你知道寬帶背后的技術原理嗎？

在如今這個數字時代，寬帶已經成為我們每個人、每個家庭的生活必需品。如果沒有它，我們會坐立難安、心緒不寧。 ? 那么，你知道寬帶背后的技術原理嗎？從最早期的56k“貓”撥號，到現在的千兆城市、千兆家庭，我們的寬帶技術到底經歷了怎樣的變革？ ? 今天這篇文章，我們就來詳細了解一下——“寬帶的故事”。 ?

█ xDSL和ISDN

下面這個界面，你見過嗎？ ?

? 我相信很多70后80后的小伙伴，肯定見過，并且非常熟悉。 ? 沒錯，這就是當年我們最初接觸互聯網時，進行“撥號上網”的界面。 ? 那還是20多年前，小棗君還在上大學的時候。為了上網，我需要買一塊調制解調器卡（Modem，俗稱“貓”），插在電腦上。然后把宿舍僅有的一根電話線，插在“貓”上，設置完畢，才能開始撥號。 ? ? ?

一陣“撕心裂肺”的咯咯吱吱聲之后，顯示撥號已成功，那就是連上了互聯網。 ? 撥號上網的網速有多少呢？5KB/s……（號稱是56K撥號，實際速率是45Kbps。真正使用時，經常是1~2KB/s……） ? ?

? 是的，你沒看錯，就是這么慢。當初我們整個宿舍就靠這“涓涓細流”，連到學校系統上選課。當時的心情，請大家自行體會... ? 采用這種原始方式，一旦你撥號上網，電話就無法打通，處于“占線”狀態。 ? 而且，撥號上網的費用還特別貴，和打電話一樣，按照分鐘計費（大約3毛一分鐘）。速度本來就慢，眼看著錢嘩嘩流走，能把你急死。 ? 如果你覺得宿舍的網速慢，那么，也可以選擇去網吧。 ? 最早的網吧，也是撥號上網。后來，部分網吧開始升級。在這些網吧的門口，往往會寫幾個大字——“ISDN專線，高速沖浪”。 ? ?

? ISDN，就是Integrated Services Digital Network（綜合業務數字網）。它仍然是基于已有的電話網絡（PSTN，公共交換電話網）發展起來的技術，可以實現語音、數據和視頻等多種信號在同一條線路上進行傳輸。 ? ISDN的成本比較高，網速也沒快多少。當時中國電信提供的是窄帶ISDN標準，速率只有128Kbps，比撥號快2倍多一點。 ? 幾年后，情況終于發生了變化。電信師傅帶了一個設備上門，說只要用了這個設備，網速就能“飛升”。 ? ? ?

打聽了一下才知道，這個設備，叫ADSL貓（Modem）。電話線插在ADSL貓上，然后用網線連接ADSL貓和電腦，就可以撥號上網。 ? 采用ADSL之后，網絡速率確實得到了明顯提升，從56Kbps一下子變成了1Mbps。到后面，又變成了2Mbps。 ?

這個速率提升，帶來了巨大的體驗改善——訪問網頁什么的，都很流暢。聊天發QQ，就更快了。下載軟件、電影和電視劇，也變得可行（以前56K根本不敢想）。 ? 作為通信工程專業大學生，小棗君當時并不知道，ADSL的全名叫Asymmetric Digital Subscriber Line（非對稱數字用戶線路），屬于DSL技術的一種。DSL技術，是美國貝爾通信研究所于1989年發明的。 ? ADSL技術剛剛出現的時候，我很好奇：同樣是一根電話線，又不是網線雙絞線，怎么速度突然就上來了呢？ ? ?

? 原來，早期（56K）的時候，我們只占用了銅線的低頻部分（4KHz以下的部分），并沒有完全發揮它的全部潛力。 ? 而ADSL技術，采用頻分復用的方式，把普通電話線分為電話、上行和下行三個相對獨立的通道，既避免了干擾，又提升了速率。

? 注：具體來說，ADSL采用DMT（離散多音頻）技術，將原來電話線路4KHz到1.1MHz頻段劃分成256個頻寬為4.3125KHz的子頻帶。其中，4KHz以下頻段仍用于傳送POTS（傳統電話業務），20KHz到138KHz的頻段用來傳送上行信號，138KHz到1.1MHZ的頻段用來傳送下行信號。 ? 相比原始方式，ADSL不僅速率大幅提升，價格也大幅下降。上網時，不再需要“爭分奪秒”。而且，上網和打電話也不再沖突了，可以同時進行。 ? ? ? 后來，在ADSL基礎上，又升級出了ADSL2、ADSL2+，速率也一度能達到20Mbps。

再后來，又有了VDSL、VDSL2等一系列技術。這些技術，通常被統稱為xDSL技術。 ?

