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(tǒng)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(tài)。
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(yè)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(fā)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(fā)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(fā) 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(yè)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(fā)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(fā)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(tǒng)電話業(yè)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(tǒng)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(fā)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(fā)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(fā)明推到了世人面前。
70-80 年代，光纖技術發(fā)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（Active 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(zhàn)，所以一直沒有形成統(tǒng)一的規(guī)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(fā)起成立了全業(yè)務接入網聯盟（FSAN），希望能提出一種統(tǒng)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(xié)議。老一輩通信人肯定對 ATM 很熟悉，它曾經是 IP 協(xié)議的競爭對手，一度非常流行。
到了 2001 年，FSAN 和 ITU-T 對 APON 規(guī)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(yè)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(xié)會）。
IEEE 是以太網（Ethernet）標準的制定者和大靠山。
IEEE 在 1998 年發(fā)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(yè)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(fā)展。
兩者具體的技術區(qū)別，網上資料很多，大家可以另行研究?？傊?，EPON 和 GPON 各有優(yōu)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(qū)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(zhàn)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(wěn)定。
█ 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(fā)展，這個速率無法滿足家庭和企業(yè)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(tǒng)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(yè)界會把 XG-PON 和 XGS-PON 統(tǒng)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(fā)燒友，否則，對高網速并沒有剛性需求。
相比之下，Wi-Fi 的質量體驗，反而是一個瓶頸。經常出現家里 100M 寬帶的情況下，手機仍然“轉圈圈”的現象。
基于這一點，運營商提出的解決方案，是“全屋千兆”，也就是 FTTR，光纖入房間。把光纖拉到每一個房間，然后通過 Wi-Fi，實現體驗改善。
小棗君個人認為，對于大戶型和高端用戶，FTTR 確實是一個不錯的選擇。但是，對于大部分家庭來說，FTTR 似乎有一點“超前”。
FTTR 也分為 FTTR-H 和 FTTR-B。前者面向家庭，后者面向企業(yè)（商場、園區(qū)、醫(yī)院、學校等）場景。從這個角度來看的話，市場倒是非常廣闊的。
好啦，寫到這里，基本上就是我們目前的寬帶現狀了。
那么，我們的寬帶技術是不是已經到頂了？接下來，我們還會有更厲害的技術嗎？
請看下期 ——50G PON 的隆重登場！
本文來自微信公眾號：鮮棗課堂 （ID：xzclasscom），作者：小棗君
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