔离，以太光网络主要以虚拟专网和波分复用等形式实现。 #

稳定

在PON组网中，由于光分路器为无源器件，在汇聚稳定性方面优势明显；光分路器与OLT之间采用单根光纤链路连接，单点故障风险大，影响范围广，若采用双归保护技术，将明显增加光纤占用率和建设成本。以太网光网络可采用虚拟化技术、端口汇聚技术，实现两根光纤同时工作，在保证业务高可用性的同时增加了带宽保障。因此，以太网光网络在骨干链路和设备保障方面更具有成本优势。 #

配置管理 #

校园光网络建成后，对大量ONU或交换机的便捷管理和维护尤为重要，PON组网和以太网光网络均可灵活管理和维护大量设备，可实现设备的批量配置和分配，即插即用，快速更换。 #

弱电室管理 #

EPON、GPON技术解决了全光网最后一公里的问题，主干光纤到达小区或楼宇后，通过分路器分成多条光纤入室，各房间（套）共享带宽，节省了大量主干光纤资源，避免了取电难的问题。在设备汇聚层可以做无源建设，汇聚机房会更加绿色节能。以太网光网络汇聚机房还是需要有源交换机，用电量大的时候需要考虑通风散热问题。如前所述，可以将核心和汇聚放在一起，通过波分复用技术提高光缆资源利用率，实现从核心机房到校园网接入侧的无源传输。但这种方案对核心机房和管道资源的要求比PON要高。

#

建设成本 #

随着目前网络应用的发展趋势，新建网络基本都收敛在10G以上，XGPON的建设成本与以太网全光网相差无几，建设成本较高，加之不同厂家的PON产品难以兼容，对用户后期设备更新扩容的成本控制造成很大麻烦。

应用研究与实践

大学校园网除了向用户提供基本的网络服务外，还需要支持网络应用方面的研究与实践，如IPv6下的SAVI技术研究、网络技术实验、反向组播服务等，这些研究与实践大多基于以太网环境。

#

不同园区网络场景业务需求对比

#

高校校园网主要的应用场景有：教学、科研、办公、宿舍等场景。其中，教学、科研、办公场景的网络需求相对复杂。在网络建设中，我们将这三种场景归为一类。 #

1.教学、科研、办公场景主要特征 #

网络需求多样化。在教学场景中，多数高校都建设了大型智慧教室，教室中部署了中控、摄像头、大屏、电子班牌、群互动屏等多种教学设备，都需要接入网络，支撑教学、直播、录播、远程互动、教学督导等业务。师生个人终端也需要随时接入网络，开展课堂互动教学；在科研场景中，存在有线无线上网、科研设备接入、共享打印机接入、科研系统接入等多业务网络需求，以及物联网、计算机应用、网络安全等专业的网络化科研需求；在办公场景中，除了有线无线上网，还有专项业务系统接入、打印机等共享设备接入、监控报警系统接入等需求。以上需求对网络带宽、时延、高可靠、专项带宽保障、横向流量等性能提出了更高、更个性化的要求。 #

管理维护困难。高校网络建设和运维基本由信息部门负责管理，学院、业务部门众多，教学、科研、办公环境不定期装修、装修甚至变更，网络位置、功能需求频繁变化，网络管理维护困难，对网络冗余要求较高。 #

网络部署环境比较友好，在教学、科研及办公楼内，基本每层都有弱电室（井），且基本设计有楼道桥，房间及公共空间取电方便。 #

2.宿舍场景主要特征

网络需求相对简单。与教学、科研、办公场景相比，学生宿舍的主要网络需求是个人有线、无线上网，没有复杂的教学、科研、办公设备网络接入需求。实际应用中，门禁、远程抄表等网络需求一般采用专网处理。

管理维护简单。学生宿舍由学校宿舍管理部门统一管理，不存在随时改变布局的可能，网络点位和功能需求长期不变，管理维护工作以新生入学前的全面检查和日常对学生的技术指导为主。

#

网络部署环境相对苛刻，学生宿舍拿电不容易，因为要考虑学生电费、线路负荷、宿舍是否通宵有电等因素，老宿舍安装ONU或者交换机也不容易，新建学生宿舍可以在设计时解决这些问题。 #

不同场景下光网络解决方案选择 #

根据以上分析，结合学校网络的实际情况，我们在光网络改造实践中确定了以下几个原则：

#

教学、教学、办公场景

优先考虑以太网光网络解决方案，根据现有建筑条件（如建筑规模、弱电机房条件、主干光缆资源等）和核心机房条件选择无源或有源以太网光网络。对于新校区建设四川大学网络教育学院，采用以太网无源光网络解决方案。 #

宿舍场景 #

现有宿舍楼选择以太网光纤网络方案，宿舍光AP采用集中供电。在新建宿舍或宿舍整体改造场景下，PON网络方案和以太网光纤网络方案均能满足需求。学校会根据工程量、区域环境、技术成本等综合考虑选择合适的技术方案。宿舍光AP采用本地供电，对于整夜不通电的宿舍，需要铺设单独电路。

#

（作者：崔亚强、冯文、蒋少杰、顾振苏 四川大学信息化建设与管理处）