? 直到現在，國外有些地方仍然在使用xDSL技術。基于VDSL2演進出來的G.Fast，最高理論速度竟然可以達到1Gbps。 ? 前面我們說到，國內有的網吧使用了ISDN技術。其實，這個ISDN技術的生命周期也比較短，還沒怎么搞，ADSL技術就發展起來了。
當時，有的網吧升級了ADSL，也有的換了別的專線，例如DDN（Digital Data Network，數字數據網）什么的，那是后話。 ? 除了ADSL之外，我們身邊還出現了廣電寬帶（有線通）等上網方式。 ? 廣電寬帶，我相信用過的人都印象深刻。其實就是通過有線電視（CATV）的同軸電纜，提供寬帶接入的一種方式。 ? ? ? ? ?

? ? █ EPON和GPON

? ADSL帶來了網絡體驗的明顯改善。當我們沉浸在這個改善之中時，有一種新的、更牛掰的技術，來到了我們的面前。 ? 這個技術，當然就是光纖寬帶。 ? ADSL、ISDN，都是基于金屬線纜，銅介質。 ?

上世紀60年代，英籍華裔科學家高錕發表了一篇論文，提出光纖（光導纖維）用于數據通信的理論依據。不久后，美國康寧公司真的拉出了世界上第一根衰耗滿足要求的光纖，從此將這個神奇的發明推到了世人面前。 ? ? ? ? ?

70-80年代，光纖技術發展很快。通信廠商們除了將光纖用于骨干網絡之外，也開始研究，將光纖用于接入網絡，取代銅纜。 ? 于是，就有了光纖接入網的構想。 ? 光纖接入網是一個典型的P2MP（點到多點）架構。其實說白了，就是樹型結構，不斷分光，實現面向大量用戶的光連接。 ?

? 早期的光通信技術比較弱（PDH/SDH階段），光纖傳輸信號衰減大。所以，搞的都是有源光網絡（Ac tive Optical Network，AON），需要引入外部能源（電源）對光進行加強（中繼），設備更復雜，成本更高。 ? 后來，技術逐漸成熟了一些，光可以傳得更遠了，開始有了無源光網絡（Passive Optical?Network，PON）。 ?

無源光網絡，分為OLT、ODN、ONT/ONU。OLT（光線路終端）是局側設備，ONT/ONU（光網絡單元/終端）是用戶側設備（例如光貓）。

ODN是光分配網（Optical Distribution Network），可以理解為PON的軀干。PON的無源，主要是指的這個部分無源，會大幅降低建設和維護成本。

PON的早期階段（80年代末），廠商們推出的基本是窄帶PON技術。這種技術速率很低，不超過2Mbps。而且，因為廠商們各自為戰，所以一直沒有形成統一的規范和標準。

1995年，包括BELLSOUTH、BT、France Telecom在內的7家網絡運營商共同發起成立了全業務接入網聯盟（FSAN），希望能提出一種統一的光接入網設備標準。 ? 不久之后，1997年，根據FSAN的建議，ITU-T（國際電信聯盟電信標準分局）推出了APON技術體系，也就是G.983.1標準。 ? APON，就是ATM PON。ATM可不是自動取款機，它是異步傳輸模式（Asynchronous Transfer Mode）的縮寫。ATM的本質，就是一種傳輸協議。老一輩通信人肯定對ATM很熟悉，它曾經是IP協議的競爭對手，一度非常流行。 ? 到了2001年，FSAN和ITU-T對APON規范進行了升級修訂，順便改了個名，叫做BPON（Broadband PON，寬帶無源光網絡）。之所以改名，主要是他們不希望APON被人誤解為只能提供ATM業務。 ? 為了進一步提升PON的速率標準，2002年，FSAN啟動了一項新的工作，對1Gbps以上的PON網絡進行標準化。

2003年3月，在FSAN的建議基礎上，ITU-T頒布G.984標準，也就是GPON（Gigabit-capable PON，千兆比特無源光網絡）。

就在FSAN和ITU-T干得熱火朝天的同時，另一家標準化組織也沒閑著，也開始搗鼓PON技術。它就是同樣大名鼎鼎的IEEE（電氣和電子工程師協會）。

IEEE是以太網（Ethernet）標準的制定者和大靠山。 ? IEEE在1998年發布了吉比特（Gigabit）以太網標準之后，就尋思著搞一個基于以太網的PON標準。 ? 2000年，IEEE成立了EFM工作組，正式啟動相關標準化工作。EFM工作組的全名很有趣，叫做第一英里以太網工作組（Ethernet for the First Mile），歸屬于制定以太網標準的IEEE 802.3組。 ? 2004年4月，EFM工作組大功告成，正式推出了IEEE 802.3ah標準，也就是EPON（Ethernet PON，基于Ethernet以太網的PON）。 ?

