光纤网络组网探究

2011-08-15姒茂新

苏州市职业大学学报 2011年4期

姒茂新

(苏州市职业大学计算机工程系，江苏苏州 215104)

在信息通信中光纤作为传输介质的网络应用越来越广，光纤通信向全光网络发展近在咫尺.目前由电信、移动和联通等大的网络提供商提供的网络连接都采用了光缆到单位、小区和居民楼，只要计算机的网卡有光接入口，就可以实现光接入到户的方式.但目前市面上购买的计算机还都是电接入口，而政府部门、学校和家庭的计算机连接的网络都已是光/电的方式了.在远距离、高速、大容量的通信系统中，光纤通信系统占了应用市场的绝对份额.在近距离通信中，多数采用电缆、数据速率较低的局域网.

随着网络应用的飞速发展，小范围、近距离的网络通信也因各种多媒体数据、安全检测和云计算等的应用要求不断增多，流量增大，造成网络低速或无法访问.如果在局域网中实现光纤的应用，则可以解决相关的问题.在光网卡的市场普及之后，应用全光网络解决这一问题也就迎刃而解了.

在计算机网络教学实践过程中，在教学“光网络”或“光纤传输介质”概念，回答光纤和光缆是什么、光纤有多大和多快的传输能力等问题时，只能用语言文字描述，不能让学生参与到光缆的综合布线工程中.通过光纤连接、组成局域网进行通信的实验达到把光网络搬到讲台上的目的，让学生目睹了解光缆、光纤和光网络的连接方法和注意事项，并能亲自动手准备组成这个实验的所有设备，完成了从设备认识、准备到布线整个实验过程.通过这个实验还能在这个网络上有一些应用，如云计算等快速、大容量数据通信，它还能实现虚拟化，把那些将被淘汰的计算机利用起来，实现云计算及其他新的应用项目.

1 全光网络的优点

全光网络，是指从源节点到终端用户节点之间的数据传输与交换的整个过程都是以光信号的形式进行的.由于目前的单位内部的交换机没有集成光网卡，所以全光网络在进出网络时有电/光和光/电的转换.转换点往往在楼内交换机处，交换机连接楼内各终端用户较多，在视频和各种多媒体应用时，也常影响网络的速率.在服务器设备的生产中，目前也都集成了光网卡，光/电和电/光的转换就会越来越少，网络的速率也会随之加快了.

全光网络可使网络具备更强的可管理性、灵活性、透明性.其优点如下：

1) 省掉了电子器件.全光网中光信号的流动不再有光电转换的障碍，克服了途中由于电子器件处理信号速率难以提高的困难，省掉了大量电子器件，大大提高了传输速率.

2) 提供多种协议的业务.全光网采用波分复用技术，以波长选择路由，可方便地提供多种协议的业务.

3) 组网灵活性高.全光网络组网极具灵活性，在任何节点可以抽出或加入某个波长.

4) 可靠性高.由于沿途没有变换和存储，全光网络中许多光器件都是无源的，因而可靠性高.

5) 低碳.由于省掉了电子器件，并且全光网中的许多器件是无源的，所以省了不少的电力.[1]

2 光纤网络的搭建

主要设备包括室外单模光缆近50 m、2个端子机(每台价值5 000元)、室内单模和多模转接线多根、光/电转换器4个和多根自制的双绞线等.通过借用光纤熔接机将2个端子机用室外单模光纤连接起来.制作中将24芯的多模光缆中抽取光纤芯中的6芯制作形成一个有6路光通路的光通信网.采用最简单的测试方法，即用光笔在一个光通路口上发出激光，如果可以在另一端看到这束激光，说明这是通的.为了保证制作的正确性和可靠性，还需要使用专门仪器—光纤测试仪来更精确地测试这个光网络的连通性及其性能.将室外光缆卷成一个直径为0.5 m的圈，使用安捷伦光纤损耗测试仪进行了测试，结果每一条光路连通性都有一定的可靠性，性能上光连接处损耗都低于0.01 dB，可以实现高达2.5 Tbps通信速率.

