全光园区网络技术与应用白皮书

23新华三技术有限公司 网络产品线规划与解决方案部 交换机产品管理部 联合出品商标声明 是新华三技术有限公司商标或者注册商标，在本手册中以及本手册描述的产品中，出现的其它商标，产品名称，服务名称以及公司名称，由其各自的所有人拥有。免责声明本文档可能含有预测信息，包括但不限于有关未来的财务、运营、产品系列、新技术等信息。由于实践中存在很多不确定因素，可能导致实际结果与预测信息有很大的差别。因此，本文档信息仅供参考，不构成任何要约或承诺，新华三集团不对您在本文档基础上做出的任何行为承担责任。新华三集团可能不经通知修改上述信息，恕不另行通知。版权所有©新华三技术有限公司 2022。保留一切权利。非经新华三技术有限公司书面同意，任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本手册内容的部分或全部，并不得以任何形式传播。 全光园区网络技术与应用白皮书 45全光网络概述12231.1 全光网络产生背景1.2 全光网络的应用场景1.3 全光网络技术优势全光网络方案56782.1 基于 EPON 的 POL 全光组网方案2.2 基于 GPON 的 POL 全光组网方案2.3 以太全光组网方案1010113.1 高校教室3.1.1 场景特点3.1.2 适用方案全光网络应用场景9010203目录1212123.2 高校宿舍3.2.1 场景特点3.2.2 适用方案1414141818181920222319202223202122243.3.1 场景特点3.4.1 场景特点3.5.1 场景特点3.6.1 场景特点3.7.1 场景特点3.8.1 场景特点3.4.2 适用方案3.5.2 适用方案3.6.2 适用方案3.7.2 适用方案3.8.2 适用方案3.3.2 适用方案3.3 开放办公区3.4 小型办公室3.5 会议室3.6 医院就诊大厅3.7 医院低密诊室3.8 医技科室2424253.9.1 场景特点3.9.2 适用方案3.9 手术室、ICU 674040404.6.1 基本监控运维4.6.2 智能运维4.6 网络智能运维3637364.5.1 全光设备接入安全4.5.2 SDP 零信任网络4.5 网络安全可信04H3C智融全光园区解决方案28293031343333333232314.1 网络融合4.2 一框融合4.3.1 全光交换机上线自动化4.3.2 ONU 上线自动化4.3.3 全光 AP 上线自动化4.3.4 故障设备替换自动化4.4.1 精细化接入权限控制4.4.2 网随人动，策略随行4.3 网络自动化4.4 业务精细化管控2626263.10.1 场景特点3.10.2 适用方案3.10 智慧病房H3C智融全光园区核心产品H3C智融全光园区部署案例缩略语58525354555651504948436.1 中南大学：6 大校区高性能全光网升级6.2 浙江大学：打造以太全光智慧校园6.3 南京邮电大学：以太 +PON 全光校园网6.4 青海大学：PON 全光校园网6.5 西南石油大学：PON 全光校园网6.6 南昌交通学院新校区：宿舍区万兆对称 PON 光网络6.7 广东工程职业技术学院：清远校区 PON+ 以太全光校园网6.8 烟台市口腔医院：万兆光网络升级050607 12全光网络概述1目前业界主流看法认为，全光网络是指单模光纤为传输介质，使用以太交换设备或PON 设备进行组网的网络，允许设备节点存在一定的光电转换，由此全光网络分出了以太全光和 PON（Passive Optical Network，无源光网络）两大类。与传统的铜缆网络相比，全光网络无论是在性能还是运维方面，都有明显的优势。传统铜缆网络存在传输性能弱、成本高、布线复杂等缺点，已逐渐承载不了各种新型网络应用，例如物联网、云服务、超高清视频、无线办公、数字孪生等带来的业务流量。 传统园区网络面临带宽、运维等瓶颈，全光成为下一代园区网的未来当下各行业数字化转型已经进入关键时期。