后來，隨著時間推移，ATM在與IP的競爭中逐漸失勢沒落。APON（BPON）也因為成本、效率等原因被運營商們拋棄，退出了歷史舞臺。所以，APON（BPON）我就不多介紹了，大家也不需要了解太多。 ? 反正大家記住，當時的行業主流，就是EPON和GPON。它們是不同標準組織推出的不同技術體系。兩者之間并沒有升級演進或替代的關系，可以算是平行發展。 ? 兩者具體的技術區別，網上資料很多，大家可以另行研究。總之，EPON和GPON各有優劣。簡單來說，GPON帶寬更大，帶的用戶更多，效率更高，但實現起來也更復雜，所以成本也更高。 ? 從國內的市場份額來看，EPON當時在中國電信被普遍采用，而GPON更受中國聯通和中國移動的歡迎。在海外，除了日本以及少部分國家使用EPON之外，大部分國家和地區都是用的GPON。 ? 大家如果有印象的話，大約2010年左右，電信師傅開始上門更換設備，不再使用電話線上網了。取而代之的，是接進弱電箱的一根網線。
網線的內芯往往會被分開。8根線芯，其中2根接RJ11口，連接電話；另外6根，接到電腦上，上網。 ?

? ? 那時候，Wi-Fi無線路由器也逐漸開始出現，網線可以接到無線路由器上，讓更多的臺式電腦、筆記本電腦上網。 ? 2008年左右出現智能機后，手機也可以通過Wi-Fi上網。我們的互聯網接入能力有了又一次飛躍。配合那時候開始出現的3G/4G，繁榮的移動互聯網時代，正式開啟了。 ? 剛才說的接進弱電箱的網線，其實基本上屬于FTTB（光纖到大樓）或FTTC（光纖到路邊）技術。以FTTB為例，來自運營商的光纖接到大樓弱電機房的ONU，然后轉換成LAN，接到用戶家中。 ?

? ? 那一時期，還有一個時代特點： ? 2008年國內電信運營商第三輪重組結束后，中國移動收了中國鐵通，也開始以鐵通的底子為基礎，大力進軍家庭寬帶市場。后來，聯通也加入了戰局。這直接導致后來家庭寬帶激烈的市場競爭，寬帶費用開始大幅下降。 ? 沒過幾年，FTTB開始變成了FTTH。入戶的不再是網線，而是光纖。 ?

? 我們有了光貓，光纖插在光貓（ONT）上，網絡獨享，速度變得更快，而且更穩定。 ?

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█ 10G PON和10G EPON

EPON和GPON，都是1Gbps這個級別的PON。注意，這個1Gbps，并不是用戶側的速率。EPON和GPON只能給用戶提供100Mbps的速率。

很顯然，隨著時代的發展，這個速率無法滿足家庭和企業用戶的需求。于是，PON開始向10Gbps級別的演進。

2006年，IEEE開始立項制定10Gbit/s速率的EPON系統標準，也就是后來的IEEE 802.3av，10G-EPON。

在該標準中，10G EPON分為2個類型：一是非對稱方式，即下行速率為10Gbps，上行速率為1Gbps；另一個是對稱方式，即上下行速率均為10Gbps。

ITU-T的GPON那邊呢，也在演進。

2008年，ITU啟動了下一代GPON標準的研究。2010年，XG-PON標準誕生，也就是ITU-T G.987系列。

最開始的時候，XG-PON也有兩種方式，一種是非對稱方式XG-PON1，下行速率為10Gbps，上行速率為2.5Gbps；另一種是對稱方式XG-PON2，上下行速率均為10Gbps。

后來，2013年左右，因為XG-PON2這個對稱方案難以實現，所以被建議取消。XG-PON1直接改名成為XG-PON。

再后來，2015年，對稱方案又重啟，采用了新名字，叫做XGS-PON（S代表symmetric，對稱）。

2017年，ITU正式通過了G.9807 XGS-PON國際標準。 ? 現在，業界會把XG-PON和XGS-PON統稱為XG(S)-PON。 ?

? ? XG(S)-PON和10G-EPON，都是10Gbps級別。在用戶側，實現的速率是1Gbps，也就是千兆。國內很多地方這些年拼命宣傳的千兆城市、千兆家庭，主要是基于這兩個技術。 ? 大家應該也注意到了，從2018年開始，我們家里的寬帶，逐漸從100M到200M、500M、1000M。電信師傅三天兩頭聯系你，上門“免費”換設備。運營商也經常搞活動，辦理各種199元、299元的套餐，升級家里的寬帶。 ? ? ? ? 但實際上，大部分用戶可能會感覺到，從100M開始，升級所謂的寬帶網絡套餐，其實并沒有什么體驗上的差異。 ? 這其實并不奇怪，100-200M的帶寬，對于我們玩游戲、追劇、看高清視頻，真的已經夠用了。除非家庭成員較多，或者是發燒友，否則，對高網速并沒有剛性需求。 ?