光纤的连接制作成功后，还需要测试它的网络通信性能.在实验室里，将购买的4根室内单模光纤连接线、2个单模的光/电转换器及自己制作的双绞线按规则连接起来，2个光/电转换器分别连接2个交换机，2个交换机通过双绞线分别连接2个局域网，实现了2个局域网通过1个光网络的通信.如果这2个交换机分别是2台路由器，那么就是一个真正意义上的2个局域网通过光网络通信的广域网，相当于电信连接到一个服务单位的网络.在这个网络上进行通信时，发现2个局域网中的终端相互之间的通信非常快，在上面运行文件传输的应用，如传输2 GB大小的文件，感觉比通常2台计算机直连要快得多.为此，如果1个拥有光网卡的服务器，配置它作为云计算服务器，就完成了一个光网云计算服务器.本研究使用1台普通PC机作为服务器担当这个角色[2].

3 光纤连接的网络安全

由于所连接的网络是通过交换机来实现的，光纤只是这种网络中的一种快速传输信号的媒介，所以也只能在防火墙和路由器的保护范围内进行快速传输信号.一旦进入公网是没有防御能力的.在这种网络上设置安全如下:

1) 光端子机.用室外光缆连接时，有1个固定点牢牢卡住室外光缆的外保护套，光缆中增设的金属加强芯(在应用的光缆中是直径2.5 mm粗钢丝)被牢固地固定在端子机中固定件上，但力度较大的拉伸也可能造成光纤的断开，在此端子机上不允许有力量较大的拉拽，以保证接头连接处的连接稳定、可靠.端子机的另一端是光接口，通常在机架上光接口有24个，是连接终端、服务器或交换机、路由器的端口，由于经常插拔，可能造成光纤芯的脱落，为避免这一点，插拔时要正，用力要均匀.连接后尽量不要过多地插拔这些端口.

2) 室内光纤.由于目前的电脑都只有电接口的网卡，所以需要使用2根室内单模光纤分别连接到端子机的光接口和光电转换器.室内单模光纤是商家制作好的光纤连接线，不能直角弯曲，通常根据需要购买一定长度，并按规范布线规则固定在相关的机架上，应减少两端连接器的插拔.

3) 光电转换器.这个设备通常有单模和多模之分，单模连接单模光纤，多模连接多模光纤.在它上面有2个光接口和1个双绞线RJ45口，通过它将光纤送来的光信号转换成电信号，再通过RJ45口的双绞线连接到交换机或电脑的网卡接口，这样就可以实现通信了.它是有源的，需要提供1个外接电源才能保证正常工作.它要求提供的电源的电压与电流匹配.另外，它也会产生热，需要有一个相对温度较低的工作环境.

4 全光网络的云计算应用

搭建这样一个光纤连接的网络后，可以实现通信.由于它的传输速率相当高，所以在大信息量、高速传输时，它会发挥更好的作用.比如，某市的考试中心需要进行各类考试，每一种考试都有一种服务器操作平台支持它的工作，十几种考试需购买十几个服务器，每一种服务器一年只用1～2次.如果采用云计算，每当要进行某种考试，只要虚拟出那种考试的服务器就可以进行了，不需要购买那么多的服务器.

5 全光网络的应用前景

全光网是通信网发展的目标，分3个阶段完成.第1阶段，全光网络作为中心的通信网，仅仅完成信息的传送，但在端结点上，采用光电转换设备来实现与没有光接口的PC机相连接.第2阶段，全光传送网，在点对点光纤传输系统中，全程不需要任何光电转换.长距离传输完全靠光波沿光纤传播，称为发端与收端间点对点全光传输.第3阶段，完整的全光网.在完成上述用户间全程光传送网后，有不少的信号处理、储存、交换以及多路复用/分用、进网/出网等功能都要由光子技术完成，完成端到端的光传输、交换和处理等功能.随着计算机网络技术的飞速发展，数据业务量猛增的主要推动力是因特网的业务和高速多媒体业务.因此，用不了多少时间，数据业务的总量将会超过电话业务.此外，电视会议、远程教育、电子商务等应用都要求通信网提供高速数据和视频业务，而这些业务所需的带宽都远大于电话业务，因此业务综合化必将导致网络的宽带化[3].

如果双绞线的传输带宽按2 Mbps估计，1根光纤采用DWDM技术，传输容量可达到20～200 Gbps，也就是说，光纤的传输容量是铜线的1～10万倍，因此，宽带化意味着光纤将成为主要的传输媒质[2].