Gartner 预测，到 2025 年，将有 85％的企业和组织采用云优先原则，企业业务上云流量变化导致带宽需求激增，对网络联接产生更复杂的需求；IDC 预测，到 2025 年，50% 的企业将整合 IoT 功能。企业内有线网、无线网、IoT 的多网合一，更需要统一的运维手段来简化网络运管，提升管理效率。传统园区网络面临带宽、运维等更高要求，全光网络以其更高带宽、大二层网络易于运维和扩容、超长传输、绿色低碳等优点，成为下一代园区网络的最佳选项。政策推动力度不断加大过去十多年来，“光进铜退”工程在逐步推动铜缆网络的淘汰，政策对全光网络建设的支持力度在不断加大。《2021 政府工作报告》中就曾提出，“加大 5G 网络和千兆光网建设力度，丰富应用场景。”2020 年 4 月国家发改委明确“新基建”范围，提出重点做好四方面工作，其中之一就是“促进光纤宽带网络的优化升级”。全光网络应用场景较为广泛，可用于智慧校园、智慧医院、酒店、以及通用园区等业务。智慧校园：科研业务、教学业务。智慧医院：支撑 HIS、EMR、LIS、PACS、RIS、远程医疗等医疗业务系统。智慧酒店：一房多业务，宽带、Wi-Fi、电视、电话多网合一。通用园区应用：整网漫游、安全隔离、Portal 认证、运营计费等。1.1 全光网络产生背景1.2 全光网络的应用场景 34全光网络支持从 OLT 到 ONU 全链路，全设备，不同层级的保护，支持电信级 50 毫秒倒换。4. 方便部署和升级扩展传统网络部署复杂、上线周期长。各种厂家、型号、有线和无线设备，以及不同粗细、重量、传输距离的线缆导致部署和维护的成本都很高。随着网络流量的增长，部分线缆可能会因为带宽不足而需要频繁升级换代。全光网络部署简单，所有设备即插即用，可以实现全自动化上线。光纤的传输带宽大、价格低廉、单位体积仅为网线的五分之一，部署成本低。光纤的使用周期长，一次线路改造即可承载未来30年的网络带宽需求。未来网络升级可以尽可能地减少线缆的更换，只需要更换更高接口速率的板卡，甚至只需要更换光模块就可实现网络升级，便于扩展。图 1 双重保护方案1. 传输性能强全光网络使用光纤作为传输介质，光纤有传输距离远、速率高、衰减少、抗干扰能力强、生命周期长等特点，是提高网速的理想材质。 ·光纤传输距离远，可以轻松覆盖较大的范围。五类网线和六类网线的传输距离一般为 100M 以内，而万兆光模块铺设单模光纤可以达到 20KM 的传输距离。 ·光纤的传输损耗非常低，被广泛用于较长距离和远程骨干网。例如，当距离为100M 时，光纤信号损耗仅为原始信号强度的 3%，而相同距离 6A 类铜缆网线的信号损耗大约为其原始信号强度的 94%。铜缆的传输损耗也会随着信号频率的提高而迅速增加。 ·光纤传输速率高，单波传输速率可达400Gbps以上，是六类网线（1Gbps）的400 倍以上。 ·光纤的抗干扰能力强，安全性更高。而普通的网线受电磁干扰的影响较大。 ·光纤的生命周期长，一般可以使用 30 年无需更换，使用寿命是普通网线的 3-4 倍。2. 网络结构简单可维护性强传统网络架构复杂，往往存在一个园区多张网并存的情况。普通的铜缆传输性能差，每百米就要增加网络设备，同时还需要增加弱电机房、空调等，这使得网络结构更加复杂、后期更难管理。而全光网络结构相对简单，光纤可以传输不同速率和协议的数据，轻松实现多网合一，同时承载视频、数据、无线、语音等多种业务。光纤传输距离远、覆盖范围大，可以减少中继设备、弱电机房、空调的使用。在后期维护时，全光网络支持统一管理和监控，故障排查简单，故障设备支持一键替换；支持光链路、光模块故障诊断和光模块生命周期预测，可及时预测和处理光模块故障，方便后期管理和维护。3. 网络可靠性高在全光网络中，如果光纤或者设备出现问题，Type B 或者 Type C 会自动触发网络的保护，无需人工干预，实现链路保护。虚拟化 OLT + Type B 双重保护方案简化管理的同时，可显著提升 OLT 侧保护能力。1.3 全光网络技术优势 56全光网络方案2面对全光网络的发展趋势，业内常见三种解决方案，分别是以太全光组网方案、基于EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络）技术的 POL（Passive Optical LAN，无源光局域网）全光组网方案和基于 GPON（Gigabit-Capable Passive Optical Networks，吉比特无源光网络）技术的 POL 全光组网方案。这些方案均提供高带宽、低时延、易维护、易扩展的全光网络，以简单的组网架构提升用户的使用体验，并支持未来网络的进一步升级。以上三种解决方案均能够为客户带来巨大的价值，满足各种业务对高带宽、高安全性和高可靠性的要求。2.1 基于 EPON 的 POL 全光组网方案图 2 基于 EPON 的 POL 网络典型组网图基于 EPON 的 POL 网络典型组网如图 2 所示，该方案中的分光器无需供电，设备间无需空调，适用于弱电间空间小、改造困难，以及供电困难的部署环境。该方案优势如下： ·POL 方案不需要为汇聚层和接入层设备集中供电，不占用楼层汇聚机房空间，安 78基于GPON的POL网络典型组网如图3所示。该方案和基于EPON的POL全光组网方案类似，都可以提供高性能的全光网络。汇聚层分光器无源，不占用楼层汇聚机房空间，不需要为汇聚层和接入层设备集中供电，安全性高，部署更简单。GPON OLT 侧重于 PON 到以太的转换，以太转发交换功能弱。而在基于 EPON 的 POL 方案中，EPON OLT 的以太转发交换功能更加强大和丰富。2.2 基于 GPON 的 POL 全光组网方案图 3 基于 GPON 的 POL 网络典型组网图全性高、相比全光以太网交换机方案，部署更简单。 ·光纤入室，终端 EPON ONU 和 AP 本地取电，不需单独部署集中供电线缆。用户可以根据实际需求同时部署带 PoE 供电功能的 EPON ONU，可以为摄像头、AP等 PoE 受电设备供电，实现光电终端混合接入。 ·部署 EPON-AP（ONU 融合 AP），实现有线无线一体化。 ·核心层交换机安装单板实现 OLT 功能，实现以太网和 POL 网络的融合。全光口交换机典型组网如图 4所示，针对教室、办公室、酒店房间、厂房车间等使用场景，该方案提供高带宽、低时延的网络接入服务。在该组网中： ·通过部署SDN实现全光网络的统一控制和管理。通过统一运维，可以智能诊断故障、分析链路质量、预测光模块生命周期等，有效地提升网络质量。 ·通过部署全光汇聚以太网交换机，上行带宽可达到 10G/40G/100G，满足教学等场景对上行带宽的要求。 ·接入侧可以部署全光设备和光口 AP，实现无线网络接入。 ·用户可以根据实际需求同时部署以太网电交换机，实现光电终端混合接入。 ·接入层交换机和 AP 集中供电，安全可靠，在宿舍等场景下可实现断电不断网。图 4 以太全光典型组网图2.3 以太全光组网方案 910全光网络应用场景3教室一般分为普通教室、多功能教室和计算机教室，普遍具有以下特点： ·终端种类多，教学应用升级快，水平布线子系统多，有线至少需要 8 信息口。3.1 高校教室3.1.1 场景特点 ·Wi-Fi 6、AR/VR/3D 教学对带宽需求变大， 网络性能、上行质量保障要求高。 ·计算机教室承接学生 PC 同时访问外网的需求，多教室与外网交互纵向并发流量高，且计算机教室教学业务逐渐云化，横向和纵向流量增大，对网络性能、质量保障要求高 。 ·从流量模型看： ·教学系统之间的联动以教室内部设备之间横向流量为主，交互持续且频繁。 ·教学内容如教学视频、课件文件等下载以数据中心到教室内终端纵向流量为主， 1112在教室场景下，我们推荐采用以太全光方案。采用光纤到教室组网方案，一根光纤解决教室所有业务，教学楼楼栋弱电间放置 1 个全光